復(fù)合礦物摻合料預(yù)拌混凝土產(chǎn)品性能的對(duì)比研究

周堂貴 丁曉青 沈楊劼 張克儉 劉文強(qiáng) 夏培卿 江晨暉，4

（1浙江華威建材集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310017；2浙江華威混凝土有限公司，浙江 杭州 311228；3杭州華力建材有限公司，浙江 杭州 311136；4浙江建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 杭州 311231）

0 引言

復(fù)合（礦物）摻合料由兩種或兩種以上礦物摻合料組配復(fù)合而成，由于包含的摻合料品種多，復(fù)合時(shí)能實(shí)現(xiàn)化學(xué)成分互補(bǔ)和顆粒粒度分布互補(bǔ)，同時(shí)具有足夠的細(xì)度，是能夠多方面改善混凝土性能的高效活性粉體材料。復(fù)合摻合料混凝土的工作性、物理力學(xué)性能、耐久性及經(jīng)濟(jì)成本都比普通混凝土具有潛在優(yōu)勢(shì)[1-4]。復(fù)合摻合料的大規(guī)模應(yīng)用作為混凝土技術(shù)朝著“節(jié)約資源和能源、維護(hù)環(huán)境和生態(tài)平衡”方向高質(zhì)量發(fā)展的標(biāo)志之一，對(duì)商品混凝土企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)而言，既是挑戰(zhàn)，又是機(jī)遇，它不僅能解決傳統(tǒng)摻合料質(zhì)量差和供應(yīng)不足的困難，也有助于產(chǎn)品的高性能化和綠色化[5-6]。

為了更好地指導(dǎo)復(fù)合摻合料的實(shí)際應(yīng)用，住建部于2015年發(fā)布了《混凝土用復(fù)合摻合料》（JG/T 486-2015）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。華威公司系杭州預(yù)拌混凝土民營(yíng)企業(yè)的佼佼者，近年來(lái)為推動(dòng)復(fù)合摻合料在預(yù)拌混凝土中的發(fā)展和應(yīng)用方面做了大量工作。本文作為這些工作一部分，通過(guò)同強(qiáng)度等級(jí)（C30、C35、C40）復(fù)合摻合料與傳統(tǒng)摻合料預(yù)拌混凝土產(chǎn)品的對(duì)比研究，體現(xiàn)復(fù)合摻合料預(yù)拌混凝土產(chǎn)品基本性能的穩(wěn)定性及可能的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

1 試驗(yàn)概要

1.1 原材料

復(fù)合摻合料由杭州山能實(shí)業(yè)有限公司供應(yīng)，由粉煤灰、礦渣、石灰石粉、硅灰等按比例混配而成，X射線衍射分析發(fā)現(xiàn)，其主要成分為非晶態(tài)無(wú)定型硅、鈣和鋁的氧化物，SiO2、Al2O3和Fe2O3的總質(zhì)量分?jǐn)?shù)（平均值）高達(dá)90%。經(jīng)檢測(cè)，復(fù)合摻合料的性能符合JG/T 486-2015“普通型II級(jí)”的相關(guān)規(guī)定，主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 采用的復(fù)合礦物摻合料的技術(shù)指標(biāo)

生產(chǎn)兩類預(yù)拌混凝土產(chǎn)品的其他原材料：P·O42.5水泥（新市南方和運(yùn)河）、II級(jí)粉煤灰（億萬(wàn)）、S95礦粉（中天）、II級(jí)復(fù)合摻合料（山能）、細(xì)骨料（細(xì)度模數(shù)1.1天然砂和細(xì)度模數(shù)3.0機(jī)制砂按比例混配）、高濃度萘系減水劑（科之杰Point-400G）。全部原材料質(zhì)量均符合相應(yīng)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和（或）行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

1.2 配合比

復(fù)合摻合料混凝土的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)工程要求的強(qiáng)度等級(jí)、強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的保證率和混凝土的耐久性以及施工要求，采用實(shí)際工程使用的原材料，參照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ 55-2011）和《礦物摻合料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 51003-2014）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，同時(shí)滿足以下規(guī)定：1）水膠比宜比傳統(tǒng)摻合料混凝土降低0.01～0.015；2）膠凝材料單方總用量宜低于傳統(tǒng)摻合料混凝土；3）復(fù)合摻合料摻量（占膠凝材料總量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)）宜控制在30%～35%；4）減水劑摻量宜略高于傳統(tǒng)摻合料混凝土；5）初始（出機(jī)）坍落擴(kuò)展度應(yīng)不小于550mm。

1.3 研究參數(shù)

