1、重庆大学本科学生毕业设计（论文） 水泥细度对混凝土早期性能的影响 学 生：高阳 学 号： 20063591 指导教师：贾兴文 专 业：无机非金属材料工程 重庆大学材料科学与工程学院 二 O 一 O 年六月 Graduation Design(Thesis) of Chongqing University Reasearch of the effect of cement fineness on the early properties of concrete Undergraduate: Gaoyang Supervisor: Dr. Jia Xingwen Major: Inorganic
2、non-metallic materials engineering College of Material Science and Engineering Chongqing University June 2010 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 中文摘要 摘 要 应用于大跨度预应力桥梁的水泥，由于施工要求早期强度，加之国家标准没有规定细度上限，因此越磨越细。过 高的细度已经开始对混凝土的各方面性能产生影响。基于这个原因，针对用于桥梁工程的混凝土，作了细度对混凝土早期 力学性能影响的实验研究。 通过采用统一配合比，改变水泥细度的方法成型 混凝土 试件，研究了细度对混凝土早期强度增长规律的
3、影响，以及掺合料和减水剂的用量对混凝土强度与水泥细度相关规律的影响。 测定了不同 细度水泥的标准稠度用水量，凝结时间，胶砂扩展度 。 结果表明， 混凝土的早期抗压强度随细度增大而增大，增长曲线逐渐平缓；早期抗拉强度 也 随细度增大而增加 ， 但变化不明显 ，并且在水泥比表面积超过 400 /kg 时抗拉 强度出现下降。 减水剂和 少量 矿物掺合料的掺入对比表面积 350400 /kg 的水泥拌制的混凝土的强度提高较大 ，当矿物掺合料的用量增大时， 则 对 比表面积较小的 水泥的强度有较大提高，同时可以降低混凝土强度对水泥细度变化的敏感性。 水泥的标准稠度用水量随细度增加而增加，增幅不大，比表面
4、积 400 /kg 时，标准稠度用水量约为 26%； 凝结时间随细度增大而缩短，幅度不大； 关键词 ： 水泥细度，早期强度， 标准稠度用水量，凝结时间， 胶砂 扩展度 重庆大学本科学生毕业设计（论文） ABSTRACT ABSTRACT As the demand of the early strength of concrete grows, while the national standards hasnt fixed a fineness limit, the fineness of cement used in long-span prestressed concrete bridg
5、e increases without control. Excessive fineness begins to affect the performance of all aspects of concrete. For that reason, in this paper the affect of cement fineness on the early properties of concrete is studied. The results show that early compressive strength of concrete increases with the fi
6、neness， and growth curve turns from steep to flat； Early tensile strength of concrete increases with the fineness, and the growth is modest. Tensile strength decreases when surface area reaches 400 ； Standard consistency water grows slowly with the fineness.Setting time gradually shortened with incr
7、easing fineness.The addition of superplasticizer and mineral admixtures improves the strength of concrete which uses fine cement better. According to the experimental results,the author recommends to use fine cement whose surface area ranges between 350 and 400 in structures which has the demand of
