李逸

（山西中條山新型建材有限公司 山西臨汾 043700）

引言

水泥是一種粉狀水硬性無機膠凝材料。加水?dāng)嚢韬蟪蓾{體，能在空氣或水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地膠結(jié)在一起制成混凝土，硬化后強度較高。水泥作為一種重要的膠凝材料，廣泛應(yīng)用于土木建筑、水利、國防等工程。混凝土是為建筑結(jié)構(gòu)提供強度的主要來源，以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d強度作為判定合格的依據(jù)。混凝土在實際生產(chǎn)過程中往往由于水膠比控制不嚴(yán)格，原材料質(zhì)量波動較大，或者養(yǎng)護條件差等因素，造成混凝土28d的強度達不到設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)值。如僅憑此結(jié)果早早判定混凝土結(jié)構(gòu)強度不合格，勢必造成巨大的浪費?；炷梁笃诘膹姸冗€會漲嗎？能漲多少？多長時間能夠達到設(shè)計強度？這是建筑行業(yè)最關(guān)心的話題之一，也是最迫切需要解決的問題，它具有重大的經(jīng)濟意義。

水泥作為混凝土的主要膠凝材料，其強度狀況直接決定著混凝土的強度高低。研究水泥的強度增長規(guī)律，將為更合理、更經(jīng)濟的處理混凝土結(jié)構(gòu)的強度不足問題提供參考依據(jù)。本研究采用混凝土常用的0.2～0.6的水膠比進行水泥膠砂試驗，通過膠砂的抗壓強度分析，發(fā)現(xiàn)水泥的強度在28d后仍繼續(xù)增長，且增長幅度還較大。采用不同水膠比時，膠砂強度的增長存在不一樣的發(fā)展規(guī)律。依據(jù)試驗結(jié)果，得出水泥不同齡期時的強度增長率，并提出對后期強度加以合理應(yīng)用的觀點。在工程案例中，當(dāng)出現(xiàn)前期混凝土結(jié)構(gòu)強度達不到設(shè)計要求時，可用“后期強度增長率”推斷2～3個月的強度增長情況，為合理經(jīng)濟的做出處理方案提供依據(jù)，避免采取不必要的拆除或加固的處理措施。

1 原材料性能與試驗方法

1.1 試驗原材料

試驗用水泥為中條山新型建材公司生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥P.O42.5，脫硫石膏摻量3.5%，礦渣摻量8%，石灰石摻量3.5%。水泥的主要礦物組成及性能見表1。

表1 水泥主要礦物組成及性能

試驗用砂為標(biāo)準(zhǔn)砂，細度模數(shù)2.3。

試驗用減水劑為山西某公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑，固含量11%，摻量2%時砂漿減水率為24.5%。

1.2 試驗原理及方法

試驗通過制作不同水膠比的水泥膠砂試件，在同等環(huán)境下進行養(yǎng)護，檢測不同齡期時水泥膠砂的抗壓強度。試驗所采用的水膠比為混凝土實際生產(chǎn)中的常用范圍，試驗中對低水膠比的膠砂采用減水劑，使膠砂流動度均不低于160mm，以滿足砂漿的工作性能。確保所得到的試驗結(jié)果更貼近生產(chǎn)，更具代表性，更符合實際。試驗配合比見表2。

表2 不同水膠比的膠砂配合比

通過不同水膠比的膠砂強度對比分析，尋求膠砂強度增長率與水膠比的關(guān)系。根據(jù)不同齡期的膠砂抗壓強度，繪制強度增長率曲線，分析后期水泥強度在56d及84d時的增長值，得到具體的相對增長率范圍。

試驗依據(jù)《水泥膠砂流動度測定方法》（GB/T2419-2005）對各配合比的膠砂進行流動度測定；依據(jù)《水泥膠砂強度檢測方法》（GB/T17671-1999）進行膠砂制作及強度檢測，試件尺寸為40mm×40mm×160mm的長方體。試驗分兩組進行：第一組，不摻減水劑。用水量固定為225ml，標(biāo)準(zhǔn)砂一袋 1350g。調(diào)整水泥的用量，制作水膠比為 0.40，0.45，0.50，0.55，0.60時的水泥膠砂試件各5組。第二組，摻減水劑。試驗中扣除減水劑的含水量，保持膠砂實際用水量為225ml不變，標(biāo)準(zhǔn)砂一袋1350g。調(diào)整水泥的用量，制作水膠比為0.20，0.25，0.30，0.35時的水泥膠砂試件各5組。

試驗的全部膠砂在同一天內(nèi)制作完成，并詳細記錄每組膠砂的加水時間。對成型后的膠砂按照制作時間順序進行編號標(biāo)記，全數(shù)試件均采用水泥混凝土養(yǎng)護箱進行養(yǎng)護，試件置于水面以下，溫度設(shè)定在20℃。對養(yǎng)護7d，14d，28d，56d及84d齡期的膠砂進行抗壓強度檢測，觀察強度增長規(guī)律。

