劉雅琦阮炯正仲崇山，3孫英嬌

(1:吉林建筑工程學院城建學院，長春 130111;2:吉林建筑工程學院材料科學與工程學院，長春 130118;3:吉林電力管道工程總公司，長春 130022)

0 引言

目前，人們正在積極探索如何對傳統(tǒng)水泥混凝土用膠凝材料進行改性，由于復合摻合料具有諸多優(yōu)點，促使復合礦物摻合料的應用越來越廣泛，要求國家盡快出臺關于《混凝土復合礦物摻合料應用技術(shù)規(guī)范》，對復合礦物摻合料的各項性能指標有一個明確規(guī)定，以適應復合礦物摻合料應用技術(shù)的發(fā)展，為了廣大從事混凝土工程的技術(shù)人員能更好地了解和掌握混凝土復合摻合料應用技術(shù)，科學合理地運用各類復合礦物摻合料.為此，對照目前國內(nèi)外相關礦物摻合料的標準，探討混凝土復合礦物摻合料應用技術(shù)規(guī)范內(nèi)容和指標，為混凝土復合礦物摻合料應用技術(shù)規(guī)范制定提供借鑒.

1 礦物摻合料的技術(shù)指標

本文以粉煤灰標準為例，介紹美國、英國、日本、加拿大、澳大利亞等國混凝土礦物摻合料各項技術(shù)指標[1]，同時與復合礦物摻合料的特性進行分析比較，討論制定復合礦物摻合料的技術(shù)指標(見表1).

表1 混凝土用粉煤灰的技術(shù)指標

(1)含水率.規(guī)定摻合料中自由水的最大允許限度是很有意義的，由于水分的存在會使摻合料活性降低，因此，各國限制摻合料的最大含水率是合理的;

(2)燒失量.對于粉煤灰而言，燒失量通常代表未燃盡碳的數(shù)量，當具有較大比表面積的活性碳含量較高時，會明顯影響混凝土的拌合用水量及引氣劑用量.但由于復合礦物摻合料可以同時摻入石膏或石灰石等的原材料，這些材料的摻入均會加大燒失量，所以這樣再限制復合礦物摻合料燒失量就沒有意義了;

(3)SiO2，Al2O3和Fe2O3.對于粉煤灰、礦渣等主要礦物摻合料的活性不僅取決于化學組成，更與相組成有關，當SiO2，Al2O3和Fe2O3等這些組分以非晶態(tài)(玻璃)存在時，會表現(xiàn)出良好的活性，即它們與Ca(OH)2的水溶液在常溫下發(fā)生水化反應生成水硬性晶體.若以結(jié)晶體的形式存在，如石英、莫來石和赤鐵礦等這些在常溫下與Ca(OH)2水溶液基本不發(fā)生水化反應的礦物，所以簡單規(guī)定復合礦物摻合料的化學組成限量也是沒有太大意義.筆者曾就鐵嶺及昆明不同鋼廠產(chǎn)的礦渣研究結(jié)果為例，鐵嶺產(chǎn)礦渣質(zhì)量系數(shù)K=1.38(K=(MgO+Al2O3+CaO)%/(SiO2+TiO2+MnO)%)，昆明產(chǎn)礦渣質(zhì)量系數(shù) K=1.62，經(jīng)檢測，鐵嶺礦渣活性指數(shù)為0.93，昆明礦渣活性指數(shù)為0.72.雖然昆明產(chǎn)礦渣質(zhì)量系數(shù)明顯大于鐵嶺的礦渣質(zhì)量系數(shù)，但X射線衍射證明其結(jié)晶度高于鐵嶺礦渣，其活性指數(shù)反而低于鐵嶺礦渣，所以說，礦物摻合料的化學成分是不能單獨評定其活性的，還應與其相組成有關;

(4)CaO，MgO.由于復合礦物摻合料可以摻入部分石灰石等，所以復合礦物摻合料中的CaO，MgO可以有三種形式存在，即晶體化合物、玻璃體及碳酸鹽的形式.如玻璃態(tài)形式中含有較多的鈣、鎂，其活性通常會得到提高，而且一般不會發(fā)生有害膨脹，但如果是以化合物晶體形式存在，則活性會降低.由于石灰石可以提高混凝土的早期強度，改善混凝土的和易性，所以有的復合礦物摻合料可能會摻入部分石灰石，因此復合礦物摻合料不應限制CaO，MgO的含量.

