地聚合物混凝土與普通混凝土交結(jié)應(yīng)用技術(shù)研究（下）

周杰，劉晨，張保

（1. 西安高科新達混凝土有限責(zé)任公司，陜西 西安 710119；2. 陜西省混凝土行業(yè)協(xié)會，陜西 西安 710082）

（接前文）

4 粉煤灰基地聚合物混凝土配制技術(shù)與普通混凝土配制技術(shù)交結(jié)試驗

4.1 技術(shù)思路

按照目前的配制水平，粉煤灰基地聚合物混凝土存在三大技術(shù)缺陷：一是新拌混凝土過于粘稠，工作度小，且損失快；二是在常溫環(huán)境中，生成強度過低；三是生產(chǎn)成本偏高，不易被市場接受。能否帶入部分水泥，利用水泥中自帶堿性，再補充少量化學(xué)堿和堿（土）金屬，使高濃度堿溶液條件下的快速聚合，轉(zhuǎn)化為在低濃度條件下的常規(guī)水化中進行勻質(zhì)聚合。這樣做既可以克服粉煤灰基地聚合物混凝土的不利因素，又可以降低混凝土的配制成本。需要說明的是，將粉煤灰基地聚合物混凝土的聚合原理與普通混凝土的配制技術(shù)相結(jié)合，雖然從理論上評估是沒有問題的，但從嚴格意義上講，已不能稱其為粉煤灰基地聚合物混凝土，因此，我們稱其為兩種不同混凝土的交結(jié)技術(shù)，這種新型技術(shù)的重點，更傾向于在普通混凝土工程中的應(yīng)用。

4.2 技術(shù)方案

（1）方案擬定以 C30、C40、C50、C60 普通混凝土配合比為基礎(chǔ)，分別代入 40%～60% 粉煤灰。

（2）方案擬定采用陜西正元牌粉煤灰。

（3）方案擬定采用堯柏牌 P·O42.5 水泥。

（4）方案擬定采用當(dāng)?shù)?5～25mm 碎石，灞河中砂，均為非活性骨料。

（5）方案擬定采用聚羧酸外加劑，摻量為膠結(jié)材料總量的 2.3%～2.5%。

（6）方案擬定采用生產(chǎn)用水為拌合水，用水量不宜大 160kg/m3。

（7）方案擬定采用 K 類水玻璃，堿金屬及堿（土）金屬混合激發(fā)劑（S·K·F-E 型），摻量為膠結(jié)材料總量的 1%。

（8）方案擬定新拌混凝土坍落度應(yīng)控制在 (200±30)mm，經(jīng)時損失率不大于 10%，擴展度不小于550mm，經(jīng)時損失不大于 15%，且和易性良好。

（9）方案擬定每批次試驗應(yīng)制作試件 4 組（100mm×100mm×100mm），試件拆模后應(yīng)立即進入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，屆時進行 3d、7d、28d、60d 抗壓強度檢驗。

（10）方案擬定 C30（50% 粉煤灰）、C60（40%粉煤灰）兩等級混凝土，應(yīng)分別制作抗凍滲試件各一組（100mm×100mm×400mm、175mm×185mm×150mm），并在規(guī)定時間內(nèi)進行抗凍滲試驗。

（11）方案擬定 C30（50% 粉煤灰）、C60（40%粉煤灰）兩等級混凝土，應(yīng)分別制作抗氯離子滲透試驗試件各一組（電通量法），C30 等級制作抗碳化試件一組，屆時按規(guī)定進行相關(guān)試驗。

