混凝土生產(chǎn)中摻合料的應(yīng)用分析

段元忠

（山東魯碧建材有限公司，山東 濟南 271103）

隨著混凝土技術(shù)的發(fā)展，混凝土摻合料的研究和使用技術(shù)也呈現(xiàn)良好的發(fā)展勢頭。就混凝土摻合料的運用歷史而言，不同時期摻入摻合料的目的不同。在20 世紀50 年代和60 年代，人們在混合混凝土?xí)r常常運用一定量的摻合料替代部分水泥。到了70 年代和80 年代，由于對混合料的了解程度提升，它被用于水利工程和大型修建。將一些大體積混凝土（如地基）與混凝土摻合料混合，以增加混凝土的水化熱并減少溫度裂痕。及至90 年代后，人們對摻合料的看法發(fā)生了很大變化，一些工業(yè)廢渣被視為混凝土的摻合料，成為混凝土中不可或缺的改性材料。因此，摻合料的質(zhì)量和摻合料的技術(shù)也得到了極大提高。高性能混凝土摻合料的制備是必不可少的組分，在改善混凝土的機械性能和耐久性方面起著至關(guān)重要的作用?；炷翐胶狭弦罁?jù)其活性大小可分為活性材料和非活性材料。活性材料是指在室溫和標(biāo)準大氣壓下存在水時，能與活化劑水合構(gòu)成水硬性凝膠產(chǎn)品的材料。而非活性材料只能提升混凝土的可加工性。但兩者不能完全分開。它們可以在某些條件下彼此轉(zhuǎn)換。例如：（1）石灰石粉通常不用作活性材料，但如果水泥熟料混凝土鋁酸三鈣過多，則可以與鋁酸三鈣水合。鋁酸三鈣水合物的構(gòu)成有利于混凝土的早期強度。（2）石英粉通常不作為活性材料，但是當(dāng)混凝土組分的固化溫度較高時，可大大提高其活性；石英粉微粒也可研磨得充足細膩，具備一定的活性。根據(jù)水化成因，活性物料可分為火山灰活性物料和潛在水力發(fā)電活性物料。如粉煤灰、安山巖和燒成黏土都是火山灰活性物料，需活化劑才能形成水合物。鋼渣和水淬渣是具備一定水化效能的水工物料，在混凝土制造步驟中退出的活性物料稱作混合料，而在鋼筋加熱步驟之中退出的活性物料稱作混凝土摻合料。

1 混凝土摻合料的作用機理

混凝土摻合料通過改善水泥膠凝材料的組成、數(shù)量、顆粒級配等提升混凝土的強度、耐久性、可加工性和體積穩(wěn)定性，主要通過以下物理和化學(xué)作用完成。

1.1 活性作用

粉煤灰的酶是指其活性溶質(zhì)的化學(xué)作用。粉煤灰的活性如同巖漿的活性，即粉煤灰中SiO2和Al2O3與Mg（OH）2反應(yīng)生成水化硅酸鈣和鋁酸鹽，相似于水泥水化鈣等化學(xué)反應(yīng)中間體。這些水合物可當(dāng)作材料的一部分，起到加固作用。當(dāng)混凝土水化溶解的Ca（OH）2附著在粉煤灰微粒表面時，與火山灰反應(yīng)后，可以在28d 甚至更長的時間保持不變。為了充分利用混凝土摻合料的各種技術(shù)，從生產(chǎn)摻合料開始就充分運用上述技術(shù)，以完成一致的設(shè)計和優(yōu)化的解決方案。在混凝土施工現(xiàn)場難以實施這種技術(shù)，必須在專業(yè)工廠內(nèi)完成。例如，當(dāng)研磨混凝土混合物時，可以預(yù)先加入一些減水劑、早強劑等作為助磨劑。合理生產(chǎn)和使用摻合料，應(yīng)根據(jù)混凝土性能要求制備混凝土摻合料（包括建筑砂漿摻合料），并建立相關(guān)標(biāo)準或規(guī)范，為促進混凝土摻合料的生產(chǎn)和使用提供基礎(chǔ)，如液壓混凝土摻合料、普通混凝土摻合料、高性能混凝土摻合料和抹灰砂漿摻合料等。在工廠專門生產(chǎn)混合物的另一優(yōu)點是可以擴大混合物的原料來源，還可以綜合利用許多低活性工業(yè)廢料，這有利于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟。

