前言

水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量（以下簡(jiǎn)稱水泥需水量），是指能使水泥漿體達(dá)到一定的可塑性和流動(dòng)性所需要的拌合水量。它是水泥建筑性能的重要指標(biāo)，直接關(guān)系到混凝土的水灰比，而水灰比決定了混凝土強(qiáng)度和密實(shí)性，影響混凝土的耐久性。 水泥需水量小， 混凝土的單位需水量也小，水灰比小，混凝土致密，強(qiáng)度高，耐久性好。所以，水泥需水量決定著混凝土中水泥的用量， 也決定著混凝土的性能，是影響混凝土經(jīng)濟(jì)性的最重要因素。為此，混凝土生產(chǎn)商都希望選擇需水量少的水泥，這就要求水泥生產(chǎn)企業(yè)在生產(chǎn)水泥時(shí)，盡量減少水泥需水量，以滿足市場(chǎng)所需，提高產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)能力，也有利于水泥工業(yè)優(yōu)質(zhì)、低耗、環(huán)保的可持續(xù)發(fā)展。

1、水泥需水量對(duì)混凝土的影響

1.1 水泥需水量對(duì)混凝土用水量的影響

以水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量 25％作為標(biāo)準(zhǔn)值， 得出混凝土用水量隨水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量增減而變化的經(jīng)驗(yàn)公式：

Δw = C(N~0.25) × 0.8

式中 ：

Δw ——1 m3 混凝土用水量變化值 ，kg/m3；

C ——1 m3混凝土水泥用量，kg/m3；

N ——水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量，％。

由以上討論可知： 欲降低混凝土用水量，必須降低水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量。

1.2 水泥需水量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

混凝土配制強(qiáng)度計(jì)算公式：

可見，混凝土強(qiáng)度與用水量成反比，因此，要提高混凝土強(qiáng)度就必須減少用水量。

2 、影響水泥需水量的主要因素

水泥需水量主要包括填滿水泥顆粒間隙的填充水， 濕潤(rùn)水泥顆粒表面， 形成足夠水膜的水泥顆粒表面吸附水和滿足水泥初期水化的化學(xué)結(jié)合水。水泥顆粒間隙的填充用水與其顆粒級(jí)配和顆粒形狀有關(guān);水泥顆粒表面吸附水膜用水與其顆粒形狀和大小即水泥比表面積有關(guān)， 水泥水化用水則主要與其礦物組成有關(guān);可見影響水泥需水量的因素雖多， 但決定需水量的主要因素可歸納以下幾個(gè)方面。

2.1 熟料礦物組成的影響

熟料礦物組成中需水量由大到小順序?yàn)椋篊3A，C3S， C4AF， C2S。 浙江上峰水泥 2500 t/d 生產(chǎn)線熟料率值和礦物組成與熟料標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量的統(tǒng)計(jì)見表1。其中，編號(hào)A熟料的硅酸鹽礦物 C3S+C2S 含量最高，C3A 含量最低， 其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量也是最低的；編號(hào) B 熟料和 A 熟料的 KH、SM和硅酸鹽礦物 C3S+C2S含量基本一致，而且B的C2S比A略高，但B的IM比A高，尤其是 C3A 含量高達(dá) 9.54%，導(dǎo)致B 的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量比A 高1.9%；C，D 編號(hào)熟料的需水量較低，其硅酸鹽礦物含量雖不及A，B，但因其C3A 含量較低，需水量雖比 A 高%，卻比B 分別低了1.6%以上。

即水泥比表面積有關(guān)，水泥水化用水則主要與其礦物組成有關(guān);可見影響水泥需水量的因素雖多，C3A 含量與水泥需水量成線性關(guān)系見圖 1。可見熟料中每增加 1%C3A，水泥需水量就要增加 1%；有經(jīng)驗(yàn)推測(cè)，由此1 m3的混凝土需水量相應(yīng)增加 6~8 kg，以1m3混凝土中水泥用量 400kg計(jì)，混凝土水灰比增大0.015~0.02，相當(dāng)于C30~C40 混凝土強(qiáng)度下降2MPa左右。所以，減少熟料中 C3A含量有利于降低水泥需水量。可見，混凝土強(qiáng)度與用水量成反比，因此，要提高混凝土強(qiáng)度就必須減少用水量。