(5)堿和硫酸鹽.混凝土可以因含有大量的硫酸鹽和堿導致膨脹或開裂，硫酸鹽主要形成鈣礬石，堿則會在一定活性骨料存在時發(fā)生堿——骨料反應.混凝土中由于摻入復合礦物摻合料會使為水泥緩凝用的硫酸鹽濃度降低，混凝土中的硫酸鹽還具有激發(fā)劑作用，所以在復合礦物摻合料中應補充石膏，特別是復合礦物摻合料中含活性Al2O3較多時，則更需要引入硫酸鹽，因此，硫酸鹽含量的最大限度應適當加大.盡管當混凝土采用的骨料有堿活性組分，但堿會與活性的SiO2，Al2O3反應形成堿鋁硅聚合物，降低了有效的堿含量，防止了堿骨料反應的發(fā)生，為加速摻有復合礦物摻合料混凝土的凝結(jié)和硬化速度，在復合摻合料中適當增加堿和硫酸鹽含量是必要的，但也不能加太多，加入過多會引起混凝土的抗風化能力降低.活性高的摻合料可以少用激發(fā)劑，活性低的激發(fā)劑摻入量多會影響其抗風化能力;

(6)細度.目前，多數(shù)人有一個普遍的共識即礦物質(zhì)摻合料的活性與礦物顆粒的細度成正比.但經(jīng)試驗證明，即使是微小礦物顆粒也僅是很小部分參與了水化反應，如硅灰也僅40%左右水化了，大部分礦物活性摻合料顆粒只是表面層參與水化反應，因此，與其說礦物摻合料代替水泥達到了節(jié)省水泥提高了混凝土強度，還不如說不降低水泥石的體積，加強了礦物摻合料的界面強度，提高了混凝土的強度.對復合礦物摻合料而言，更主要的是使摻有水泥后的膠凝材料級配更合理，因此，對于復合礦物摻合料中建議由粗細兩種粒徑組成，最好粒徑能相差1～3倍，要求復合礦物摻合料＜80 μm，并＞45 μm顆粒的占到30% ～40%;＜25 μm顆粒的占到60% ～70%[2]，如澳大利亞、加拿大和美國的規(guī)范(＞45 μm顆粒)中最大限度達34% ～50%，也說明允許使用相對粗的粉煤灰，估計也是考慮了礦物摻合料的最主要功能是填充的結(jié)果.復合礦物摻合料還有采用比表面積表示細度的，但比表面積檢測的方法是采用水泥比表面積測定儀，不是針對復合摻合料設計的，因此不建議采納;

(7)活性指數(shù).活性指數(shù)的測試被認為是評估礦物摻合料強度貢獻潛力的有效方法.具有代表性的是波特蘭水泥活性指數(shù)試驗，包括制備參照的波特蘭水泥膠漿和由摻合料取代規(guī)定比例水泥的試驗膠漿.例如:在日本標準里，試驗膠漿是粉煤灰等量取代25%的水泥;在英國標準中，試驗方法要求等量取代30%;美國標準要求等體積取代35%的水泥(如果粉煤灰的比重在2.2～2.3之間，等量取代25%).目前我國采用的活性指數(shù)的檢測方法基本與國外相似，具體為粉煤灰等重量取代30%水泥，礦渣等重量取代50%的水泥制備的膠砂試件與基準水泥膠砂試件的標準抗壓強度比得到[3].至于復合礦物摻合料活性指數(shù)檢測方法還沒見出臺，可能是因為復合礦物摻合料的表觀密度變化幅度較大，采用等重量取代水泥檢測復合礦物摻合料活性指數(shù)的做法不符合實際，為此，建議采用等體積代替水泥測得的復合礦物摻合料活性指數(shù)，使復合礦物摻合料的活性具有可比性;

