朱倩琳，嚴 強，賴風韻，楊潔榕，周穎雯，鐘 洋

（廣東建科源勝工程檢測有限公司 廣州 510530）

0 引言

礦物摻合料作為制備高性能混凝土必不或缺的組分，其種類、品質及摻量對改善混凝土的力學性能和耐久性能方面起著至關重要的作用［1-2］。礦物摻合料的品種很多，其中，粉煤灰、礦渣、硅灰是配制高性能混凝土常用的活性礦物摻合料。礦物摻合料的種類和摻量會對混凝土的工作性［3］、強度、抗碳化、抗凍等性能造成影響，合理摻用礦物摻合料，不僅能改善混凝土性能，而且能降低混凝土成本。

礦物摻合料適宜摻量范圍的選定，除了受摻合料種類、品質影響外，還與水泥的品種、混凝土的水膠比及使用環(huán)境等因素有關。摻合料的摻量應根據混凝土的環(huán)境條件和拌和物性能、力學性能及耐久性能要求，結合摻合料的性能特點，通過試驗確定?；炷聊途眯栽O計、混凝土或摻合料的應用等相關標準對混凝土中摻合料的適宜摻量范圍做出了規(guī)定。

1 試驗用原材料

⑴水泥采用P·Ⅱ42.5R 水泥，水泥中氯離子含量＜0.03%（設計要求）

⑵粉煤灰采用F類Ⅰ級粉煤灰FA

⑶磨細礦渣SL

⑷硅灰SF

⑸砂采用河砂，細度模數2.8

⑹ 碎石采用花崗巖碎石，粒徑5～16 mm 和16～

31.5 mm

⑺外加劑：①減水劑；②阻銹劑

⑻試驗用水采用普通市政自來水。

2 混凝土拌制試驗計劃

為了確定低氯離子滲透性泵送混凝土的最優(yōu)摻合料比例及摻量，根據相關規(guī)范對礦渣粉、粉煤灰、硅灰的適宜摻量范圍要求，結合工程對混凝土性能要求，通過研究礦渣粉、粉煤灰、硅灰單摻及兩兩復摻對混凝土性能的影響［4］，以選出最優(yōu)的混凝土配合比。

礦渣粉、粉煤灰、硅灰單摻及兩兩復摻的摻量如下：粉煤灰單摻時摻量為20%、30%、40%；礦渣粉單摻時摻量為55%、65%、75%；粉煤灰-礦渣粉復摻時，摻合料摻量為45%、55%、65%，其中粉煤灰摻量分別為20%、30%；粉煤灰-硅灰復摻時，摻合料摻量為20%、30%、40%，其中硅灰摻量為5%（內摻，等量替代）；礦渣粉-硅灰復摻時，摻合料摻量為55%、65%、75%，其中硅灰摻量為5%（內摻，等量替代）［5-7］。

混凝土性能以工作性（坍落度、擴展度、和易性）、抗壓強度（28 d）及抗氯離子滲透性能（電通量）進行綜合表征。

3 混凝土基準配合比的確定

混凝土基準配合比通過配合比試驗確定，每m3混凝土材料用量為：膠凝材 料443 kg、砂757 kg、碎石1 045 kg、水155 kg、阻銹劑8 kg，減水劑用量按坍落度進行調整，水膠比為0.35，砂率為0.42。

4 參比混凝土配合比的確定

參比混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比Tab.1 Concrete Mix Ratio

5 摻合料對混凝土工作性、抗壓強度及抗氯離子滲透性能的影響

由表2 可知：①單摻粉煤灰時，摻入Ⅰ級粉煤灰提高了混凝土的流動性及強度，且隨摻量的增加（20%、30%、40%），混凝土坍落度和擴展度增大，28 d、56 d 抗壓強度均先增大后減小，說明優(yōu)質粉煤灰的摻入能改善混凝土的和易性、提高其密實性，從而提高混凝土的抗壓強度，但粉煤灰摻量較大（40%）時，水泥所占比例下降，水泥水化所產生的氫氧化鈣含量下降，無法保證粉煤灰的充分水化，從而導致混凝土抗壓強度的下降。②單摻礦渣時，隨著磨細礦渣粉摻量的增加（55%、65%、75%），會使混凝土的粘度增加，流動性下降，嚴重時造成抓底現象，不利于混凝土泵送，抗壓強度也有所下降。但總體而言，礦渣摻量的變化對混凝土抗壓強度的影響較小。③粉煤灰與礦渣復摻時，混凝土和易性總體較好，粘聚性適中。粉煤灰摻量（20%、30%）固定不變時，隨著礦渣摻量的增加，混凝土擴展度呈遞增趨勢，28 d、56 d抗壓強度均總體變化不大，在抗壓強度試驗誤差允許范圍內。④硅灰與粉煤灰復摻或硅灰與礦渣復摻時，5%硅灰的摻入，使得混凝土達到與單摻粉煤灰或單摻礦渣時相同的坍落度，所需減水劑的用量顯著增大，但混凝土強度相差不大。⑤混凝土中硅灰摻量固定為5%時，隨粉煤灰摻量的增加（15%、25%、35%），混凝土達到相同坍落度所需減水劑的摻量略有減少，這與單摻粉煤灰時的規(guī)律一致；混凝土中硅灰摻量固定為5%時，隨礦粉摻量的增加（50%、60%、70%），混凝土坍落度、擴展度呈下降趨勢，達到相同坍落度所需減水劑摻量呈上升趨勢。單摻大摻量礦渣的混凝土或5%硅灰與大摻量礦渣復摻的混凝土，均較為粘稠，嚴重時有抓底現象，混凝土28 d、56 d 抗壓強度也呈下降趨勢［7-11］。