（12）方案擬定優(yōu)選出最佳粉煤灰摻量，最終形成施工配合比。

4.3 材料要求

（1）粉煤灰細度應(yīng)小于 1%（0.045μm 篩），其它指標應(yīng)符合Ⅰ級灰要求。

（2）水泥應(yīng)符合現(xiàn)行普通硅酸鹽水泥要求。

（3）砂、石質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行規(guī)范標準要求。

（4）外加劑應(yīng)符合高性能外加劑全部質(zhì)量指標，濃度為 9%～11%。

（5）拌合水應(yīng)符合拌合水質(zhì)量要求。

（6）S·K·F-E 型混合激發(fā)劑，應(yīng)具備省級質(zhì)量檢測報告。

4.4 交結(jié)試驗配合比及性能試驗結(jié)果

粉煤灰基地聚合物混凝土與普通混凝土交結(jié)試驗配合比見和性能試驗結(jié)果表 9。

4.5 交結(jié)試驗分析總結(jié)

（1）從表 9 的試驗數(shù)據(jù)和情況說明中可以看到，粉煤灰基地聚合物混凝土和普通混凝土的交結(jié)試驗是相當(dāng)成功的，在粉煤灰代替膠結(jié)材料總量 40%～60% 區(qū)間，新拌混凝土和易性得以明顯改善，漿石渾然一體，流動自如，經(jīng)時坍落度、擴展度損失微乎其微，凝結(jié)時間正常。

表9 交結(jié)試驗配合比及性能檢測結(jié)果

（2）各等級混凝土在粉煤灰不同摻量下 3～60d強度發(fā)展十分穩(wěn)定，在粉煤灰代替膠結(jié)材料總量 60%時，雖然 28d 抗壓強度未能達到配制指標。然其后期強度仍有大幅度增長，在大體積混凝土工程中還是可以應(yīng)用的。

（3）C55 等級以下混凝土，可采用 50% 粉煤灰代替量，C60 等級以上混凝土，應(yīng)采用 40% 粉煤灰代替量，C70 等級混凝土，建議采用 P·O52.5 水泥。

（4）在粉煤灰代替量 50% 時，混凝土耐久性指標優(yōu)于常規(guī)混凝土。耐久性等級滿足 A-P8F250 QⅢ(1000)T-IV(<10)-GB/T14902 要求。

（5）成型混凝土應(yīng)加強養(yǎng)護，養(yǎng)護期不少于14d。

（6）按目前陜西地區(qū)水泥價格計算，在粉煤灰代替水泥量 50% 時，各等級混凝土成本均下降 30 元/m3以上，C50 等級可下降 36 元/m3，經(jīng)濟效益計算見表10。

表10 經(jīng)濟效益分析表（粉煤灰基）

（7）本課題目標已全部達標。

5 礦渣粉基地聚合物混凝土配制技術(shù)與普通混凝土配制技術(shù)交結(jié)試驗

5.1 技術(shù)思路

礦渣粉基地聚合物混凝土和粉煤灰基地聚合物混凝土的共同之處：一是新拌混凝土過于粘稠，工作度小，且損失快；二是生產(chǎn)成本偏高，不宜被市場接受。所不同的是，礦渣粉基地聚合物混凝土，無論是在常溫或蒸養(yǎng)環(huán)境中，都能生成很高的強度。按照粉煤灰基地聚合物混凝土與普通混凝土的交結(jié)技術(shù)路線，應(yīng)該更容易實現(xiàn)交結(jié)技術(shù)的完成。由于礦渣粉體材料從礦物組成方面更接近火山灰質(zhì)材料，活性指數(shù)也遠高于粉煤灰，故代替水泥用量亦應(yīng)大于粉煤灰代替量。需要關(guān)注的是，相對普通混凝土而言，礦渣粉基地聚合物混凝土與普通混凝土交結(jié)后的材料組成，水泥已不是主體材料。如何不讓礦渣粉基地聚合物混凝土的技術(shù)缺陷在交結(jié)混凝土中重現(xiàn)，混合激發(fā)劑的構(gòu)成及摻量乃為至關(guān)重要。