8、early strength. Key words： cement fineness , early strength , standard water consistency, setting time, mortar fluidity 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 目录 目 录 中文摘要 . ABSTRACT . 1 绪 论 . 1 1.1 研究背景 . 1 1.1.1 预应力连续刚构桥梁对水泥的要求 . 2 1.1.2 研究水泥细度与桥梁混凝土力学性能关系的必要性 . 2 1.2 国内外研究现状 . 2 1.2.1 水泥细度对工作性能的影响 . 2 1.2.2 水泥细度对混凝土力学性
9、能的影响 . 5 1.2.3 水泥细度对混凝土耐久性的影响 . 7 1.2.4 颗粒分布对水泥性能的影响 . 8 1.3 本文要研究的内容 .10 2 原材料和试验方法 .11 2.1 原材料 .11 2.2 试 验方法 .13 3 水泥细度对标稠、凝结时间、胶砂扩展 度的影响 .15 3.1 水泥细度对标准稠度用水量的影响 .15 3.2 水泥细度对凝结时间的影响 .15 3.3 水泥细度对胶砂扩展度的影响 .16 3.4 水泥细度 新拌混凝土坍落度 的影响 . 16 3.5 结论 .17 4 水泥细度对混凝土力学性能的影响 .18 4.1 水 泥细度对胶砂强度的影响 .18 4.1.1 水
10、泥细度对胶砂抗折强度的影响 .18 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 目录 4.1.2 水泥细度对胶砂抗压强度的影响 .19 4.2 水泥细度对混凝土力学性能的影响 .20 4.2.1 水泥细度对混凝土抗压强度的影响 .20 4.2.2 水泥细度对混凝土劈裂抗拉强度的影响 .22 4.2.3 减水剂和矿渣掺量对水泥细度和混凝土早期力学性能相关规律的影响 .24 4.3 结论 .27 5 结论和展望 .27 参 考 文 献 .28 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 绪论 1 1 绪 论 1.1 研究背景 预应力连续刚构桥梁这一结构形式由 于其用料省、自重轻、行车平稳、跨越能力强等显著的优越性，在
11、实际工程中得到了越来越广泛的应用。由于施工工艺和工程进度的要求，桥梁混凝土经常需要达到较高的早期强度，因此工程中多采用比表面积较大 的早强型水泥。我国自 1979 年开始的数次水泥标准修订都把早期强度放在了越来越重要的位置 1： 第一次修订是将我国使用了 20 多年的“硬练”强度检验方法和标准改为“软练”强度和标准。这次变化较大 ,主要变化如表 1.1 所示 ： 水泥标准从“硬练”改为“软练”的主要变化 表 1.1 变化因素 GB175-63 GB175-77 孰 料的石灰饱和系数（ KH） 0.85 左右 0.90 左右 C3A 含量 5%7% 8% 检验强度所用灰砂比 1:3 1:2.5
12、检验强度所用加水量 P/4+2.6 固定 0.44 用相同熟料检验 28d抗压强度的 差 别 497kg/cm2 613kg/cm2 425kg/cm2 525kg/cm2 细度 4900 孔 /cm2 筛余 15% 0.08mm 筛余 15% 由表中可见，这次修订水泥标准的 结果是增加了熟料中的 C3S 和 C3A 的含量，水泥的比表面积从平均 300 /kg 增加到平均 330 /kg，提高了 水泥强度，尤其是早期强度； 第二次修订后的 GB 175 - 92、 GB 1344 - 92 等强调了水泥的早期强度 , 28 d 强度提高了 2 % , 增加了 R 型水泥品种。该标准强化了 3
13、 d 早期强度意识 ,倡导多生产 R 型水泥。普通水泥的细度进一步变细 ,从筛析法的 12 %改为 10 %。第三次修订后的规范 GB 175 - 1999、 GB 1344 - 1999 等把强度检验的水灰比改为0. 50 ,取消了 GB 175 - 92 中的 325 号水泥。水泥的强度进一步提高 ,迫使水泥厂以提高 C3S、 C3A 和比 表面积来提高水泥的强度。 由于国家标准对于水泥的细度上限没有作规定，导致实际工程中采用的水泥 比表面积越来越偏大 ， 80m 筛余量大多都小于 3%，甚至没有筛余，水泥比表面积已高达 400 /kg。我国水泥在 40 多 年前的最高强度（ GB175-
14、63硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 ）相当于 20 世纪末的 425 号 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥重庆大学本科学生毕业设计（论文） 绪论 2 （ GB175-92），相当于目前的 32.5 级 2。人们对于这种细水泥的特性了解的还不够深入，因此当它应用于桥梁工程时，已经对混凝土的性能产生了诸多影响，诸如耐久性迅速降低，后期强度增长 缓慢甚至倒缩等。因此有必要提出一个适合大跨度预应力混凝土连续刚构桥梁的水泥细度上限值，确保混凝土的中长期性能。 1.1.1预应力连续刚构桥梁对水泥的要求 用于预应力连续刚构桥梁的高性能混凝土，其性能要求要高于一般的普通混凝土，除了拌合物需要有良好的工作性以外，较高的强
