復(fù)合礦物摻合料預(yù)拌混凝土產(chǎn)品性能的對比研究

周堂貴 丁曉青 沈楊劼 張克儉 劉文強 夏培卿 江晨暉，4

（1浙江華威建材集團有限公司，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)合時能實現(xiàn)化學(xué)成分互補和顆粒粒度分布互補，同時具有足夠的細度，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)濟成本都比普通混凝土具有潛在優(yōu)勢[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、維護環(huán)境和生態(tài)平衡”方向高質(zhì)量發(fā)展的標志之一，對商品混凝土企業(yè)的轉(zhuǎn)型升級而言，既是挑戰(zhàn)，又是機遇，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)標準。華威公司系杭州預(yù)拌混凝土民營企業(yè)的佼佼者，近年來為推動復(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，通過同強度等級（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。

1 試驗概要

1.1 原材料

復(fù)合摻合料由杭州山能實業(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)無定型硅、鈣和鋁的氧化物，SiO2、Al2O3和Fe2O3的總質(zhì)量分數(shù)（平均值）高達90%。經(jīng)檢測，復(fù)合摻合料的性能符合JG/T 486-2015“普通型II級”的相關(guān)規(guī)定，主要性能指標見表1。

表1 采用的復(fù)合礦物摻合料的技術(shù)指標

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（新市南方和運河）、II級粉煤灰（億萬）、S95礦粉（中天）、II級復(fù)合摻合料（山能）、細骨料（細度模數(shù)1.1天然砂和細度模數(shù)3.0機制砂按比例混配）、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)的國家標準和（或）行業(yè)標準。

1.2 配合比

復(fù)合摻合料混凝土的配合比設(shè)計應(yīng)根據(jù)工程要求的強度等級、強度標準值的保證率和混凝土的耐久性以及施工要求，采用實際工程使用的原材料，參照《普通混凝土配合比設(shè)計規(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)量分數(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）坍落擴展度應(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)品作為基準情況，比較同強度等級復(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。

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，強度等級涉及C30、C35、C40三種最常用情況。產(chǎn)品檢驗的性能指標包括復(fù)合摻合料產(chǎn)品的穩(wěn)定性（通過混凝土產(chǎn)品強度體現(xiàn)）、兩類混凝土的抗壓強度（涵蓋不同養(yǎng)護條件、生產(chǎn)時段和齡期）和反映混凝土密實性、耐久性的快速檢驗指標——電通量。

2 結(jié)果及討論

2.1 強度特性

2.1.1 復(fù)合摻合料預(yù)拌混凝土的強度穩(wěn)定性

2019年3～6月，試驗室直接從復(fù)合摻合料運輸罐車取料，對不同強度等級及工程用途的復(fù)合摻合料混凝土的強度穩(wěn)定性進行了多時段、多批次隨機抽檢，進而通過混凝土強度反映復(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 強度穩(wěn)定性抽檢數(shù)據(jù)統(tǒng)計

從表2可見，C30和C35復(fù)合摻合料混凝土28d強度富裕率（實測28d強度與強度設(shè)計值的百分比）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)計要求。此外，復(fù)合摻合料產(chǎn)品對混凝土后期（90d）強度增長率（90d強度相對于28d強度的增長百分率）有較好的改進作用，抽檢的90d強度平均增長率為15%，能發(fā)揮其二次水化對強度的貢獻。

2019年10～12月，試驗室從生產(chǎn)線上隨機抽取復(fù)合摻合料混凝土拌合物，對不同類別、強度等級及用途的復(fù)合摻合料混凝土的強度特性進行了抽檢。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強度的穩(wěn)定性總體上較好，11、12月份的28d強度富裕率略偏低。

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

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)線上隨機抽取拌合料，制作立方體試件，設(shè)置不同養(yǎng)護齡期和條件，對強度等級為C30、C35的兩類摻合料混凝土的抗壓強度加以對比。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%）。檢驗結(jié)果如圖1所示。圖中包括28d、60d標養(yǎng)強度、60d自然養(yǎng)護（試件裸露存放于當(dāng)時的室內(nèi)溫、濕度環(huán)境中）實測強度和回彈推定強度共計四項強度指標。

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%，均滿足標準規(guī)定。其次，每種混凝土產(chǎn)品60d自然養(yǎng)護的回彈推定強度比同一齡期的標養(yǎng)強度和自然養(yǎng)護強度都要低。由于杭州屬于典型的夏熱冬冷地區(qū)，夏季（檢驗時間為8月）室內(nèi)溫度普遍高于標養(yǎng)室溫度，故圖中60d自然養(yǎng)護強度高于標準養(yǎng)護的情況，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定儀，以6h通過混凝土試件的總電通量（庫侖）（電通量法）作為評價混凝土的抗氯離子滲透能力。該指標也能在一定程度上反映混凝土的密實性和耐久性。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)），檢驗前經(jīng)標準養(yǎng)護56d。兩類混凝土產(chǎn)品檢驗結(jié)果的對比如圖2所示。顯然，復(fù)合摻合料混凝土產(chǎn)品比同強度等級的傳統(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)果見圖3。由圖3發(fā)現(xiàn)：

1）同強度等級的產(chǎn)品相比，復(fù)合摻合料混凝土對應(yīng)的電通量（白色數(shù)據(jù)點）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），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價混凝土的密實性，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；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；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，達不到“Q-IV”級。

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）以立方體抗壓強度作為質(zhì)量評定的基本指標，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強度富裕率略低，60d強度增長率較高，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)護的回彈推定強度比同一齡期的實測標養(yǎng)強度和自然養(yǎng)護強度都要低，同時夏季60d的自然養(yǎng)護強度高于標養(yǎng)強度，冬季則相反。

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