复掺技术在商品混凝土中的应用与研究

摘要：本文通过大量试验及实践生产对比单掺粉煤灰与复掺技术配制的商品混凝土性能。建议实际应用中可以采用矿粉-粉煤灰复掺技术，充分发挥矿粉和粉煤灰的互补效应，改善混凝土的和易性、耐久性和可泵性，保护环境，降低企业的生产成本，提高企业的竞争力。

关键词：矿粉；复掺技术；商品混凝土；经济效果

　　复掺技术是指在商品混凝土中掺入粉煤灰的同时掺入一定量磨细的矿渣，改善掺粉煤灰商品混凝土早期强度偏低、易开裂等缺陷。自1862年德国人发现矿渣具有一定的活性后，矿渣就一直被作为水泥的混合材使用，直到20世纪90年代，我国才开始研究磨细矿渣的特性，并开展应用研究工作。2000年国家标准《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》正式颁布实施，使得矿渣微粉作为一种独立组分应用于商品混凝土中[1]。但是由于施工单位对矿渣微粉的性能了解不够深入，局限了矿粉在商品混凝土中的广泛应用。近年来，我公司对复掺后的商品混凝土进行了反复试验和生产实践证明，复掺粉煤灰和矿粉的商品混凝土不仅能够降低商品混凝土的生产成本，降低环境污染程度，更重要的是它能够改善商品混凝土的和易性和可泵性，降低坍落度损失，减少混凝土的早期开裂现象，提高混凝土的耐久性[2]。本文报道了矿粉和粉煤灰复掺技术在我公司生产的混凝土中的应用试验研究及成本分析。

1 试验原料和试验方法

1.1试验原材料

　　（1）水泥：海螺水泥厂P.O42.5，其技术指标见表1。

表1 水泥的技术指标

　　（2）砂：赣江中砂，其技术指标见表2。

表2 砂的技术指标

　　（3）石子：镇江石马碎石，5~31.5连续级配，其技术指标见表3。

表3 碎石的技术指标

　　（4）粉煤灰：镇江市谏壁电厂II级粉煤灰，其性能指标见表4。

表4 粉煤灰的性能指标

　　（5）矿粉：江鑫矿粉S95级，其性能指标见表5。

表5 矿粉的性能指标

　　（6）外加剂：镇江万邦新型建材有限公司WL-Y1型高效减水剂，主要性能指标见表6。

表6 外加剂主要性能指标

　　（7）水：符合国家饮用水标准的自来水。

1.2 实验方法：

　　（1）配合比设计参照JG55-2000《普通混凝土配合比设计规范》并结合经验、生产实践进行。

　　（2）混凝土的坍落度、和易性参照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能实验方法标准》，坍落度损失采用的是模拟运送实际情况得出的。

　　（3）混凝土的配合比：本实验采用最常用的两种混凝土标号的配合比，其具体数据见表7。

表7 混凝土配合比

2 实验结果与分析

2.1 实验结果

　　表7中各等级混凝土配合比的结果见表8。

　　表8 混凝土的性能测试结果

2.2实验结果分析

2.2.1 复掺技术对商品混凝土用水量的影响

　　如表7所示，单位用水量相同时，复掺技术配制的混凝土坍落度较大，也就是说，若达到相同的坍落度时，混凝土的单位用水量应较单掺粉煤灰的混凝土少。笔者认为，这可能是由于矿粉、粉煤灰的微集料效应导致用于骨料间隙的水分减少；同时，粉煤灰中富含的球状玻璃体对浆体起到“润滑作用”，增大拌合物流动性，所以单位用水量减少。

2.2.2 复掺技术对商品混凝土流动性、泌水性、坍落度损失的影响

　　如表8所示，采用复掺技术配制的C25和C30混凝土流动性较单掺粉煤灰的混凝土要好，分析其作用机理，主要有以下几个方面[3]：1 静电斥力作用：矿粉和粉煤灰等混合材吸附高效减水剂形成双电层，在粒子之间产生分散斥力，而混合材表面的电位高，产生的排斥力大，有利于水泥的分散，混合材的掺量越高，水泥分散性越好，流动性也越好；2 粒形效应：矿粉和粉煤灰颗粒较小且表面光滑，将其填充于水泥颗粒之间，降低了粒子之间的摩擦，掺量越大，摩擦力越小，流动性越好；3 填充分散作用：矿粉和粉煤灰填充于水泥颗粒之间，使原来处于絮凝状态的水泥颗粒分散，其絮凝结构中的水被释放出来，使浆体进一步稀化，另外，粉煤灰和矿渣的掺入使浆体的体积增大，因而显著增加了润滑作用，增加其流动性。

　　采用复掺技术配制的混凝土泌水率较单掺粉煤灰的混凝土要高，这可能是由于矿粉的掺入，增加了浆体的流动性，保水性差从而使泌水率增大。

　　采用复掺技术配制的混凝土1h后坍落度损失较单掺粉煤灰的混凝土小，且在一定范围内矿粉掺量越大，坍落度损失越小。这主要是由于矿粉的微集料、分散、形貌等自身物理功能效应对混凝土产生一种增塑作用，从而减少了坍落度损失。

