基于P·O42.5水泥的混凝土用水量影响因素分析！

从宏观的角度看，水在混凝土中的存在形式大致有三种：第一种是结晶水，又称化学结合水，参与水泥及胶凝材料的化学反应，成为水化产物结构组成的一部分；结晶水可随外界温度及湿度的变化而发生微小变化，从而引起混凝土某些物理性质的变化。第二种是吸附水，不参与组成水化物的晶体结构，是在吸附效应或毛细现象的作用下被机械地吸附于固相粒子表面或混凝土孔隙中，所以又可分为凝胶水和毛细水两种，主要起扩散和溶解水泥颗粒作用。第三种是自由水，是指为了改善混凝土和易性的游离水，大量存在于混凝土的孔隙中，含量不稳定，结合力弱，与一般的水性质相同。结晶水是保证水泥颗粒水化的必要条件；吸附水是保证水泥颗粒充分扩散，逐步完成水化反应的必需条件；而自由水则为结晶水、吸附水充分发挥作用提供外部条件。

 

与水泥进行水化反应形成水化产物的混凝土用水全部属于有效用水，它对混凝土的强度、耐久性等起到保证作用，这部分用水大约是水泥用量的23%～28%。而为了改善混凝土和易性的拌和用水，如果在用水量上控制不好，则对混凝土的强度和耐久性有副作用。

 

1水对混凝土强度的影响

 

影响混凝土强度的因素较多，单从混凝土内部结构来看，与水泥水化产物颗粒本身的强度、比表面积以及混凝土的密实性等因素有关，而水泥水化产物的多少则取决于水泥水化的完全程度和浆体孔隙的大小。因此，在水泥用量一定的情况下，水灰比和水化程度对混凝土强度的形成起着决定性的作用。

 

水泥浆体的拌和用水量通常超过水泥充分水化反应所需的水量很多，以保证混凝土拌合物施工的和易性。为了确定水泥混凝土拌合物用水量对强度等性能的影响，进行了混凝土配合比的试配试验，试配结果见表1。

 

由表1可以看出，混凝土坍落度随着用水量的增加而增大，强度随着用水量的增加而降低。用水率增加越多，则混凝土强度降低越多。混凝土中的水泥水化时需要的结合水为水泥用量的23%～28%，而为了满足混凝土的施工性能，实际用水量为水泥用量的40%～100%，这些多余的游离水在水泥硬化时逐渐蒸发，从而在混凝土中留下许多微小的孔洞，水灰比越大，浆体内产生的毛细孔隙越多，混凝土的密实度越差，强度越低。

 

因此，在满足混凝土施工和易性的前提下，降低混凝土的用水量则成为提高混凝土强度和耐久性的关键。

 

2影响混凝土用水量的因素

 

影响混凝土用水量的主要因素包括：水泥标准稠度、粉煤灰需水量、矿粉用水量、骨料吸水率和外加剂减水率等。

 

2.1水泥标准稠度用水量

 

水泥标准稠度用水量是反映水泥浆体达到标准稠度时需水量的多少。一般情况下，水泥标准稠度用水量与水泥品种、细度及原材料有关。

 

选用不同品种的水泥(比表面积大致相当)进行标准稠度用水量的试验，试验结果对比见表2。

 

由表2可以看出，地域相近、比表面积相等的火山灰水泥用水量较大，采用相同熟料的粉煤灰水泥、矿渣水泥、普通水泥的用水量依次降低。

 

采用不同比表面积的同一种水泥进行标准稠度用水量测定，试验结果表明，水泥的比表面积在达到420m2/kg时，水泥标准稠度用水量最低。但同时也发现，随着水泥比表面积的增加，水泥的抗压强度也有明显的变化，3d抗压强度有所提高，28d抗压强度则有所降低。

 

水泥标准稠度用水量对混凝土的用水量和强度有较大的影响。试验证明，当其他条件不变时，混凝土的用水量随着水泥标准稠度用水量的增大而增大；水泥标准稠度用水量越大，水泥净浆达到标准稠度的用水量、水泥砂浆达到规定的流动度的用水量以及混凝土达到一定坍落度要求的用水量也会越大；对于普通混凝土而言，水泥标准稠度用水量每增加1%，混凝土要达到相同要求的坍落度，则用水量至少会增加3～5kg/m3。

 

因此，在配制混凝土时，宜选择强度相同、标准稠度用水量较低的水泥，这样能有效地降低混凝土拌和用水量，降低水灰比，从而大大提高混凝土的强度和耐久性。同时也可以降低单位体积混凝土的水泥用量，降低混凝土施工成本。

 

2.2粉煤灰的需水量

 

粉煤灰可分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级三个等级，粉煤灰需水量比是指掺30%粉煤灰胶砂用水量与基准水泥砂浆用水量之比，是影响粉煤灰活性的主要物理因素。粉煤灰的需水量比会直接影响粉煤灰替代水泥的比例，也直接影响到混凝土的拌和用水量，进而影响混凝土的强度与耐久性。采用相同品质而需水量不同的粉煤灰等量替代水泥(粉煤灰的掺量一般为胶凝材料的25%)拌制混凝土进行试验比较，其试验结果见表3。

