復摻技術(shù)在商品混凝土中的應用與研究

摘要：本文通過大量試驗及實踐生產(chǎn)對比單摻粉煤灰與復摻技術(shù)配制的商品混凝土性能。建議實際應用中可以采用礦粉-粉煤灰復摻技術(shù)，充分發(fā)揮礦粉和粉煤灰的互補效應，改善混凝土的和易性、耐久性和可泵性，保護環(huán)境，降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭力。

關(guān)鍵詞：礦粉；復摻技術(shù)；商品混凝土；經(jīng)濟效果

　　復摻技術(shù)是指在商品混凝土中摻入粉煤灰的同時摻入一定量磨細的礦渣，改善摻粉煤灰商品混凝土早期強度偏低、易開裂等缺陷。自1862年德國人發(fā)現(xiàn)礦渣具有一定的活性后，礦渣就一直被作為水泥的混合材使用，直到20世紀90年代，我國才開始研究磨細礦渣的特性，并開展應用研究工作。2000年國家標準《用于水泥和混凝土的粒化高爐礦渣粉》正式頒布實施，使得礦渣微粉作為一種獨立組分應用于商品混凝土中[1]。但是由于施工單位對礦渣微粉的性能了解不夠深入，局限了礦粉在商品混凝土中的廣泛應用。近年來，我公司對復摻后的商品混凝土進行了反復試驗和生產(chǎn)實踐證明，復摻粉煤灰和礦粉的商品混凝土不僅能夠降低商品混凝土的生產(chǎn)成本，降低環(huán)境污染程度，更重要的是它能夠改善商品混凝土的和易性和可泵性，降低坍落度損失，減少混凝土的早期開裂現(xiàn)象，提高混凝土的耐久性[2]。本文報道了礦粉和粉煤灰復摻技術(shù)在我公司生產(chǎn)的混凝土中的應用試驗研究及成本分析。

1 試驗原料和試驗方法

1.1試驗原材料

　?。?）水泥：海螺水泥廠P.O42.5，其技術(shù)指標見表1。

表1 水泥的技術(shù)指標

　?。?）砂：贛江中砂，其技術(shù)指標見表2。

表2 砂的技術(shù)指標

　?。?）石子：鎮(zhèn)江石馬碎石，5~31.5連續(xù)級配，其技術(shù)指標見表3。

表3 碎石的技術(shù)指標

　?。?）粉煤灰：鎮(zhèn)江市諫壁電廠II級粉煤灰，其性能指標見表4。

表4 粉煤灰的性能指標

　?。?）礦粉：江鑫礦粉S95級，其性能指標見表5。

表5 礦粉的性能指標

　　（6）外加劑：鎮(zhèn)江萬邦新型建材有限公司W(wǎng)L-Y1型高效減水劑，主要性能指標見表6。

表6 外加劑主要性能指標

　?。?）水：符合國家飲用水標準的自來水。

1.2 實驗方法：

　?。?）配合比設(shè)計參照JG55-2000《普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》并結(jié)合經(jīng)驗、生產(chǎn)實踐進行。

　?。?）混凝土的坍落度、和易性參照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能實驗方法標準》，坍落度損失采用的是模擬運送實際情況得出的。

　?。?）混凝土的配合比：本實驗采用最常用的兩種混凝土標號的配合比，其具體數(shù)據(jù)見表7。

表7 混凝土配合比

2 實驗結(jié)果與分析

2.1 實驗結(jié)果

　　表7中各等級混凝土配合比的結(jié)果見表8。

　　表8 混凝土的性能測試結(jié)果

2.2實驗結(jié)果分析

2.2.1 復摻技術(shù)對商品混凝土用水量的影響

　　如表7所示，單位用水量相同時，復摻技術(shù)配制的混凝土坍落度較大，也就是說，若達到相同的坍落度時，混凝土的單位用水量應較單摻粉煤灰的混凝土少。筆者認為，這可能是由于礦粉、粉煤灰的微集料效應導致用于骨料間隙的水分減少；同時，粉煤灰中富含的球狀玻璃體對漿體起到“潤滑作用”，增大拌合物流動性，所以單位用水量減少。

