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摘 要：通过测定不同粒径下高性能水泥的抗压强度，并研究了加入水泥的质量对其抗压强度的影响。结果表明：在加水量250ml、加沙量1500ml保持不变的情况下，加入粒径为75um水泥熟料550 g时，其抗压强度达到最大，同时，28d的抗压强度大于7d的抗压强度。水泥的粒径在水化活性和堆积密度两个方面影响水泥的相关性能粒径为50um的水泥熟料，其抗压强度高于粒径为20um、30um、40um的水泥熟料，这是堆积密度起主要作用；而20um的水泥熟料的抗压强度高于30um，是由于水化活性起主要作用。
关键词：复合水泥；粒径；强度
建筑业的崛起与快速发展，使得建材的需求量日益增加，而水泥作为建筑材料的重要组成部分，凭借广泛的材料来源、极为方便的制备和加工、较为低廉的生产成本等一些列优势而仍将成为21世纪最重要和不可或缺的建筑材料[1-4]，而科技的进步及国民经济的飞速发展，促使水泥混凝土出现了大型复杂化的趋势。这对水泥材料的性能也将提出了更高、更新的要求，而传统水泥已然难以满足建筑工程建设过程中日渐变高的各种技术要求。高性能复合水泥的出现突破传统水泥的“瓶颈”，使得建筑行业向前迈进了一大步，所谓高性能水泥，是指由水泥熟料、石膏按照组成和结构的优化设计，并根据一定的配比方案加入具有特定性能的矿物外加粉磨而获得的水泥，这类水泥配制的混凝土具有诸如更好的工作性、力学性能和耐久性能[5-6]。
然而，对于能够直接影响到建筑工程质量的水泥，目前的大多数关于水泥的研究均倾向于寻求水泥成分及生产工艺的优化，对于影响到水泥强度的因素研究较为罕见。水泥强度不仅是核定水泥质量好坏的一个硬性指标，而且是建筑工程设计中混凝土配比的重要的依据之一[7]。因此，探究影响水泥强度的因素，从而为保障实际建筑工程的质量提供理论和技术支持，具有十分重要的意义。
水泥的粒径分布对于水泥混凝土的强度性能有着较大的影响，本文以实际的高性能水泥为例，研究了不同粒径下水泥强度的变化，旨在寻求高性能水泥体系下的最佳粒径分布，为探究实际工程中达到最佳水泥强度下的最适宜的水泥粒径分布提供切实的理论支持和基础数据依据。
1 实验材料与方法
1.1 实验样品
水泥熟料来自海螺水泥厂生产的海螺水泥P.O42.5，水泥取样后贮存在密闭的塑料带内。测得其主要组成见表1。
表1 水泥熟料的化学成分与矿物组成（wt%）
水泥试验样品的制备：向海螺水泥熟料中加入5%石膏，并用球磨机磨成75um备用；
砂子：采用ISO标准砂（由厦门艾思欧标准砂有限公司生产）；
1.2 实验方法
1.2.1 试验过程
用气流磨将75um备用的样品分别磨成粒径为50um、40um、30um、20um，并编号；按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》[8]制备水泥净浆，采用1.5cm*1.5cm*1.5cm尺寸做好复合水泥净浆试块，制得的净浆试块置于标准养护箱内达到预定龄期，并在试验破型前20min从养护箱取出，进行强度试验[9]。
1.2.2 主要测定方法
将试块置于抗折试验机夹具中完成抗折试验。在抗折后的试块上进行抗压试验，受压面时试体成型的两个侧面。其计算公式[10]为：
Rt=Fc/A
式中：Rt为抗压强度，Mpa；Fc为破坏时最大荷载，N；A为受压面积，mm2。
2 结果与讨论
2.1 加入不同水泥量对水泥强度的影响
在加水量250ml、加沙量1500ml保持不变的情况下，分别加入75um水泥熟料质量为400g、450、500g、550 g 、600g、700g进行试验，分别在7天以及28天测定其强度，得出试验结果如图1。
图1 水泥量对水泥强度的影响
图1显示了不同水泥量以及不同时间对水泥强度的影响，从图中不难看出，同样的水泥量在不同的时间下，其强度是不同的，28d的水泥强度明显大于7d，在水泥加入量为400g、450g、500g、550g、600g、700g时，28d的水泥强度分别比7d增加了164.8%、139.2%、123.6%、113.8%、142.3%、166.7%，这可能是7d时水泥还未完全硬化，导致其强度低；加入水泥量的不同，也对水泥的强度有着较大的影响，在加入量少于550g时，其强度随着水泥量的增加而增加，反之，当加入水泥的量大于550g时，其强度随着加入水泥量的增大而减少，当加入的水泥量为550g时，无论是7d还是28d测定其强度，结果均为最大，这可能是由于水泥量的增加，部分水泥为完全反应而导致强度不够。
2.2 不同粒径的水泥对其强度的影响
