基於P·O42.5水泥的混凝土用水量影響因素分析

引言

從宏觀的角度看，水在混凝土中的存在形式大致有三種：第一種是結晶水，又稱化學結合水，參與水泥及膠凝材料的化學反應，成為水化產物結構組成的一部分；結晶水可隨外界溫度及溼度的變化而發生微小變化，從而引起混凝土某些物理性質的變化。第二種是吸附水，不參與組成水化物的晶體結構，是在吸附效應或毛細現象的作用下被機械地吸附於固相粒子表面或混凝土孔隙中，所以又可分為凝膠水和毛細水兩種，主要起擴散和溶解水泥顆粒作用。第三種是自由水，是指為了改善混凝土和易性的遊離水，大量存在於混凝土的孔隙中，含量不穩定，結合力弱，與一般的水性質相同。結晶水是保證水泥顆粒水化的必要條件；吸附水是保證水泥顆粒充分擴散，逐步完成水化反應的必需條件；而自由水則為結晶水、吸附水充分發揮作用提供外部條件。

與水泥進行水化反應形成水化產物的混凝土用水全部屬於有效用水，它對混凝土的強度、耐久性等起到保證作用，這部分用水大約是水泥用量的23%～28%。而為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，則對混凝土的強度和耐久性有副作用。

1水對混凝土強度的影響

影響混凝土強度的因素較多，單從混凝土內部結構來看，與水泥水化產物顆粒本身的強度、比表面積以及混凝土的密實性等因素有關，而水泥水化產物的多少則取決於水泥水化的完全程度和漿體孔隙的大小。因此，在水泥用量一定的情況下，水灰比和水化程度對混凝土強度的形成起著決定性的作用。

水泥漿體的拌和用水量通常超過水泥充分水化反應所需的水量很多，以保證混凝土拌合物施工的和易性。為了確定水泥混凝土拌合物用水量對強度等效能的影響，進行了混凝土配合比的試配試驗，試配結果見表1。

由表1可以看出，混凝土坍落度隨著用水量的增加而增大，強度隨著用水量的增加而降低。用水率增加越多，則混凝土強度降低越多。混凝土中的水泥水化時需要的結合水為水泥用量的23%～28%，而為了滿足混凝土的施工效能，實際用水量為水泥用量的40%～100%，這些多餘的遊離水在水泥硬化時逐漸蒸發，從而在混凝土中留下許多微小的孔洞，水灰比越大，漿體內產生的毛細孔隙越多，混凝土的密實度越差，強度越低。

因此，在滿足混凝土施工和易性的前提下，降低混凝土的用水量則成為提高混凝土強度和耐久性的關鍵。

2影響混凝土用水量的因素

影響混凝土用水量的主要因素包括：水泥標準稠度、粉煤灰需水量、礦粉用水量、骨料吸水率和外加劑減水率等。

2。1水泥標準稠度用水量

水泥標準稠度用水量是反映水泥漿體達到標準稠度時需水量的多少。一般情況下，水泥標準稠度用水量與水泥品種、細度及原材料有關。

選用不同品種的水泥（比表面積大致相當）進行標準稠度用水量的試驗，試驗結果對比見表2。

由表2可以看出，地域相近、比表面積相等的火山灰水泥用水量較大，採用相同熟料的粉煤灰水泥、礦渣水泥、普通水泥的用水量依次降低。

採用不同比表面積的同一種水泥進行標準稠度用水量測定，試驗結果表明，水泥的比表面積在達到420m2/kg時，水泥標準稠度用水量最低。但同時也發現，隨著水泥比表面積的增加，水泥的抗壓強度也有明顯的變化，3d抗壓強度有所提高，28d抗壓強度則有所降低。

水泥標準稠度用水量對混凝土的用水量和強度有較大的影響。試驗證明，當其他條件不變時，混凝土的用水量隨著水泥標準稠度用水量的增大而增大；水泥標準稠度用水量越大，水泥淨漿達到標準稠度的用水量、水泥砂漿達到規定的流動度的用水量以及混凝土達到一定坍落度要求的用水量也會越大；對於普通混凝土而言，水泥標準稠度用水量每增加1%，混凝土要達到相同要求的坍落度，則用水量至少會增加3～5kg/m3。

因此，在配製混凝土時，宜選擇強度相同、標準稠度用水量較低的水泥，這樣能有效地降低混凝土拌和用水量，降低水灰比，從而大大提高混凝土的強度和耐久性。同時也可以降低單位體積混凝土的水泥用量，降低混凝土施工成本。

2。2粉煤灰的需水量

粉煤灰可分為Ⅰ級、Ⅱ級、Ⅲ級三個等級，粉煤灰需水量比是指摻30%粉煤灰膠砂用水量與基準水泥砂漿用水量之比，是影響粉煤灰活性的主要物理因素。粉煤灰的需水量比會直接影響粉煤灰替代水泥的比例，也直接影響到混凝土的拌和用水量，進而影響混凝土的強度與耐久性。採用相同品質而需水量不同的粉煤灰等量替代水泥（粉煤灰的摻量一般為膠凝材料的25%）拌制混凝土進行試驗比較，其試驗結果見表3。