2.2.2 復摻技術(shù)對商品混凝土流動性、泌水性、坍落度損失的影響

　　如表8所示，采用復摻技術(shù)配制的C25和C30混凝土流動性較單摻粉煤灰的混凝土要好，分析其作用機理，主要有以下幾個方面[3]：1 靜電斥力作用：礦粉和粉煤灰等混合材吸附高效減水劑形成雙電層，在粒子之間產(chǎn)生分散斥力，而混合材表面的電位高，產(chǎn)生的排斥力大，有利于水泥的分散，混合材的摻量越高，水泥分散性越好，流動性也越好；2 粒形效應：礦粉和粉煤灰顆粒較小且表面光滑，將其填充于水泥顆粒之間，降低了粒子之間的摩擦，摻量越大，摩擦力越小，流動性越好；3 填充分散作用：礦粉和粉煤灰填充于水泥顆粒之間，使原來處于絮凝狀態(tài)的水泥顆粒分散，其絮凝結(jié)構(gòu)中的水被釋放出來，使?jié){體進一步稀化，另外，粉煤灰和礦渣的摻入使?jié){體的體積增大，因而顯著增加了潤滑作用，增加其流動性。

　　采用復摻技術(shù)配制的混凝土泌水率較單摻粉煤灰的混凝土要高，這可能是由于礦粉的摻入，增加了漿體的流動性，保水性差從而使泌水率增大。

　　采用復摻技術(shù)配制的混凝土1h后坍落度損失較單摻粉煤灰的混凝土小，且在一定范圍內(nèi)礦粉摻量越大，坍落度損失越小。這主要是由于礦粉的微集料、分散、形貌等自身物理功能效應對混凝土產(chǎn)生一種增塑作用，從而減少了坍落度損失。

2.2.3復摻技術(shù)對商品混凝土強度的影響

　　如表8所示，粉煤灰摻量相同時，復摻礦粉的混凝土7d強度較低，但是后期強度增長較快，60d強度超過單摻粉煤灰混凝土5MPa左右。分析其原因主要有：1 單摻粉煤灰時，由于水泥摻量較多，其早期強度較高，但水泥強度在28d以后已經(jīng)基本上沒有增長的余地了，后期強度增長主要靠粉煤灰和水泥水化生成的氫氧化鈣進行二次反應生成C-S-H凝膠和水化鋁酸鈣；同時由于水泥含量多，水泥水化生成大量的可溶的氫氧化鈣晶體，在硬化混凝土中CH的分布是極不均勻的，從骨料與膠結(jié)材之間的界面看，在界面過渡層的一定區(qū)域內(nèi)CH密集及定向排列，與其他部分硬化水泥石相比，這種結(jié)構(gòu)較為疏松多孔，使得界面區(qū)強度較低，連接不好，從而影響整個混凝土的后期強度。而復摻礦粉的混凝土，由于水泥被一部分礦粉取代造成早期強度下降，但由于礦粉具有較高的活性，早期強度只有略微降低；并且礦粉和粉煤灰均能夠和水泥水化產(chǎn)物進行二次反應，提高混凝土的后期強度，同時由于礦粉和粉煤灰的微集料效應、形態(tài)效應及其兩者的互補效應，體現(xiàn)出"1+1>2"的效果，從而使混凝土的孔隙率下降，抗?jié)B性能和耐久性也隨之提高。

3、復摻技術(shù)給社會企業(yè)帶來的影響及存在的問題

3.1 復摻技術(shù)給社會和企業(yè)帶來的影響

　　眾所周知，水泥是混凝土中最重要的組分，水泥熟料生產(chǎn)會排放大量的粉塵、CO2、SO3等有害氣體，消耗大量的石灰石、粘土資源，產(chǎn)生噪音污染；此外，生產(chǎn)水泥還需要消耗大量的能源，每生產(chǎn)1t水泥熟料需要大約100－130Kg標準煤，90度電；而加工磨細礦粉的電耗大約在45－55°/t，粉煤灰則是由電廠生產(chǎn)直接利用的副產(chǎn)品，不存在電耗。我國水泥生產(chǎn)的年產(chǎn)量已達8億噸，假設(shè)礦粉和粉煤灰分別取代1億t水泥，可以減少排放約2億t的CO2，節(jié)約0.2億t標準煤，40億度電，節(jié)能和環(huán)保效應顯著。

