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【摘 要】 随着我国大规模建设基础设施，水泥混凝土研究与应用技术得到较快发展。而掺合料是现代混凝土必不可少的重要组成之一，开发新型高效的掺合料以满足现代混凝土的发展与需求，已成为水泥混凝土研究的一个重要内容。本文主要对水泥及掺合料对混凝土强度的影响进行了分析探讨。
一、水泥
1、硅酸盐水泥熟料
凡由硅酸盐水泥熟料，6%—15%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥。掺活性混合材料的，最大掺量不超过15%，其中允许用不超过水泥含量5%的窑灰或不超过水泥质量20%的非活性混合材料代替。
水泥的质量取决于水泥熟料的质量，水泥熟料的质量，取决于各熟料成份之间的比例。熟料的化学成分如下：
硅酸三钙 C3S 含量37%—60%
硅酸二钙 C2S 含量15%—37%
铝酸三钙 C3A 含量7%—15%
铁铝酸四钙 C4AF 含量10%—18%
各种熟料矿物成分：单独与水作用时，表现出来的特性：
混凝土硬化速度：C3A最快，C3S、C4AF较快C2S较慢
强度：C3S最高，C2S早期强度低，后期强度高C3A、C4AF强度低
28天水化放热：C3A最大，C3S大，C4AF中等，C2S较小
一般情况下C3S含量的多少，代表着一个水泥厂的生产水平，也代表着水泥质量的好坏。一般情况下C3S在最初28天内，对水泥强度起决定性作用，C2S在大约28天之后才发挥作用，大约1年之后与C3S的作用相等，C3A在1—3天或稍长时间，对水泥强度起有宜作用，以后可能使水泥石的强度降低。
不同厂家、不同原料、不同工艺，其水泥熟料的成分比例都不一样，因而其反应的快慢、放热以及强度也就不一样。
2、石膏在水泥中的作用
一般水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工，掺加适量的石膏（大约3%），可调节凝结时间，同时提高早期强度，降低干缩。一般认为C3A在石膏、石灰的饱和溶液中反应生成溶解度极低的钙矾石，这些凌柱状的小晶体长在水泥的表面上，成为一层薄膜，封闭水泥组分的表面，阻止水分子及离子扩散，从而延缓了水泥颗粒特别是C3A的继续水化。以后随着扩散作用的继续进行，在C3A的表面又生成钙钒石，由于固体体积达到一定程度，结晶压力而使钙矾石破裂，使水化继续进行。
3、假凝现象
假凝现象是指水泥的一种不正常的早期固化，发生在水泥用水拌合的头几分钟内。假凝和快凝是不同的，前者不发生大量的热量，而且经剧烈搅拌，水泥漿又可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度亦无不利影响，但是给施工却带来许多的困难。一般认为，假凝的主要原因是由于水泥粉磨时受到高温（有时超过150℃）影响，使部分二水石膏脱水生成半水石膏，当水泥调水后，它们又重新水化为二水石膏并析出晶体，在水泥浆中形成二水石膏的结构网，从而引起水泥浆的固化。但由于不是水泥组成的水化，所以不像快凝那样放出大量的热。这种假凝的水泥浆经剧烈搅动破坏二水石膏的结构网后，水泥浆又能恢复原来的塑性状态。
解决方法：注意关注水泥进厂时的温度，和冬季施工的投料顺序和水温，延长混凝土搅拌时间就能有效解决假凝现象。
4、水泥的各种性能指标
水泥的主要技术性能指标有如下几点：
（1）比重与容重：普通水泥比重为3：1，容重通常采用1300公斤/立方米。
（2）细度：指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，硬化得越快，早期强度也越高。
（3）凝结时间：水泥加水搅拌到开始凝结所需的时间称初凝时间。从加水搅拌到凝结完成所需的时间称终凝时间。硅酸盐水泥初凝时间不早于45分钟，终凝时间不迟于12小时
（4）强度：以3d、28d抗压、抗折强度划分，检验方法：标准条件下的胶砂强度。
