水泥品质对混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 2年 第 1 0期 (总 第 2 7 6 期 ) Nu mb e r 1 0 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No ．2 7 6 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及辅助物料 M ATERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 ~ ． i s s n ． 1 0 0 2 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 1 0 ． 0 2 1 水泥品质对混凝土性能的影响 杨建伟 ’ 。王强 ’ ，阎培渝 ’ ，唐爱民 ( 1 ． 清华大学 土木工程系，北京 1 0 0 0 8 4 ；2 ．中国建筑股份有限公司，北京 1 0 0 0 0 0 ) 摘要 ： 研究 了水泥 品质变 化对 混凝土性能 的影响 ， 并探 索了改善低品质水泥混凝土 的性 能的途径 。 结果 表明 ： 在 同条 件下 ， 水泥 品质 的下降会 使混凝 土的早期 和后期性能都有所降低 ； 增大水 泥用 量或降低水灰 比都对提 高低 品质水 泥混凝土的性能有积极 的作用 ， 相对 而 言 ， 降低 水灰 比的效果更 明显 。 关键词 ： 混凝 土；水 泥；性能 ；品质 中图分类号 ： T U5 2 8 ． 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编 号 ： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 1 0 — 0 0 7 1 — 0 3 I n f l u en ce of qua l i t y of c e m e nt on pe r f or man c e of c on cr et e Y A NGJ i a n — w e i ， WANGQi a n g ， Y ANP e i - y u ， T ANGAi - mi n ( 1 ． De p a r t me n t o f C i v i l E n g in e e r i n g ， T s i n g h u aU n iv e r s i t y ， B e ij i n g} 0 0 0 8 4 ， C h i n a ； 2 ． C h i n a S t a t e C o n s t r u c t i o n E n g i n e e r i n g C o ． ， L t d ． ， B e ij i n g 1 0 0 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n f l u e n c e o f q u a l i ty o f c e me n t o n p e r f o r ma n c e o f c o n c r e ~ a n d t h e me t h o d s f o r i mp r o v i n g p e rf o r manc e o f c o n c r e t e p r o d u c e d b y c e me n t o f l o w q u a l i ty we r e s t u d i e d ． T h e r e s u lt s s h o we d tha t the d e t e r i o r a t i o n i n q u a l i ty o f c e me n t h a d a n e g at i v e e ff e c t o n b o t h e a r l y and l a t e p e r — f o rm anc e s o f c o n c r e t e ． T h e p e r f o rm an c e o f c o n c r e t e p r o d u c e d b y c e me n t o f l o w q u Mi ty c o u l d b e i mp r o v e d b y i n c r e a s i n g c e me n t a mo u n t o r d e — c r e a s i n g wa t e r t o c e m e n t r ati o ． De c r e a s i n g wa t e r to c e me n t r a t i o wa s mo r e e ffe c t i v e tha n i n c r e a s i n g c e me n t a mo u n t ． Ke y w or d s： c o n c r e t e； c e m e n t ； pe r f o rm an c e； q u a l i t y 0 引言 混凝土是土木工程中应用最广泛的材料， 它在今后相当长 的时期内仍然是最主要的建筑材料[ 1 ] 。 