5.2 技術(shù)方案

（1）方案擬定以 C30、C40、C50、C60 普通混凝土配合比為基礎(chǔ)，分別代入 50%～70% 礦渣粉。

（2）方案擬定采用陜西龍鋼 S95 礦渣粉。

（3）方案擬定采用堯柏牌 P·O42.5 水泥。

（4）方案擬定采用 5～25mm 碎石，灞河中砂，均為非活性骨料。

（5）方案擬定采用聚羧酸外加劑，摻量為膠結(jié)材料總量的 2%～2.3%。

（6）方案擬定采用生產(chǎn)用水為拌合水，用量不宜大于 160kg/m3。

（7）方案擬定采用 K 類水玻璃，堿金屬及堿（土）金屬混合激發(fā)劑（S·K·F-B 型）摻量為膠結(jié)材料總量的 1%。

（8）方案擬定新拌混凝土坍落度應(yīng)控制在 (200±30)mm，經(jīng)時損失小于 10%，擴展度不小于 550mm，經(jīng)時損失不大于 15%，且和易性良好。

（9）方案擬定每批次試驗應(yīng)制作試件 4 組（100mm×100mm×100mm），試件拆模后應(yīng)立即進入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護，屆時進行 3d、7d、28d、60d 抗壓強度檢驗。

（10）方案擬定 C30、C60 兩等級混凝土（70%礦渣粉），分別制作抗凍滲試件各一組（100mm×100mm×400mm、175mm×185mm×150mm），并在規(guī)定時間進行抗凍滲試驗。

（11）方案擬定 C30、C60 兩等級混凝土，（70%礦渣粉）應(yīng)分別制作抗氯離子滲透試驗試件各一組（電通量法），C30 等級制作抗碳化試件一組，屆時按規(guī)定進行相關(guān)試驗。

（12）方案擬定優(yōu)選出最佳礦渣粉用量，最終形成施工配合比。

5.3 材料要求

（1）礦渣粉應(yīng)滿足 S95 產(chǎn)品指標要求。

（2）水泥應(yīng)符合 P·O42.5 等級全部技術(shù)指標。

（3）砂、石質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行標準要求。

（4）外加劑應(yīng)符合高性能外加劑全部技術(shù)指標，濃度 9%～11%。

（5）拌合水應(yīng)符合拌合水質(zhì)量要求。

（6）S·K·F-B 型混合激發(fā)劑，應(yīng)具備省級質(zhì)量檢測報告。

5.4 交結(jié)試驗配合比及性能試驗結(jié)果

礦渣粉基地聚合物混凝土與普通混凝土交結(jié)試驗配合比見和性能試驗結(jié)果表 11。

表11 交結(jié)試驗配合比及性能檢測結(jié)果

5.5 交結(jié)試驗分析總結(jié)

（1）試驗證明：礦渣粉基地聚合物混凝土與普通混凝土的交結(jié)技術(shù)對傳統(tǒng)混凝土而言，已發(fā)生了質(zhì)的變化，水泥已不在成為主體膠結(jié)材料。在礦渣粉代替水泥用量 70% 基礎(chǔ)上，混凝土各種性能均優(yōu)傳統(tǒng)混凝土指標。尤其是可泵性，水化熱、強度及耐久性指標。

（2）從各等級混凝土中礦渣粉不同摻量試驗數(shù)據(jù)分析。新拌混凝土性能均為優(yōu)質(zhì)，3～60d 強度發(fā)展層次分明，后期強度十分穩(wěn)定。

（3）在礦渣粉代替水泥用量 50%～70% 區(qū)間，各等級、各摻量混凝土配制強度有較大富余。故應(yīng)采用70% 帶入率作為合理摻量。

（4）在礦渣粉代入 70% 基礎(chǔ)上，混凝土耐久性指標滿足 A-P8F250QⅢ(1000)T-IV(<10)-GB/T14902 要求。

（5）成型混凝土應(yīng)加強養(yǎng)護，養(yǎng)護期不少于14d。

（6）按目前陜西水泥價格計算，在礦渣粉代替水泥用量 70% 時，各級混凝土成本平均下降 20.8元/m3。C60 等級下降 27.5元/m3。經(jīng)濟效益計算見表 12。