表 2 為水泥熟料礦物的水化程度，從其水化速率看，C3A 水化速率最快，C2S 最慢。有研究發(fā)現(xiàn)， 水泥水化初始反應(yīng)期約為5 min，此時(shí)水泥水化約1%，而在 10~15min 內(nèi)已有0.4%~1.6%的 C3A 水化， 就需要消耗一部分水， 而 C2S 水化速度最慢的， 在這段時(shí)間幾乎完全不水化。

表3 為水泥熟料四種單體礦物的質(zhì)量密度，C3A質(zhì)量密度最小，因此，其單位質(zhì)量的體積最大，C3A顆粒表面形成水膜所需的水量最大。C4AF 質(zhì)量密度最大，單位質(zhì)量的體積最小，其表面形成同樣厚度的水膜所需的水量最小。

2.2 水泥比表面積和水泥顆粒特性的影響

我們知道， 通用水泥的比表面積在 250~5000m2/kg 之間。 德國(guó)水泥研究所對(duì)一些不同強(qiáng)度等級(jí)和不同比表面積的水泥進(jìn)行需水量試驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果見圖 2。可以明顯看到，水泥需水量隨比表面增大而上升。

表 4 為比表面積對(duì)水泥需水量的影響。可見，水泥比表面積每增加 100 m2/kg， 就會(huì)增加水泥需水量1.0%~1.2% 水泥顆粒級(jí)配和顆粒形狀對(duì)水泥需水量影響較大，表5是水泥最佳性能的顆粒級(jí)配。我們知道，粒徑3~32μm部分的顆粒對(duì)水泥強(qiáng)度的增進(jìn)起主導(dǎo)作用，尤其是16~24μm 顆粒對(duì)水泥性能尤為重要， 其含量越多越好。而<3μm 的細(xì)顆粒容易結(jié)團(tuán)，<1μm的顆粒在加水?dāng)嚢柚泻芸焖瑢?duì)混凝土強(qiáng)度作用很小， 也影響水泥與外加劑的適應(yīng)性， 容易引起混凝土開裂， 影響其耐久性； 而>65 μm 的顆粒水化很慢， 對(duì)28 d強(qiáng)度貢獻(xiàn)很小。

良好的水泥顆粒級(jí)配， 其顆粒間空隙減小， 填充空隙需要的水分減少， 需水量小。水泥顆粒分布越窄，堆積空隙率越大， 需水量越大。水泥顆粒均勻，堆積過程中就有較大間隙，需水量就大。

表6 為水泥顆粒圓形度對(duì)其需水量的影響。在比表面積一致的情況下，當(dāng)水泥顆粒圓形度從47%提高到 73%時(shí)， 水泥需水量從 30.4%下降到 27.3%。

這是因?yàn)樗囝w粒形貌越好， 圓度系數(shù)越高， 與水接觸表面積越小， 需水量就越小。而長(zhǎng)條狀顆粒越多，需水量越大， 這是因?yàn)殚L(zhǎng)條狀和片狀顆粒的相互搭接容易形成較大的空隙，使填充空隙的需水量增加。

不同粉磨工藝磨制的水泥顆粒分布和顆粒形貌有所差別，與圈流磨水泥相比，開流磨水泥顆粒分布較寬，圓度系數(shù)大，粗顆粒堆積形成的空隙被細(xì)顆粒充填，顆粒充填空隙的水較少，需水量小，而采用輥壓機(jī)、立磨粉磨工藝的，由于水泥顆粒均勻，分布范圍窄，顆粒在堆積中產(chǎn)生較大的空隙， 使水泥需水量增大。

作者：夏暉 , 雷娜 , 俞岳燦

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