李保亮，劉志強(qiáng)

（1. 淮安市建筑工程檢測(cè)中心有限公司， 江蘇 淮安 223001；2. 濰坊山水水泥有限公司， 山東 濰坊 261000）

“十二五”期間，國(guó)家要發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，走可持續(xù)發(fā)展之路，需要混凝土企業(yè)進(jìn)一步降低高能耗原料——水泥的用量[1]，充分利用礦物摻合料的潛在活性，提高混凝土的耐久性。作為礦物摻合料的粉煤灰、礦粉、石粉等工業(yè)副產(chǎn)品在水泥混凝土中的應(yīng)用除了減少能源、資源消耗、降低成本外，還可以減輕粉煤灰、礦渣排放對(duì)環(huán)境帶來(lái)的負(fù)荷[2]，然而礦物摻合料的使用在節(jié)能降耗的同時(shí)，也給混凝土帶來(lái)了早強(qiáng)低、與外加劑適應(yīng)性不良、碳化嚴(yán)重[3]等一系列問(wèn)題。特別是在預(yù)拌混凝土生產(chǎn)過(guò)程中，為改善混凝土的性能，降低混凝土生產(chǎn)成本，在原本已有各種助劑（助磨劑、早強(qiáng)劑等）的水泥中，又二次摻加一定比例的礦物摻合料，使得使水泥與外加劑的適應(yīng)性變差，混凝土坍落度損失增加，給商品混凝土生產(chǎn)供應(yīng)帶來(lái)困難。本文提供了一種礦物摻合料混凝土的制備方法，即在強(qiáng)度等級(jí)號(hào)（以 C30 為例）混凝土中，利用 P·I52.5 水泥及一部分礦粉、粉煤灰代替 P·O42.5 水泥，研究其對(duì)水泥及混凝土性能的影響、出現(xiàn)的問(wèn)題及解決方法，以期指導(dǎo)生產(chǎn)。

1 原材料

（1）水泥：海螺 P·O42.5 水泥及 P·I52.5 水泥，其各項(xiàng)物理性能如表1 所示，其中 P·O42.5 水泥熟料與各混合材比例為熟料∶石膏∶粉煤灰∶礦粉石粉＝76∶5∶5∶10∶4，P·I52.5 水泥中熟料與石膏比例為 96∶4。

表1 水泥物理性能

（2）細(xì)集料：中砂，細(xì)度模數(shù) 2.6，含泥量 2.0%。

（3）粗集料：碎石，規(guī)格 5～31.5 mm，含泥量 0.4%。

（4）水：使用自來(lái)水。

（5）粉煤灰：使用 Ⅱ 級(jí)灰，45μm 方孔篩篩余量18%，燒失量 5.2%，需水量比 97%，28d 活性指數(shù) 74%。

（6）礦渣微粉：S95 級(jí)，需水量比 98%，28d 活性指數(shù)103%。

（7）減水劑：緩凝型減水劑減水率 16%。

（8）激發(fā)劑：復(fù)合激發(fā)劑（Na2SO4、TEA 等成分）。

（9）砂：ISO 標(biāo)準(zhǔn)砂。

2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)在保證成本降低的條件下，用 P·I52.5 水泥摻少量礦物摻合料代替 P·O42.5，其水泥、礦粉、粉煤灰具體比例如表2 所示，其中 A1 用 P·O42.5水泥，A2～A9 用 P·I52.5 水泥。試驗(yàn)方法參照 GB/T 1346—2001《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》、GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》、GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》和 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)試驗(yàn)方法》的有關(guān)規(guī)定進(jìn)行，測(cè)試的項(xiàng)目包括水泥凝結(jié)時(shí)間，水泥膠砂流動(dòng)度、抗折、抗壓強(qiáng)度，混凝土的坍落度及1小時(shí)坍落度經(jīng)時(shí)損失和抗壓強(qiáng)度。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

