水泥生料组分混凝土设计理论

　　文章针对水泥生料组分混凝土概念展开分析，结合水泥生料组分混凝土设计理论的相关性内容，包括设计原理分析、总砂率的选择、硅砂率的计算、钙砂率的计算等，通过研究试验原料的选择、工作性试验结果分析、抗压强度分析、混凝土抗折与劈裂性能分析等内容，提高水泥生料组分混凝土设计内容的合理性及其应用价值。

　　关键词：水泥生料组分混凝土；设计原理；总砂率；硅砂率；钙砂率

　　1水泥生料组分混凝土概念

　　水泥生料组分混凝土是以水泥为胶凝材料，以石灰石为粗骨料，以天然砂和石灰石质人工砂为细骨料，按照水泥生料的氧化物比例进行配合比设计的混凝土，因其主要氧化物与水泥生料组分相同，因而称其为水泥生料组分混凝土。其主要特征是混凝土中的主要氧化物氧化钙和二氧化硅含量比例符合水泥生料要求，在混凝土废弃后不需或只需添加少量校正原料即可作为水泥生料使用。

　　2水泥生料组分混凝土设计理论分析

　　2.1设计原理分析

　　目前所使用到水泥熟料基本上都是多种矿物的集合体，对其成分进行细致分析可以了解到：在水泥生产过程中，主要用到的材料为氧化物（如氧化钙、二氧化硅等），现阶段在评价水泥生产质量的重要参数指标，包括石灰饱和系数、硅率和铝率。在对水泥生料组分混凝土进行设计时，需要在确保混凝土工作特性的基础上，提升混凝土结构的耐久性，因此在实际应用中，也需要对水泥材料中的氧化钙、二氧化硅、氧化铝、氧化铁的比例进行调整，并且将废弃材料投放到700℃下进行加热，同时向其中添加一些其他材料，实现氧化钙、二氧化硅产值比例的优化调整，使废弃水泥材料可以重新投入到建筑市场当中，提高资源本身的利用效率。

　　2.2总砂率的选择

　　在水泥生料组分混凝土的设计过程中，将砂子作为骨料，主要的作用便是改善混凝土材料的易性和黏聚性，因此，在对该环节展开设计时，含砂率属于非常基础的计算内容，在实际应用中，需要先对总砂率展开计算。一般情况下，在设计过程中会参考建筑规范中的相关性内容展开设计，从而确定最佳砂率。现阶段常用的总砂率配比方法以试配法为主，利用各项可参考指标（如坍落度、强度、流动性）不断优化总砂率的配比情况，直到达到了既定要求，以此为基础却定最佳总砂率，记作Sp。

　　2.3硅砂率的计算

　　确定完总砂率相应数值后，还需要对硅砂率进行确定，具体的评价指标主要以水灰比与粒径两种指标来判断。考虑到水泥生料需要满足氧化物的基本组成要求，因此在实际应用中，还需要对细骨料所占比例进行科学性调整。在实际计算的过程中，可以借助于金德率值中的相关内容展开计算，排除二氧化硫所带来的负面影响，可以通过以下公式进行计算：KH=（m1-（1.65m2+0.35m3））/2.8m4（1）式中：KH——石灰饱和系数；m1——氧化钙摩尔质量；m2——氧化铝摩尔质量；m3——氧化铁摩尔质量；m4——二氧化硅摩尔质量。根据公式（1）得出恰当的硅砂率。

　　2.4钙砂率的计算

　　与硅砂率计算相对应的便是进行钙砂率的计算，这也是后续进行水泥生料添加比例调整的重要依据。在对混凝土骨料进行调整时，可以根据两组数值来调整粗细骨料的具体分配情况，而且在设计应用管理过程中，也可以将部分石灰石转换成细骨料，从而提高混凝土材料的应用质量。具体的计算公式与式（1）相似，根据公式来确定最佳的钙砂率。由此可见，水泥生料组分混凝土在具体的组成应用中，主要由水泥材料、硅砂、钙砂、石灰石、水等材料构成，并且在具体的组成中，如何控制好各种材料之间的相互配比，也成为实际应用中需要重点关注的问题，从而有效地提升材料的应用质量，提升材料本身的实用价值[1]。

