現(xiàn)代路橋施工中顆粒級(jí)配對(duì)水泥基材料的影響

劉東

（哈爾濱石油學(xué)院土木工程系，哈爾濱 150027）

水泥混凝土作為現(xiàn)代建筑施工中最常使用的施工原材料，其骨料的堆積方式以及水泥的水化速率對(duì)建筑本身有著極為關(guān)鍵的影響作用，而關(guān)于骨料級(jí)配對(duì)膠凝體的結(jié)構(gòu)及強(qiáng)度有何影響的研究仍沒有達(dá)到成熟的地步。而目前對(duì)水泥基材料顆粒級(jí)配的研究主要是在超細(xì)礦物摻和料層面上，并沒有過多涉及水泥熟料細(xì)粉填充礦物摻和料對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，從降低水泥使用量、節(jié)約成本以及加快施工進(jìn)度的角度出發(fā)，使用混凝土外加劑也是十分有必要的。在實(shí)際建筑施工過程中，需要根據(jù)混凝土的實(shí)際使用要求，科學(xué)合理地選擇使用外加劑才能夠獲得較好的經(jīng)濟(jì)效益以及社會(huì)效益。

在水泥的使用過程中，各項(xiàng)基本性能主要體現(xiàn)在硬化水泥漿體的性能發(fā)揮上，其漿體結(jié)構(gòu)在很大程度上決定了硬化水泥漿體的使用性能，而其本身的礦物組成以及物理狀態(tài)則決定著漿體的結(jié)構(gòu)。在現(xiàn)階段對(duì)水泥水化機(jī)理的研究中，其重點(diǎn)是通過改變水泥礦物組成的方式來改善水泥的水化速率，并沒有過多涉及通過調(diào)整水泥的物理狀態(tài)以此改善漿體的結(jié)構(gòu)，這種研究方式存在著一定的局限性。

1 對(duì)粉體最緊密堆積理論的分析

粉體顆粒的初始堆積密度問題一直是水泥研究領(lǐng)域中的一個(gè)重要方向，為了達(dá)到最大的堆積密度，應(yīng)該使混凝土集料所占據(jù)的體積相對(duì)增多，對(duì)于集料中間存在的空隙應(yīng)由一定水膠比的漿體進(jìn)行填充，通過對(duì)集料和漿體之間密實(shí)度進(jìn)行研究，十分有利于優(yōu)化混凝土的配合比。目前較為常見的混凝土顆粒堆積密實(shí)度的數(shù)學(xué)模型可以分為不連續(xù)尺寸顆粒以及連續(xù)尺寸顆粒分布堆積兩種情況。

2 對(duì)水泥基膠凝材料顆粒級(jí)配效應(yīng)的研究

在水泥工業(yè)的實(shí)際生產(chǎn)中，水泥粒度分布問題對(duì)水泥的使用性能有著極大的影響，特別是對(duì)水泥漿體的結(jié)構(gòu)和性能影響很大，可以說水泥的粒度分布是水泥漿體的堆積密度、水泥水化速度和水化產(chǎn)物的生成量的決定因素。為了提高水泥的強(qiáng)度，就必須增加水泥水化產(chǎn)物的生成量,所生成的水化產(chǎn)物填充在空隙中并且相互黏結(jié),這就使得微裂紋和孔隙率極大地減小,進(jìn)而增加了水泥的強(qiáng)度。而硬化水泥漿體的強(qiáng)度同時(shí)與孔結(jié)構(gòu)和孔隙率聯(lián)系緊密，科學(xué)的粒度分布能夠很好地改善粉體原始堆積密度和水化速率，最終提高水泥的水化速率。

