礦粉、粉煤灰在混凝土中雙摻時(shí)最佳比例研究

劉金榮，聶貴紅，王美玲，張俊

（1. 山西信榮混凝土技術(shù)發(fā)展有限公司，山西 汾陽 032200；2. 汾陽市恒順?biāo)嗷炷翑嚢栌邢薰?，山西汾?032299；3. 汾陽市承昌混凝土攪拌有限公司，山西 汾陽 032203）

0 前言

隨著混凝土工程的不斷發(fā)展，摻合料越來越多，對混凝土的質(zhì)量、成本等影響越來越大。不同廠家、不同品種的水泥對摻合料摻量有影響；季節(jié)溫度，混凝土品種、體積及其所用部位不同等對摻合料摻量也有不同的要求。再者，現(xiàn)在的摻合料品質(zhì)、性能都相差很大，有的質(zhì)量根本就達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求，還有的沒有經(jīng)過試驗(yàn)就亂摻，既造成經(jīng)濟(jì)成本的提高又保證不了混凝土質(zhì)量。

本文主要針對混凝土中最常用的摻合料，礦粉和粉煤灰雙摻進(jìn)行研究。在滿足工作性的前提下，通過大量試驗(yàn)找到在不同摻量時(shí)不同比例的強(qiáng)度影響系數(shù)。

1 試驗(yàn)原材料、試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥 1：山西吉港水泥有限公司 P·O42.5。28d 抗壓強(qiáng)度 50.3MPa，比表面積 384m2/kg；標(biāo)稠用水量27.6%，混合材料礦粉摻量 13.0%，粉煤灰摻量 6.5%。

水泥 2：山西中興水泥有限責(zé)任公司 P·O42.5。28d抗壓強(qiáng)度 49.2MPa，比表面積 344m2/kg；標(biāo)稠用水量28.0%，混合材料礦粉摻量 8.0%、礦渣 6.0%，石灰石4.0%。

礦粉：山西中陽鋼鐵有限公司 S95 級(jí)。比表面積421m2/kg；流動(dòng)度比 101%，28d 活性指數(shù) 103%。

粉煤灰：山西兆電粉煤灰有限公司Ⅱ級(jí)。細(xì)度18%，需水量比 97%，28d 活性指數(shù) 88%。

砂子：當(dāng)?shù)禺a(chǎn)砂卵石破碎的機(jī)制砂。細(xì)度模數(shù) 2.9，石粉含量 8.6%，泥塊含量 0.8%，堆積密度1510kg/m3，顆粒級(jí)配Ⅱ區(qū)。

石子：當(dāng)?shù)禺a(chǎn) 5～25mm 連續(xù)級(jí)配碎石。含泥量0.8%，泥塊含量 0.2%，堆積密度 1480kg/m3，針片狀含量 6.0%。

外加劑：高性能聚羧酸減水劑。減水率 27%，28d抗壓強(qiáng)度比 158%，泌水率比 45%。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 膠砂試配強(qiáng)度法

試驗(yàn)儀器設(shè)備：水泥膠砂攪拌機(jī)、水泥振實(shí)臺(tái)、水泥恒應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)等。

試驗(yàn)方法：膠砂制作、成型、養(yǎng)護(hù)、強(qiáng)度抗壓按 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行。

1.2.2 混凝土試配強(qiáng)度法

試驗(yàn)儀器設(shè)備：混凝土攪拌機(jī)、混凝土振實(shí)臺(tái)、混凝土壓力機(jī)、坍落度筒等。

試驗(yàn)方法：配合比設(shè)計(jì)按 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》；混凝土拌合物性能按 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》；混凝土立方體試塊制作、成型、養(yǎng)護(hù)、抗壓強(qiáng)度檢測按 GB/T 50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。

2 試驗(yàn)結(jié)果

2.1 膠砂強(qiáng)度試配法

膠砂配合比用水量、成型、養(yǎng)護(hù)、抗壓強(qiáng)度檢測按 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》規(guī)定。

表1 和表2 是水泥 28d 膠砂抗壓強(qiáng)度及雙摻時(shí)礦粉、粉煤灰不同比例 28d 膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果（表1 為吉港水泥摻合料雙摻時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果；表2 為中興水泥摻合料雙摻時(shí)的試驗(yàn)結(jié)果）。因經(jīng)濟(jì)性原因，試驗(yàn)時(shí)只選用了 5 種比例。