1.2 形態(tài)效應(yīng)

粉煤灰的形狀效應(yīng)是指從粉塵的外觀、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、外表性質(zhì)和顆粒的顆粒級對粉煤灰物理性能的影響。在高溫生產(chǎn)進程中構(gòu)成的飛灰顆粒大多數(shù)是玻璃珠，玻璃珠是具有相對潤滑外觀的球形顆粒，由二氧化硅-氧化鋁組成。由于球形顆粒的外表潤滑，因此，在摻入混凝土后可以起到球光滑的作用，可以減少混凝土水的耗費。但是粉煤灰在外觀上的另一特點是不平均性，假如是較粗糙、多孔和不規(guī)則外形的顆粒，它會毀壞混凝土的原始構(gòu)造和功能，結(jié)果將造成巨大的負面影響。

1.3 微骨料效應(yīng)

粉煤灰的微骨料效應(yīng)是指粉煤灰中的細顆粒平均散布在水泥漿、填充孔隙和毛細孔中，改善混凝土的孔隙構(gòu)造并增加混凝土的孔隙率和密度特性。粉煤灰微骨料的優(yōu)越性能表現(xiàn)在以下幾點：（1）玻璃珠的強度十分高。（2）微聚集效應(yīng)明顯增強了硬化漿料的構(gòu)造強度。在粉煤灰與水泥漿之間的界面處構(gòu)成的粉煤灰水合凝膠的顯微硬度大于水泥凝膠，表明粉煤灰對水泥漿與骨料之間的最薄弱環(huán)節(jié)具有加強作用。（3）粉煤灰顆粒很好地分散在水泥漿中，有助于填充和“細化”混凝土中的孔隙。粉煤灰的這三種效應(yīng)共存并相互影響。不應(yīng)只強調(diào)一種效果，而疏忽其他效果。關(guān)于混凝土的某種功能，在一定條件下，某種效果能夠起主導(dǎo)作用。在其他條件下，另一種影響能夠?qū)炷恋钠渌δ芷鹬鲗?dǎo)作用，應(yīng)對此進行詳細分析。