　　3水泥生料组分混凝土力学性质分析

　　3.1试验原料的选择

　　为了验证水泥生料组分混凝土的基础力学性质，在实际应用中，可以通过拟建参照组试验来进行分析。所设置的试验原料参数如下：水泥材料选择普通硅酸盐水泥，其强度为42.5R与52.5R，砂子材料选择了河砂，石子则选择石灰石碎石，而人工砂则使用石灰石场废弃原料制作。拌和水选择了常规的自来水。实验组选择水泥生料组分的方式进行拌和，对照组则使用常规的拌和方法，从而评价出两种操作方式相互间的差异性[2]。

　　3.2工作性试验结果分析

　　对其进行工作性试验结果比对，主要的评价指标便是流动性能分析，结合试验结果可以得知，在相同拌和比例情况下，利用水泥生料组分拌和出的混凝土坍落度，要低于常规拌和情况混凝土材料的坍落度，而整体的降低幅度存在着一些差异性，其相差幅度基本上不超过20mm[3]。分析此类情况出现的主要原因可以得知，人工砂是由废弃料组成，其中还含有少量的石粉，而石粉本身具备良好的保水性，这也会造拌和后的水灰比有所下降，并且人工砂的棱角明确，相互间的摩擦力相对较高，这也造成了混凝土流动性的下降，但是根据建筑设计规范中规定的相关内容可以得出：该拌和材料依旧满足于建筑工程的施工要求，可以在建筑工程中进行应用。

　　3.3抗压强度分析

　　在建筑工程中，混凝土结构一直都是主要的承重结构，对此，在对其力学性能进行评价时，抗压强度也属于重要的判断指标。结合试验可以发现，水泥生料组分混凝土的抗压强度会随着养护时间的增加而不断提升，这也和普通混凝土材料强度的发展规律相一致。从不同强度等级混凝土应用情况进行分析，C30强度的水泥生料组分混凝土，其抗压强度要比普通混凝土强上许多，结合几组试验数据可以得出：其强度的改善幅度在20%~40%之间，表明在选择C30混凝土材料时，水泥生料组分混凝土有着明显的应用优势；在分析C40和C50混凝土材料强度时，如果养护周期在3d以内，那么水泥生料组分混凝土具备较大的应用优势，如果超出了7d，两种类型混凝土抗压强度相差不大，可以结合实际情况进行选择。

　　3.4混凝土抗折与劈裂性能分析

　　混凝土的抗拉伸能力相对较差，在受到外界较大应力时也会更容易出现结构裂缝的问题，对此为确保混凝土材料使用的可靠性，也需要对材料的抗拉强度进行分析，与3.3中分析的方式相类似，将材料划分为了三个评定等级。对其进行分析可以得出，相较于普通的混凝土材料，水泥生料组分混凝土在实际应用中，其抗折和劈裂性能要明显高于其他的混凝土材料，而且这一程度的提升随着混凝土强度的增加而增加。由此可见，水泥生料组分混凝土具备较高的实用价值。

　　4结语

　　在相同配合比条件下，水泥生料组分混凝土工作性要劣于普通的河砂混凝土，但强度发展趋势与普通河砂混凝土相似，早期强度高于普通河砂混凝土。C30水泥生料组分混凝土后期强度明显高于普通河砂混凝土，而C40和C50的水泥生料组分混凝土的后期强度分别与同等级的普通河砂混凝土相似。由此可见，水泥生料组分混凝土的应用，对于提高资源利用效率有着积极意义。

　　参考文献

　　[1]龙凤全，罗灿亮，褚云朋，等.基于波全元理论的混凝土配合比设计方法[J].四川建筑，2020，40（1）：279-282.

　　[2]王立久，郑芳宇，迟耀辉.水泥生料组分混凝土设计理论及试验研究[J].大连理工大学学报，2018（2）：222-227.

　　[3]郑芳宇.水泥混凝土材料过程工程学研究[D].大连：大连理工大学，2018.

　　作者：任