 

由表3可以看出，随着粉煤灰需水量比的增加，混凝土拌合物要达到相同的坍落度，拌和用水量也会相应增加，而混凝土强度却随之降低。

 

对水泥砂浆的流动度试验表明，在混凝土中掺加粉煤灰不但不会增加混凝土的用水量，反而可能降低用水量。但同时也发现，凡是含碳量较高(烧失量较大)的粉煤灰，会明显增加用水量。

 

因此，在混凝土中掺加需水量比适宜的粉煤灰，不仅可以节约大量的水泥和细骨料，而且还可以减少拌和用水量，改善混凝土拌合物的和易性，增强混凝土的可泵性。同时也减少了混凝土的徐变，减少了水化热，提高了混凝土的抗渗力和耐久性。

 

2.3矿粉对混凝土用水量的影响

 

矿粉是经过粉磨工艺制成的，其颗粒形状比较接近卵石，因此，在流动性相同的情况下，可减小标准稠度用水量。

 

矿粉一般是以等量代换形式掺入混凝土中替代部分水泥，由于矿粉要比水泥细，可以增强混合料的颗粒级配组合，提高水泥的密实度。试验表明，在混凝土中掺入一定数量的矿粉后，可减小混凝土拌合物坍落度损失，降低水化热，增加混凝土拌合物的流动性，提高可泵性，增强混凝土的耐久性。需要特别引起注意的是，当矿粉的比表面积＜400m2/kg时，对减少混凝土自收缩有利，随着矿粉掺量的增加，混凝土自收缩减少。同时还需要注意的是，由于掺入矿粉会降低混凝土的早期强度，因此，在冬季施工时应调整矿粉掺量，以减少不利影响。

 

矿粉对混凝土用水量的影响是由矿粉的需水量比与活性指数决定的。矿粉的需水量比对混凝土用水量的影响与粉煤灰相近。矿粉的活性指数同时受矿粉需水量比和矿粉中二氧化硅含量影响，但二氧化硅含量只影响混凝土的强度，与混凝土用水量无关。矿粉中二氧化硅含量越高，混凝土的强度越高。

 

2.4骨料吸水率对混凝土用水量的影响

 

在混凝土配合比试配研究中，骨料的吸水率对混凝土用水量的影响是不能忽视的，它对混凝土的拌和用水量有着很大的影响。

 

骨料的吸水率是指骨料处于饱和状态下的含水率。试验证明，骨料表面粗糙度越大，其吸水率越高。一般来讲，天然砂的表面较为圆滑，人工砂的表面多呈棱角状态，因此人工砂较天然砂的吸水率大，人工轧制碎石较卵石的吸水率大，骨料表面毛细孔率大的石料较毛细孔率小的石料吸水率大，例如花岗岩的吸水率较青石的吸水率大。试验还证明，表面较粗糙的骨料在混凝土拌合物中流动性差，要达到相同的流动度，需水量较大。

 

不同吸水率的骨料配制的混凝土拌合物性能和混凝土抗压强度对比见表4。

 

由表4可以看出，混凝土采用吸水率较大的骨料时，虽抗压强度较高，但混凝土的流动性较差，和易性、可泵性也有所下降。

 

2.5外加剂减水率对混凝土用水量的影响

 

混凝土外加剂的减水率对混凝土的强度和耐久性起着至关重要的作用，随着混凝土外加剂生产技术水平的提高，拌制高强度等级的混凝土已成为现实。例如聚羧酸外加剂的产生和使用，使得混凝土行业发生了一场革命，聚羧酸外加剂的减水率最高可达60%，使得C60混凝土已成为普通混凝土，C100混凝土在工程中也得到了使用。混凝土外加剂减水率对混凝土拌和用水量的影响见表5。

 

由表5可以看出，随着外加剂减水率的提高，混凝土用水量、水灰比大幅降低，在混凝土流动性满足规范要求的前提下，混凝土强度有了较大幅度的提高。

 

但混凝土外加剂的减水率也不是越高越好，随着混凝土减水率的提高，其拌合物的性能也会发生巨大的变化，虽然坍落度可以达到设计要求，但其黏度较大，这就给混凝土的现场浇筑施工带来了一定的难度。因此，在配制高强度混凝土时，解决混凝土拌合物的强度及黏度问题都是核心和关键。

 

3结语

 

在确定混凝土拌合物用水量时，应重点考虑以下内容：

 

(1)宜选用强度高、标准稠度用水量低的水泥。

 

(2)宜选用需水量比低、活性指数高的掺合料。

 

(3)宜选用吸水率低即孔隙率低的骨料。

 

(4)选用减水率适宜的外加剂。需要注意的是，普通混凝土不能采用减水率过高的外加剂，否则混凝土可能产生质量过剩或和易性差等现象，同时还会加大施工成本。

 

混凝土的每个组成部分都会直接影响混凝土的用水量，影响混凝土的强度和耐久性，从而影响混凝土的施工成本和施工性能。因此，要科学计算混凝土配合比，合理选择原材料，精心调配试拌，提高混凝土强度对试验数据进行经济分析对比后发现，合理地选用原材料，可以降低混凝土用水量最高达15kg/m3。