(8)需水量比.需水量對混凝土的強度乃至耐久性都有影響，因此，在許多規(guī)范中都有規(guī)定，它可以通過基準水泥與摻有一定復合礦物摻合料的水泥膠砂規(guī)定流動度需水量的比來描述，注意并不是對復合礦物摻合料需水量做最大限制.但需要了解礦物質(zhì)摻合料的需水趨勢無疑是有必要的，對是否采用減水劑的決定將由用戶來決定而不必在規(guī)范內(nèi)明確規(guī)定，使用戶知道復合礦物摻合料的減水情況，因此在同一流動度下，使用不同水灰比的復合礦物摻合料活性試驗來評估復合礦物摻合料潛在的強度貢獻成為可能.如果復合礦物摻合料有減水性，至少知道復合礦物摻合料水泥漿強度提高的一部分來自于水灰比的減小;

(9)體積穩(wěn)定性.由于復合礦物摻合料可摻入的材料很多，難免會摻入部分膨脹的組分，所以，對復合礦物摻合料體積穩(wěn)定性的檢測是有必要的.如:加拿大和美國標準規(guī)范中體積穩(wěn)定性試驗規(guī)定膨脹最大限度，即:將硅酸鹽水泥—復合礦物摻合料膠漿試件置于高溫蒸汽條件中，檢測試件的膨脹量，這種試驗方法最初是用于評估水泥的體積安定的[4];

(10)均勻性指標.復合礦物摻合料的均勻性直接影響復合礦物摻合料的質(zhì)量，均勻性指標在一批產(chǎn)品中不同的部位取3個試樣進行檢測，求出3個樣品SiO2的含量平均值.

(11)含氣量.抗?jié)B功能復合摻合料性能指標，由于抗?jié)B混凝土經(jīng)常摻有引氣劑，但引氣劑的摻量很少不容易拌合均勻，為此可在復合摻合料中預先摻入引氣劑，制備具有抗?jié)B功能的復合礦物摻合料.當然還可以依據(jù)不同的混凝土功能需要，提供抗振、抗裂、抗凍、緩凝等功能的專用復合礦物摻合料，使復合摻合料向多功能性發(fā)展，以便同時取得良好的技術(shù)、質(zhì)量、經(jīng)濟效果.因目前國內(nèi)外對復合摻合料的復雜性均無相關規(guī)范，為此建議推薦復合摻合料應用技術(shù)規(guī)范.

2 推薦復合摻合料應用技術(shù)規(guī)范

2.1 總則

為了科學合理地生產(chǎn)和應用復合礦物摻合料、改善混凝土性能、提高工程質(zhì)量、節(jié)約資源、降低混凝土成本等規(guī)定此規(guī)范.

本規(guī)范適用于摻用復合礦物摻合料的混凝土和建筑砂漿及混凝土制品.

2.2 術(shù)語

復合礦物摻合料:由兩種或兩種以上的礦物原料加少量外加劑，單獨粉磨至規(guī)定的細度后再按一定比例復合，或者是兩種或兩種以上的礦物原料，按一定的比例復合后，混合均勻后再粉磨至規(guī)定細度的粉體材料.

2.3 一般規(guī)定

(1)摻入復合礦物摻合料的混凝土宜采用硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥;

(2)配制強度等級為C 60及C 60以上的混凝土宜選復合礦物摻合料活性指數(shù)為F 95以上，C 60以下的混凝土可采用其它活性指數(shù)的復合礦物摻合料.建筑砂漿宜選活性指數(shù)為F 75的復合礦物摻合料.有特殊功能要求的混凝土建議優(yōu)先選用有特殊功能的復合摻合料;

(3)當采用硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥配制混凝土時，總摻加量不應超過復合礦物摻合料在混凝土中取代水泥的最大摻量的限值;

(4)復合礦物摻合料貯存時，嚴禁與其它雜物混雜，不得受潮，存放超過產(chǎn)品規(guī)定的貯存期限時，應重新進行復試，合格后方可使用.

2.4 建議按功能劃分復合礦物摻合料技術(shù)要求

由于不同功能復合礦物摻合料對混凝土性能影響不同，因此建議按功能劃分復合礦物摻合料，其相關技術(shù)要求如表2所示.