（5）体积安定性：指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性能。水泥中含杂质较多，会产生不匀变形，就会使混凝土产生膨胀性裂纹，造成重大质量事故。
（6）水化热：水泥与水作用会产生放热反应，在水泥硬化过程中，不断放出的热量称为水化热。
5、水泥强度变化
下面是这一年来水泥的强度的检验结果的变化，见表1。
表1 水泥强度
抗折3天 抗折28天 抗压3天 抗压28天
1月份平均值 5.9 8.8 25.5 53.9
3月份平均值 6.5 8.1 32.5 52.8
4月份平均值 6.3 8.2 27.2 48.4
5月份平均值 5.8 9.0 27.3 48.8
6月份平均值 6.3 9.1 30.6 51.5
7月份平均值 6.2 7.8 31.6 54.5
8月份平均值 6.2 7.5 33.4 56.7
9月份平均值 6.0 8.9 31.0 56.5
10月份平均值 6.2 9.0 29.9 57.1
从表1可以看出，在4-6月份都有一个强度降低的过程，这期间正是春夏换季的时候，随着气温的慢慢升高，水泥厂也在进行季节调整，降低熟料的掺量，调高矿物掺合料的用量，因此在此期间调整配比时需要谨慎处理，以防出现强度不合格的情况。
矿粉高炉矿渣的化学成分主要为氧化钙、氧化铝、氧化硅，其总量一般在90%以上。矿渣中氧化钙含量较低，而氧化硅较高。氧化铝含量越高，矿渣的活性越高。
矿粉在混凝土中的作用有：减少水泥用量、改善混凝土的工作性、降低水化热、增进后期强度、改善混凝土的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力。混凝土掺入磨细矿粉后能延缓胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长，这一性质对高温季节混凝土的输送和施工有利。对于S95级矿粉取样，检测其比表面积，28d活性等方面的变化，以掌握矿粉性能的第一手数据，对于出现比表面积和活性偏低或不合格的情况，及时通知厂家进行调整，以确保混凝土的强度的合格。下面是一年来因矿粉变化导致混凝土出现变化的一些情况： 8月份，C60混凝土出现后期强度增长缓慢的情况，排除砂石等原因后，发现矿粉的28d活性也不是很高，后来分别用不同厂家的S95级矿粉进行试配试验，并进行快速养护，发现矿粉活性不高也是造成混凝土后期强度增长慢的主要原因之一，发现这种情况后及时与厂家联系，通知其查找原因并及时调整，进入十月份后，矿粉活性普遍偏好，而混凝土的强度也得到改善，具体数据见表2、表3。
表2 矿粉检测数据
7天抗折 28天抗折 7天活性指数 28天活性指数 比表面积
1月份平均值 5.3 9.6 70.2 100.3
3月份平均值 6.2 8.2 80.8 99.8
4月份平均值 5.4 6.9 73.9 99.1
5月份平均值 5.7 7.2 82.3 97.0
6月份平均值 6.1 8.0 82.6 101.0
7月份平均值 5.8 7.4 79.3 98.0 399.2
8月份平均值 5.2 7.2 71.8 91.7 376.7
9月份平均值 5.3 8.9 80.8 96.5 380.1
10月份平均值 6.5 9.5 87.7 100.2 364.8
表3 混凝土28d强度
28天强度评定
1月平均强度 3月平均强度 4月平均强度 5月平均强度 6月平均强度 7月平均强度 8月平均强度 9月平均强度 10月平均强度
C10 28.3 25.7 25.3 22.7 21.4 24.5 17.9 26
C15 27.2 25 25.2 24.2 24.2 25.3 23.9 21.4 24.5
C20 29.9 27.6 27.2 27.1 26 30.3 27.5 27.5 30.4
C25 38.3 35.9 34.7 35.4 34.4 36.2 33 35.7 37.5
C30 46.3 37 36.4 36.8 38.1 43 39.1 39.3 41.7
C35 50.3 57.3 43.5 42.2 41.7 42 46.4 43.3 43