2.2 混凝土強(qiáng)度試配法

在膠材用量、用水量、容重、坍落度基本相同情況下，不摻摻合料時(shí)基準(zhǔn)強(qiáng)度分別為 41.1MPa（吉港）和42.0MPa（中興）。表3 和 表4 是 C30 泵送混凝土配合比（為求準(zhǔn)確，做試驗(yàn)時(shí)礦粉和粉煤灰用量保留至小數(shù)點(diǎn)后兩位）和試驗(yàn)強(qiáng)度結(jié)果。坍落度 (220±10)mm，其他工作性能滿足泵送要求。

表1 使用吉港水泥的膠砂試驗(yàn)結(jié)果

表2 使用中興水泥的膠砂試驗(yàn)結(jié)果

表3 使用吉港水泥的混凝土試驗(yàn)結(jié)果

表4 使用中興水泥的混凝土試驗(yàn)結(jié)果

3 結(jié)果分析

3.1 強(qiáng)度分析

3.1.1 膠砂強(qiáng)度分析（礦粉、粉煤灰雙摻）

（1）用吉港水泥時(shí)：從 25%～45% 之間的 28d 膠砂強(qiáng)度大部分都在 95% 以上，且基本上 7:3 和 3:7 比例時(shí)強(qiáng)度相對低；到 50% 以上后雙摻時(shí) 28d 膠砂強(qiáng)度都在水泥強(qiáng)度的 95% 以下。

（2）用中興水泥時(shí)：總摻量在 25%～35% 時(shí)，膠砂強(qiáng)度全部達(dá)到水泥強(qiáng)度的 100% 以上；總摻量 40%以上后基本上都在水泥強(qiáng)度的 100% 以下，且規(guī)律不太明顯。

3.1.2 混凝土強(qiáng)度分析（礦粉、粉煤灰雙摻）

（1）用吉港水泥時(shí)：混凝土 28d 強(qiáng)度相對比膠砂強(qiáng)度偏高一些，且規(guī)律和膠砂強(qiáng)度基本相同。

（2）用中興水泥時(shí)：總摻量在 25%～40% 礦粉、粉煤灰比例為 6:4 和 5:5 時(shí) 28d 試塊抗壓強(qiáng)度基本都達(dá)到基準(zhǔn)強(qiáng)度的 100%；總摻量在 45% 以下的混凝土 28d強(qiáng)度都達(dá)不到基準(zhǔn)強(qiáng)度值。

3.2 成本分析

膠砂是為了和混凝土做對比，這里就不再分析膠砂成本。表5 為混凝土各原材料成本價(jià)格。

表5 當(dāng)?shù)卦牧蟽r(jià)格 元/t

（1）除大體積或者有 60d 以上要求的齡期外，用吉港水泥雙摻礦粉、粉煤灰最大總摻量 50% 以上不再適合；用中興水泥雙摻礦粉、粉煤灰最大總摻量 45%以上不再適合。

（2）從表3～5 分析：在保證質(zhì)量的前提下用吉港水泥雙摻 45% 時(shí)相對成本最低；用中興水泥雙摻時(shí)40% 相對成本最低。

3.3 雙摻最佳比例分析

除了水泥、礦粉、粉煤灰本身質(zhì)量外，砂子細(xì)度，砂、石級(jí)配，技術(shù)指標(biāo)要求是否滿足標(biāo)準(zhǔn)，外加劑性能好壞，相互之間搭配的填充效應(yīng)也是影響強(qiáng)度的主要因素。

達(dá)到工地后的澆筑、振搗、成型、養(yǎng)護(hù)、拆模等的影響因無法預(yù)料，不在此范圍分析。

在兼顧強(qiáng)度、工作性、經(jīng)濟(jì)性的同時(shí)，根據(jù)表1～4 可以得出結(jié)論：雙摻（礦粉:粉煤灰）最佳比例為6:4 和 5:5。

4 結(jié)論

（1）雙摻技術(shù)應(yīng)用，既能改善混凝土的工作性，提高強(qiáng)度和耐久性，又能降低成本，還能有效利用一部分工業(yè)廢料，有利于節(jié)約資源和環(huán)境的保護(hù)。

（2）因齡期不同，工程混凝土體積、層高、技術(shù)要求不同；氣溫高低，材料技術(shù)指標(biāo)不同等，都會(huì)影響摻合料的最佳摻量和比例，要根據(jù)實(shí)際情況而定。

（3）因各地方水泥中熟料成分組成，摻入的活性混合材料、非活性混合材料比例、類別等不同，礦粉、粉煤灰技術(shù)指標(biāo)不同，以及混凝土中的其他材料的質(zhì)量等區(qū)別很大，建議砼行在應(yīng)用雙摻技術(shù)時(shí)應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)后再確定最佳摻量。