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(wú)機(jī)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(qiáng)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(guó)防等工程。混凝土是為建筑結(jié)構(gòu)提供強(qiáng)度的主要來(lái)源，以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d強(qiáng)度作為判定合格的依據(jù)。混凝土在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中往往由于水膠比控制不嚴(yán)格，原材料質(zhì)量波動(dòng)較大，或者養(yǎng)護(hù)條件差等因素，造成混凝土28d的強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)值。如僅憑此結(jié)果早早判定混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不合格，勢(shì)必造成巨大的浪費(fèi)。混凝土后期的強(qiáng)度還會(huì)漲嗎？能漲多少？多長(zhǎng)時(shí)間能夠達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)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(wèn)題，它具有重大的經(jīng)濟(jì)意義。

水泥作為混凝土的主要膠凝材料，其強(qiáng)度狀況直接決定著混凝土的強(qiáng)度高低。研究水泥的強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律，將為更合理、更經(jīng)濟(jì)的處理混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不足問(wèn)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(jìn)行水泥膠砂試驗(yàn)，通過(guò)膠砂的抗壓強(qiáng)度分析，發(fā)現(xiàn)水泥的強(qiáng)度在28d后仍繼續(xù)增長(zhǎng)，且增長(zhǎng)幅度還較大。采用不同水膠比時(shí)，膠砂強(qiáng)度的增長(zhǎng)存在不一樣的發(fā)展規(guī)律。依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，得出水泥不同齡期時(shí)的強(qiáng)度增長(zhǎng)率，并提出對(duì)后期強(qiáng)度加以合理應(yīng)用的觀點(diǎn)。在工程案例中，當(dāng)出現(xiàn)前期混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求時(shí)，可用“后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率”推斷2～3個(gè)月的強(qiáng)度增長(zhǎng)情況，為合理經(jīng)濟(jì)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(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)原材料

試驗(yàn)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(jiàn)表1。

表1 水泥主要礦物組成及性能

試驗(yàn)用砂為標(biāo)準(zhǔn)砂，細(xì)度模數(shù)2.3。

試驗(yàn)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(shí)砂漿減水率為24.5%。

1.2 試驗(yàn)原理及方法

試驗(yàn)通過(guò)制作不同水膠比的水泥膠砂試件，在同等環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，檢測(cè)不同齡期時(shí)水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)所采用的水膠比為混凝土實(shí)際生產(chǎn)中的常用范圍，試驗(yàn)中對(duì)低水膠比的膠砂采用減水劑，使膠砂流動(dòng)度均不低于160mm，以滿足砂漿的工作性能。確保所得到的試驗(yàn)結(jié)果更貼近生產(chǎn)，更具代表性，更符合實(shí)際。試驗(yàn)配合比見(jiàn)表2。

表2 不同水膠比的膠砂配合比

通過(guò)不同水膠比的膠砂強(qiáng)度對(duì)比分析，尋求膠砂強(qiáng)度增長(zhǎng)率與水膠比的關(guān)系。根據(jù)不同齡期的膠砂抗壓強(qiáng)度，繪制強(qiáng)度增長(zhǎng)率曲線，分析后期水泥強(qiáng)度在56d及84d時(shí)的增長(zhǎng)值，得到具體的相對(duì)增長(zhǎng)率范圍。

試驗(yàn)依據(jù)《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》（GB/T2419-2005）對(duì)各配合比的膠砂進(jìn)行流動(dòng)度測(cè)定；依據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法》（GB/T17671-1999）進(jìn)行膠砂制作及強(qiáng)度檢測(cè)，試件尺寸為40mm×40mm×160mm的長(zhǎng)方體。試驗(yàn)分兩組進(jìn)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(shí)的水泥膠砂試件各5組。第二組，摻減水劑。試驗(yàn)中扣除減水劑的含水量，保持膠砂實(shí)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(shí)的水泥膠砂試件各5組。

試驗(yàn)的全部膠砂在同一天內(nèi)制作完成，并詳細(xì)記錄每組膠砂的加水時(shí)間。對(duì)成型后的膠砂按照制作時(shí)間順序進(jìn)行編號(hào)標(biāo)記，全數(shù)試件均采用水泥混凝土養(yǎng)護(hù)箱進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，試件置于水面以下，溫度設(shè)定在20℃。對(duì)養(yǎng)護(hù)7d，14d，28d，56d及84d齡期的膠砂進(jìn)行抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，觀察強(qiáng)度增長(zhǎng)規(guī)律。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)從膠砂加水開(kāi)始到測(cè)量擴(kuò)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_(kāi)始計(jì)算。7d和14d的強(qiáng)度檢測(cè)在齡期±2h內(nèi)完成，28d及以上強(qiáng)度的檢測(cè)在齡期±8h內(nèi)完成。相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。

