趙鵬，黃濤，曹忠露，李沛

（1.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222；2.中交第一航務(wù)工程局有限公司，天津 300461）

0 引言

安哥拉卡賓達(dá)卡約新港口項(xiàng)目是在近岸水域新建一個(gè)離岸式700 m長(zhǎng)集裝箱及散雜貨碼頭，背后形成吹填堆場(chǎng)，并有引堤、引橋與陸域設(shè)施相連，是一座設(shè)施齊全、功能完善的大型深水港口項(xiàng)目。碼頭的結(jié)構(gòu)形式為高樁碼頭，整個(gè)項(xiàng)目所需混凝土達(dá)40多萬(wàn)m3，水泥的需求量較大。

為滿足混凝土強(qiáng)度等級(jí)C35/45，暴露環(huán)境等級(jí)XC4、XS3、XA2，保護(hù)層厚度60 mm的設(shè)計(jì)要求，英標(biāo)BS 8500-1—2015+A1—2016[1]和 BS 6349-1-4：2013[2]指定的水泥類型有3種，分別為IIB-V、IIIA、IIIB。該3種水泥有兩種形式，一種是水泥廠家直接生產(chǎn)的成品，無(wú)論安哥拉當(dāng)?shù)厥袌?chǎng)，還是國(guó)際市場(chǎng)，都少有銷售，很難買到，應(yīng)用受到局限；另一種是使用CEM I型水泥分別摻加21%～35%的粉煤灰（FA）、36%～65%或66%～80%的礦粉（GGBS），其中CEM I、FA和GGBS應(yīng)用更普遍，市場(chǎng)上易購(gòu)買。因此，為滿足設(shè)計(jì)和規(guī)范要求并兼顧經(jīng)濟(jì)性，決定采用CEM I型水泥，通過(guò)單摻GGBS或雙摻GGBS和FA來(lái)改善其性能。

英標(biāo)中的CEM I型硅酸鹽水泥[3]與國(guó)標(biāo)中的P.I型和P.II型硅酸鹽水泥[4]，在其規(guī)范定義、熟料和石膏含量、混合料的種類和摻量等方面存在區(qū)別。P.I型水泥的熟料+石膏=100%，且不摻加任何混合料。P.II型水泥的熟料+石膏≥95%，且混合料是0～5%的GGBS或石灰石。而英標(biāo)中CEM I型水泥的定義為熟料≥95%，混合料占0～5%，混合料可以是GGBS、硅粉、火山灰、粉煤灰、石灰石或其它材料；CEM I中有硫酸鈣（石膏的主要成分），但具體摻量不明確。由于英標(biāo)中的CEM I型與國(guó)標(biāo)中的P.I型和P.II型硅酸鹽水泥存在一定差別，CEM I型硅酸鹽水泥單摻或復(fù)摻GGBS和FA時(shí)，其和易性、強(qiáng)度和耐久性的改善效果以及最佳摻量范圍，是需要進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際驗(yàn)證的。

本研究目的是闡明CEM I型水泥在單摻或雙摻GGBS和FA下的和易性和力學(xué)性能，確定礦物摻合料的摻加方式及其最優(yōu)摻量，以便為膠材的選用和采購(gòu)提供技術(shù)依據(jù)和支撐。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：巴基斯坦LuckyCement Ltd按英標(biāo)生產(chǎn)的CEM I 42.5N水泥，其性能指標(biāo)如表1所示。

表1 CEM I水泥的性能指標(biāo)Table 1 Performance index of CEM I cement

礦粉：唐山S95?；郀t礦渣粉（GGBS），其性能指標(biāo)如表2所示。

表2 礦粉的性能指標(biāo)Table 2 Performance index of GGBS

粉煤灰：巴基斯坦出口商提供的F類I級(jí)粉煤灰（FA），其性能指標(biāo)如表3所示。

減水劑：山西液體萘系減水劑（NS），其性能指標(biāo)如表4所示。

表3 粉煤灰的性能指標(biāo)Table 3 Performance index of FA

表4 萘系減水劑的性能指標(biāo)Table 4 Performance index of naphthalene water-reducer

砂：ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。

水：安哥拉卡賓達(dá)卡約村地下水，其性能指標(biāo)如表5所示。

表5 水的性能指標(biāo)Table 5 Performance index of water

1.2 試驗(yàn)方法

將CEM 1型水泥用0%、15%、20%、25%、30%、35%、40%、45%、50%、55%、60%、65%、70%的GGBS進(jìn)行等量替代，每組又分摻0%和2.2%萘系減水劑（NS）兩種情況，分別稱取膠材（水泥+GGBS）450 g、標(biāo)準(zhǔn)砂1 350 g、水225 ml，按照BS EN 196-1[5]規(guī)定方法攪拌、成型水泥膠砂，測(cè)定其膠砂流動(dòng)度；同時(shí)成型40 mm×40 mm×160 mm試件2組，按照BS EN 197-1[3]的要求，測(cè)定其2 d和28 d抗折和抗壓強(qiáng)度。BS EN 197-1中規(guī)定，對(duì)42.5N水泥，其早期強(qiáng)度應(yīng)檢測(cè)2 d抗壓強(qiáng)度、且必須≥10 MPa。

