混凝土復(fù)合膠凝材料活性指數(shù)試驗(yàn)研究

任慧超，王繼博，張凱峰，吳超，馮濤濤

（中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 701116）

混凝土復(fù)合膠凝材料活性指數(shù)試驗(yàn)研究

任慧超，王繼博，張凱峰，吳超，馮濤濤

（中建西部建設(shè)北方有限公司，陜西 西安 701116）

本文通過正交試驗(yàn)，研究了粉煤灰、礦粉、FQY膨脹劑及水泥基滲透結(jié)晶材料（澎內(nèi)傳803）摻量對復(fù)合膠凝材料體系活性指數(shù)的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：各影響因素不同齡期時(shí)在復(fù)合膠凝材料體系中起到的作用程度不同，但粉煤灰在各齡期時(shí)均為最重要影響因素；當(dāng)粉煤灰摻量為15%、礦粉摻量為25%、FQY膨脹劑摻量為6%、澎內(nèi)傳摻量為0.7%時(shí)，復(fù)合膠凝材料體系在早期及后期都表現(xiàn)出了較好的活性，28d活性指數(shù)達(dá)到了91.8%。

復(fù)合膠凝體系；流動度；活性指數(shù)

0 前言

近年來，隨著機(jī)動車的迅速增多，城市間交通負(fù)荷日益增加，為解決交通擁堵現(xiàn)狀，城市間以地鐵、綜合管廊等為代表的基礎(chǔ)設(shè)施得以大力發(fā)展。但由于地下水、土環(huán)境的復(fù)雜性，決定了混凝土在滿足抗壓要求的同時(shí)，還應(yīng)滿足抗?jié)B、抗凍融、抗腐蝕和抗裂等耐久性要求。

大量研究事實(shí)表明：混凝土凝結(jié)硬化以后，由于種種原因產(chǎn)生的裂縫會極大地加劇混凝土結(jié)構(gòu)的劣化。開裂的原因有很多，其中 80% 是材料在環(huán)境溫濕度或自身內(nèi)因作用下產(chǎn)生的非荷載應(yīng)力引起的，混凝土收縮是引發(fā)結(jié)構(gòu)早期開裂的最主要原因，也是混凝土建筑物耐久性衰退的一個(gè)重大影響因素，因此如何控制混凝土的收縮已成為工程界的難題。目前，混凝土開裂控制研究頗多，而通過復(fù)摻礦物摻合料來改善混凝土早期開裂更是其中熱點(diǎn)。

王棟民[1]認(rèn)為水泥—膨脹劑—細(xì)摻料組成的復(fù)合膠凝材料的水化反應(yīng)和水化過程是分階段、分層次進(jìn)行的，但各組分在各自進(jìn)行水化反應(yīng)的同時(shí)又相互作用，最終形成一個(gè)致密的硬化水泥漿體。李飛[2]采用溫度應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)（TSTM），在對比研究中指出粉煤灰與HCSA 膨脹劑復(fù)合使用，能發(fā)揮出超疊效應(yīng)。池遠(yuǎn)東[3]用 X 射線衍射和掃描電鏡研究復(fù)摻礦物摻合料混凝土微觀結(jié)構(gòu)，并分析了復(fù)摻礦物摻合料混凝土具有良好抗裂性能的機(jī)理。

以往研究表明，隨著礦物摻合料的增加，整個(gè)混凝土粉料體系活性有所削弱，本次試驗(yàn)擬采用多種材料混摻，在正交試驗(yàn)下探討復(fù)合膠凝材料體系其活性指數(shù)的變化情況。

1 試驗(yàn)原材料及配比設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥采用某公司 P·O42.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，細(xì)度 19.5%，燒失量6.1%；礦粉為 S95 級礦粉，7d、28d 活性指數(shù)分別為 81% 和 98%；膨脹劑采用武漢某公司 FQY 型膨脹劑；水泥基滲透結(jié)晶材料采用國外某公司進(jìn)口澎內(nèi)傳；減水劑采用中建自產(chǎn)外加劑，固含 11.16%；細(xì)集料采用標(biāo)準(zhǔn)砂及中級砂。

1.2 正交方案選取

此次試驗(yàn)為探討粉煤灰、礦粉、膨脹劑以及水泥基滲透結(jié)晶材料摻量對復(fù)合膠凝材料體系活性系數(shù)的影響，擬采用三個(gè)水平位級，各水平位級和試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如表1 、2所示。

表1 正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)方案 %

表2 正交表格 %

2 試驗(yàn)內(nèi)容

2.1 復(fù)合膠凝材料體系凈漿流動度試驗(yàn)研究

試驗(yàn)依據(jù) GB/T 8077—2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》[4]，進(jìn)行了水泥凈漿流動度試驗(yàn)，以檢驗(yàn)外加劑摻量一致時(shí)，不同復(fù)合膠凝材料體系的流動性。

2.2 復(fù)合膠凝材料體系活性指數(shù)試驗(yàn)研究

試驗(yàn)試件尺寸為 40mm×40mm×160mm，抗壓試驗(yàn)以抗折強(qiáng)度測定后的兩個(gè)斷塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測定，試驗(yàn)時(shí)采用抗壓夾具使試件受壓面積為 40mm×40mm，膠凝體系活性指數(shù)為各組試件抗壓強(qiáng)度值與基準(zhǔn)組比值。試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算及評定參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》[5]及 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[6]進(jìn)行分析。