表12 經(jīng)濟效益分析表（礦渣粉基）

（7）本課題目標已全部達標。

6 總體結(jié)論

（1）地聚合物混凝土和普通混凝土，從設(shè)計理念，技術(shù)手段上有所不同。普通混凝土在一定材料背景下可鎖定用水量，求得不同等級混凝土的相同流度。亦可在不同流度下求得相同的混凝土等級。形成梯度明顯的水膠比。而地聚合物混凝土，在一定的材料背景下，只能建立唯一合理的液膠比。其強度代表值的成立也只能是唯一合理的。普通混凝土是水化原理，地聚合物混凝土是聚合原理。

（2）地聚合物混凝土十分粘聚，幾乎沒有坍落度，不適應(yīng)泵送混凝土。尤其是粉煤灰地聚合物混凝土，在常溫生成強度很低，只能應(yīng)用于需要蒸養(yǎng)的混凝土生產(chǎn)工藝。

（3）地聚合物混凝土是以液體水玻璃代替拌合水，其制造成本相對普通偏高，加之只能在裝配式混凝土生產(chǎn)工藝中應(yīng)用，目前很難形成大規(guī)模生產(chǎn)。

（4）把地聚合物混凝土聚合原理與普通混凝土水化原理相結(jié)合，將高濃度快速聚合過程轉(zhuǎn)換為低濃度勻速聚合，不但能夠克服地聚合物混凝土存在的技術(shù)缺陷，還可以大幅度降低混凝土生產(chǎn)成本。

（5）地聚合物混凝土與普通混凝土交結(jié)技術(shù)，經(jīng)過大量系統(tǒng)性試驗和部分工程實踐證明，其技術(shù)性能和質(zhì)量水平都是經(jīng)得起考驗的。除了工程技術(shù)人員的大膽嘗試，還需政府等和規(guī)范標準的大力支撐。

（6）地聚合物混凝土與普通混凝土交結(jié)技術(shù)，符合國家節(jié)能減排、綠色環(huán)保的大政方向。在粉煤灰摻量50% 時，膠結(jié)材料總量中水泥熟料為 37%，在礦渣粉摻量 70% 時，膠結(jié)材料總量中水泥熟料僅為 22%，節(jié)能減排效應(yīng)非常顯著。

7 結(jié)束語

筆者雖然一直從事粉煤灰和礦渣粉的工程應(yīng)用研究，但對地聚合物混凝土的研究卻經(jīng)時不多，理論和實踐經(jīng)驗都不夠充足。把地聚合物混凝土聚合原理與普通混凝土水化原理相結(jié)合，也不過是對混凝土工程理論與實踐的一種大膽嘗試。令人欣慰的是，我們的工作取得了初步成果，新的思維方式產(chǎn)生了新的混凝土配制方法。因此，筆者想做以下幾點陳述：

（1）本次成果盡管令人鼓舞，但肯定尚有不足之處。本文宗旨意在拋磚引玉，僅希望業(yè)內(nèi)有識之士多提寶貴意見。

（2）本成果尚屬新型技術(shù)，應(yīng)用過程中難免會出現(xiàn)某些問題，應(yīng)用單位在出現(xiàn)問題時，可及時和我們聯(lián)系，我們將全力以赴和您共同克難補缺。

（3）本成果是一場新的混凝土理論與實踐，其成敗關(guān)鍵就是科技成果能否轉(zhuǎn)化為實際生產(chǎn)力。本團隊愿意和業(yè)內(nèi)工程技術(shù)人員精誠合作，全力促進該項目技術(shù)成果轉(zhuǎn)化為實實在在的生產(chǎn)力。

（4）如果采用活性骨料時，應(yīng)進行堿—骨料反應(yīng)試驗驗證。（完）