P·I52.5水泥取代P·O42.5水泥在混凝土中的應(yīng)用

祖慶賀，臧軍

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇　徐州　221100）

P·I52.5水泥取代P·O42.5水泥在混凝土中的應(yīng)用

祖慶賀，臧軍

（徐州中聯(lián)混凝土有限公司，江蘇徐州221100）

P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥在混凝土中應(yīng)用時(shí)，采用 S.Tsivilis 分布和 Fuller 分布相結(jié)合的方法調(diào)整水泥、礦粉、粉煤灰等膠凝材料的相互比例，可提升混凝土的密實(shí)度。調(diào)整后 P·I52.5 水泥只占膠凝材料總量的 35%，卻可制備出工作性能相當(dāng)，28d 強(qiáng)度遠(yuǎn)高于 P·O42.5 水泥（占膠凝材料總量的 60%）配制的混凝土。

P·I52.5 水泥；P·O42.5 水泥；混凝土

0　前言

粉煤灰、?；郀t礦渣等工業(yè)廢棄物既可作為水泥生產(chǎn)中使用的混合材，也可以作為混凝土生產(chǎn)中的摻合料。這些輔助性膠凝材料究竟是在水泥粉磨過(guò)程中添加合適，還是在混凝土攪拌的過(guò)程中添加合適，行業(yè)內(nèi)一直爭(zhēng)論不休。除了水泥生產(chǎn)企業(yè)和混凝土生產(chǎn)企業(yè)的利益分配原因外，還存在著一定程度的技術(shù)因素，許多水泥混凝土行業(yè)的技術(shù)人員也做了這方面的嘗試[1]。

目前，大部分混凝土行業(yè)的技術(shù)人員在配制混凝土?xí)r，僅考慮了各種膠凝材料的水化活性，對(duì)各種膠凝材料之間的顆粒分布考慮較少，尤其是當(dāng)幾種膠凝材料混合應(yīng)用時(shí)，考慮的更是少之又少。誠(chéng)然，各種膠凝材料在水化后都會(huì)形成凝膠，粒度分布對(duì)性能的影響沒(méi)有骨料來(lái)得那么明顯，但是各類別和各粒度區(qū)間的膠凝材料的水化活性都是存在差異的，很多膠凝材料顆粒在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)是沒(méi)有水化活性的。因此，從粒度分布的角度入手，調(diào)整各膠凝材料的比例，可以改善混凝土的性能[1-4]。由于 P·I52.5 水泥中不含有任何混合材，使用 P·I52.5 水泥替代 P·O42.5 與其他輔助性膠凝材料復(fù)合使用時(shí)，更有利于機(jī)理的分析，可以達(dá)到更好的使用效果。

1　試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

1.1試驗(yàn)原材料

（1）水泥 1：淮海中聯(lián) P·I52.5 水泥，28d 強(qiáng)度為60.7MPa；

（2）水泥 2：淮海中聯(lián) P·O42.5 水泥，28d 強(qiáng)度為49.9MPa；

（3）礦粉：徐州中誠(chéng)礦粉， 28d 活性指數(shù) 101%；

（4）粉煤灰：國(guó)華 Ⅱ 級(jí)粉煤灰，需水量比 99%；

（5）粗骨料：5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石，含泥量 0.5%；

（6）細(xì)骨料：Ⅱ 區(qū)中砂（河砂），細(xì)度模數(shù) 2.6；

（7）水：市政自來(lái)水；

（8）減水劑：江蘇蘇博特 JM-10，減水率 18%。

1.2試驗(yàn)與檢測(cè)方法

用粒度分布儀對(duì)水泥、礦粉、粉煤灰進(jìn)行粒度分析，然后按照 S.Tsivilis 分布和 Fuller 分布進(jìn)行擬合，確定各膠凝材料的比例，按照確定的比例分別進(jìn)行水泥膠砂強(qiáng)度測(cè)試和混凝土性能測(cè)試。各膠凝材料的粒度分布如表 1 所示。

表1　各種膠凝材料的粒度分布

水泥膠砂強(qiáng)度按 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，混凝土拌合物性能按 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試，混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)按 GB/T 50081—2002 《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測(cè)試。

2　結(jié)果與討論

2.1各膠凝材料用量調(diào)整對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響

依據(jù)華南理工大學(xué)的研究成果和 S.Tsivilis 分布對(duì)水泥粒度分布的規(guī)定，粒度處在 4～24μm 的熟料顆粒較多時(shí)對(duì)提高水泥的性能有利；較細(xì)的礦粉水化活性較高，粒度為0～8μm 的礦粉應(yīng)占據(jù)膠凝材料較大的比例；而水化活性較低的Ⅱ級(jí)粉煤灰可以作為相對(duì)惰性的材料填充各膠凝材料之間的空隙，Ⅱ級(jí)粉煤灰的引入完善了整體顆粒的 Fuller 分布，使整體膠凝材料達(dá)到“區(qū)間窄分布，整體寬分布”的效果[1-4]。依據(jù)上述理論的推算，當(dāng)各膠凝材料在整體膠材的比例為P·I52.5 水泥：30%～45%；礦粉：40%～50%；Ⅱ 級(jí)粉煤灰：5%～15% 較為合適。