C40 50.3 43.5 42.2 41.7 42 46.4 43.3 43 45.9
C45 50.3 47.5 46.6 46.1 48.1 51.6 48.4 47.9 51.1
C50 59.7 60.4 57.5 57 58.9 64.5 63.6 57.5 61.9
C55 56.8 60.2 49.7 58 65 62 61.3 71.1
C60 65 64.5 65 63.8 63 63.9 62.6
从表2、表3可以看，矿粉28d活性在8月份出现了一个降低，而对应的混凝土28d强度，在8、9月份也存在偏低的现象，因此对进场的矿粉厂家需要严格要求，保证进场矿粉的活性;而且从表2可以看出，矿粉的比表面积普遍偏低，这也需要进一步提高对厂家的要求。
6、粉煤灰
粉煤灰在混凝土中的技术性能
（1）混凝土中掺加粉煤灰，可以大大提高混凝土的和易性、可泵性，主要是因为粉煤灰的玻璃微珠效应以及粉煤灰的密度小，代替水泥后增加了混凝土拌合物中的漿体，因而提高了拌合物的性能。
（2）降低水化热，有利于大体积混凝土的施工，水泥量少和二次反应，降低水泥水化热峰值，使得反应趋于平和。
（3）由于粉煤灰反应物进一步密实了水泥石，从而提高了混凝土的抗渗性能。
（4）提高了混凝土的抗硫酸盐性能。
（5）抑制了混凝土的碱集料反应。
掺入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性，新拌混凝土的和易性受浆体的体积、水灰比、骨料的级配、形状、孔隙率等的影响，掺用粉煤灰对新拌混凝土的明显好处是增大浆体的体积，大量的浆体填充间隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌混凝土的泌水是有利的在混凝土中掺入粉煤灰后，随着粉煤灰掺量的增加，早期强度（28天以前）逐减，而后期强度逐渐增加。粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减少用水量，增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。
参考文献：
[1]李懿.复合型掺合料混凝土物理力学性能的研究[D].南京：南京林业大学.2008.
[2]赵苏政.复合型掺合料混凝土的耐久性研究[D].南京：南京林业大学，2008.
[3]陈蔚凡.关于保证混凝土耐久性若干问题的建议[A].第五届全国混凝土耐久性学术交流会论文集[C].北京：中国建材工业出版社，2000.
一、水泥
1、硅酸盐水泥熟料
凡由硅酸盐水泥熟料，6%—15%混合材料，适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥。掺活性混合材料的，最大掺量不超过15%，其中允许用不超过水泥含量5%的窑灰或不超过水泥质量20%的非活性混合材料代替。
水泥的质量取决于水泥熟料的质量，水泥熟料的质量，取决于各熟料成份之间的比例。熟料的化学成分如下：
硅酸三钙 C3S 含量37%—60%
硅酸二钙 C2S 含量15%—37%
铝酸三钙 C3A 含量7%—15%
铁铝酸四钙 C4AF 含量10%—18%
各种熟料矿物成分：单独与水作用时，表现出来的特性：
混凝土硬化速度：C3A最快，C3S、C4AF较快C2S较慢
强度：C3S最高，C2S早期强度低，后期强度高C3A、C4AF强度低
28天水化放热：C3A最大，C3S大，C4AF中等，C2S较小
一般情况下C3S含量的多少，代表着一个水泥厂的生产水平，也代表着水泥质量的好坏。一般情况下C3S在最初28天内，对水泥强度起决定性作用，C2S在大约28天之后才发挥作用，大约1年之后与C3S的作用相等，C3A在1—3天或稍长时间，对水泥强度起有宜作用，以后可能使水泥石的强度降低。
不同厂家、不同原料、不同工艺，其水泥熟料的成分比例都不一样，因而其反应的快慢、放热以及强度也就不一样。
2、石膏在水泥中的作用
