多组分混凝土理论及应用技术
1概述
混凝土是当今建筑行业中用途最广、用量最大的建筑材料之一，全国每年就有数十亿立方米混凝土的需求，而且随着国家基础建设的加大投入，每年的混凝土用量仍呈递增趋势。伴随混凝土用量的增长，混凝土专业技术人员的增加，混凝土整体质量逐年提升，但和国外相比还存在较大差距，主要体现在混凝土的和易用性和耐久性上。这是因为因区域的不同用于混凝土生产的原材料质量千差万别，而为了应付生产，找不到适合的原材料只能以次充好，就拿混凝土胶凝材料来说，目前大量用于混凝土生产的胶凝材料就是通用硅酸盐水泥中的普通硅酸盐水泥，众所周知，普通硅酸盐水泥是指由硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，而混合材是降低水泥材料成本的唯一途径，这样有些水泥厂为了追求水泥利润，加大混合材的掺加量，远远超过20%混合材的限制，而这样的水泥运到商品混凝土站后在生产过程中还要掺加混合材，对于商品混凝土站来说，并不清楚水泥厂所掺加的混合材的种类和数量，于是就形成了生产混凝土经常出现的质量问题，如水泥和外加剂的适应性问题，混凝土滞后泌水，混凝土凝结时间不正常，混凝土开裂、碳化加剧等等，大大增加了混凝土生产过程质量控制的难度。
1.1技术背景
目前混凝土搅拌站生产使用的水泥主要有普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥，按照水泥标准检验，水泥本身的技术指标如强度、凝结时间、标准稠度用水量、安定性等都能满足国家标准的要求。但在使用过程中，经常出现水泥与外加剂适应性差、强度波动大、混凝土滞后泌水、凝结时间不正常等问题，从而给混凝土生产和质量控制带来了不利影响，也给企业带来了一定的经济损失和声誉影响。通过大量试验研究可知，产生这些问题的主要原因与水泥中混合材的品种和掺量变化有直接关系，特别是使用同一强度等级的水泥配制某强度等级的混凝土时水泥用量差别很大，对混凝土企业提高产品质量、控制成本带来很大的困难。
1.2能源与经济效益的优化配置
在水泥生产过程中，大多数企业采用将熟料和混合材分别粉磨最后均化的工艺，然后将水泥出售到混凝土生产企业，这样混合材经历了由供应商运输到粉磨厂粉磨，再与熟料混合均化后形成水泥，将水泥销售到混凝土企业,混合材经历了二次运输，提高了综合运输成本。如果我们在混凝土生产中采用P·II硅酸盐水泥，将掺入水泥中的混合材改变为混凝土的矿物掺合料，由供应商运输到粉磨厂粉磨后，直接销售到混凝土企业,其技术效果不变，但可以减少一次运输，降低了综合运输成本。
为了提高搅拌站对混凝土质量控制的稳定性和混凝土配合比设计的合理性，同时降低混凝土企业的成本，总公司生产技术部根据专家建议立项进行了P·II水泥在预拌混凝土中的应用技术研究项目。
2技术原理与技术方案
为了解决当前配制混凝土时水泥用量与混凝土强度之间对应关系，特别是使用同一强度等级的水泥配制某强度等级的混凝土时水泥用量差别很大，水泥与外加剂的适应性不好的难题，实现提高混凝土企业产品质量、控制成本的目的。
2.1研究思路
（1） 确定水泥强度与混凝土强度直接的对应关系计算公式，建立配制单位强度混凝土所用水泥量的计算公式；（2）建立掺合料活性和水泥取代系数的准确计算公式；（3）为了改善混凝土的耐久性，胶凝材料的最佳水胶比为标准稠度用水量对应的水胶比，凝固后浆体形成的孔结构最合理；（4）外加剂的调整以标准稠度为基准，配制的混凝土在拌合物状态下，可以保证混凝土拌合物不离析不泌水。通过以上三个参数计算公式的确定和外加剂的调整，将水泥、掺合料、外加剂、水分与混凝土的工作性、强度和耐久性紧密结合起来。
2.2技术方案
（1）水泥的生产
试制硅酸盐水泥，测定需水量、强度、比表面积、三氧化硫、密度。分析同一强度等级的水泥在某强度的混凝土配比中水泥用量不同的原理，外加剂与水泥适应性差的原因。
（2混凝土的配制
多组分混凝土配合比设计方法，包括水泥用量的确定方法，掺合料分配的方法，拌合水量确定的方法，耐久性的改善的原理，合理砂率的确定方法;检测工作性、强度、耐久性。
3水泥强度与混凝土强度之间的关系
水泥强度的检验采用标准胶砂试验的方法，当标准养护的水泥胶砂试件破型检验时，标准砂并没有破坏，水泥浆体被压力破坏，因此我们认为纯水泥浆的强度大于水泥的标准养护强度。水泥水化形成的强度等于水泥标准养护强度除以水泥浆在标准胶砂中的体积比求得。
在配比不变时，影响水泥强度的主要因素是比表面积和水胶比。水泥粉磨得越细，比表面积就越大，与水接触的面积也越大，水化反应就会越充分，强度越高。此外，细磨时还会使水泥内晶体产生扭曲、错位等缺陷而加速水化。但是增大细度，迅速水化生成的产物层又会阻碍水化作用的进一步深入，所以增加水泥细度，只能提高早期水化速度，对后期强度和水化作用不明显，而对较粗的颗粒，各阶段的反应都较慢。
水泥加水搅拌后达到充分反应水化形成浆体的合理水胶比为标准稠度用水量对应的水胶比，这一水胶比对应的水有两个作用，其一是保证水泥充分水化的水，其二是保证水泥颗粒达到充分水化所需的匀质性。水胶比在此范围内变化时，适当增大水胶比，可以增大水化反应的接触面积，使水化速度加快，早期强度提高，但水胶比过大，会使水泥石结构中孔隙太多，而降低其强度，故水胶比不宜太大。若水泥水化时水胶比过小，水化反应所需水量不足，会延缓反应进行。同时，水胶比过小，则没有足够孔隙来容纳水化产物而使未水化部分进一步水化，也会降低水化速度，强度降低，因此水胶比也不宜太小，最好控制在标准稠度用水量对应的水胶比。