15、度和优越的耐久性也是必不可少的。其中强度的要求包括两个方面，早期强度和中长期强度。从工程应用上讲，结构的早期强度和耐久性存在着矛盾，甚至于早期强度和中长期强度也存在着一定程度上的矛盾：许多工程实例和研究结果显示，过高的早期强度往往和裂缝的过早产 生和后期强度的倒缩有着一定的联系。 因此在早期强度和中长期性能这两者之间寻找一个平衡点是个至关重要的问题，因为这两者分别代表了工程进度和工程质量这两个关键因素对混凝土和水泥的要求。 1.1.2研究水泥细度与桥梁混凝土力学性能关系的必要性 在工程进度和工程质量这两者的矛盾中，水泥的细度起着重要的控制作用：细度过小，则水化速度慢，早期强度达不到要求，施工进
16、度慢，严重影响模板 、 场地和施工机械的周转效率，延长工期，增加工程投资，带来不必要的浪费；细度过大，则初期水化速度过快，放热量大，收缩增加，产生过大的温度应 力和收缩裂缝，影响结构的耐久性，而且细度过大还可能导致混凝土后期强度增长缓慢乃至倒缩。 所以有必要通过实验研究水泥细度与桥梁混凝土力学性能的关系，找到一个最合适的水泥细度限值，既能满足混凝土早期强度的需要，保证工程进度，又不至于影响结构的中长期强度。 1.2 国内外研究现状 1.2.1水泥细度对工作性能的影响 (1)标准稠度用水量 国内外普遍认为水泥的标准稠度用水量随着细度的增加而增加。 表 1.1 是包先成等人 3引用陕西声威集团建材
17、有限公司某月的数据： 水泥细度与净浆流动度和标准稠度用水量的关系 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 绪论 3 表 1.1 序号 细度 /% 比表面积 /(/kg) 标准稠度用水量 /% 净浆流动度 /mm 80m 筛筛余 45m 筛筛余 初始 60min 1 2 3 4 5 6 7 1.2 1.0 2.4 2.7 1.1 4.5 5.8 6.7 6.7 11.0 11.2 8.0 13.0 16.0 360 360 407 361 343 309 301 28.9 28.2 29.8 29.2 27.1 24.5 25.1 120 147 206 195 195 133 190 140 222
18、 235 (2)净浆流动度 净浆的流动度随着水泥细度的增加而不断减小。石小芳 4等人研究了筛余及比表面积对水泥净浆流动度的影响，实验结果 见表 1.2： 水泥净浆流动度与比表面积和 80m 筛余的关系 表 1.2. 编号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 80m筛筛余 比表面积 /( /kg) 5min 流动度 4.8 341 201 4.0 363 192 3.6 342 195 3.4 361 178 3.0 361 170 2.8 356 180 2.4 337 170 2.4 364 165 2.2 355 165 作者认为 :水泥的净浆流动度同 80m筛筛余有较好的相关性。试验水泥
19、的比表面积变化不大，应该通过放大筛余来调整水泥的适应性。为此将球磨机的钢球级配进行了调整，将 42.5 水泥的细度指标由原来的 3.0 调整到 1.5%3.0%，水泥的标准稠度用水量下降到 27.0%左右，水泥的流动度达到了 180mm，使水泥性能得到了很大的改善。 重庆大学本科学生毕业设计（论文） 绪论 4 图 1.1.不同细度水泥浆体的流变曲线（磨细熟料加 5%石膏，水灰比为 0.25） - 201 /kg； - 248.5 /kg； -307 /kg； -403 /kg； -511 /kg 图 1.1 是不同细度水泥浆体的流变曲线，它来自 R.A.Heimuth美 5关于新拌水泥浆体的一
20、篇学术论文。其中的屈服应力是按照维卡仪穿透 20mm 所需要的力来计算的，它表明水泥浆体在凝结的各个阶段的的屈服应力都随水泥细度的增大呈现出增加的趋势。 周立霞 19等人对粉煤灰水泥细度的研究表明， 粉煤灰水泥的胶砂需水量（比）与粉煤灰及水泥颗粒细度为负关联，而流动度（比）则与粉煤灰及水泥颗粒细度为正关联。即细度增加会导致胶砂需水量减小，流动度增加。因此，在配 制粉煤灰混凝土时，可以通过适当提高粉煤灰颗粒细度来减少混凝土拌合用水量，提高混凝土的流动性。 (3)凝结时间 水泥细度的增加会缩短水泥的凝结时间 6，如图 1.2 所示，水泥细度由3220cm2/g 增至 5560cm2/g 时，混凝土的初凝和终凝时间分别缩短了 1h20min 和1h40min。因此水泥细度的增加及比表面积的提高会加速混凝土的凝结。