在加水量250ml、加沙量1500ml保持不变的情况下，分别加入粒径为50um、40um、30um、20um水泥熟料质量为550 g进行试验，分别在7天以及28天测定其强度，得出试验结果如图2。
图2 粒径对水泥强度的影响
图2反映的是水泥粒径对其强度的影响，从图中可以看出，粒径越大，水泥的抗压强度越强。一般说来，水泥的粒径会在两个方面影响水泥的相关性能，一是水泥颗粒的水化活性，其次是水泥的堆积密度[11]。
为进一步研究水泥粒径对其抗压的机理探究，对50um、40um、30um、20um水泥熟料进行了堆积密度的测定和计算，其中计算公式根据DELARRAR[12-13]等提出的多粒径颗粒堆积密度的线性模型计算，其结果见表2。
表2 不同粒径下的堆积密度
从表中可知，50um的水泥粒径其堆积密度相对于20um、30um、40um的水泥粒径都稍显偏大，这是因为最密集的堆积往往需要较大的粒径差距，而粒径越细，其粒径差距也逐渐变小。而堆积的越密集，其抗压能力也越强，这不难解释，粒径为50um的水泥熟料的抗压强度高于20um、30um、40um的水泥熟料。然而水泥的粒径越细，其水化活性越高，就可以较快生成有效的水化物。因此，20um粒径水泥熟料其抗压强度高于粒径为30um的水泥熟料。 3 结论
（1） 在加水量250ml、加沙量1500ml保持不变的情况下，加入粒径为75um水泥熟料550 g时，其抗压强度达到最大，同时，28d的抗压强度大于7d的抗压强度。这说明不同的不同水泥量造成的水泥抗压强度影响不一样。
（2） 水泥的粒径在水化活性和堆积密度两个方面影响水泥的相关性能，实验中，50um粒径的水泥熟料，其抗压强度高于粒径为20um、30um、40um的水泥熟料，这是堆积密度起主要作用；而20um的水泥熟料的抗压强度高于30um，是由于水化活性起主要作用。
参考文献
[1] 黄新，龙世宗，袁润章. 复合水泥粒径分布对强度影响的初步探讨[J]. 中国建材科技，2007，5（5）： 17-21.
[2] 兰亚芬. 影响水泥强度检测结果的因素分析及试验研究[D].西安：西安建筑科技大学，2011：7.
[3] WANG Aiqin， ZHANG Ningsheng，ZHANG Chengzhi.The theoretic analysis of influence of the particle size distribution of cement system on the property of cement[J].Cem Concer Res，1997，27（5）：685-695.
[4] Jacobson J.R， Filz G M，Mitchell J.K.Affecting Strength Gain in Lime-Cement Columns and Development of a laboratory testing procedure.Federal highway administration，Richmond，V A，2003，（6）：84.
[5] 张大康，汪澜.高性能水泥研究进展与评述[J]. 水泥， 2006， （12）：7-15.
[6] 王昕，马国宁，叶晓林，等.水泥抗氯离子渗透试验方法的研究[J].水泥，2006， （3）：1-5.
[7] 马保国，李相国，何 真，等.碱对水泥基材料收缩性功能的影响[J].武汉理工大学学报，2005，27 （1）： 33-35.
[8] GB/T17671-1999，水泥胶砂强度检验方法（ISO法） [S].中国标准出版社.
[9] 宋来申.水泥强度检验的影响因素及操作注意事项[B].建材标准化与质量管理，2004（6）： 11-13.
[10] 周文芳. 复合水泥净浆化学收缩影响因素研究[D].长沙：长沙理工大学，2013：7.
[11] 王福增.水泥检测中影响水泥强度因素的实验研究[J].工业建筑，2008（SI）：874-876.
[12] Stoval L T， Larrard E F，Buim D， Linear packing density model of grain mixtures[J].Powder Technology，1986，48 （1）： 1-12.
[13] Delarrard F，Ultrafine Particles for the Macking of Very High Strength Concretes[J].Cement and Concrete Research，1989，19 （2）：161-172.