2.1 水泥熟料粒徑分布對(duì)其水化性能的影響

目前所生產(chǎn)的硅酸鹽水泥主要包括水泥熟料以及少量石膏，而石膏的摻量相對(duì)較少，通常在5%以內(nèi)，因此就可以將硅酸鹽水泥認(rèn)為是膠凝組分為水泥熟料的一元體系。一些學(xué)者認(rèn)為通過增加水泥的比表面積能夠顯著加快水泥的硬化速度，而提高水泥細(xì)粉顆粒含量能夠顯著增加水泥28d的強(qiáng)度。目前的水泥熟料粒徑通?？梢苑譃?～3um、3～25um、25～60um和大于60um等4個(gè)粒級(jí)，研究表明，0～3um粒徑的水泥細(xì)粉顆粒對(duì)水泥1d的強(qiáng)度影響較大。3～25um粒徑的水泥細(xì)粉則對(duì)水泥90d的強(qiáng)度影響較大，這就說明了水泥早期強(qiáng)度是通過細(xì)粒徑的水泥細(xì)粉顆粒來獲得，而后期強(qiáng)度則是通過較大粒徑的細(xì)粉顆粒來獲得。水泥熟料顆粒越小，與水反應(yīng)的表面越大，水化反應(yīng)速度越快，有利于水化產(chǎn)物的形成。同時(shí)，熟料顆粒越小，水滲透到顆粒中心所需要的時(shí)間短，水化程度提高，有利于充分發(fā)揮熟料的膠凝性能。不僅如此，不同粒徑的水泥細(xì)粉，其所具有的化學(xué)成分及礦物組成也各不相同，小粒徑的細(xì)粉顆粒其C3S含量較多，而C3S和C2S含量對(duì)水泥的強(qiáng)度影響有著決定性作用，這也說明了水泥強(qiáng)度是由水泥顆粒組成以及由于顆粒組成的變化導(dǎo)致其化學(xué)組分及礦物組成的差異兩者共同影響的。

2.2 對(duì)混合材料的粒度分布對(duì)水泥基膠凝材料性能影響的分析

目前公認(rèn)的水泥粉體粒徑最佳級(jí)配的3～32um顆粒含量不低于65%，小于32um顆粒不超過10%，減少大于64um顆粒。微細(xì)粉添加料對(duì)于水泥有著填充作用、水化晶核的作用以及減少集料邊緣區(qū)的空隙含量的作用。填料分活性和惰性兩種，足夠細(xì)度的礦物摻和料能夠很好地填充大顆粒之間的空隙，以此達(dá)到減少用水量的作用，這樣更能使得膠凝材料本身形成最緊密堆積狀態(tài)，保證水泥漿體的結(jié)構(gòu)致密化和均勻化。如果惰性礦物摻和料具有足夠的細(xì)度，就能夠起到一定的反應(yīng)晶核作用，這對(duì)加快水泥起初的水化速率具有很好的促進(jìn)作用。向水泥中加入高細(xì)度的礦物摻和料能夠提高集料周圍的粉體含量，降低孔隙率。由于在水泥的水化反應(yīng)過程中會(huì)在集料表面留有多余的水分以及Ca(OH)2和鈣礬石，之后兩者的體積較大，這就在很大程度上增加了晶體之間的孔隙。

需要說明的是，在選擇混凝土摻和料前，需要熟練掌握施工工程對(duì)混凝土性能的要求指標(biāo)，如強(qiáng)度標(biāo)號(hào)、抗?jié)B性、彈性模量等物理力學(xué)性能。不僅如此，還包括施工工藝、施工季節(jié)以及澆筑的部位和體積，所使用水泥的品種和標(biāo)號(hào)以及砂石的質(zhì)量也在很大程度上影響著摻和料的選擇和使用。對(duì)于施工單位而言，在選擇外加劑前需要進(jìn)行詳細(xì)的配比實(shí)驗(yàn)，對(duì)不同廠商所提供的外加劑進(jìn)行甄別，選擇最佳的摻和料類型。

［1]郭隨華，翁端，陳益民.我國(guó)水泥工業(yè)“生態(tài)化”的研究現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)［J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2001，29（2）：172-177.