以傳統(tǒng)摻合料應(yīng)用方式（即單摻粉煤灰或復(fù)摻粉煤灰和礦粉）的預(yù)拌混凝土產(chǎn)品作為基準(zhǔn)情況，比較同強(qiáng)度等級(jí)復(fù)合摻合料預(yù)拌混凝土產(chǎn)品（即復(fù)摻復(fù)合摻合料和粉煤灰的情況）的基本性能和可能存在的優(yōu)勢(shì)。

本研究考察的預(yù)拌混凝土產(chǎn)品包括用于樁基工程和主體工程的泵送混凝土，強(qiáng)度等級(jí)涉及C30、C35、C40三種最常用情況。產(chǎn)品檢驗(yàn)的性能指標(biāo)包括復(fù)合摻合料產(chǎn)品的穩(wěn)定性（通過(guò)混凝土產(chǎn)品強(qiáng)度體現(xiàn)）、兩類混凝土的抗壓強(qiáng)度（涵蓋不同養(yǎng)護(hù)條件、生產(chǎn)時(shí)段和齡期）和反映混凝土密實(shí)性、耐久性的快速檢驗(yàn)指標(biāo)——電通量。

2 結(jié)果及討論

2.1 強(qiáng)度特性

2.1.1 復(fù)合摻合料預(yù)拌混凝土的強(qiáng)度穩(wěn)定性

2019年3～6月，試驗(yàn)室直接從復(fù)合摻合料運(yùn)輸罐車取料，對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)及工程用途的復(fù)合摻合料混凝土的強(qiáng)度穩(wěn)定性進(jìn)行了多時(shí)段、多批次隨機(jī)抽檢，進(jìn)而通過(guò)混凝土強(qiáng)度反映復(fù)合摻合料產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定性，所得結(jié)果如表2所示。

表2 2019年3～6月復(fù)合摻合料混凝土產(chǎn)品 強(qiáng)度穩(wěn)定性抽檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

從表2可見(jiàn)，C30和C35復(fù)合摻合料混凝土28d強(qiáng)度富裕率（實(shí)測(cè)28d強(qiáng)度與強(qiáng)度設(shè)計(jì)值的百分比）分別為122%和138%，均滿足不低于115%的內(nèi)控要求，但C30的兩組抽檢結(jié)果不符合125%的設(shè)計(jì)要求。此外，復(fù)合摻合料產(chǎn)品對(duì)混凝土后期（90d）強(qiáng)度增長(zhǎng)率（90d強(qiáng)度相對(duì)于28d強(qiáng)度的增長(zhǎng)百分率）有較好的改進(jìn)作用，抽檢的90d強(qiáng)度平均增長(zhǎng)率為15%，能發(fā)揮其二次水化對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)。

2019年10～12月，試驗(yàn)室從生產(chǎn)線上隨機(jī)抽取復(fù)合摻合料混凝土拌合物，對(duì)不同類別、強(qiáng)度等級(jí)及用途的復(fù)合摻合料混凝土的強(qiáng)度特性進(jìn)行了抽檢。從此期間的產(chǎn)品抽檢結(jié)果（表3）發(fā)現(xiàn)，C30、C35、C40三類復(fù)合摻合料混凝土（普通水泥和粉煤灰的摻量范圍分別為57%～59%、8%～10%，復(fù)合摻合料的摻量為33%或35%）28d強(qiáng)度的穩(wěn)定性總體上較好，11、12月份的28d強(qiáng)度富裕率略偏低。

表3 2019年10～12月復(fù)合摻合料混凝土產(chǎn)品28d 強(qiáng)度穩(wěn)定性抽檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

2.1.2 與傳統(tǒng)摻合料預(yù)拌混凝土產(chǎn)品的比較

從生產(chǎn)線上隨機(jī)抽取拌合料，制作立方體試件，設(shè)置不同養(yǎng)護(hù)齡期和條件，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C30、C35的兩類摻合料混凝土的抗壓強(qiáng)度加以對(duì)比。其中，復(fù)合摻合料混凝土的膠凝體系中，普通水泥占52%、粉煤灰占13%、復(fù)合摻合料占35%；傳統(tǒng)摻合混凝土中，普通水泥占69%（65%）、粉煤灰占20%（22%）、礦渣粉占11%（13%）。檢驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。圖中包括28d、60d標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度、60d自然養(yǎng)護(hù)（試件裸露存放于當(dāng)時(shí)的室內(nèi)溫、濕度環(huán)境中）實(shí)測(cè)強(qiáng)度和回彈推定強(qiáng)度共計(jì)四項(xiàng)強(qiáng)度指標(biāo)。

由數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：首先，C30和C35復(fù)合摻合料混凝土產(chǎn)品28d強(qiáng)度富裕率分別為135%和119%，傳統(tǒng)摻合料混凝土則分別為133%和129%，均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。其次，每種混凝土產(chǎn)品60d自然養(yǎng)護(hù)的回彈推定強(qiáng)度比同一齡期的標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度和自然養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度都要低。由于杭州屬于典型的夏熱冬冷地區(qū)，夏季（檢驗(yàn)時(shí)間為8月）室內(nèi)溫度普遍高于標(biāo)養(yǎng)室溫度，故圖中60d自然養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度高于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的情況，冬季則正好相反。