　　在商品混凝土中采用復摻技術(shù)不僅具有環(huán)保效應還給混凝土生產(chǎn)企業(yè)帶來了客觀的經(jīng)濟效應。按照本公司的生產(chǎn)配方，生產(chǎn)1m3C25的混凝土，采用復摻技術(shù)所用的成本大約為（水的價格不計算在內(nèi)）：170.3元，而采用單摻技術(shù)所用的成本大約為：178.6元；生產(chǎn)1m3C30的混凝土，采用復摻技術(shù)所用的成本大約為（水的價格不計算在內(nèi)）：180.4元，而采用單摻技術(shù)所用的成本大約為：189.3元。

　　從上面的分析可以看出，采用復摻技術(shù)生產(chǎn)的商品混凝土每立方米能夠節(jié)約8~9元左右，我公司每月的產(chǎn)量在4萬方左右，這就是說每月能夠節(jié)約32~36萬元，并且其和易性、耐久性、抗?jié)B性能較單摻粉煤灰的混凝土要好。

3.2 存在的問題及建議

　　礦粉－粉煤灰復摻技術(shù)是近幾年在鎮(zhèn)江商品混凝土生產(chǎn)廠家中發(fā)展起來的一種新型技術(shù)，該技術(shù)利用了粉煤灰，礦粉和水泥復合膠凝材料，產(chǎn)生的相互疊加效應，提高商品混凝土的質(zhì)量與耐久性，但在應用的過程中存在以下幾個問題：1、用戶對摻入礦粉的意圖不是很明確，僅僅認為生產(chǎn)廠家是為了節(jié)約水泥節(jié)約成本而采用的常規(guī)手段，因而不愿采用摻礦粉的商品混凝土，造成了復摻技術(shù)在鎮(zhèn)江商品混凝土市場上應用困難；2、目前，生產(chǎn)廠家所使用的粉煤灰和礦粉的品質(zhì)為規(guī)范中所規(guī)定的下限，盡管達到規(guī)范標準，但品質(zhì)波動較大，同時由于礦粉因粉磨成本和原料的原因，不同廠家的品質(zhì)也波動較大，不利于質(zhì)量的控制；

3、混凝土的碳化程度較深

　　針對上述的問題提出了幾種建議：1、企業(yè)內(nèi)部應進一步強化關(guān)于復摻技術(shù)的知識，解決用戶的疑點；2、嚴格把關(guān)礦粉、粉煤灰和各種其他原材料的品質(zhì)，在降低成本的同時，提高混凝土的質(zhì)量；3、注意從混凝土性能要求的角度，根據(jù)礦粉、粉煤灰的特性及工程的實際情況，以規(guī)范為依據(jù)，但是不拘泥與規(guī)范來設(shè)計混凝土中礦物摻和料的選型及復摻的摻量；4、根據(jù)實際情況，復摻技術(shù)生產(chǎn)的混凝土的碳化深度較深，但是當水膠比較低時，碳化程度反而較低，因此，采用復摻技術(shù)生產(chǎn)的混凝土一定要嚴格控制用水量，盡可能降低水膠比。

4 結(jié)語

　　根據(jù)本公司的實際情況，進行了礦粉－粉煤灰復摻技術(shù)的應用研究及效益分析，結(jié)果表明：采用復摻技術(shù)制備的商品混凝土具有優(yōu)良的和易性，能夠降低混凝土的單位用水量；能夠提高混凝土的后期強度和耐久性，并且具有顯著的環(huán)保效應；將復摻技術(shù)應用于商品混凝土中，能夠顯著的降低企業(yè)的生產(chǎn)成本，提高企業(yè)的競爭力，對企業(yè)的發(fā)展具有良好的牽引力。因此，將復摻技術(shù)廣泛應用于商品混凝土中具有廣闊的前景。