表2 摻合料對混凝土工作性、抗壓強度及抗氯離子滲透性能的影響Tab.2 Effects of Admixtures on Compressive Workability，Strength and Resistance to Chloride Ion Penetration of Concrete

相比不摻摻合料的混凝土而言，不同摻量及比例的粉煤灰、礦渣、硅灰等摻合料的摻入均使混凝土電通量值明顯下降。

6 混凝土配合比性能性評價

利用功效系數法，從混凝土工作性、抗壓強度及抗氯離子滲透性能3個方面對低氯離子滲透性能泵送混凝土的性能進行綜合評價。

6.1 工作性能評價

泵送混凝土的流動性指標可根據坍落度200 mm時混凝土擴展度來評價，當擴展度≥575 mm 時，流動性指標為100%，擴展度每降低25 mm，流動性指標降低5%，流動性的功效系數也降低0.05。根據對泵送混凝土的流動性要求，流動性指標不宜小于75%。

根據配合比拌制經驗，在配合比試驗中，混凝土坍落度在160～230 mm 范圍時，減水劑摻量每增加0.1%，混凝土坍落度約增加20 mm；坍落度每增加10 mm，擴展度約增加20 mm。

根據表3 中混凝土流動性功效系數L和粘聚性保水性功效系數N，若流動性功效系數與粘聚性保水性功效系數對可泵性影響的權重相同，則可按下式計算泵送混凝土的總體工作性功效系數W。

W=L×N

由表3 可知，編號為FA30SL35、FA20SL35、FA40、SF5FA35、FA30 的工作性指標總體較優(yōu)，進一步表明摻入優(yōu)質粉煤灰可以改善泵送混凝土的和易性［12］。

6.2 混凝土強度及抗氯離子滲透性能評價

⑴由于部分混凝土配合比中摻合料的摻量超過50%或摻有一定量的粉煤灰，為保證混凝土強度更具有代表性，選擇56 d齡期抗壓強度作為其抗壓強度指標的計算依據，各組配合比的抗壓強度指標值以該組混凝土抗壓強度與所有同設計等級混凝土中抗壓強度的最大值（70.2 MPa）的百分比計。根據《普通混凝土配合比設計規(guī)程：JGJ 55—2019》要求，C40 混凝土配制強度最低為46.6 MPa（40+1.645×4≈46.6），根據上述提出的抗壓強度指標值計算方法，其值不應低于66.4%（46.6/70.2×100%≈66.4%），即抗壓強度指標值低于66.4%時，抗壓強度功效系數為0。

⑵抗氯離子滲透性能評價

由于部分混凝土配合比中摻合料的摻量超過50%，混凝土抗氯離子滲透性能測試齡期可選為56 d。混凝土抗氯離子滲透性能指標以6 h 電通量值Q不超過100 C 時為100%，超過100 C 時，電通量值每增加50 C，抗氯離子滲透性能指標降低1%［12］。

不同混凝土的抗氯離子滲透性能指標如表3 所示。根據混凝土抗氯離子滲透性能要求，混凝土的氯離子擴散系數小于2.5×10-12m2/s［7］，混凝土電通量值小于1 000 C，對應的抗氯離子滲透性能指標值不小于82%；混凝土的氯離子擴散系數小于1.5×10-12m2/s，電通量值小于500 C，對應的抗氯離子滲透性能指標要求不小于92%。當抗氯離子滲透性能指標低于限值時，其對應的抗氯離子滲透性能功效系數為0。

表3 混凝土工作性、強度及抗氯離子滲透性能評價Tab.3 Evaluation of Concrete，Workability Strength and Resistance to Chloride Ion Penetration

6.3 混凝土綜合性能評價

低氯離子滲透性泵送混凝土對工作性W、抗壓強度S、抗氯離子滲透性能C的要求，取其權重為3∶3∶4，混凝土的綜合性能功效系數P可按P=W0.3×S0.3×C0.4進行計算，結果如表4所示。

由表4、圖1、圖2 可知：對于電通量＜500 C 的混凝土，編號為FA30 的混凝土綜合性能最佳，其次為FA20、SF5SL60、SF5FA35；對于電通量＜1 000 C 的混凝土，編號為FA30 的混凝土綜合性能最佳，其次為FA20SL35、FA20等。

表4 混凝土綜合性能評價Tab.4 Comprehensive Performance Evaluation of Concrete

圖1 混凝土綜合性能表現情況Fig.1 Comprehensive Performance of Concrete

7 小結

在泵送混凝土中摻入適量優(yōu)質粉煤灰，不僅可以改善混凝土的工作性和流動性［13］，而且可以顯著提高混凝土的抗氯離子滲透性。優(yōu)質粉煤灰與礦渣復摻，既能滿足工程強度和耐久性要求，降低混凝土成本，也能解決大量摻礦渣粉時混凝土和易性不好的問題。硅灰與適量優(yōu)質粉煤灰復摻可實現硅灰、粉煤灰之間的性能互補，獲得較好的效果。

阻銹劑的摻入可以進一步改善混凝土的抗氯離子滲透性能，但對混凝土強度有一定的不利影響。阻銹劑的摻入還會導致混凝土成本增加、性價比下降，但其摻入抗氯離子滲透性能提高［14］，有助于提高結構使用壽命，間接經濟效益顯著。