3.1 P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥對(duì)水泥性能的影響

3.1.1 對(duì)水泥凝結(jié)時(shí)間的影響

按照表2 中的比例將水泥、礦粉、粉煤灰混合均勻，在水灰比為 0.3 的條件下測(cè)試各組凝結(jié)時(shí)間的變化，詳見(jiàn)表3。由表3 可見(jiàn)，P·I52.5 水泥混合部分礦粉、粉煤灰后，水泥的初凝時(shí)間及終凝時(shí)間均比 P·O42.5 水泥 (A1) 要長(zhǎng)，且水泥越少礦物摻合料越多，水泥凝結(jié)越長(zhǎng)，這是膠凝材料中膠凝礦物減少的原因。而當(dāng)水泥量固定，將礦粉含量依次增加、粉煤灰含量依次減少時(shí)，A2～A5 組試樣中由于礦粉中鋁酸鹽礦物、硅酸鹽礦物等膠凝材料的作用，水泥凝結(jié)逐漸變短。

3.1.2 對(duì)水泥膠砂性能的影響

（1）對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響

P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥對(duì)水泥膠砂流動(dòng)度的影響如表3 所示。其中 B1 用 P·O42.5 水泥，B2～B9 用 P·I52.5 水泥。由于 P I52.5 水泥需水量較低，以及礦粉和粉煤灰的逐級(jí)填充、滾珠潤(rùn)滑等作用，P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥后水泥膠砂流動(dòng)度有了明顯的改觀，基準(zhǔn) B1 水泥膠砂流動(dòng)度僅為205mm 而 B2 水泥膠砂流動(dòng)度達(dá)到了 245mm，當(dāng)?shù)V物摻合料摻量繼續(xù)增多時(shí)，水泥膠砂流動(dòng)度變化不大，礦粉增多粉煤灰含量減少的 B2～B5 水泥膠砂流動(dòng)度變化較小。

表2 水泥、礦粉、粉煤灰比例

（2）對(duì)水泥膠砂強(qiáng)度的影響

結(jié)果見(jiàn)表3。其中 C1 用 P·O42.5 水泥，C2～C9 用P·I52.5 水泥。從表3 中可以看出，用 P·I52.5 水泥摻少量礦物摻合料代替 P·O42.5 水泥后，水泥 3d、28d 抗折、抗壓強(qiáng)度均比 P·O42.5 水泥略有提高，滿足 GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》水泥強(qiáng)度要求，且后期 28d 抗折強(qiáng)度富余較多。當(dāng)?shù)V物摻合料較多時(shí)，如表3 中 C8、C9 水泥膠砂早期 3d、7d抗壓強(qiáng)度相比基準(zhǔn) C1 有所降低，但是后期 28d 強(qiáng)度仍可滿足要求。

3.2 P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥對(duì)混凝土性能的影響

3.2.1 對(duì)混凝土工作性的影響

C30 混凝土基準(zhǔn)配比如表4 中 C1 所示，P·I52.5 水泥按照表2 摻礦物摻合料比例等量取代 P·O42.5 后，混凝土配合比如表4 所示，其各項(xiàng)物理力學(xué)性能如表5 所示。

表4 混凝土配合比 kg/m3

表5 混凝土各項(xiàng)性能

由表5 可知，當(dāng) P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 后，混凝土坍落度并沒(méi)有像水泥膠砂流動(dòng)度那樣有較大的改善，而是略有降低，而且混凝土 1h 坍落度損失也比較大。究其原因一是混凝土中加入了減水劑，且加入的是普通萘系與脂肪族系減水劑，此類減水劑的作用機(jī)理是減水劑分子定向吸附于水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面帶有同一電荷而形成靜電排斥作用，使水泥顆粒相互分散，絮凝結(jié)構(gòu)破壞，釋放出被包裹部分水參與流動(dòng)從而有效地增加混凝土拌合物的流動(dòng)性。P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 后，混凝土礦物摻合料增多，特別是礦渣的使用，使得混凝土普遍缺硫，硫含量較少的混凝土由于對(duì)減水劑強(qiáng)烈的吸附，減水劑有效濃度下降，導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性較小。而混凝土中加入復(fù)合激發(fā)劑之后，混凝土的初始坍落度及坍落度損失均有了很明顯的改善（見(jiàn)表6），這是因?yàn)榛炷林锌扇苄粤蛩猁}含量增加，使混凝土對(duì)減水劑的吸附成準(zhǔn)線性下降，提高了膠凝材料與水泥外加劑的適應(yīng)性[4-5]。另外，由筆者以前的研究可知[6]，可溶性硫酸鹽的摻量不宜超過(guò)混凝土中膠凝材料總量的 0.6%。