2.2.3复掺技术对商品混凝土强度的影响

　　如表8所示，粉煤灰掺量相同时，复掺矿粉的混凝土7d强度较低，但是后期强度增长较快，60d强度超过单掺粉煤灰混凝土5MPa左右。分析其原因主要有：1 单掺粉煤灰时，由于水泥掺量较多，其早期强度较高，但水泥强度在28d以后已经基本上没有增长的余地了，后期强度增长主要靠粉煤灰和水泥水化生成的氢氧化钙进行二次反应生成C-S-H凝胶和水化铝酸钙；同时由于水泥含量多，水泥水化生成大量的可溶的氢氧化钙晶体，在硬化混凝土中CH的分布是极不均匀的，从骨料与胶结材之间的界面看，在界面过渡层的一定区域内CH密集及定向排列，与其他部分硬化水泥石相比，这种结构较为疏松多孔，使得界面区强度较低，连接不好，从而影响整个混凝土的后期强度。而复掺矿粉的混凝土，由于水泥被一部分矿粉取代造成早期强度下降，但由于矿粉具有较高的活性，早期强度只有略微降低；并且矿粉和粉煤灰均能够和水泥水化产物进行二次反应，提高混凝土的后期强度，同时由于矿粉和粉煤灰的微集料效应、形态效应及其两者的互补效应，体现出"1+1>2"的效果，从而使混凝土的孔隙率下降，抗渗性能和耐久性也随之提高。

3、复掺技术给社会企业带来的影响及存在的问题

3.1 复掺技术给社会和企业带来的影响

　　众所周知，水泥是混凝土中最重要的组分，水泥熟料生产会排放大量的粉尘、CO2、SO3等有害气体，消耗大量的石灰石、粘土资源，产生噪音污染；此外，生产水泥还需要消耗大量的能源，每生产1t水泥熟料需要大约100－130Kg标准煤，90度电；而加工磨细矿粉的电耗大约在45－55°/t，粉煤灰则是由电厂生产直接利用的副产品，不存在电耗。我国水泥生产的年产量已达8亿吨，假设矿粉和粉煤灰分别取代1亿t水泥，可以减少排放约2亿t的CO2，节约0.2亿t标准煤，40亿度电，节能和环保效应显著。

　　在商品混凝土中采用复掺技术不仅具有环保效应还给混凝土生产企业带来了客观的经济效应。按照本公司的生产配方，生产1m3C25的混凝土，采用复掺技术所用的成本大约为（水的价格不计算在内）：170.3元，而采用单掺技术所用的成本大约为：178.6元；生产1m3C30的混凝土，采用复掺技术所用的成本大约为（水的价格不计算在内）：180.4元，而采用单掺技术所用的成本大约为：189.3元。

　　从上面的分析可以看出，采用复掺技术生产的商品混凝土每立方米能够节约8~9元左右，我公司每月的产量在4万方左右，这就是说每月能够节约32~36万元，并且其和易性、耐久性、抗渗性能较单掺粉煤灰的混凝土要好。

3.2 存在的问题及建议

　　矿粉－粉煤灰复掺技术是近几年在镇江商品混凝土生产厂家中发展起来的一种新型技术，该技术利用了粉煤灰，矿粉和水泥复合胶凝材料，产生的相互叠加效应，提高商品混凝土的质量与耐久性，但在应用的过程中存在以下几个问题：1、用户对掺入矿粉的意图不是很明确，仅仅认为生产厂家是为了节约水泥节约成本而采用的常规手段，因而不愿采用掺矿粉的商品混凝土，造成了复掺技术在镇江商品混凝土市场上应用困难；2、目前，生产厂家所使用的粉煤灰和矿粉的品质为规范中所规定的下限，尽管达到规范标准，但品质波动较大，同时由于矿粉因粉磨成本和原料的原因，不同厂家的品质也波动较大，不利于质量的控制；

3、混凝土的碳化程度较深

　　针对上述的问题提出了几种建议：1、企业内部应进一步强化关于复掺技术的知识，解决用户的疑点；2、严格把关矿粉、粉煤灰和各种其他原材料的品质，在降低成本的同时，提高混凝土的质量；3、注意从混凝土性能要求的角度，根据矿粉、粉煤灰的特性及工程的实际情况，以规范为依据，但是不拘泥与规范来设计混凝土中矿物掺和料的选型及复掺的掺量；4、根据实际情况，复掺技术生产的混凝土的碳化深度较深，但是当水胶比较低时，碳化程度反而较低，因此，采用复掺技术生产的混凝土一定要严格控制用水量，尽可能降低水胶比。

4 结语

　　根据本公司的实际情况，进行了矿粉－粉煤灰复掺技术的应用研究及效益分析，结果表明：采用复掺技术制备的商品混凝土具有优良的和易性，能够降低混凝土的单位用水量；能够提高混凝土的后期强度和耐久性，并且具有显著的环保效应；将复掺技术应用于商品混凝土中，能够显著的降低企业的生产成本，提高企业的竞争力，对企业的发展具有良好的牵引力。因此，将复掺技术广泛应用于商品混凝土中具有广阔的前景。