不同品种、批次与养护周期的水泥对混凝土力学性能的影响

【摘要】为了研究水泥的养护周期、批次与品种对混凝土抗压强度与抗折强度的影响，研究了不同品种和批次的水泥在3天和28天的养护周期下试件的力学性能。试验结果表明，相同品种和养护周期，不同批次的水泥制备的试件，其抗压强度和抗折强度基本保持不变；同一品种和批次的水泥，养护28天的试件其抗压强度和抗折强度远大于3天，其中抗折最大变化率为89.7%，抗压强度最大变化率为75%；相同批次的普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥，养护相同的周期，试件的抗压强度和抗折强度依次降低，其中3天的抗折强度最大变化率为70%，抗压强度最大变化率为98%；28天的抗折强度最大变化率为11.4%，抗压强度最大变化率为53.1%。

【关键词】品种；凝结时间；混凝土；力学性能

【DOI编码】10.3969/j.issn.1674-4977.2024.05.032

Effect of Different Kinds of Cement and Setting Time on Mechanical Properties of Concrete

FAN Min， WANG Wei

（Xianning Public Inspection and Testing Center， Xianning 437100， China）

Abstract： In order to study the effect of curing period， batch and variety of cement on compressive strength and flexural strength of concrete， the mechanical properties of different varieties and batches of cement under curing period of 3 days and 28 days were studied. The test results show that the compressive strength and flexural strength of the specimens prepared with the same variety and curing period and different batches of cement are basically unchanged. For the same type and batch of cement， the compressive strength and flexure strength of specimens cured for 28 days are much higher than those cured for 3 days， in which the maximum flexure change rate is 89.7% and the maximum compressive strength change rate is 75%. For the same batch of ordinary Portland cement， composite Portland cement and volcanic Portland cement， the compressive strength and flexural strength of the specimens decreased in turn during the same curing period， and the maximum flexural strength change rate was 70% and the maximum compressive strength change rate was 98% for 3 days. The maximum bending strength change rate of 28 days is 11.4%， the maximum compressive strength change rate is 53.1%.

Keywords： breed； setting time； batch； mechanical property

水泥又称洋灰，是一种粉状水硬性无机胶凝材料，主要成分为石灰或硅酸钙，常与砂、砾结合，形成砂浆或混凝土。水泥作为一种重要的胶凝材料，广泛应用于道路、桥梁、建筑等工程。由于水泥原材料的组成和养护周期的不同，导致混凝土的抗压和抗折力学性能差异较大。

针对混凝土的物理和化学性能，国内外许多学者进行了大量的研究，取得了一定的成果。徐辉[1]对橡胶微膨胀混凝土抗压和抗折强度进行了研究，通过在混凝土中掺入不同种类及不同掺量的膨胀剂和不同比例的橡胶颗粒，研究混凝土不同组成对抗压和抗折强度的影响。高原[2]对不同温度的蒸汽养护及不同养护龄期的混凝土强度进行了研究。结果表明，抗压强度、轴心抗压强度的增幅与蒸养温度、养护时间负相关，高温蒸养可提高棱柱体抗压强度与立方体抗压强度的比值，蒸养温度对抗折强度的影响较小。王起台[3]采用控制变量法，研究了不同冻融循环作用和玄武岩纤维掺量下混凝土的力学性能。结果表明，掺加玄武岩纤维可有效提高混凝土抗压强度、抗折强度以及抗冻融性能。目前，针对混凝土的抗压和抗折强度影响因素的研究较少，基于此，本文采用控制变量法，设计了品种、养护周期以及批次3个因素的正交试验，以此探究不同品种和批次的水泥在3天和28天的养护周期下对混凝土抗压与抗折强度的影响，以期更好地指导原材料选择和使用。

1材料及试验设备

1.1材料

此次试验采用葛洲坝水泥有限公司生产的P？O42.5普通硅酸盐水泥、P？C42.5复合硅酸盐水泥和P？P32.5R火山灰质硅酸盐水泥[4]；使用厦门艾斯欧标准砂有限公司生产的中国ISO标准砂，其SiO2含量不低于98%，湿度小于0.2%；使用的水为纯净水。

1.2试验设备

试验使用的设备主要有JJ-20H型水泥胶砂搅拌机、ZS-20H型水泥胶砂振实台以及微机控制电子抗压抗折试验机。JJ-20H型水泥胶砂搅拌机设计符合国家标准GB/T 17671《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》，配备有750 W单相交流伺服电机，可实现自转和公转两种转动形式；ZS-20H型水泥胶砂振实台采用ISO 679：2009《水泥试验方法强度测定》标准而设计，配备一台同步电动机，实现水泥胶砂每分钟60次的振动；微机控制电子抗压抗折试验机为双工位抗压抗折实验一体机，最大抗压为300 kN，抗折5 kN，具有较高的精度和灵敏度，可实现等速加载、等位移的自动控制实验。

