题目：高性能复合水泥粒径优化设计

混凝土是土木与水利工程中应用最广泛的工程材料。随着科学技术和生产的发展，各种在严酷环境下使用的重大混凝土结构，如跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、核反应堆等建造不断增加，这种发展趋势将引导现代化建筑向着高层化、大跨化、重载化及结构轻量化方向发展。由此，混凝土向高强化、高耐久性、高工作性发展将是必然趋势。混凝土强度、工作性和耐久性主要取决于水泥石基体以及基体与集料间的胶结特性，而水泥的颗粒级配对基体的特性起着关键性的作用：在相同的流动度下，优化的颗粒级配能够减少水泥的需水量，可以有效提高强度和耐久性；在相等的水灰比下，优化的粒径分布可以提高其流动度，即提高了混凝土的工作性。因此可以通过调整颗粒分布使水泥和填充料在水化之前的物理状态就能达到最佳密度的堆积，水化产物填充空隙后便能产生结构更加密实的水泥石基体，从而提高混凝土强度、密实性和耐久性。本文旨在通过理论推导和试验验证建立实用的多粒径（连续粒径分布）复合水泥粒径的优化设计方法。该方法可以根据水灰比设计出水泥石填充度最高、强度最高的水泥粒径分布。本水泥粒径优化设计方法经过进一步充实试验样本，提高计算的精度可用于指导水泥生产，主要进行了以下几个方面的研究：第一，通过假定浆体中的粉体颗粒包裹一层水膜，将包裹水膜的粉体颗粒看作是复合颗粒，在STOVALL等人提出的颗粒体系线性堆积模型的基础上，根据理论推导和试验验证，建立了多粒径（连续粒径分布）单组分和多组分粉体在浆体中的堆积密度的计算方法。通过一系列不同粒径分布的单组分和多组分的粉体样品，计算出在指定流动度下的堆积密度，对比计算结果与实测结果，通过不断的拟合，最终得到可根据组分的种类、比例和粒径分布推算体系堆积密度的计算公式；第二，根据颗粒比表面积与水化速度的关系，建立多粒径（连续粒径分布）的水泥在不同水灰比时的水化速度的计算公式；取一系列不同粒径分布的水泥试样，采用热重分析等测试手段及理论分析，确定其在不同水灰比下的水化速度，将计算值与测试值对比，通过不断的拟和，最终得到可以根据水泥的粒径分布和水灰比计算其各龄期的水化度；第三，综合考虑水泥水化度、水泥固相体积增量和水泥浆体初始堆积密度两个方面的匹配关系，通过理论推导和试验验证建立了实用的的多粒径（连续粒径分布）复合水泥粒径的优化设计方法。以最大填充度为原则，确定最佳的粒径分布。通过上述计算得到一系列可能的试验配比，强度试验结果及理论分析，验证和修正上述粒径分布的优化计算方法；第四，提出了一种低水灰比大流动度胶凝材料浆体流动度的测试方法，该方法可以高灵敏度、高稳定性的测定水灰比微小变化时浆体流动度的变化。