結(jié)合混凝土的生產(chǎn)實(shí)際，調(diào)整各膠凝材料的比例，測(cè)試其膠砂強(qiáng)度，尋找各膠凝材料的最佳比例，試驗(yàn)結(jié)果如表 2所示。

由表 2 可以看出，隨著水泥用量的下降，膠砂的 3d 抗壓強(qiáng)度逐級(jí)遞減，但 28d 強(qiáng)度卻不同，當(dāng) P·I52.5 水泥用量為 35% 時(shí)，膠砂強(qiáng)度與純水泥的接近，這是膠砂試塊密實(shí)度提高的結(jié)果。所以當(dāng) P·I52.5 水泥用量為 35%、礦粉用量為55%、粉煤灰用量為 10% 時(shí)，整體的膠凝材料粒度分布應(yīng)該已接近或達(dá)到“區(qū)間窄分布，整體寬分布”的效果。在此比例下，熟料用量?jī)H為 33% (35%×95%)，28d 膠砂強(qiáng)度即可達(dá)到 59.1 MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了 P·O42.5 水泥的強(qiáng)度指標(biāo)。

表2　膠凝材料比例調(diào)整后的膠砂強(qiáng)度

2.2P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥在混凝土中的應(yīng)用

目前占據(jù)混凝土市場(chǎng)最大份額的依然是 C30、C25 等中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，使用的水泥都是 P·O42.5 水泥。將上述試驗(yàn)得到的各膠凝材料比例應(yīng)用于 C30、C25 混凝土制備中，并與 P·O42.5 水泥生產(chǎn)的混凝土做一對(duì)比，比較混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的力學(xué)性能。工作性能的試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示，力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果如表 4 所示。

表3　P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥后混凝土的工作性能差異

表4　P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥后混凝土的力學(xué)性能差異

由表 3 可以看出，當(dāng) P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥應(yīng)用在混凝土中后，混凝土的坍落度和坍落度經(jīng)時(shí)損失基本相當(dāng)，說(shuō)明以占膠凝材料比例 35% 的 P·I52.5 水泥生產(chǎn)出的混凝土與占膠凝材料比例 60% 的 P·O42.5 水泥生產(chǎn)出混凝土在工作性能上沒(méi)有明顯差異。

表 4 的試驗(yàn)結(jié)果表明，以占膠凝材料比例 35% 的 P·I52.5水泥生產(chǎn)出的混凝土與占膠凝材料比例 60% 的 P·O42.5 水泥生產(chǎn)出的混凝土相比，3d 強(qiáng)度和 28d 強(qiáng)度都有明顯的提高，28d 的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)更為明顯。此結(jié)果表明，P·I52.5 水泥取代P·O42.5 水泥在技術(shù)上完全可行。若市場(chǎng)上礦粉與水泥的價(jià)差較大，使用 P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥生產(chǎn)混凝土可大幅度降低混凝土的生產(chǎn)成本，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

3　結(jié)論

（1）以華南理工大學(xué)“區(qū)間窄分布，整體寬分布”的理論為指導(dǎo)，當(dāng) P·I52.5 水泥用量為 35%、礦粉用量為 55%、粉煤灰用量為 10% 時(shí)，各膠凝材料的粒度分布達(dá)到了較為合理的結(jié)果，熟料用量?jī)H為 33% (35%×95%)，28d膠砂強(qiáng)度即可達(dá)到 59.1MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了 P·O42.5 水泥的強(qiáng)度指標(biāo)。

（2）當(dāng)各膠凝材料按照理想的顆粒分布調(diào)整比例后，膠材占比僅為 35% 的 P·I52.5 水泥即可生產(chǎn)出 3d 強(qiáng)度和 28d強(qiáng)度都明顯高于膠材占比為 60% 的 P·O42.5 水泥生產(chǎn)的混凝土，28d 的強(qiáng)度優(yōu)勢(shì)尤為明顯。

[1] 張同生，水泥熟料與輔助性膠凝材料的優(yōu)化匹配[D]．華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文[A]．2012．

[2] 楊南如, 曾燕偉．從科學(xué)發(fā)展觀看傳統(tǒng)水泥工藝改革的必然 [J]．水泥技術(shù), 2006,(3): 20–24．

[3] Tongsheng Zhang, Xiangyang Liu, et al. Influence of preparation method on the performance of ternary blended cements, Cement & Concrete Composites [J]. 2014, (52):18-26.

[4] Jianxin Li, Qijun Yu,et al. Structural characteristics and hydration kinetics of modified steel slag，Cement and Concrete Research[J]. 2011, (41):324-329.

［通訊地址］徐州市銅山經(jīng)濟(jì)開(kāi)發(fā)區(qū)第三工業(yè)園盛寶路西首徐州中聯(lián)混凝土有限公司（221100）

祖慶賀（1963—），男，工學(xué)碩士，工程師，長(zhǎng)期從事水泥混凝土企業(yè)的經(jīng)營(yíng)及生產(chǎn)質(zhì)量管理工作。