作者简介：
吕红转（1983.08—），女，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
吴芳密（1982.09—），女，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
陈家庭（1989.10—），男，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
李志锋（1987.10—），男，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
蔡小文（1987.9—），女，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
关键词：复合水泥；粒径；强度
建筑业的崛起与快速发展，使得建材的需求量日益增加，而水泥作为建筑材料的重要组成部分，凭借广泛的材料来源、极为方便的制备和加工、较为低廉的生产成本等一些列优势而仍将成为21世纪最重要和不可或缺的建筑材料[1-4]，而科技的进步及国民经济的飞速发展，促使水泥混凝土出现了大型复杂化的趋势。这对水泥材料的性能也将提出了更高、更新的要求，而传统水泥已然难以满足建筑工程建设过程中日渐变高的各种技术要求。高性能复合水泥的出现突破传统水泥的“瓶颈”，使得建筑行业向前迈进了一大步，所谓高性能水泥，是指由水泥熟料、石膏按照组成和结构的优化设计，并根据一定的配比方案加入具有特定性能的矿物外加粉磨而获得的水泥，这类水泥配制的混凝土具有诸如更好的工作性、力学性能和耐久性能[5-6]。
然而，对于能够直接影响到建筑工程质量的水泥，目前的大多数关于水泥的研究均倾向于寻求水泥成分及生产工艺的优化，对于影响到水泥强度的因素研究较为罕见。水泥强度不仅是核定水泥质量好坏的一个硬性指标，而且是建筑工程设计中混凝土配比的重要的依据之一[7]。因此，探究影响水泥强度的因素，从而为保障实际建筑工程的质量提供理论和技术支持，具有十分重要的意义。
水泥的粒径分布对于水泥混凝土的强度性能有着较大的影响，本文以实际的高性能水泥为例，研究了不同粒径下水泥强度的变化，旨在寻求高性能水泥体系下的最佳粒径分布，为探究实际工程中达到最佳水泥强度下的最适宜的水泥粒径分布提供切实的理论支持和基础数据依据。
1 实验材料与方法
1.1 实验样品
水泥熟料来自海螺水泥厂生产的海螺水泥P.O42.5，水泥取样后贮存在密闭的塑料带内。测得其主要组成见表1。
表1 水泥熟料的化学成分与矿物组成（wt%）
水泥试验样品的制备：向海螺水泥熟料中加入5%石膏，并用球磨机磨成75um备用；
砂子：采用ISO标准砂（由厦门艾思欧标准砂有限公司生产）；
1.2 实验方法
1.2.1 试验过程
用气流磨将75um备用的样品分别磨成粒径为50um、40um、30um、20um，并编号；按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》[8]制备水泥净浆，采用1.5cm*1.5cm*1.5cm尺寸做好复合水泥净浆试块，制得的净浆试块置于标准养护箱内达到预定龄期，并在试验破型前20min从养护箱取出，进行强度试验[9]。
1.2.2 主要测定方法
将试块置于抗折试验机夹具中完成抗折试验。在抗折后的试块上进行抗压试验，受压面时试体成型的两个侧面。其计算公式[10]为：
Rt=Fc/A
式中：Rt为抗压强度，Mpa；Fc为破坏时最大荷载，N；A为受压面积，mm2。
2 结果与讨论
2.1 加入不同水泥量对水泥强度的影响
在加水量250ml、加沙量1500ml保持不变的情况下，分别加入75um水泥熟料质量为400g、450、500g、550 g 、600g、700g进行试验，分别在7天以及28天测定其强度，得出试验结果如图1。
图1 水泥量对水泥强度的影响
图1显示了不同水泥量以及不同时间对水泥强度的影响，从图中不难看出，同样的水泥量在不同的时间下，其强度是不同的，28d的水泥强度明显大于7d，在水泥加入量为400g、450g、500g、550g、600g、700g时，28d的水泥强度分别比7d增加了164.8%、139.2%、123.6%、113.8%、142.3%、166.7%，这可能是7d时水泥还未完全硬化，导致其强度低；加入水泥量的不同，也对水泥的强度有着较大的影响，在加入量少于550g时，其强度随着水泥量的增加而增加，反之，当加入水泥的量大于550g时，其强度随着加入水泥量的增大而减少，当加入的水泥量为550g时，无论是7d还是28d测定其强度，结果均为最大，这可能是由于水泥量的增加，部分水泥为完全反应而导致强度不够。
2.2 不同粒径的水泥对其强度的影响
在加水量250ml、加沙量1500ml保持不变的情况下，分别加入粒径为50um、40um、30um、20um水泥熟料质量为550 g进行试验，分别在7天以及28天测定其强度，得出试验结果如图2。
图2 粒径对水泥强度的影响