一般水泥熟料磨成细粉与水相遇会很快凝结，无法施工，掺加适量的石膏（大约3%），可调节凝结时间，同时提高早期强度，降低干缩。一般认为C3A在石膏、石灰的饱和溶液中反应生成溶解度极低的钙矾石，这些凌柱状的小晶体长在水泥的表面上，成为一层薄膜，封闭水泥组分的表面，阻止水分子及离子扩散，从而延缓了水泥颗粒特别是C3A的继续水化。以后随着扩散作用的继续进行，在C3A的表面又生成钙钒石，由于固体体积达到一定程度，结晶压力而使钙矾石破裂，使水化继续进行。
3、假凝现象
假凝现象是指水泥的一种不正常的早期固化，发生在水泥用水拌合的头几分钟内。假凝和快凝是不同的，前者不发生大量的热量，而且经剧烈搅拌，水泥漿又可恢复塑性，并达到正常凝结，对强度亦无不利影响，但是给施工却带来许多的困难。一般认为，假凝的主要原因是由于水泥粉磨时受到高温（有时超过150℃）影响，使部分二水石膏脱水生成半水石膏，当水泥调水后，它们又重新水化为二水石膏并析出晶体，在水泥浆中形成二水石膏的结构网，从而引起水泥浆的固化。但由于不是水泥组成的水化，所以不像快凝那样放出大量的热。这种假凝的水泥浆经剧烈搅动破坏二水石膏的结构网后，水泥浆又能恢复原来的塑性状态。
解决方法：注意关注水泥进厂时的温度，和冬季施工的投料顺序和水温，延长混凝土搅拌时间就能有效解决假凝现象。
4、水泥的各种性能指标
水泥的主要技术性能指标有如下几点：
（1）比重与容重：普通水泥比重为3：1，容重通常采用1300公斤/立方米。
（2）细度：指水泥颗粒的粗细程度。颗粒越细，硬化得越快，早期强度也越高。
（3）凝结时间：水泥加水搅拌到开始凝结所需的时间称初凝时间。从加水搅拌到凝结完成所需的时间称终凝时间。硅酸盐水泥初凝时间不早于45分钟，终凝时间不迟于12小时
（4）强度：以3d、28d抗压、抗折强度划分，检验方法：标准条件下的胶砂强度。
（5）体积安定性：指水泥在硬化过程中体积变化的均匀性能。水泥中含杂质较多，会产生不匀变形，就会使混凝土产生膨胀性裂纹，造成重大质量事故。
（6）水化热：水泥与水作用会产生放热反应，在水泥硬化过程中，不断放出的热量称为水化热。
5、水泥强度变化
下面是这一年来水泥的强度的检验结果的变化，见表1。
表1 水泥强度
抗折3天 抗折28天 抗压3天 抗压28天
1月份平均值 5.9 8.8 25.5 53.9
3月份平均值 6.5 8.1 32.5 52.8
4月份平均值 6.3 8.2 27.2 48.4
5月份平均值 5.8 9.0 27.3 48.8
6月份平均值 6.3 9.1 30.6 51.5
7月份平均值 6.2 7.8 31.6 54.5
8月份平均值 6.2 7.5 33.4 56.7
9月份平均值 6.0 8.9 31.0 56.5
10月份平均值 6.2 9.0 29.9 57.1
从表1可以看出，在4-6月份都有一个强度降低的过程，这期间正是春夏换季的时候，随着气温的慢慢升高，水泥厂也在进行季节调整，降低熟料的掺量，调高矿物掺合料的用量，因此在此期间调整配比时需要谨慎处理，以防出现强度不合格的情况。
矿粉高炉矿渣的化学成分主要为氧化钙、氧化铝、氧化硅，其总量一般在90%以上。矿渣中氧化钙含量较低，而氧化硅较高。氧化铝含量越高，矿渣的活性越高。
矿粉在混凝土中的作用有：减少水泥用量、改善混凝土的工作性、降低水化热、增进后期强度、改善混凝土的内部结构，提高抗渗和抗腐蚀能力。混凝土掺入磨细矿粉后能延缓胶凝材料的水化速度，使混凝土的凝结时间延长，这一性质对高温季节混凝土的输送和施工有利。对于S95级矿粉取样，检测其比表面积，28d活性等方面的变化，以掌握矿粉性能的第一手数据，对于出现比表面积和活性偏低或不合格的情况，及时通知厂家进行调整，以确保混凝土的强度的合格。下面是一年来因矿粉变化导致混凝土出现变化的一些情况： 8月份，C60混凝土出现后期强度增长缓慢的情况，排除砂石等原因后，发现矿粉的28d活性也不是很高，后来分别用不同厂家的S95级矿粉进行试配试验，并进行快速养护，发现矿粉活性不高也是造成混凝土后期强度增长慢的主要原因之一，发现这种情况后及时与厂家联系，通知其查找原因并及时调整，进入十月份后，矿粉活性普遍偏好，而混凝土的强度也得到改善，具体数据见表2、表3。