圖1 兩類摻合料混凝土產(chǎn)品的抗壓強(qiáng)度比較

2.2 兩類預(yù)拌混凝土產(chǎn)品的電通量

采用混凝土氯離子電通量測(cè)定儀，以6h通過(guò)混凝土試件的總電通量（庫(kù)侖）（電通量法）作為評(píng)價(jià)混凝土的抗氯離子滲透能力。該指標(biāo)也能在一定程度上反映混凝土的密實(shí)性和耐久性。試件由取自生產(chǎn)線的混凝土拌合物制作而成（產(chǎn)品配合比同2.1.2節(jié)），檢驗(yàn)前經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)56d。兩類混凝土產(chǎn)品檢驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比如圖2所示。顯然，復(fù)合摻合料混凝土產(chǎn)品比同強(qiáng)度等級(jí)的傳統(tǒng)摻合料混凝土產(chǎn)品具有更低的滲透性和更高的密實(shí)性，前者的56d的電通量比后者降低23%～36%。

圖2 兩類混凝土產(chǎn)品的電通量對(duì)比

圖3 兩類混凝土產(chǎn)品的電通量與水膠比的關(guān)系

2019年1月專門抽查了共計(jì)38批次產(chǎn)品的56d電通量，其中，C30傳統(tǒng)摻合料混凝土9批次，C30復(fù)合摻合料混凝土9批次，C35傳統(tǒng)摻合料混凝土10批次，C35復(fù)合摻合料混凝土10批次。結(jié)果見(jiàn)圖3。由圖3發(fā)現(xiàn)：

1）同強(qiáng)度等級(jí)的產(chǎn)品相比，復(fù)合摻合料混凝土對(duì)應(yīng)的電通量（白色數(shù)據(jù)點(diǎn)）普遍低于同水膠比的傳統(tǒng)摻合料混凝土（灰色數(shù)據(jù)點(diǎn)），盡管同一產(chǎn)品（如同為C35復(fù)合摻合料混凝土）同一水膠比（如0.43）對(duì)應(yīng)的電通量值，有較大的離散性，且傳統(tǒng)摻合料混凝土電通量的離散型比復(fù)合摻合料混凝土更大。這可能與試驗(yàn)操作和條件有關(guān)，也可能與同水膠比產(chǎn)品配合比的差異有關(guān)。電通量方法雖然能快速評(píng)價(jià)混凝土的密實(shí)性，但也存在一定缺陷。

2）全部抽檢產(chǎn)品中，只有兩組C30傳統(tǒng)摻合料混凝土56d電通量高于2000C。按照《預(yù)拌混凝土》（GB/T 14902-2012）關(guān)于抗氯離子滲透性能等級(jí)劃分（基于電通量法）的規(guī)定，絕大多數(shù)產(chǎn)品符合“Q-III”級(jí)；80%復(fù)合摻合料混凝土56d電通量抽檢結(jié)果小于1000C，屬于“Q-IV”級(jí)；幾乎全部傳統(tǒng)摻合料混凝土56d電通量抽檢結(jié)果高于1000C，達(dá)不到“Q-IV”級(jí)。

3 結(jié)論

在本文范圍內(nèi)，基于以上分析，可歸納以下結(jié)論：

1）以立方體抗壓強(qiáng)度作為質(zhì)量評(píng)定的基本指標(biāo)，與傳統(tǒng)摻合料預(yù)拌混凝土產(chǎn)品相比，復(fù)合摻合料混凝土產(chǎn)品28d強(qiáng)度富裕率略低，60d強(qiáng)度增長(zhǎng)率較高，總體質(zhì)量穩(wěn)定可控。在保持其他條件相同的前提下，復(fù)合摻合料產(chǎn)品的穩(wěn)定性可通過(guò)其混凝土產(chǎn)品的性能予以衡量。

2）兩類預(yù)拌混凝土產(chǎn)品60d自然養(yǎng)護(hù)的回彈推定強(qiáng)度比同一齡期的實(shí)測(cè)標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度和自然養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度都要低，同時(shí)夏季60d的自然養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度高于標(biāo)養(yǎng)強(qiáng)度，冬季則相反。

3）就電通量指標(biāo)而言，復(fù)合摻合料混凝土產(chǎn)品比同強(qiáng)度等級(jí)的傳統(tǒng)摻合料混凝土產(chǎn)品具有更低的滲透性和更高的密實(shí)性。電通量方法雖然能快速評(píng)價(jià)混凝土的密實(shí)性，但也存在離散性較大的缺陷。