混凝土復合膠凝材料活性指數試驗研究

任慧超，王繼博，張凱峰，吳超，馮濤濤

（中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 701116）

混凝土復合膠凝材料活性指數試驗研究

任慧超，王繼博，張凱峰，吳超，馮濤濤

（中建西部建設北方有限公司，陜西 西安 701116）

本文通過正交試驗，研究了粉煤灰、礦粉、FQY膨脹劑及水泥基滲透結晶材料（澎內傳803）摻量對復合膠凝材料體系活性指數的影響。試驗結果表明：各影響因素不同齡期時在復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均為最重要影響因素；當粉煤灰摻量為15%、礦粉摻量為25%、FQY膨脹劑摻量為6%、澎內傳摻量為0.7%時，復合膠凝材料體系在早期及后期都表現出了較好的活性，28d活性指數達到了91.8%。

復合膠凝體系；流動度；活性指數

0 前言

近年來，隨著機動車的迅速增多，城市間交通負荷日益增加，為解決交通擁堵現狀，城市間以地鐵、綜合管廊等為代表的基礎設施得以大力發展。但由于地下水、土環境的復雜性，決定了混凝土在滿足抗壓要求的同時，還應滿足抗滲、抗凍融、抗腐蝕和抗裂等耐久性要求。

大量研究事實表明：混凝土凝結硬化以后，由于種種原因產生的裂縫會極大地加劇混凝土結構的劣化。開裂的原因有很多，其中 80% 是材料在環境溫濕度或自身內因作用下產生的非荷載應力引起的，混凝土收縮是引發結構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，而通過復摻礦物摻合料來改善混凝土早期開裂更是其中熱點。

王棟民[1]認為水泥—膨脹劑—細摻料組成的復合膠凝材料的水化反應和水化過程是分階段、分層次進行的，但各組分在各自進行水化反應的同時又相互作用，最終形成一個致密的硬化水泥漿體。李飛[2]采用溫度應力試驗機（TSTM），在對比研究中指出粉煤灰與HCSA 膨脹劑復合使用，能發揮出超疊效應。池遠東[3]用 X 射線衍射和掃描電鏡研究復摻礦物摻合料混凝土微觀結構，并分析了復摻礦物摻合料混凝土具有良好抗裂性能的機理。

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

1 試驗原材料及配比設計

1.1 試驗原材料

水泥采用某公司 P·O42.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ級粉煤灰，細度 19.5%，燒失量6.1%；礦粉為 S95 級礦粉，7d、28d 活性指數分別為 81% 和 98%；膨脹劑采用武漢某公司 FQY 型膨脹劑；水泥基滲透結晶材料采用國外某公司進口澎內傳；減水劑采用中建自產外加劑，固含 11.16%；細集料采用標準砂及中級砂。

1.2 正交方案選取

此次試驗為探討粉煤灰、礦粉、膨脹劑以及水泥基滲透結晶材料摻量對復合膠凝材料體系活性系數的影響，擬采用三個水平位級，各水平位級和試驗設計方案如表1 、2所示。

表1 正交試驗設計方案 %

表2 正交表格 %

2 試驗內容

2.1 復合膠凝材料體系凈漿流動度試驗研究

試驗依據 GB/T 8077—2000《混凝土外加劑勻質性試驗方法》[4]，進行了水泥凈漿流動度試驗，以檢驗外加劑摻量一致時，不同復合膠凝材料體系的流動性。

2.2 復合膠凝材料體系活性指數試驗研究

試驗試件尺寸為 40mm×40mm×160mm，抗壓試驗以抗折強度測定后的兩個斷塊進行抗壓強度測定，試驗時采用抗壓夾具使試件受壓面積為 40mm×40mm，膠凝體系活性指數為各組試件抗壓強度值與基準組比值。試驗結果計算及評定參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》[5]及 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[6]進行分析。

3 力學試驗結果與分析

3.1 流動度測試結果

經過測試，各配合比下的流動度指標如表3 所示，極差與方差分析見表4。

表3 流動度測試指標 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較大波動，其中，FH8 與 FH3 差距可達 127mm。由表4可知，膠凝材料體系的四個影響因素中，FQY 膨脹劑及粉煤灰摻量對復合膠凝材料體系流動度影響較大，礦粉摻量對其影響最小，澎內傳次之。且復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，澎內傳摻量增加先減后增。

3.2 活性指數試驗結果

通過活性指數試驗，各配合比下試件抗折、抗壓強度及活性指數結果如表5 所示，極差與方差分析見表6。

表5 活性指數試驗各指標

表6 極差、方差分析表

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

由表6 可知，在不同齡期時，各影響因素在復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，對復合膠凝材料體系活性指數影響較大，其原因可能是粉煤灰具有火山灰和微集料效應，在水泥漿中能有效填充孔隙和毛細孔，改善了膠砂內部的孔結構，增大密實度，從而使膠砂強度有所提高。而在 3d、7d、28d 齡期時，FQY 膨脹劑、礦粉及澎內傳摻量的影響次于粉煤灰。

4 結論

（1）正交試驗方案具有很好的目的性，在一定時間內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，使得試驗過程更加有效率。

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

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

（4）當粉煤灰摻量為 15%，礦粉摻量為 25%，FQY 膨脹劑摻量為6%，澎內傳摻量為.7% 時，復合膠凝材料體系在早期及后期都表現出了較好的活性，28d 活性指數達到了 91.8%。

[1]王棟民，張守祺，王振華，等．水泥—膨脹劑—粉煤灰復合膠凝材料膨脹與強度發展的協調性研究[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研究[J]．工業建筑，2009,39(5): 89-91．

[3]池遠東．復摻礦物摻合料混凝土抗裂性能試驗研究及理論分析[D]．浙江大學學報, 2006．

[4]GB/T 8077—2008．混凝土外加劑勻質性試驗方法[S]. [5]GB/T 17671—1999．水泥膠砂強度檢驗方法[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］陜西省西安市未央區六村堡物流中心一干路3號中建西部建設北方有限公司研發中心（701116）