水泥比表面积对混凝土性能影响的试验研究

李旭阳

（三明市检验检测中心，福建 三明 365000）

0 引言

水泥是混凝土的重要组成部分，作为混凝土中的活性成分，对混凝土的强度存在着直接的影响[1]，而水泥的比表面积是影响混凝土强度的重要参数。通常情况下，水泥的比表面积越大，水泥细度越小，水泥的水化速度越快，混凝土早期具有较高强度，但是后期强度存在下降的可能[2]。以某公司生产的4 种不同批次的普通硅酸盐水泥配制混凝土进行试验，研究水泥比表面积对混凝土性能的影响。

1 水泥比表面积对混凝土性能的影响试验

1.1 原材料选择以及混凝土试样制备

（1）水泥原料选择。选择某公司生产的4 种不同批次的普通硅酸盐水泥进行试验，分别用水泥A、水泥B、水泥C、水泥D 表示，4 种水泥的比表面积存在差异，其化学组成见表1所示，比表面积见表2所示。

（2）其他原材料选择。选择的粉煤灰密度为2.1kg/m3，纯度为99%，含量为88%；细骨料为细度模数为2.94的机制砂；粗集料为5～20mm、20～40mm和40～80mm 3种粒径的级配碎石；减水剂的减水率大于25%。采用以上原材料制备4种不同水泥比表面积的混凝土，具体配比见表3所示。

表3 4种不同水泥比表面积的混凝土配合比

依据表3中的配合比，制备4种不同比表面积的水泥砂浆，对砂浆的凝固时间、流动性、坍落度等进行测试。测试完成后，制备4 种混凝土试样，试样大小为15cm×15cm×15cm，用J1、J2、J3、J4 表示，将制备完成的试样置于相同养护环境中进行7d、14d、28d 的养护，养护完成后取出4种试样备用。

1.2 试验方法

1.2.1 水泥砂浆性能试验

完成J1、J2、J3、J4 混凝土砂浆制备后，需先测试砂浆的相关性能，主要测试砂浆的凝固时间、流动度以及坍落度。

（1）水泥凝固时间试验。按照标准稠度用水量完成水泥砂浆制备后，在温度为22℃、相对湿度为95%的室内环境下进行水泥砂浆凝固时间的试验。

（2）水泥砂浆流动度试验。采用沙井稠度测定仪，进行4 种不同比表面积的砂浆流动度试验，并按照《混凝土质量控制标准》进行流动度分析。

（3）水泥砂浆坍落度试验。坍落度主要是衡量水泥砂浆和易性的指标，采用坍落度测定仪进行水泥砂浆的坍落度测定，并按照《混凝土质量控制标准》进行判断。

1.2.2 混凝土试样性能试验

针对J1、J2、J3、J44 种混凝土试样的抗折强度、抗压强度、干缩性能、耐久性能进行测试，并测定试样的微观结构。

（1）抗折、抗压强度。采用全自动抗折、抗压试验机对J1、J2、J3、J44种混凝土试样进行抗折强度测试，并依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2020）判断试样的抗折、抗压强度。

（2）干缩性能。在试样养护第2d 脱模时，测量J1、J2、J3、J44种混凝土试样的初始长度L0，测量完成后，将其置于温度22℃、相对湿度为50%的室内环境下，分别计算养护时间为7d、14d、28d 时的试样长度。混凝土的干缩值计算公式为：

式中：Sd——养护龄期为d时的干缩率；

Lt——龄期为t天时的长度。

依据《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2019）对计算结果进行分析。

（3）耐久性。采用电通量法进行J1、J2、J3、J44 种混凝土试样的耐久性测试，该测试的内容包含抗渗性。该测试主要通过6h 的电量测试完成，获取电通量结果和混凝土质量损失率结果。并依据《混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T 50082-2019）进行耐久性分析。

2 试验结果分析

2.1 水泥砂浆性能分析

依据1.2.1 小节的试验方法，完成J1、J2、J3、J44 种水泥砂浆性能试验，试样的凝固时间、流动度、坍落度试验结果见表4。

表4 水泥砂浆性能试验结果

由表4 的试验结果分析可知：水泥砂浆的流动度和坍落度随着水泥比表面积的增加而降低，这是由于水泥比表面积越大，水泥中颗粒含量越高，需水量越大，导致其流动性降低，坍落度减小。

2.2 混凝土试样性能分析

（1）抗折及抗压强度。依据1.2.2小节的试验方法，测试J1、J2、J3、J44种混凝土试样在不同养护时间下的抗折强度以及抗压强度，试验结果见表5。

表5 抗折强度以及抗压强度试验结果

由表5 的试验结果分析可知：J1、J2、J3、J44 种混凝土试样在不同养护时间下，呈现出不同的抗折强度和抗压强度变化结果。随着水泥比表面积的逐渐增加，混凝土试样的抗折强度以及抗压强度均呈现先上升后下降的变化情况；并且养护时间为28d 时，J3 的抗折强度和抗压强度最大。由此可见，水泥比表面积直接影响混凝土的强度。

（2）干缩性能。依据1.2.2 小节中干缩率的试验方法测试J1、J2、J3、J44 种混凝土试样在不同养护时间下的干缩性能，试验结果见表6。

表6 混凝土干缩率试验结果（单位：%）

由表6 试验结果分析可知：J1、J2、J3、J44 种混凝土试样在不同养护时间下，干缩率的大小也存在一定差异。水泥比表面积越小，混凝土的干缩率越低，干缩率越低，混凝土施工后裂缝形成几率越低；其中J1的干缩率最小，J4的干缩率最大。在实际应用过程中，可结合其他性能测试结果进行综合选择。

（3）耐久性。依据1.2.2 小节的耐久性测试方法，获取J1、J2、J3、J44 种混凝土试样的6h 电量测试结果，混凝土的质量损失结果见表7。

表7 耐久性试验结果

由表7 的试验结果分析可知：J1、J2、J3、J44 种试样经过6h 电量后，其电通量会随着水泥比表面积的增加而下降，混凝土的抗渗性能会提升。由此可见，水泥比表面积对于混凝土的抗渗性能具有较大影响。

3 结束语

制备4种不同水泥比表面积的混凝土试样，并展开比表面积对相关性能影响的试验分析，试验结果显示：

（1）水泥砂浆的流动度和坍落度随着水泥比表面积的增加而降低；

（2）混凝土的抗折及抗压强度随着比表面积的增加均呈现先上升后下降的变化；

（3）水泥比表面积越小，混凝土的干缩率越低，施工后裂缝形成几率越低；

（4）混凝土的抗渗性能会随着水泥比表面积的增加而提升，耐久性提升。

由此可见，水泥比表面积对混凝土的抗压强度、抗折强度、耐久性等均存在不同程度的影响，在应用过程中应结合实际应用需求进行综合评判，以选择合适的水泥比表面积。