表2 按功能化分復合礦物摻合料技術(shù)要求舉例

2.5 復合礦物摻合料的檢驗與驗收

(1)組批.復合礦物摻合料出廠前按同等級進行編號取樣，以連續(xù)供應的相同等級的復合礦物摻合料200 t為一批，不足200 t者也按一個批次計，每一批為一個取樣單位;

(2)取樣.①散裝取樣:取樣按GB/T 12573規(guī)定進行，可從運輸工具或儲庫中連續(xù)抽取有代表的樣品.也可在20個以上不同部位等量取樣，每份試樣總質(zhì)量至少12 kg，試樣混合均勻后，按四分法取出比試樣所需量多一倍的試樣;②袋裝取樣:從每個編號中任意抽取10袋，從每袋中分別取樣不少于1 kg樣品，按①中所說方法取樣.

(3)檢驗.①出廠檢驗:每一檢測批的復合礦物摻合料檢測項目需按表2中序號1～8項進行檢驗;②形式檢驗:有下列情況之一者必須形式檢驗.新產(chǎn)品或老產(chǎn)品轉(zhuǎn)場生產(chǎn)的試制定性鑒定;正式生產(chǎn)后，如材料工藝有較大的改變，可能影響產(chǎn)品性能時;正常生產(chǎn)，應一年檢驗一次;長期停產(chǎn)，恢復生產(chǎn)時;出廠檢驗結(jié)果與上次型試檢驗有較大差異時;國家質(zhì)量監(jiān)督機構(gòu)提出進行試驗要求時;

(4)驗收.實驗報告:生產(chǎn)單位應按年度向使用單位提供法定檢測單位的質(zhì)量檢測報告.根據(jù)客戶要求，生產(chǎn)單位在產(chǎn)品發(fā)出之日起10 d內(nèi)提出生產(chǎn)合格證.合格證包括出廠檢驗和各種試驗結(jié)果.28 d活性指數(shù)應在發(fā)貨后35 d內(nèi)補報.復合礦物摻合料中加入其他組分的品種和數(shù)量應在實驗報告中予以說明.

3 結(jié)論

經(jīng)過上述對復合礦物摻合料的應用技術(shù)規(guī)范的研究與探討，提出復合礦物摻合料應用技術(shù)規(guī)范的原則，推薦的規(guī)范中在技術(shù)要求上有許多不同于以往礦物摻合料的應用技術(shù)規(guī)范的地方.如:

(1)復合礦物摻合料的按活性劃分為3個等級，這樣有利于擴大摻合料的來源，使部分活性低的原材料也可以得到應用，如預拌砂漿;

(2)按混凝土功能需要劃分復合摻合料以滿足不同工程的需要，充分發(fā)揮復合摻合料的技術(shù)優(yōu)勢，按工程對混凝土功能的需要，對摻合料性質(zhì)提出相應具體的要求.如抗?jié)B用復合摻合料，抗裂用復合摻合料等;

(3)活性指數(shù)檢測采用體積法，即檢測時用規(guī)定體積的復合摻合料代替等體積的水泥，使活性指數(shù)檢測更具科學合理性;

(4)細度指標上采用分段限制，可充分合理的利用復合摻合料，而不是目前要求越細越好;

(5)燒失量限制的取消可以使復合摻合料的組成更具有包容性，使石膏和石灰石摻入復合摻合料成為可能.

從以上對復合摻合料技術(shù)指標建議變更可以看出，部分復合摻合料技術(shù)指標已不適應復合摻合料技術(shù)的發(fā)展，加上各標準部門缺少溝通，造成了使用者無所適從，在一定程度上阻礙了混凝土礦物摻合料應用技術(shù)的發(fā)展.希望本文對混凝土礦物復合摻合料應用技術(shù)規(guī)范的探討能起到拋磚引玉的作用，及時更新規(guī)范以適應復合礦物摻合料技術(shù)不斷發(fā)展的需要.

[1]劉 健，徐金余，羅 鑫，白二雷，高志剛.礦物摻合料對堿礦渣粉煤灰膠凝材料改性研究[J].新型建筑材料，2011(10):12－13.

[2]阮炯正.混凝土摻合料應用和生產(chǎn)技術(shù)研究[J].建筑技術(shù)，2012(1):13－15.

[3]阮炯正，梁 銳，朱會榮，劉丹丹，楊志鵬.混凝土復合摻合料專業(yè)化生產(chǎn)技術(shù)[J].混凝土，2009(9):83－84.

[4]林育土.礦物摻合料的復合效應及對混凝土性能的影響[J].化工技術(shù)與開發(fā)，2007(8):18－21.