图2反映的是水泥粒径对其强度的影响，从图中可以看出，粒径越大，水泥的抗压强度越强。一般说来，水泥的粒径会在两个方面影响水泥的相关性能，一是水泥颗粒的水化活性，其次是水泥的堆积密度[11]。
为进一步研究水泥粒径对其抗压的机理探究，对50um、40um、30um、20um水泥熟料进行了堆积密度的测定和计算，其中计算公式根据DELARRAR[12-13]等提出的多粒径颗粒堆积密度的线性模型计算，其结果见表2。
表2 不同粒径下的堆积密度
从表中可知，50um的水泥粒径其堆积密度相对于20um、30um、40um的水泥粒径都稍显偏大，这是因为最密集的堆积往往需要较大的粒径差距，而粒径越细，其粒径差距也逐渐变小。而堆积的越密集，其抗压能力也越强，这不难解释，粒径为50um的水泥熟料的抗压强度高于20um、30um、40um的水泥熟料。然而水泥的粒径越细，其水化活性越高，就可以较快生成有效的水化物。因此，20um粒径水泥熟料其抗压强度高于粒径为30um的水泥熟料。 3 结论
（1） 在加水量250ml、加沙量1500ml保持不变的情况下，加入粒径为75um水泥熟料550 g时，其抗压强度达到最大，同时，28d的抗压强度大于7d的抗压强度。这说明不同的不同水泥量造成的水泥抗压强度影响不一样。
（2） 水泥的粒径在水化活性和堆积密度两个方面影响水泥的相关性能，实验中，50um粒径的水泥熟料，其抗压强度高于粒径为20um、30um、40um的水泥熟料，这是堆积密度起主要作用；而20um的水泥熟料的抗压强度高于30um，是由于水化活性起主要作用。
参考文献
[1] 黄新，龙世宗，袁润章. 复合水泥粒径分布对强度影响的初步探讨[J]. 中国建材科技，2007，5（5）： 17-21.
[2] 兰亚芬. 影响水泥强度检测结果的因素分析及试验研究[D].西安：西安建筑科技大学，2011：7.
[3] WANG Aiqin， ZHANG Ningsheng，ZHANG Chengzhi.The theoretic analysis of influence of the particle size distribution of cement system on the property of cement[J].Cem Concer Res，1997，27（5）：685-695.
[4] Jacobson J.R， Filz G M，Mitchell J.K.Affecting Strength Gain in Lime-Cement Columns and Development of a laboratory testing procedure.Federal highway administration，Richmond，V A，2003，（6）：84.
[5] 张大康，汪澜.高性能水泥研究进展与评述[J]. 水泥， 2006， （12）：7-15.
[6] 王昕，马国宁，叶晓林，等.水泥抗氯离子渗透试验方法的研究[J].水泥，2006， （3）：1-5.
[7] 马保国，李相国，何 真，等.碱对水泥基材料收缩性功能的影响[J].武汉理工大学学报，2005，27 （1）： 33-35.
[8] GB/T17671-1999，水泥胶砂强度检验方法（ISO法） [S].中国标准出版社.
[9] 宋来申.水泥强度检验的影响因素及操作注意事项[B].建材标准化与质量管理，2004（6）： 11-13.
[10] 周文芳. 复合水泥净浆化学收缩影响因素研究[D].长沙：长沙理工大学，2013：7.
[11] 王福增.水泥检测中影响水泥强度因素的实验研究[J].工业建筑，2008（SI）：874-876.
[12] Stoval L T， Larrard E F，Buim D， Linear packing density model of grain mixtures[J].Powder Technology，1986，48 （1）： 1-12.
[13] Delarrard F，Ultrafine Particles for the Macking of Very High Strength Concretes[J].Cement and Concrete Research，1989，19 （2）：161-172.
作者简介：
吕红转（1983.08—），女，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
吴芳密（1982.09—），女，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
陈家庭（1989.10—），男，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
李志锋（1987.10—），男，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。
蔡小文（1987.9—），女，海南省，汉族，本科，注册安全工程师，研究方向：材料学。