混凝土的质量直接关系 着工程的寿命， 因此工程对混凝士 陛能的要求越来越高。 影响混 凝土工程质量的因素很多， 包括生产混凝土的原材料质量、 混 凝土的配合比、 混凝土的浇筑和振捣工艺、 混凝土的养护等。 生 产混凝土的原材料质量在很大程度上影响着混凝土的性能 ， 原 材料的质量越高， 越容易配制出性能好的混凝土。 水泥是混凝土 的胶凝材料， 水泥的水化是混凝土能够硬化成型的基础， 因此 水泥的品质对混凝土的性能有着非常大的影响。 在工程中为了 获得优质的混凝土， 应选择品质比较高的水泥 ， 但在有些情况 下， 由于条件的限制 ， 不得不采用品质比较低的水泥。 例如 ， 我 国在非洲承建的一些土木工程项目中， 水泥依靠从 比较遥远的 地区进 口， 不可能实现即用即买， 一般要一次运输和储备工程 一 年或两年所需的水泥。 水泥在储存的过程中会发生品质的降 低， 如何根据水泥品质的变化来调整混凝土的配合 比是一个值 得关注的问题。 本研究首先分析了水泥品质降低对混凝土性能 造成的不利影响， 然后讨论了如何改善低品质水泥混凝土的性能。 5 mm， 石灰石碎石的粒径为 5 ～ 3 1 ． 5 mm， 减水剂为聚羧酸减水 剂 。 水泥的化学成分如表 1 所示 。 表 1 水泥的化学成分 ％ 注 ： Na 2 0 ~ -- Na ：O+ O ． 6 5 8 I ( 2 0。 1 ． 2 试 验 方 法 共设计了 6组混凝土， 配合比如表 2所示 ， 砂率均为 4 4 ％。 c1 与 C 2的水泥用量和水灰比相同， 只是水泥不同； C 2 、 C 3 、 C 4 的水泥和水灰 比相同， 只是水泥用量不同； C 2 、 C 5 、 C 6的水泥和 水泥用量相同， 只是水灰比不同。 表 2混凝 土的配合 比 71 表 3混凝 土渗透性评定标准目 电通量 ， C 渗透性 >40 0 0 2 0 0 0 - 4 0 0 0 l 0 0 0 ~2 00 0 l 0 O ～l 0 0 0 低 于 1 0 0 高 由 低 很低 基本不渗透 化学结合水， 即用 1 0 5 ～ 1 0 0 0℃之间的质量损失除以 1 0 0 0℃煅 烧恒重的质量 ， 并用水泥 的烧失量修正 。 2 结果与讨论 2 ． 1水泥 品质 的变化 图 1 将刚出厂的水泥( 水泥 A) 与放置半年后的水泥( 水泥 B) 的早期水化放热速率进行了对比。 水泥A和水泥 B的水化放热过 程基本相同， 都经历了诱导前期、 诱导期、 加速期、 减速期、 稳定期。 水泥B的第二放热峰出现的时刻比水泥 A晚， 且水泥 B的第二 放热峰明显低于水泥A， 这说明水泥 B中的高活性组分( 如 c ， s 、 c A) 已在存放的过程中发生了部分水化。 普通硅酸盐水泥中含有 约 2 0 ％的矿物掺合料嘲 ， 这部分掺合料的早期活性低， 在早期发生 微弱的反应， 主要体现在水泥水化放热曲线的下降段。 在水泥 A 的水化放热曲线的下降段， 出现—个并不明显的放热峰， 这是因为 矿物掺合料的反应相对于水泥早期的水化是非常微弱的； 但在水 泥 B的水化过程中， 矿物掺合料的反应使曲线出现了一个明显的 放热峰， 矿物掺合料的反应在整体胶凝体系的水化中起的作用 变得突出。 图2 将水泥A和水泥 B在2 d内的水化放热量进行了 对比， 可以看出水泥B的放热量明显低于水泥A。 图 3 将水泥 A和水泥 B水化 2 8 、 9 0 d的化学结合水进行 了对比， 其中W／ C为 0 ． 5 O 。 水泥 B水化 2 8 、 9 0 d的化学结合水分 别为水泥 A的 7 8 ． 9 ％和 7 7 ． 2 ％。 综合图 1 ～ 3的结果可以看出， 水泥 B的品质比水泥 A有明显的下降。 7 2 时 间 ， h 图 1 水泥的水化放热速率 时 间 ， h 图 2 水泥的水化放热量 2O 巷 l 5 。 5 U 2 U 龄期 ， d 图3 化学结合水的对比 2 ． 2 同条件下水泥品质与混凝土性能的关系 图 4 显示了在同条件下水泥品质与混凝土抗压强度的关 系。 C 2各龄期的抗压强度均低于同一龄期 C1 钓强度， 且随着龄 期的增长， C1 与 C 2之间的强度差距并没有明显变小， C 2的 3 、 7 、 2 8 、 9 0 d 抗压强度分别为 c1的7 5 ． 