3 力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 流動度測試結(jié)果

經(jīng)過測試，各配合比下的流動度指標(biāo)如表3 所示，極差與方差分析見表4。

表3 流動度測試指標(biāo) mm

表4 極差、方差分析表

如表3 所示，隨粉料體系的變化，膠凝體系流動度出現(xiàn)較大波動，其中，F(xiàn)H8 與 FH3 差距可達(dá) 127mm。由表4可知，膠凝材料體系的四個(gè)影響因素中，F(xiàn)QY 膨脹劑及粉煤灰摻量對復(fù)合膠凝材料體系流動度影響較大，礦粉摻量對其影響最小，澎內(nèi)傳次之。且復(fù)合膠凝材料體系流動度隨粉煤灰摻量增加先增后減，礦粉及FQY 膨脹劑摻量增加逐漸遞減，澎內(nèi)傳摻量增加先減后增。

3.2 活性指數(shù)試驗(yàn)結(jié)果

通過活性指數(shù)試驗(yàn)，各配合比下試件抗折、抗壓強(qiáng)度及活性指數(shù)結(jié)果如表5 所示，極差與方差分析見表6。

表5 活性指數(shù)試驗(yàn)各指標(biāo)

表6 極差、方差分析表

如表5 所示，各膠凝體系活性指數(shù)均隨齡期延長而逐步提高，各組 28d 活性指數(shù)基本都在 75% 以上；隨齡期增長，各配比試件強(qiáng)度均呈現(xiàn)出逐漸增長的趨勢，且增幅均高于基準(zhǔn)組1（復(fù)合膠凝材料體系中，摻合料含量較大，隨著粉煤灰等摻合料的二次水化，試件強(qiáng)度在后期有所發(fā)展，且發(fā)展趨勢強(qiáng)于對照組）；由 FH2和基準(zhǔn)組2對比可知，F(xiàn)QY 膨脹劑對試件早期強(qiáng)度有一定的提高（FQY 膨脹劑內(nèi)主要由硫鋁酸鈣和氧化鈣組成，與水泥、水拌合后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石和氫氧化鈣，從而增強(qiáng)膠砂密實(shí)度，提高其早期強(qiáng)度）；而澎內(nèi)傳加入膠凝材料體系中，其內(nèi)部的活性化學(xué)物質(zhì)通過載體向膠砂內(nèi)部滲透，形成不溶于水的結(jié)晶體，填塞毛細(xì)孔道，從而使膠砂更為致密，有效提高了膠砂的抗折強(qiáng)度，甚至高于兩個(gè)基準(zhǔn)組。

由表6 可知，在不同齡期時(shí)，各影響因素在復(fù)合膠凝材料體系中起到的作用程度不同。其中，粉煤灰在各齡期均為最重要影響因素，對復(fù)合膠凝材料體系活性指數(shù)影響較大，其原因可能是粉煤灰具有火山灰和微集料效應(yīng)，在水泥漿中能有效填充孔隙和毛細(xì)孔，改善了膠砂內(nèi)部的孔結(jié)構(gòu)，增大密實(shí)度，從而使膠砂強(qiáng)度有所提高。而在 3d、7d、28d 齡期時(shí)，F(xiàn)QY 膨脹劑、礦粉及澎內(nèi)傳摻量的影響次于粉煤灰。

4 結(jié)論

（1）正交試驗(yàn)方案具有很好的目的性，在一定時(shí)間內(nèi)能有效的找到比較好的配比方案，并能分析出各材料摻量的影響程度，使得試驗(yàn)過程更加有效率。

（2）FQY 膨脹劑及粉煤灰摻量對復(fù)合膠凝材料體系流動度影響較大，粉煤灰具有滾珠效應(yīng)，摻入膠砂中可減小內(nèi)摩擦力，增大流動性、減少泌水，從而可以減少用水量。而 FQY 膨脹劑內(nèi)的活性成分與水泥、水拌合后經(jīng)水化反應(yīng)生成鈣礬石和氫氧化鈣，從而消耗了部分試驗(yàn)用水。

（3）各影響因素不同齡期時(shí)在復(fù)合膠凝材料體系中起作用的程度不同。粉煤灰在各齡期時(shí)均為最重要影響因素，在 3d、7d、28d 齡期時(shí)，F(xiàn)QY 膨脹劑、礦粉及澎內(nèi)傳摻量的影響次于粉煤灰。

（4）當(dāng)粉煤灰摻量為 15%，礦粉摻量為 25%，F(xiàn)QY 膨脹劑摻量為6%，澎內(nèi)傳摻量為.7% 時(shí)，復(fù)合膠凝材料體系在早期及后期都表現(xiàn)出了較好的活性，28d 活性指數(shù)達(dá)到了 91.8%。

[1]王棟民，張守祺，王振華，等．水泥—膨脹劑—粉煤灰復(fù)合膠凝材料膨脹與強(qiáng)度發(fā)展的協(xié)調(diào)性研究[J]．混凝土，2010(1):1-3．

[2]李飛，覃維祖．膨脹劑在高摻量粉煤灰混凝土中作用效果的試驗(yàn)研究[J]．工業(yè)建筑，2009,39(5): 89-91．

[3]池遠(yuǎn)東．復(fù)摻礦物摻合料混凝土抗裂性能試驗(yàn)研究及理論分析[D]．浙江大學(xué)學(xué)報(bào), 2006．

[4]GB/T 8077—2008．混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法[S]. [5]GB/T 17671—1999．水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法[S]．

[6]GB/T 1596—2005．用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

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任慧超，中建西部建設(shè)北方有限公司助理工程師，碩士。

［通訊地址］陜西省西安市未央?yún)^(qū)六村堡物流中心一干路3號中建西部建設(shè)北方有限公司研發(fā)中心（701116）