在（GGBS+FA）雙摻的總量分別為50%、55%、60%和65%的情況下，F(xiàn)A的摻量從0%、15%、20%、25%、30%進(jìn)行變化，分別稱取膠材（水泥+GGBS+FA） 450 g、標(biāo)準(zhǔn)砂 1 350 g、水 225 ml，按照BS EN 196-1規(guī)定方法攪拌、成型水泥膠砂，測(cè)定其膠砂流動(dòng)度；同時(shí)成型40 mm×40 mm×160 mm試件2組，按照BS EN 197-1的要求，測(cè)定其2 d和28 d抗折和抗壓強(qiáng)度。

2 結(jié)果與討論

2.1 單摻礦粉（GGBS）對(duì)CEM I型水泥和易性和強(qiáng)度的影響

單摻礦粉時(shí)，水泥膠砂流動(dòng)度隨著礦粉摻量（0→70%）增加而增大（圖1），摻量至70%時(shí)，無(wú)泌水，黏聚性良好。水泥膠砂2 d齡期時(shí)，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均隨礦粉摻量（0→70%）增加而顯著降低（圖2和圖3）；水泥膠砂28 d齡期時(shí)，強(qiáng)度均隨礦粉摻量（0→70%）增加，呈現(xiàn)出先增加后降低的趨勢(shì)（圖2和圖3），最優(yōu)礦粉摻量約50%。即使礦粉摻量提高至65%時(shí)，其強(qiáng)度也有保證。礦粉摻量相同時(shí)，摻加萘系減水劑（NS）能增加水泥膠砂的流動(dòng)度，提高其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度。

圖1 礦粉和減水劑摻量對(duì)CEM I水泥膠砂流動(dòng)度的影響Fig.1 EffectofGGBSandwater-reducerontheflowability of CEM I cement mortar

圖2 單摻GGBS對(duì)CEM I水泥抗折強(qiáng)度的影響Fig.2 Effect of GGBS on the flexural strength of CEM I cement

圖3 單摻GGBS對(duì)CEM I水泥抗壓強(qiáng)度的影響Fig.3 Effect of GGBS on the compressive strength of CEM I cement

2.2 雙摻礦粉（GGBS）和粉煤灰（FA）對(duì)CEM I水泥和易性和強(qiáng)度的影響

雙摻礦粉和粉煤灰時(shí)，CEM I水泥膠砂流動(dòng)度，隨著礦粉和粉煤灰雙摻總量（50%→65%）的增大而增加（圖4）；且在礦粉和粉煤灰雙摻總量（50%、55%、60%或65%）不變的情況下，粉煤灰摻量（0→30%）的提高可進(jìn)一步增加水泥膠砂的流動(dòng)度（圖4），漿體無(wú)泌水，黏聚性良好。

圖4 GGBS和FA雙摻對(duì)CEM I水泥膠砂流動(dòng)度的影響Fig.4 Effect of GGBS and FA on the flowability of CEM I cement mortar

水泥膠砂2 d齡期時(shí)，其抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度，均隨著礦粉和粉煤灰雙摻總量（50%→65%）的增大而降低（圖5和圖6）；且在礦粉和粉煤灰雙摻總量不變的情況下，粉煤灰摻量（0→30%）的提高引起強(qiáng)度的顯著降低；水泥膠砂28 d齡期時(shí)，在礦粉和粉煤灰雙摻總量（50%、55%、60%或65%）不變的情況下，其強(qiáng)度隨粉煤灰摻量（0→30%）的提高呈降低趨勢(shì)，但粉煤灰摻量為15%～20%時(shí)，其強(qiáng)度仍有保證。這與國(guó)內(nèi)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JTS 202-2—2011《水運(yùn)工程混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》[6]中，對(duì)礦物摻合料用量的規(guī)定相符合。

圖5 雙摻GGBS和FA對(duì)CEM I水泥抗折強(qiáng)度的影響Fig.5 Effect of GGBS and FA on the flexural strength of CEM I cement

圖6 雙摻GGBS和FA對(duì)CEM I水泥抗壓強(qiáng)度的影響Fig.6 Effect of GGBS and FA on the compressive strength of CEM I cement

3 結(jié)語(yǔ)

1）礦粉和粉煤灰均能改善CEM I型水泥膠砂的和易性，且粉煤灰對(duì)CEM I型水泥膠砂和易性的改善效果要優(yōu)于礦粉；礦粉對(duì)CEM I型水泥膠砂強(qiáng)度的增長(zhǎng)作用優(yōu)于粉煤灰；礦粉和粉煤灰摻量較高時(shí)，CEM I型水泥膠砂的早期強(qiáng)度較低，但其后期強(qiáng)度有保證；

2）單摻GGBS可滿足工作和易性和強(qiáng)度要求。單摻GGBS時(shí)，其最優(yōu)摻量為40%～55%，最大摻量可為65%；雙摻GGBS和FA時(shí)，其摻量宜為55%～60%，最大摻量可達(dá)65%，且其中粉煤灰FA摻量宜為15%～20%；

3）使用礦物摻合料對(duì)CEM I型水泥進(jìn)行改善，使其性能更優(yōu)越、可大大降低原材費(fèi)用，節(jié)約成本，產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟(jì)效益。