由表3可以看出，隨著粉煤灰需水量比的增加，混凝土拌合物要達到相同的坍落度，拌和用水量也會相應增加，而混凝土強度卻隨之降低。

對水泥砂漿的流動度試驗表明，在混凝土中摻加粉煤灰不但不會增加混凝土的用水量，反而可能降低用水量。但同時也發現，凡是含碳量較高（燒失量較大）的粉煤灰，會明顯增加用水量。

因此，在混凝土中摻加需水量比適宜的粉煤灰，不僅可以節約大量的水泥和細骨料，而且還可以減少拌和用水量，改善混凝土拌合物的和易性，增強混凝土的可泵性。同時也減少了混凝土的徐變，減少了水化熱，提高了混凝土的抗滲力和耐久性。

2。3礦粉對混凝土用水量的影響

礦粉是經過粉磨工藝製成的，其顆粒形狀比較接近卵石，因此，在流動性相同的情況下，可減小標準稠度用水量。

礦粉一般是以等量代換形式摻入混凝土中替代部分水泥，由於礦粉要比水泥細，可以增強混合料的顆粒級配組合，提高水泥的密實度。試驗表明，在混凝土中摻入一定數量的礦粉後，可減小混凝土拌合物坍落度損失，降低水化熱，增加混凝土拌合物的流動性，提高可泵性，增強混凝土的耐久性。需要特別引起注意的是，當礦粉的比表面積＜400m2/kg時，對減少混凝土自收縮有利，隨著礦粉摻量的增加，混凝土自收縮減少。同時還需要注意的是，由於摻入礦粉會降低混凝土的早期強度，因此，在冬季施工時應調整礦粉摻量，以減少不利影響。

礦粉對混凝土用水量的影響是由礦粉的需水量比與活性指數決定的。礦粉的需水量比對混凝土用水量的影響與粉煤灰相近。礦粉的活性指數同時受礦粉需水量比和礦粉中二氧化矽含量影響，但二氧化矽含量隻影響混凝土的強度，與混凝土用水量無關。礦粉中二氧化矽含量越高，混凝土的強度越高。

2。4骨料吸水率對混凝土用水量的影響

在混凝土配合比試配研究中，骨料的吸水率對混凝土用水量的影響是不能忽視的，它對混凝土的拌和用水量有著很大的影響。

骨料的吸水率是指骨料處於飽和狀態下的含水率。試驗證明，骨料表面粗糙度越大，其吸水率越高。一般來講，天然砂的表面較為圓滑，人工砂的表面多呈稜角狀態，因此人工砂較天然砂的吸水率大，人工軋製碎石較卵石的吸水率大，骨料表面毛細孔率大的石料較毛細孔率小的石料吸水率大，例如花崗岩的吸水率較青石的吸水率大。試驗還證明，表面較粗糙的骨料在混凝土拌合物中流動性差，要達到相同的流動度，需水量較大。

不同吸水率的骨料配製的混凝土拌合物效能和混凝土抗壓強度對比見表4。

由表4可以看出，混凝土採用吸水率較大的骨料時，雖抗壓強度較高，但混凝土的流動性較差，和易性、可泵性也有所下降。

2。5外加劑減水率對混凝土用水量的影響

混凝土外加劑的減水率對混凝土的強度和耐久性起著至關重要的作用，隨著混凝土外加劑生產技術水平的提高，拌制高強度等級的混凝土已成為現實。例如聚羧酸外加劑的產生和使用，使得混凝土行業發生了一場革命，聚羧酸外加劑的減水率最高可達60%，使得C60混凝土已成為普通混凝土，C100混凝土在工程中也得到了使用。混凝土外加劑減水率對混凝土拌和用水量的影響見表5。

由表5可以看出，隨著外加劑減水率的提高，混凝土用水量、水灰比大幅降低，在混凝土流動性滿足規範要求的前提下，混凝土強度有了較大幅度的提高。

但混凝土外加劑的減水率也不是越高越好，隨著混凝土減水率的提高，其拌合物的效能也會發生巨大的變化，雖然坍落度可以達到設計要求，但其黏度較大，這就給混凝土的現場澆築施工帶來了一定的難度。因此，在配製高強度混凝土時，解決混凝土拌合物的強度及黏度問題都是核心和關鍵。

3結語

在確定混凝土拌合物用水量時，應重點考慮以下內容：

（1）宜選用強度高、標準稠度用水量低的水泥。

（2）宜選用需水量比低、活性指數高的摻合料。

（3）宜選用吸水率低即孔隙率低的骨料。

（4）選用減水率適宜的外加劑。需要注意的是，普通混凝土不能採用減水率過高的外加劑，否則混凝土可能產生質量過剩或和易性差等現象，同時還會加大施工成本。

混凝土的每個組成部分都會直接影響混凝土的用水量，影響混凝土的強度和耐久性，從而影響混凝土的施工成本和施工效能。因此，要科學計算混凝土配合比，合理選擇原材料，精心調配試拌，提高混凝土強度對試驗資料進行經濟分析對比後發現，合理地選用原材料，可以降低混凝土用水量最高達15kg/m3。