2 實驗結(jié)果及分析

膠砂流動度試驗從膠砂加水開始到測量擴散直徑結(jié)束，在6min內(nèi)完成。膠砂試件的齡期從水泥加水?dāng)嚢栝_始計算。7d和14d的強度檢測在齡期±2h內(nèi)完成，28d及以上強度的檢測在齡期±8h內(nèi)完成。相關(guān)試驗數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同水膠比的膠砂流動度及抗壓強度

通過表3的試驗結(jié)果顯示，水泥的強度在84d的齡期內(nèi)均在持續(xù)增長，28d的強度值不代表水泥的最終強度。水泥中的礦物成分C3A、C3S、C2S及C4AF的水化速度及水化期均不相同[1]。在溫度20～25℃條件下，C3A水化最快，3d以后的水化深度基本無變化；C3S水化深度在7d時就達到28d總水化深度的97%，7～28d水化速度下降，28d后水化更加緩慢，1年后水化基本結(jié)束；C2S水化最慢，28d時僅水化約20%，水化速度在5個月內(nèi)基本相當(dāng)，后期變慢，一年以后強度可超過C3S，對后期強度增長起著重要作用；C4AF水化速度早期介于C3S與C2S之間，早期強度類似C3A，而后期還能不斷增長，類似于C2S。因此，僅以28d強度值來判定混凝土結(jié)構(gòu)的強度不科學(xué)，不合理，更不經(jīng)濟。

本試驗對水泥近3個月的強度增長情況進行分析，以28d的強度值為基礎(chǔ)，計算各齡期的強度增長率及相對增長率。得出強度增長率與齡期的關(guān)系，及增長率與水膠比的關(guān)系。相關(guān)數(shù)據(jù)見表4，圖1和圖2。

表4 膠砂強度增長率及相對增長率

圖1 抗壓強度增長率曲線

圖2 齡期強度增長率與水膠比關(guān)系曲線

通過表4的數(shù)據(jù)顯示，以28d強度為基礎(chǔ)時，56d強度的相對增長率范圍在8.1～13.7%，84d強度的相對增長率范圍在10.2～27.3%。其中，類別1-1#，1-2#，1-3#及 1-4#的后期強度增長率明顯低于1-5#，1-6#，1-7#，1-8#和1-9#的數(shù)值，即水膠比0.20～0.35所代表的高強混凝土比0.4～0.6水膠比的普通混凝土后期強度增長幅度要小。0.20～0.35水膠比時，56d強度的平均相對增長率為9.1%，84d強度的平均相對增長率為12.6%；0.4～0.6水膠比時，56d強度的平均相對增長率為11.7%，84d強度的平均相對增長率為19.4%。以工程中最常用的30MPa強度為例，假如28天時檢測的抗壓強度為 30MPa，可推測56d強度為30MPa·（1+11.7%）=33.5MPa；84d 強度為 30MPa·（1+19.4%）=35.8MPa。對混凝土結(jié)構(gòu)物未來的強度推測具有很高的應(yīng)用價值。

從圖1水泥膠砂的抗壓強度增長率曲線可以看出，以28d強度為基礎(chǔ)，1-1#～1-9#曲線均在逐漸上升，但各曲線的上升速率不同。說明，隨著齡期的增長，水泥的強度在不斷增長，增長的速率與水膠比的大小存在關(guān)系。根據(jù)強度增長率曲線的發(fā)展趨勢可以推斷，水泥的強度在84d齡期以后還會繼續(xù)增長。

從圖2各齡期的強度增長率與水膠比的關(guān)系曲線可以看出，當(dāng)以28d齡期為限時，早期強度增長率隨著水膠比的增大而逐漸降低，后期強度增長率隨著水膠比的增大而逐漸增大。即，高水膠比代表的低標(biāo)號混凝土的早期強度小而后期強度增長幅度較大；低水膠比代表的高標(biāo)號混凝土早期強度高而后期強度增長幅度較小。在混凝土應(yīng)用中，可根據(jù)結(jié)構(gòu)物的實際使用工期來合理設(shè)計混凝土的齡期或水膠比，以達到最優(yōu)的經(jīng)濟性。

3 結(jié)論

通過以上的試驗分析，以及對水泥的化學(xué)成份和水化反應(yīng)的認(rèn)識，可以得出以下結(jié)論：

（1）水泥28d的強度值不代表水泥的最終強度，28d齡期后強度仍會繼續(xù)增長。

（2）20℃環(huán)境下，以28d強度為基礎(chǔ)，56d強度的相對增長率范圍在8.1～13.7%，84d強度的相對增長率范圍在10.2～27.3%，且后期強度的增長期高于84d。

（3）水泥的早期強度增長率隨著水膠比的增大而逐漸降低，后期強度的增長率隨著水膠比的增大而逐漸增大。

（4）水泥的后期強度增長幅度較大，可以對混凝土結(jié)構(gòu)未來的強度進行補充，具有很高的應(yīng)用及經(jīng)濟價值。