第一章水泥细度-强度计算公式的建立及应用

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1、第一章水泥细度-强度理论计算公式的建立及应用第一节现代水泥细度-强度理论计算公式的建立随着科学技术的进步，水泥生产设备的现代化程度不断提高，根据市场需求设计一定强度和特殊性能的水泥，合理使用水泥熟料、粉煤灰、矿渣粉、炉渣粉、火山灰和沸石粉等混合材，已经成为可能并且显得非常必要。我国现在采用的水泥配比设计是建立在水泥熟料决定水泥强度的基础之上。因此有许多不符合现代水泥自身性能和特点的因素。基于以上观点，笔者首先对水泥的组成进行了分析，建立了现代水泥细度-强度理论计算数学公式，并对硬化水泥砂浆强度、弹性模量、理论强度、浆体的密实度、混合材

2、的活性系数等进行了定义和准确计算公式的推导。根据现代水泥强度理论数学公式，我们进行了现代水泥成份对强度影响的计算，提出了依据水泥熟料、混合材、标准砂和拌合用水定量计算水泥强度的科学依据和计算公式。水泥的强度是通过水泥抗压试件来检测的，水泥抗压试件作为一种复杂的物理化学反应产物，主要由水泥标准砂、水泥、矿渣粉、粉煤灰和水等成份组成，由于水泥和混合材的水化过程极其复杂，内部结构不能直接测量。作为一种承重材料，其强度的形成大体可分为两部分：一部分是由砂子提供，因为砂子的强度大于浆体的强度，因此大多数水泥在工作状态时砂子都具有足够的强度；另一

3、部分来源于硬化浆体，对于普通水泥，其硬化浆体强度主要由水泥熟料水化形成的C-S-1I凝胶和钙矶石组成。对于掺混合材的矿渣水泥、复合水泥以及调粒水泥等，其硬化浆体强度由水泥熟料水化形成的C-S-H凝胶和钙矶石、活性较高的矿渣粉水化形成的凝胶、填充于孔隙中的超细矿渣粉、炉渣粉、粉煤灰和沸石粉等组成，这样就决定了水泥强度和水泥熟料、矿渣粉、炉渣粉、粉煤灰和沸石粉等的细度、活性与标准砂的粘结强度相关。因此水泥的强度与水泥熟料细度和强度、混合材的细度和活性、特别是混合材的超细微粉叠加效应密切相关。笔者认为，混合材对强度的贡献表现在混合材化学成分

4、的水化反应活性和超细粉的微粉填充叠加效应，当混合材中含有的化学成分与水泥熟料接近或者具有水硬性时，这些成份可以水化形成C-S-H凝胶、钙矶石或其他有强度的产物；对于惰性或低活性的混合材，只有很少的一部分发生水化反应，因此这部分混合材对强度的贡献主要通过微粉填充增加水泥浆体的密实度来提高强度，水泥强度在早期主要依靠熟料和有水化反应活性的混合材提供，28天强度主要依靠水泥熟料中后期水化反应的部分、有活性混合材水化反应的部分和混合材微粉填充增加水泥浆体的密实度来提高强度。根据格里菲斯断裂强度理论公式：a=我们可以求得水泥熟料砂浆理论强度。式

5、中：E水泥抗压试件弹性模量，E=107(2.2+35/RQRc水泥熟料强度Yo水泥抗压试件表面能，0.386(J/m2)a水泥颗粒最大粒径。对于P032.5和PS32.5水泥，由于出厂检验和质量控制均以现行水泥检验标准筛筛孔0.08mm的筛余量为准，因此a取0.08。对于P042.5、PS42.5和P052.5水泥，由于水泥强度较高，各厂在质量控制时通过调整选粉机的风机的抽力来保证比表面积，由公式r=0.75P/Pcg可求得对应水泥的最大半径门P——选粉机风机的抽力Pc---水泥的表观密度，g重力加速度因此对于P042.5、PS42.

6、5和P052.5水泥，水泥颗粒最大粒径a取2“结合以上分析，笔者认为水泥的强度与水泥熟料细度及强度、混合材的活性与强度贡献率和硬化砂浆的密实度成止比例。由此可得现代水泥细度-强度理论数学模型及计算公式,艮卩：f=axuxm式中：0水泥熟料砂浆理论强度由er=J2E%/加求得；u胶凝材料强度贡献率由u二(U[C+u2F+u3K+u4M)/(C+F+K+M)求得C、F、K、M-—-分别为水泥熟料、粉煤灰、矿粉、混合材的用量；Sc、&、％、Sm——分别为水泥熟料、粉煤灰、矿粉、混合材的比表面积；Pc、Pf、Pk>Pm----分别为水泥熟料、

7、粉煤灰、矿粉、混合材的表观密度;5、氏、氏、g—-分别为水泥熟料、粉煤灰、矿粉、混合材的强度贡献系数,由以下四式求得；UlJscP」ScQc，U2-JsFpJScPc，U3二JskQk/ScQc，U4二JszPj'cPc0m——水泥硬化砂浆的密实度由m二(Wo/W-O.27)求得；Wo、W水泥水化理论用水量、拌合用水量；P=0.27胶凝材料完全水化形成的凝胶孔体积。第二节现代水泥细度-强度理论计算公式的验证我国水泥企业生产的水泥，以生产P0.32.5和PS32.5为主的企业，其水泥熟料强度为45—50MPa,细度控制在300m7kg左

8、右，。值为168—200Mpa；对生产PO.42.5和PS42.5为主的企业，其水泥熟料强度为50—60MPa,细度控制为比表面积350m2/kg左右,o值为210—245Mpa；对生产P0.52.5为主的企业,其水泥熟