8 ％、 7 2 ． 9 ％、 7 4 ． 9 ％、 7 9 ． O ％。 这说明水泥品质的下降， 无论对于混凝土的早期强度还是后期 强度， 均有近乎相同程度的不利影响。 表 4显示了c1 和 C 2在 2 8 、 9 0 d时的抗氯离子渗透性能。 龄期为 2 8 d时， Cl 和 C 2的渗 透性等级均为“ 高” ， 但相对而言， C 2的渗透性更高； 9 0 d龄期 时 ， c1的渗透性等级为“ 中” ， 但 C 2的渗透性等级为“ 高” 。 因 此 ， 在同条件下， 水泥的品质下降对混凝土的密实度有不利的 影 响， 恶化 了混凝土的耐久性。 龄期 ， d 图4 同条件下水泥品质对混凝土强度的影响 表 4 水泥品质对混凝 土渗透性的影响 2 ． 3 增 大水 泥用 量对低 品质 水泥 混凝 土的影 响 图 5将 混凝 土 C1 、 C 3 、 C 4的抗 压强度 进行 了对 比。 C 3的 水泥用量比 C 2的水泥用量提高了 1 2 ． 5 ％， C 3的 3 、 7 、 2 8 、 9 0 d 抗压强度分别比 C 2的抗压强度提高了 1 1 ． 9 ％、 1 1 ． 3 ％、 6 ． 9 ％、 7 ．9 ％； C 4的水泥用量比 C 2的水泥用量提高了 2 5 ％， C 4的 3 、 7 、 2 8 、 9 0 d抗压强度分别比 C 2的抗 压强度 提高了 2 0 ． 6 ％、 2 0 ． 8 ％、 2 1 ． 8 ％、 2 0 ． 7 ％。 可见， 在水灰比不变的前提下 ， 增大水泥 用量对于提高混凝土的强度有积极的作用。 但 C 3和 C 4的抗压 强度仍低于同龄期 C1的强度。 表 4显示了混凝土 C 1 、 C 3 、 C 4 的抗氯离子渗透性能。 通过对 比C 2 、 C 3 、 C 4的电通量可以看 出， 增大水泥用量对提高混凝土的密实度有一定的积极作用 ， 但 c 3和 C 4的2 8 、 9 0 d的渗透性等级仍为“ 高” 。 从 图5和表 5 的结果可以看出， 水灰比不变时， 水泥 B的用量比水泥 A高2 5 ％ 时， 用水泥 B配制的混凝土的强度和密实度仍低于用水泥 A配 制 的混凝土。 i； 一 一 I I ． 嚣 ) ， f ) 、 料 旗校 * 龄期 ， d 图 5 混凝土 C1 、 C3 、 C4的抗压强度 表 5混凝土 C1 、 C3 、 C4的氯离子渗透性能 2 ． 4 降低水胶比对低品质水泥混凝土的影响 图 6将混凝土 C 1 、 C 5 、 C 6的抗压强度进行了对 比。 很显 然， 降低混凝土的单位立方米用水量对于提高混凝土的强度有 明显的作用。 C 5的强度接近甚至超过了C1的强度 ， C 6的强度 明显高于 c1的强度 。 表 6显示了混凝土 C 1 、 C 5 、 C 6的抗氯离 子渗透性能。 龄期 2 8 d时， c1 、 C 5 、 C 6的渗透性等级均为“ 高” ， 但相对而言， C 6的渗透性更低 ； 龄期 9 0 d时， C1 、 C 5 、 C 6的渗 透性等级均为“ 中” 。 可见， 对于品质低的水泥， 可以通过降低水 灰比来获得满意的强度和耐久性， 且降低水灰比的措施 比增大 水泥用量的措施更加有效。 3结论 水泥品质的下降对混凝土的早期和后期性能均有不利的 影响。 水灰比不变时， 增大水泥的用量对于改善低品质水泥混凝 土的性能有积极的作用 ； 水泥用量不变时， 降低水灰比对改善 低品质水泥混凝土的性能也有积极的作用。 相对而言， 降低水胶 比比增大水泥用量对于改善低品质水泥混凝土的性能有更明 上接第 7 0页 复配效果突然变好 ， 有了一定的初始流动度， 这是由于聚羧酸 含量减少到不起主要作用， 减水效果由萘系减水剂和脂肪族减 水剂复配的效果决定 。 而萘系减水剂和脂肪族减水剂复配良 好， 所以净浆初始流动度在后面有升高的趋势。 2结论 ( 1 ) 聚羧酸系减水剂和脂肪族系减水剂的复配性良好复配 的较优比例为聚羧酸： 脂肪族 = 1 ： 1 ， 此时水泥净浆初始流动度为 2 7 0 1 ／ 1 1 ／ 1 ， 3 0 mi n后的流动度为 1 9 0 I ／ L r n 。 ( 2 ) 聚羧酸系与脂肪族及氨基磺酸盐系减水剂的复配效果 良好， 最佳比例为聚羧酸： 脂肪族： 氨基 = 3 2 ： 4 8 ： 2 0 。 此时净浆的初 始流动度为 3 2 0 rai n ， 3 0 mi n后的流动度为 2 6 5 。 但 3 种复配的 减水剂 中氨基 的含量不能超过 6 0 ％。 ( 3 ) 聚羧酸系与脂肪族及萘系减水剂的复配最佳比例为： 聚 羧酸： 脂肪族： 萘系 = 3 2 ：4 8 ：2 0 。 此时净浆的初始流动度为 3 0 0 m／ n ， 3 0 mi n后的流动度为 2 0 5 m_r n 。 