2 混凝土摻合料的應(yīng)用技術(shù)效果

通過增加混凝土摻合料可以失去許多具有特殊功能的混凝土。正確運用摻合料技術(shù)，有時可以起到較好的效果。它不僅可以降低混凝土的生產(chǎn)成本，而且可以防止摻合料對混凝土功能的影響。例如：（1）減水功用。優(yōu)質(zhì)粉煤灰具有球形外觀，具有一定的減水效果。摻有減水劑的混凝土具有更好的減水效果，由于其極小的顆粒，超細混合物中填充了較大的顆粒，使其盡快互相堆疊，水化速度快，早期強度好。（2）緩凝功用。當(dāng)混凝土中摻入更多的粉煤灰、礦渣粉、煤石細粉等摻合料時，混凝土混合物單位空間內(nèi)的水泥熟料相應(yīng)增加，早期水合產(chǎn)物增加。水合產(chǎn)物的量不足以有效地將顆粒彼此銜接，阻礙混凝土混合物。因此，合理選擇混凝土摻合料的品種和數(shù)量可以達到一定的阻滯作用。（3）微膨脹功用。鋁土礦石膏硫酸鋁是一種混凝土膨脹劑。為了降低收縮混凝土摻合料的成本并充分利用工業(yè)廢渣，可以運用鋁含量更高的自然煤石或粉煤灰替代鋁土礦。土壤用于制備具有微收縮功用的混凝土摻合料，或許在研磨混凝土摻合料時，會增加諸如具有一定活性的輕燒氧化鎂或鎂生產(chǎn)后產(chǎn)生的廢渣-鎂渣之類的材料。（4）防水功用。將膠凝材料與高效減水劑和微膨脹劑混合即可構(gòu)成密實度好的水泥石，完全可以在不增加任何有機防水劑的狀況下制備抗?jié)B性好的混凝土。（5）防腐功用?；炷翐胶狭线€具有改善混凝土防腐的功用。當(dāng)混凝土摻合料水合時，它消耗的水泥熟料與摻合料之間的界面氫氧化鈣和鋁酸鈣水合物的一部分。耐腐蝕的低堿水合硅酸鈣（鈣鎂鋁石）和鈣礬石等。水泥中的Na+和K+與氧化鋁八面體絡(luò)合物陰離子結(jié)合構(gòu)成四面體絡(luò)合物陰離子基團，從而構(gòu)成骨架構(gòu)造，降低了游離態(tài)堿含量和堿-骨料反應(yīng)的可能性。（6）加強功用?；炷翐胶狭纤蠘?gòu)成的低堿性針狀晶體具有良好的膠結(jié)能力，并增加了水泥石與摻合料顆粒之間的界面結(jié)合強度，因此，可以解釋低強度等級的硅酸鹽水泥可以制備高強度混凝土。

3 混凝土復(fù)合摻合料生產(chǎn)技術(shù)

混凝土分解材料在現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)上較為成熟，生產(chǎn)廢料等日常廢料可用作混凝土摻合料，混凝土摻合料的生產(chǎn)和運用涉及許多技術(shù)方法和技術(shù)手段。例如：（1）超疊加效應(yīng)。充分利用各種混凝土摻合料的不同微觀形狀、細度和表面活性，有效地選配不同數(shù)量和類型的材料以互相補充，合理優(yōu)化使混凝土具有更好的功能，從而構(gòu)成超級疊加效果。實驗證明，混凝土強度可以提升4%～13%。（2）復(fù)合活化劑技術(shù)。復(fù)合活化劑通常由三個主要成分組成。硫酸鹽活化劑石膏可以保持混凝土摻合料的活性，特別是對高Al2O3含量的粉煤灰而言。（3）鉀、鈉和其他堿金屬鹽可以提升混凝土的早期強度，促進混凝土摻合料的二氧化硅四面體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)向溶液中擴散，生成Ca（OH）2。（4）預(yù)處理技術(shù)。對某些混凝土摻合料進行預(yù)處理來提升摻合料的質(zhì)量。如粉煤灰的高碳含量將影響混合物的運用效果。粉煤灰的預(yù)處理可除去活性炭的反應(yīng)活性或經(jīng)過細磨預(yù)處理來穩(wěn)定摻合料的活性，有利于混凝土的早期強度。（5）研磨助劑技術(shù)?；炷翐胶狭项w粒需在足夠細的情況下才能起作用。因此，為了提升研磨混凝土混合物時的研磨效率，需增加研磨助劑。助磨劑優(yōu)選是復(fù)合助磨劑，即除助磨劑功用外，還具有減水、增水等功用。為了使混凝土摻合料技術(shù)得到最充分的應(yīng)用，需從摻合料生產(chǎn)開始就充分利用上述各種技術(shù)，并一致設(shè)計和優(yōu)化處置。例如，當(dāng)研磨混凝土混合物時，可以事后增加引氣劑、微膨脹劑等，甚至可以辨別以不同的粒徑增加一種混合物。