表3 不同水膠比的膠砂流動(dòng)度及抗壓強(qiáng)度

通過(guò)表3的試驗(yàn)結(jié)果顯示，水泥的強(qiáng)度在84d的齡期內(nèi)均在持續(xù)增長(zhǎng)，28d的強(qiáng)度值不代表水泥的最終強(qiáng)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(wú)變化；C3S水化深度在7d時(shí)就達(dá)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(shí)僅水化約20%，水化速度在5個(gè)月內(nèi)基本相當(dāng)，后期變慢，一年以后強(qiáng)度可超過(guò)C3S，對(duì)后期強(qiáng)度增長(zhǎng)起著重要作用；C4AF水化速度早期介于C3S與C2S之間，早期強(qiáng)度類似C3A，而后期還能不斷增長(zhǎng)，類似于C2S。因此，僅以28d強(qiáng)度值來(lái)判定混凝土結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度不科學(xué)，不合理，更不經(jīng)濟(jì)。

本試驗(yàn)對(duì)水泥近3個(gè)月的強(qiáng)度增長(zhǎng)情況進(jìn)行分析，以28d的強(qiáng)度值為基礎(chǔ)，計(jì)算各齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率及相對(duì)增長(zhǎng)率。得出強(qiáng)度增長(zhǎng)率與齡期的關(guān)系，及增長(zhǎng)率與水膠比的關(guān)系。相關(guān)數(shù)據(jù)見(jiàn)表4，圖1和圖2。

表4 膠砂強(qiáng)度增長(zhǎng)率及相對(duì)增長(zhǎng)率

圖1 抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率曲線

圖2 齡期強(qiáng)度增長(zhǎng)率與水膠比關(guān)系曲線

通過(guò)表4的數(shù)據(jù)顯示，以28d強(qiáng)度為基礎(chǔ)時(shí)，56d強(qiáng)度的相對(duì)增長(zhǎng)率范圍在8.1～13.7%，84d強(qiáng)度的相對(duì)增長(zhǎng)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(qiáng)度增長(zhǎng)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(qiáng)混凝土比0.4～0.6水膠比的普通混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度要小。0.20～0.35水膠比時(shí)，56d強(qiáng)度的平均相對(duì)增長(zhǎng)率為9.1%，84d強(qiáng)度的平均相對(duì)增長(zhǎng)率為12.6%；0.4～0.6水膠比時(shí)，56d強(qiáng)度的平均相對(duì)增長(zhǎng)率為11.7%，84d強(qiáng)度的平均相對(duì)增長(zhǎng)率為19.4%。以工程中最常用的30MPa強(qiáng)度為例，假如28天時(shí)檢測(cè)的抗壓強(qiáng)度為 30MPa，可推測(cè)56d強(qiáng)度為30MPa·（1+11.7%）=33.5MPa；84d 強(qiáng)度為 30MPa·（1+19.4%）=35.8MPa。對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)物未來(lái)的強(qiáng)度推測(cè)具有很高的應(yīng)用價(jià)值。

從圖1水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)率曲線可以看出，以28d強(qiáng)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(shuō)明，隨著齡期的增長(zhǎng)，水泥的強(qiáng)度在不斷增長(zhǎng)，增長(zhǎng)的速率與水膠比的大小存在關(guān)系。根據(jù)強(qiáng)度增長(zhǎng)率曲線的發(fā)展趨勢(shì)可以推斷，水泥的強(qiáng)度在84d齡期以后還會(huì)繼續(xù)增長(zhǎng)。

從圖2各齡期的強(qiáng)度增長(zhǎng)率與水膠比的關(guān)系曲線可以看出，當(dāng)以28d齡期為限時(shí)，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)率隨著水膠比的增大而逐漸降低，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)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(hào)混凝土的早期強(qiáng)度小而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大；低水膠比代表的高標(biāo)號(hào)混凝土早期強(qiáng)度高而后期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較小。在混凝土應(yīng)用中，可根據(jù)結(jié)構(gòu)物的實(shí)際使用工期來(lái)合理設(shè)計(jì)混凝土的齡期或水膠比，以達(dá)到最優(yōu)的經(jīng)濟(jì)性。

3 結(jié)論

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

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

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

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

（4）水泥的后期強(qiáng)度增長(zhǎng)幅度較大，可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)未來(lái)的強(qiáng)度進(jìn)行補(bǔ)充，具有很高的應(yīng)用及經(jīng)濟(jì)價(jià)值。