关于水泥强度发展及后期强度应用的试验研究
李逸
【摘 要】本文通过不同水胶比的胶砂强度试验,分析水胶比与强度增长率的关系,研究不同龄期时水泥的强度增长情况.发现水泥强度在28d后仍继续增长,且涨幅较大.对水泥胶砂56d及84d的强度进行分析,得出56d的相对增长率为8.1～13.7％,84d的增长率为10.2～27.3％,提出了对水泥后期强度合理应用的观点.
【期刊名称】《建材与装饰》
【年(卷),期】2018(000)046
【总页数】2页(P48-49)
【关键词】水泥;后期强度;增长率;水胶比
【作 者】李逸
【作者单位】山西中条山新型建材有限公司 山西临汾 043700
【正文语种】中 文
【中图分类】TU472
引言
水泥是一种粉状水硬性无机胶凝材料。加水搅拌后成浆体，能在空气或水中硬化，并能把砂、石等材料牢固地胶结在一起制成混凝土，硬化后强度较高。水泥作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于土木建筑、水利、国防等工程。混凝土是为建筑结构提供强度的主要来源，以标准养护28d强度作为判定合格的依据。混凝土在实际生产过程中往往由于水胶比控制不严格，原材料质量波动较大，或者养护条件差等因素，造成混凝土28d的强度达不到设计标准值。如仅凭此结果早早判定混凝土结构强度不合格，势必造成巨大的浪费。混凝土后期的强度还会涨吗？能涨多少？多长时间能够达到设计强度？这是建筑行业最关心的话题之一，也是最迫切需要解决的问题，它具有重大的经济意义。
水泥作为混凝土的主要胶凝材料，其强度状况直接决定着混凝土的强度高低。研究水泥的强度增长规律，将为更合理、更经济的处理混凝土结构的强度不足问题提供参考依据。本研究采用混凝土常用的0.2～0.6的水胶比进行水泥胶砂试验，通过胶砂的抗压强度分析，发现水泥的强度在28d后仍继续增长，且增长幅度还较大。采用不同水胶比时，胶砂强度的增长存在不一样的发展规律。依据试验结果，得出水泥不同龄期时的强度增长率，并提出对后期强度加以合理应用的观点。在工程案例中，当出现前期混凝土结构强度达不到设计要求时，可用“后期强度增长率”推断2～3个月的强度增长情况，为合理经济的做出处理方案提供依据，避免采取不必要的拆除或加固的处理措施。
1 原材料性能与试验方法
1.1 试验原材料
试验用水泥为中条山新型建材公司生产的普通硅酸盐水泥P.O42.5，脱硫石膏掺量3.5%，矿渣掺量8%，石灰石掺量3.5%。水泥的主要矿物组成及性能见表1。
表1 水泥主要矿物组成及性能C3S C2S C3A C4AF SO3 比表面积48.5% 16.1% 6.0% 8.1% 2.16% 342
试验用砂为标准砂，细度模数2.3。
试验用减水剂为山西某公司生产的聚羧酸系高效减水剂，固含量11%，掺量2%时砂浆减水率为24.5%。
1.2 试验原理及方法
试验通过制作不同水胶比的水泥胶砂试件，在同等环境下进行养护，检测不同龄期时水泥胶砂的抗压强度。试验所采用的水胶比为混凝土实际生产中的常用范围，试验中对低水胶比的胶砂采用减水剂，使胶砂流动度均不低于160mm，以满足砂浆的工作性能。确保所得到的试验结果更贴近生产，更具代表性，更符合实际。试验配合比见表2。
表2 不同水胶比的胶砂配合比类别 水胶比 水泥（g） 标准砂（g） 实际加水量（ml） 减水剂用量（g）1-1 0.20 1125 1350 185 45 1-2 0.25 900 1350 201 27 1-3 0.30 750 1350 209 18 1-4 0.35 3 1350 214 12 1-5 0.40 563 1350 225 -1-6 0.45 500 1350 225 -1-7 0.50 450 1350 225 -1-8 0.55 409 1350 225 -1-9 0.60 375 1350 225 -
通过不同水胶比的胶砂强度对比分析，寻求胶砂强度增长率与水胶比的关系。根据不
同龄期的胶砂抗压强度，绘制强度增长率曲线，分析后期水泥强度在56d及84d时的增长值，得到具体的相对增长率范围。
试验依据《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T2419-2005）对各配合比的胶砂进行流动度测定；依据《水泥胶砂强度检测方法》（GB/T17671-1999）进行胶砂制作及强度检测，试件尺寸为40mm×40mm×160mm的长方体。试验分两组进行：第一组，不掺减水剂。用水量固定为225ml，标准砂一袋 1350g。调整水泥的用量，制作水胶比为 0.40，0.45，0.50，0.55，0.60时的水泥胶砂试件各5组。第二组，掺减水剂。试验中扣除减水剂的含水量，保持胶砂实际用水量为225ml不变，标准砂一袋1350g。调整水泥的用量，制作水胶比为0.20，0.25，0.30，0.35时的水泥胶砂试件各5组。
试验的全部胶砂在同一天内制作完成，并详细记录每组胶砂的加水时间。对成型后的胶砂按照制作时间顺序进行编号标记，全数试件均采用水泥混凝土养护箱进行养护，试件置于水面以下，温度设定在20℃。对养护7d，14d，28d，56d及84d龄期的胶砂进行抗压强度检测，观察强度增长规律。
2 实验结果及分析
胶砂流动度试验从胶砂加水开始到测量扩散直径结束，在6min内完成。胶砂试件的龄期从水泥加水搅拌开始计算。7d和14d的强度检测在龄期±2h内完成，28d及以上强度的检测在龄期±8h内完成。相关试验数据见表3。
表3 不同水胶比的胶砂流动度及抗压强度类别 水胶比 流动度（mm）胶砂抗压强度