表2 矿粉检测数据
7天抗折 28天抗折 7天活性指数 28天活性指数 比表面积
1月份平均值 5.3 9.6 70.2 100.3
3月份平均值 6.2 8.2 80.8 99.8
4月份平均值 5.4 6.9 73.9 99.1
5月份平均值 5.7 7.2 82.3 97.0
6月份平均值 6.1 8.0 82.6 101.0
7月份平均值 5.8 7.4 79.3 98.0 399.2
8月份平均值 5.2 7.2 71.8 91.7 376.7
9月份平均值 5.3 8.9 80.8 96.5 380.1
10月份平均值 6.5 9.5 87.7 100.2 364.8
表3 混凝土28d强度
28天强度评定
1月平均强度 3月平均强度 4月平均强度 5月平均强度 6月平均强度 7月平均强度 8月平均强度 9月平均强度 10月平均强度
C10 28.3 25.7 25.3 22.7 21.4 24.5 17.9 26
C15 27.2 25 25.2 24.2 24.2 25.3 23.9 21.4 24.5
C20 29.9 27.6 27.2 27.1 26 30.3 27.5 27.5 30.4
C25 38.3 35.9 34.7 35.4 34.4 36.2 33 35.7 37.5
C30 46.3 37 36.4 36.8 38.1 43 39.1 39.3 41.7
C35 50.3 57.3 43.5 42.2 41.7 42 46.4 43.3 43
C40 50.3 43.5 42.2 41.7 42 46.4 43.3 43 45.9
C45 50.3 47.5 46.6 46.1 48.1 51.6 48.4 47.9 51.1
C50 59.7 60.4 57.5 57 58.9 64.5 63.6 57.5 61.9
C55 56.8 60.2 49.7 58 65 62 61.3 71.1
C60 65 64.5 65 63.8 63 63.9 62.6
从表2、表3可以看，矿粉28d活性在8月份出现了一个降低，而对应的混凝土28d强度，在8、9月份也存在偏低的现象，因此对进场的矿粉厂家需要严格要求，保证进场矿粉的活性;而且从表2可以看出，矿粉的比表面积普遍偏低，这也需要进一步提高对厂家的要求。
6、粉煤灰
粉煤灰在混凝土中的技术性能
（1）混凝土中掺加粉煤灰，可以大大提高混凝土的和易性、可泵性，主要是因为粉煤灰的玻璃微珠效应以及粉煤灰的密度小，代替水泥后增加了混凝土拌合物中的漿体，因而提高了拌合物的性能。
（2）降低水化热，有利于大体积混凝土的施工，水泥量少和二次反应，降低水泥水化热峰值，使得反应趋于平和。
（3）由于粉煤灰反应物进一步密实了水泥石，从而提高了混凝土的抗渗性能。
（4）提高了混凝土的抗硫酸盐性能。
（5）抑制了混凝土的碱集料反应。
掺入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性，新拌混凝土的和易性受浆体的体积、水灰比、骨料的级配、形状、孔隙率等的影响，掺用粉煤灰对新拌混凝土的明显好处是增大浆体的体积，大量的浆体填充间隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌混凝土的泌水是有利的在混凝土中掺入粉煤灰后，随着粉煤灰掺量的增加，早期强度（28天以前）逐减，而后期强度逐渐增加。粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减少用水量，增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。
参考文献：
[1]李懿.复合型掺合料混凝土物理力学性能的研究[D].南京：南京林业大学.2008.
[2]赵苏政.复合型掺合料混凝土的耐久性研究[D].南京：南京林业大学，2008.
[3]陈蔚凡.关于保证混凝土耐久性若干问题的建议[A].第五届全国混凝土耐久性学术交流会论文集[C].北京：中国建材工业出版社，2000.