3.2.2 對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 后，當(dāng)?shù)V物摻合料較少時(shí)，C1～C7 混凝土后期 28d 強(qiáng)度均比 P·O42.5 基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度C1要高，而早期 3d 強(qiáng)度略有降低。而當(dāng)?shù)V物摻和料摻量較大時(shí)，混凝土早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均有所降低，如表5 中 C8、C9，早期和后期強(qiáng)度均降低 3MPa 左右。

而當(dāng)摻入復(fù)合激發(fā)劑之后混凝土各項(xiàng)性能見(jiàn)表6，其中激發(fā)劑摻入比例 Na2SO4為膠凝材料量的 0.6%、三乙醇胺為膠凝材料量的 0.03%[7]，混凝土各齡期強(qiáng)度均比基準(zhǔn)混凝土要高，原因是復(fù)合激發(fā)劑中 Na2SO4對(duì)水泥水化的促進(jìn)作用以及對(duì)礦物摻合料的堿激發(fā)及硫酸鹽激發(fā)作用，混凝土早期 3d、7d 強(qiáng)度均有明顯的提高；復(fù)合激發(fā)劑中 TEA 的絡(luò)合作用，促進(jìn)了鈣礬石在早期大量形成，消耗了 C3A，也就減少了 C3A水化物的數(shù)量，從而大大減弱了 C3A 水化物由非晶型向晶型轉(zhuǎn)化對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生的不利影響（結(jié)晶內(nèi)應(yīng)力）；另外，TEA 對(duì)C3S、C2S 的早期水化的抑制作用，使得水化產(chǎn)物在更合理的空間位置生長(zhǎng)、分布，漿體結(jié)構(gòu)更為完善、密實(shí)，保證了后期強(qiáng)度而且提高了礦物摻合料在混凝土中的摻量[4]。

表6 摻復(fù)合激發(fā)劑后混凝土各項(xiàng)性能

3.2.3 對(duì)混凝土成本的影響

從表6 中可以看出，用 P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥后，節(jié)約了混凝土的生產(chǎn)成本，未加激發(fā)劑的每方混凝土大約節(jié)省 3.9～11.6 元，加激發(fā)劑后每方混凝土節(jié)省 1.5～8.6元。

另外，在低強(qiáng)度等級(jí) C30 混凝土中，使用 P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥后，由于摻合料的火山灰反應(yīng)非常緩慢，即使標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至 28d，漿體的水化程度依然很低，此時(shí)漿體中孔隙較大，火山灰反應(yīng)剛剛開(kāi)始進(jìn)行，火山灰反應(yīng)產(chǎn)物對(duì)孔隙的細(xì)化也剛剛開(kāi)始，成熟度遠(yuǎn)低于純硅酸鹽水泥配制的混凝土，其碳化程度較大，因此大摻量礦物摻合料混凝土的早期濕養(yǎng)護(hù)十分重要。

4 結(jié)論

（1）P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥雖然提高了水泥抗折強(qiáng)度及水泥膠砂流動(dòng)度，但是凝結(jié)時(shí)間有所延長(zhǎng)、早期抗壓強(qiáng)度有所降低；

（2）P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥在低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中應(yīng)用，提高了礦物摻合料在混凝土中的摻量，但早期強(qiáng)度略有降低、混凝土坍落度有所降低、混凝土坍落度損失有所增加；

（3）加入復(fù)合激發(fā)劑，可以提高大摻量礦物摻合料混凝土早期強(qiáng)度，提高混凝土坍落度，降低坍落度損失；

（4）P·I52.5 水泥代替 P·O42.5 水泥在預(yù)拌混凝土中應(yīng)用，可以節(jié)約混凝土成產(chǎn)成本。

[1]覃維祖.混凝土材料與結(jié)構(gòu)在低碳經(jīng)濟(jì)新形勢(shì)下的發(fā)展方向[J].施工技術(shù)， 2010, (3): 6-7.

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