7d 14d 28d 56d 84d 1-1 0.20 210 80.2 87.8 90.2 99.8 103.8 1-2 0.25 230 68.5 74.6 78.5 85.6 86.5 1-3 0.30 300 60.8 65.1 68.6 74.5 77.6 1-4 0.35 300 54.7 58.9 .2 69.4 71.8 1-5 0.40 160 49.5 52.7 58.4 65.5 68.2 1-6 0.45 180 42.6 46.3 52.6 58.2 60.5 1-7 0.50 195 35.8 40.3 45.8 50.4 55.3 1-8 0.55 210 32.3 36.2 40.6 45.5 47.5 1-9 0.60 220 26.5 30.8 34.4 39.1 43.8
通过表3的试验结果显示，水泥的强度在84d的龄期内均在持续增长，28d的强度值不代表水泥的最终强度。水泥中的矿物成分C3A、C3S、C2S及C4AF的水化速度及水化期均不相同 [1]。在温度20～25℃条件下，C3A水化最快，3d以后的水化深度基本无变化；C3S水化深度在7d时就达到28d总水化深度的97%，7～28d水化速度下降，28d后水化更加缓慢，1年后水化基本结束；C2S水化最慢，28d时仅水化约20%，水化速度在5个月内基本相当，后期变慢，一年以后强度可超过C3S，对后期强度增长起着重要作用；C4AF水化速度早期介于C3S与C2S之间，早期强度类似C3A，而后期还能不断增长，类似于C2S。因此，仅以28d强度值来判定混凝土结构的强度不科学，不合理，更不经济。
本试验对水泥近3个月的强度增长情况进行分析，以28d的强度值为基础，计算各龄期的强度增长率及相对增长率。得出强度增长率与龄期的关系，及增长率与水胶比的关系。相关数据见表4，图1和图2。
表4 胶砂强度增长率及相对增长率类别 水胶比 7d增长率56d 84d增长率 相对增长率 增长率 相对增长率1-1 0.20 88.9%97.3% 100% 110.6% 10.6% 115.1% 15.1%1-2 0.25 87.3%95.0% 100% 109.0% 9.0% 110.2% 10.2%1-3 0.30 88.6%94.9% 100%
108.6% 8.6% 113.1% 13.1%1-4 0.35 85.2%91.7% 100% 108.1% 8.1% 111.8% 11.8%1-5 0.40 84.8%90.2% 100% 112.2% 12.2% 116.8% 16.8%1-6 0.45 81.0%88.0% 100% 110.6% 10.6% 115.0% 15.0%1-7 0.50 78.2%88.0% 100% 110.0% 10.0% 120.7% 20.7%1-8 0.55 79.6%.2% 100% 112.1% 12.1% 117.0% 17.0%1-9 0.60 77.0%.5% 100% 113.7% 13.7% 127.3% 27.3%14d增长率28d（基础）
图1 抗压强度增长率曲线
图2 龄期强度增长率与水胶比关系曲线
通过表4的数据显示，以28d强度为基础时，56d强度的相对增长率范围在8.1～13.7%，84d强度的相对增长率范围在10.2～27.3%。其中，类别1-1#，1-2#，1-3#及 1-4#的后期强度增长率明显低于1-5#，1-6#，1-7#，1-8#和1-9#的数值，即水胶比0.20～0.35所代表的高强混凝土比0.4～0.6水胶比的普通混凝土后期强度增长幅度要小。0.20～0.35水胶比时，56d强度的平均相对增长率为9.1%，84d强度的平均相对增长率为12.6%；0.4～0.6水胶比时，56d强度的平均相对增长率为11.7%，84d强度的平均相对增长率为19.4%。以工程中最常用的30MPa强度为例，假如28天时检测的抗压强度为 30MPa，可推测56d强度为30MPa·（1+11.7%）=33.5MPa；84d 强度为 30MPa·（1+19.4%）=35.8MPa。对混凝土结构物未来的强度推测具有很高的应用价值。
从图1水泥胶砂的抗压强度增长率曲线可以看出，以28d强度为基础，1-1#～1-9#曲线均在逐渐上升，但各曲线的上升速率不同。说明，随着龄期的增长，水泥的强度在不断增长，增长的速率与水胶比的大小存在关系。根据强度增长率曲线的发展趋势可以推断，
水泥的强度在84d龄期以后还会继续增长。
从图2各龄期的强度增长率与水胶比的关系曲线可以看出，当以28d龄期为限时，早期强度增长率随着水胶比的增大而逐渐降低，后期强度增长率随着水胶比的增大而逐渐增大。即，高水胶比代表的低标号混凝土的早期强度小而后期强度增长幅度较大；低水胶比代表的高标号混凝土早期强度高而后期强度增长幅度较小。在混凝土应用中，可根据结构物的实际使用工期来合理设计混凝土的龄期或水胶比，以达到最优的经济性。
3 结论
通过以上的试验分析，以及对水泥的化学成份和水化反应的认识，可以得出以下结论：
（1）水泥28d的强度值不代表水泥的最终强度，28d龄期后强度仍会继续增长。
（2）20℃环境下，以28d强度为基础，56d强度的相对增长率范围在8.1～13.7%，84d强度的相对增长率范围在10.2～27.3%，且后期强度的增长期高于84d。
（3）水泥的早期强度增长率随着水胶比的增大而逐渐降低，后期强度的增长率随着水胶比的增大而逐渐增大。
（4）水泥的后期强度增长幅度较大，可以对混凝土结构未来的强度进行补充，具有很高的应用及经济价值。
参考文献
【相关文献】
[1]吴金龙.关于强度倒缩的探究及规避分析[J].商品混凝土，2018（08）：33～36.