萘系所占比例在4 0 ％时会使减水 剂失去保塑陛。 萘系所占比淤 旌 6 使减水剂失去减水作用。 龄期 ， d 图 6 混凝土 C1 、 C5 、 C6的抗压强度 表 6 混凝 土 C1 、 C5 、 C6的氯离子渗透性能 显的效果。 因此， 在使用低品质水泥配制混凝土时， 宜优先考虑 降低混凝土的水灰比。 参考文献 ： 【 1 ]ME H T A P K ． A d v a n c e s i n c o n c r e t e t e c h n o l o g y [ M] ．C o n c r I n t ， 1 9 9 9 ( 6 ) ： 6 9 -7 6 ． 【 2 ]AS T M C1 2 0 2 ， S t a n d a r dt e s t m~ h o df o r e l e c t r i c a l i n d i c a t i o n o f c o n c ret e s a b i l i t y t o r e s i s t c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n [ S ] ． [ 3 】L A M L， WO N G Y L， P O O N C S ． D e g r e e o f h y d r a t i o n a n d g e F s p a c e la — t i o o f h i g h - v o l u me fl y a s h ／ c e me n t s y s t e ms [ J ] ．C e me n t C o n c ret e R e s e a p e h ， 2 0 0 0， 3 0 ( 5 ) ： 7 4 7 — 7 5 6 ． [ 4 】S A R r r A R， S I N G H N B， S I N G H N P ． I nte r a c t i o n o f t a r t a r i c a c i d d u ri n g h y d r a t i o n o f p o r t l a n d c e me nt啊．I n d i a n J C h e m T e c h ， 2 0 0 6 ， 1 3 ( 5 ) ： 2 5 5 - 2 61 ． t 5 】 G B , 1 7 5 —1 9 9 9 ， 硅酸盐水泥、 普通硅酸盐水泥[ s 】 ． 作者简介： 杨建伟( 1 9 8 7 一 ) ， 男， 硕士研究生， 研究方向为混凝土材料。 联系地址： 北京市海淀区清华大学土木系建材所( 1 0 0 0 8 4 ) 联系电话 ： 1 3 8 1 1 1 2 3 1 2 2 参考文献 ： [ 1 】 韩利华， 张学丽， 封孝信 ， 等． 聚羧酸系高效减水剂的研究进展及发 展现状叨． 混凝土， 2 0 0 8 ( 9 ) ： 3 - 8 ． [ 2 】 麻秀星．聚狡酸系与萘系减水剂复配用于高性能混凝土叨．新型建筑 材料 ， 2 0 0 3 ( 8 ) ： 7 - 1 5 ． [ 3 】K a t o Hi my o s h i ， T o k u y a ma T o y o a k i ． I n fl u e n c e o f a d d i t i v e s o n f l u i d i t y o f c e m e n t p ast e - w i t h p o l y c a r b o x y l a t e - b a s e d s u p e r p l a s t i c i z e r s [ J ] J o u rnal o f t h e S o c i e t y o f Ma t e r i al s S c i e n c e ， 2 0 0 3 ( 5 2 ) ： 2 9 4 — 3 0 0 ． [ 4 ]4 孙振平， 蒋正武 ， 王建东， 等． 聚羧酸系高性能减水剂与常用减水剂 复配性研究【 c 】 ．第三届全国混凝土外加剂应用技术专业委员会年会， 2 0 o 7 ( 6 ) ： 3 3 — 3 9 ． 【 5 ]郭蕾， 鲁统卫 ， 王谦， 等．聚羧酸高性能减水剂与脂肪族高效减水剂 复配技术的研究『 C ] ． 第三届全国混凝土外加剂应用技术专业委员会 年会 ， 2 0 0 7 ( 6 ) ： 2 2 — 3 1 ． 作者简介： 刘大为( 1 9 8 0 一 ) ， 男， 工程师， 主要从事混凝土外加剂试验 检测及研究工作。 联系地址： 沈阳市和平区十四纬路一号 辽宁省水利水电科学研究院 ( 1 1 0 0 0 3 ) 联系 电话 ： 1 3 6 0 4 0 7 7 3 0 9 7 3