4 混凝土摻合料使用注意事項

雖然混凝土摻合料具有許多優(yōu)點，但使用不當(dāng)也會對混凝土的功能產(chǎn)生負面影響。因此，生產(chǎn)和運用混凝土摻合料時應(yīng)留意以下事項：（1）運用時應(yīng)基于特定的水泥。結(jié)合各種減水劑的功能和混凝土功能確定合理用量。僅僅是混合物顆粒表面層上的水合反應(yīng)，經(jīng)過加強界面層的粘結(jié)強度便可以節(jié)省水泥。在技術(shù)條件允許的情況下，合理增加混凝土摻合料的量，這就是摻合料過度替代技術(shù)。（2）摻有摻合料的混凝土通常是高流動性遲緩的水化作用，在施工進程中過度振動，導(dǎo)致一些輕質(zhì)摻合料浮起并分層，引起鋪裝混凝土的揚塵。路面混凝土應(yīng)適當(dāng)增加摻合料?；炷撂涠炔粦?yīng)太大，以避免由于過度振動導(dǎo)致混凝土偏析。

當(dāng)混凝土振動時，內(nèi)部的顆粒將在脈沖的影響下，在某個不穩(wěn)定平衡的兩端向四周延續(xù)振動，相鄰顆粒的振動將發(fā)生位移，兩者之間的相對運動頻率使材料顆粒增加，致使顆粒之間的摩擦和粘附力急劇降低。振動混合是應(yīng)用混凝土的特性，在攪拌時使水泥顆粒處于振動形態(tài)，毀壞水泥并平均散布水泥顆粒，從而在微觀程度上完成混凝土的平均性。另外，它可以純化集料的外表并增加水泥和集料之間的結(jié)合力。在20 世紀30 年代，前蘇聯(lián)首先運用了一種將振動鼓勵器銜接到普通攪拌機殼體上的方法來攪拌水泥砂漿和預(yù)拌水泥漿。我公司依據(jù)最新方案設(shè)計了雙臥軸強迫振動混合器，主要由攪拌驅(qū)動機構(gòu)、振動驅(qū)動機構(gòu)、攪拌葉片、激振器和攪拌鼓組成，最大特點是攪拌軸和攪拌葉片也是振動鼓勵器的一部分。攪拌時攪拌葉片振動，有效振動范圍較大，可以掩蓋整個攪拌桶空間，攪拌效果更好。其任務(wù)原理是：攪拌機構(gòu)的動力由攪拌電動機輸入，經(jīng)減速器加速后傳遞到一對同步齒輪上，使兩個攪拌軸反向同步轉(zhuǎn)動。此外，振蕩機關(guān)的渦輪由振動電機輸出，繩子液壓，推動攪拌軸上加熱設(shè)備的振動軸高速旋轉(zhuǎn)，使攪拌軸和加熱葉子設(shè)備在上方振蕩。加熱葉子的布局與現(xiàn)代雙軸攪拌機相近，具備湍流結(jié)合的特征。因此，在攪拌軸和葉子的振蕩及葉子的強迫加熱下，混合料能快速、均勻地結(jié)合。與此同時，攪拌軸上加熱設(shè)備的振動軸已經(jīng)完成了平衡處理，所以，在振蕩加熱步驟中，只要攪拌軸和加熱葉子振蕩，其他組件（包含攪拌筒）不振蕩，振蕩的有利沖擊就去除了，確保了攪拌軸的性能，節(jié)約了能源消耗。

5 結(jié)語

綜上所述，混凝土摻合料技術(shù)需要在專業(yè)的生產(chǎn)廠內(nèi)完成摻合料的生產(chǎn)。只有專業(yè)化和大批量生產(chǎn)混凝土摻合料，才能有效、合理地應(yīng)用各種工業(yè)副產(chǎn)品。按照混凝土功能要求配制混凝土摻合料，以確保科學(xué)、合理、有效地運用混凝土摻合料。目前，人們?nèi)狈?fù)合混凝土摻合料技術(shù)重要性的認識，缺少混凝土摻合料生產(chǎn)和運用的規(guī)范、標(biāo)準。因此，需要進一步強化混凝土摻合料的應(yīng)用，不斷提升產(chǎn)業(yè)效率。