2混凝土强度试验方法

2.1试验分组

此次试验使用6个批次的水泥，每个批次分别进行3天和28天的抗压和抗折强度试验，其中P？O42.5型号普通硅酸盐水泥、P？C42.5复合硅酸盐水泥、P？P32.5R火山灰质硅酸盐水泥均为2个批次。胶砂的质量按照一份水泥、三份中国ISO标准砂和半份水进行配合，其中水泥（450±2）g、标准砂（1350±5）g以及（225±1）g的水。试验方案如表1所示。

2.2试验过程

3试验结果与分析

3.1不同品种与批次的水泥对混凝土力学性能的影响

不同批次和品种的水泥在3天和28天养护周期下混凝土的力学性能如图1所示。

由图1中（a）、（b）可知，相同批次不同品种的水泥养护3天，普通硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥的抗压和抗折强度依次降低，其中抗折强度最大变化率为70%，抗压强度最大变化率为98%；由图1中（c）、（d）可知，相同批次不同品种的水泥养护28天，试件的抗压和抗折强度变化趋势与3天的基本保持一致，其中抗折强度最大变化率为11.4%，抗压强度最大变化率为53.1%。这主要与水泥中混合材料总掺加量和成分有关，普通硅酸盐水泥混合材料掺量为5%～20%，而复合硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥的混合材料掺量超过了20%，由混合材料总掺量越低强度越高可知，普通硅酸盐水泥的强度要大于复合硅酸盐水泥和火山灰质硅酸盐水泥，且火山灰质硅酸盐水泥在生产过程中加入大量沸石进一步降低自身强度，其抗压和抗折强度要小于复合硅酸盐水泥。由图1可知，相同品种不同批次的水泥，养护相同的周期，试件的抗压和抗折强度变化不大，其中3天的抗压强度最大改变量为4.0 MPa，抗折强度改变量为0.9 MPa；28天的抗压强度改变量为5.7 MPa，抗折强度改变量为0.4 MPa。

3.2不同养护周期与批次的水泥对混凝土力学性能的影响

不同批次和养护周期的水泥对混凝土力学性能如图2所示。

由图2中（e）、（f）可知，同一品种和批次的水泥养护相同周期，试件1、试件2、试件3的抗折和抗压强度基本保持不变。同一批次和品种的水泥养护不同周期，同一试件的力学性能差异较大，对于火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，28天的抗压和抗折强度远大于3天，其中火山灰质硅酸盐水泥抗压和抗折强度最大变化率分别为75%和89.7%，复合硅酸盐水泥抗压和抗折强度最大变化率为20.7%和82.1%，普通硅酸盐水泥抗压和抗折强度最大变化率为10.4%和46.5%。主要与水泥本身因素和环境条件有关，一方面，水泥中的化学成分随着时间不断发生水化反应，使得砼的强度不断增加。另一方面，试件在一定的温度和湿度条件下养护，其力学性能与时间呈正相关，养护周期越长其抗压和抗折强度越高。

4结论

本文通过大量的试验，研究了不同品种、批次与养护周期的水泥对混凝土力学性能的影响，形成结论有：

1）同一品种和批次的水泥，养护周期相同，混凝土的抗压和抗折强度基本保持不变；同一品种不同批次的水泥，养护相同周期，混凝土的抗压和抗折强度有微小的变化。

2）普通硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥的抗压和抗折强度依次降低，其中3天的抗折强度最大变化率为70%，抗压强度最大变化率为98%；28天的抗折强度最大变化率为11.4%，抗压强度最大变化率为53.1%。

3）对于火山灰质硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，同一批次的水泥养护3天和28天，28天的抗压和抗折强度远大于3天，其中抗折强度最大变化率为89.7%，抗压强度最大变化率为75%。

【参考文献】

[1]徐辉，张成，刘佳钰，等.橡胶微膨胀混凝土抗压和抗折强度试验研究[J].城市道桥与防洪，2021（1）：165-168，190.

[2]高原，石红磊，高全青，等.不同养护制度对超高性能混凝土力学性能的影响[J].混凝土，2021（6）：108-111.

[3]李智睿，徐存东，李振，等.冻融循环下玄武岩纤维混凝土的力学性能研究[J].石河子大学学报（自然科学版），2022，40（1）：55-60.

[4] Standard Specification for Portland Cement：ASTM C150-07[S].

[5]水泥胶砂强度检验方法（ISO法）：GB/T 17671—2021[S].

[6]刘佳玉，王斌，于华莉.水泥抗压强度检验结果不确定度评定[J].工业计量，2019，29（6）：70-71.

【作者简介】

范敏，男，1977年出生，工程师，研究方向为检验检测与质量管理。王伟，男，1992年出生，硕士，研究方向为产品质量检验检测。

（编辑：李钰双）