孔令陽，江晨暉，2，陳 焱，龔 俊，陳國海，王亞東

（1.浙江華威混凝土有限公司，浙江 杭州311228；2.浙江建設職業(yè)技術學院，浙江 杭州311231；3.杭州華力建材有限公司，浙江杭州311136）

1 概 述

由于全社會對環(huán)保的日益重視，特別是清潔能源興起帶來的火電廠和鋼鐵廠的減少，以粉煤灰和礦渣粉為代表的傳統(tǒng)優(yōu)質礦物摻合料面臨短缺和供不應求。為了滿足日益增長的摻合料消耗，市場上不斷出現造假、摻假、以次充好、質量水平低及不穩(wěn)定的產品。有些商品混凝土企業(yè)為了節(jié)約成本而使用價低質差的摻合料，雖然生產的混凝土強度能達到要求，但其耐久性方面的指標往往差強人意。這勢必造成混凝土結構的服役壽命得不到保證，甚至導致工程質量和安全事故［1-4］。

在此大背景下，以 “節(jié)能減排，優(yōu)勢互補” 為宗旨發(fā)展應用起來的復合礦物摻合料（以下簡稱 “復合摻合料” ），逐步得到工程界的認可，近十年來更是方興未艾，大有應用和發(fā)展?jié)摿?。與單一的摻合料相比，復合摻合料能充分發(fā)揮各種材料的性能特點和技術優(yōu)勢，彌補單一材料的某些缺陷，發(fā)揮多種組分的 “超疊加效應” ，從而獲得更好的應用效果。復合摻合料混凝土的工作性、物理力學性能、耐久性及經濟成本都比普通混凝土具有潛在優(yōu)勢。通過技術調節(jié)，能獲得滿足混凝土工程應用多樣化需求的復合摻合料系列化產品。因此，復合摻合料是現代混凝土中不可或缺的功能性材料［5-7］。

2 實 驗

2.1復合摻合料的基本性質

基于X射線衍射（XRD）的化學成分分析法，對采用的復合摻合料產品進行了三次平行分析，數據見表1。復合摻合料的主要成分為非晶態(tài)無定型硅、鈣和鋁的氧化物，SiO2、Al2O3和Fe2O3的總質量分數（平均值）高達90%，甚至高于Ⅰ級F類粉煤灰?？梢娖浠鹕交一钚詽M足作為混凝土摻合料的使用要求。

表1 復合摻合料化學分析測試數據

復合摻合料的性能須符合現行《混凝土用復合摻合料（JC／T 486—2015）》和《礦物摻合料應用技術規(guī)范（GB／T 51003—2014）》等標準規(guī)范的規(guī)定。經試驗分析，本研究采用的復合摻合料產品，各項性能指標均符合上述標準對 “普通型II級” 的相關規(guī)定，見表2。

表2 采用復合礦物摻合料的技術指標

2.2 其他原材料的基本性質

所用原材料分別為：P·O 42.5水泥（新市南方和運河水泥）；II級粉煤灰（億萬）；S95礦粉（中天）；細骨料（天然砂和機制砂的混合砂）；高濃度萘系減水劑（科之杰Point－400G）。各批次細骨料性能指標見表3。由于本研究時間跨度較長，加上絕大部分原材料直接來自于攪拌站料倉，規(guī)格和質量存在一定差異，后文將對不同之處加以具體說明。

表3 細骨料性能檢測數據

2.3 混凝土的配合比

復合摻合料混凝土的配合比設計主要遵循以下幾個原則：

1）保證膠凝材料總量足夠的前提下，合理增大復合摻合料的摻量，建議不宜低于30%。

2）與同強度等級的傳統(tǒng)礦物摻合料混凝土相比，水膠比應略微下調。

3）保持與傳統(tǒng)摻合料混凝土相同的工作性，通過調節(jié)骨料用量和高效減水劑摻量，確?；炷恋拿軐嵍群秃笃趶姸仍鲩L。

4）注意復合摻合料與水泥、外加劑的相容性，確保復合摻合料的勻質性和穩(wěn)定性。

由于下述各試驗的目的和對象有所差異，加上原材料的批次不盡相同，采用的混凝土配合比會有所區(qū)別。

2.4 試驗方法

本研究采用的試驗方法，主要參照現行國標《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準（GB／T 50080—2016）》和《混凝土物理力學性能試驗方法標準（GB／T 50081—2019）》實施。自由干燥收縮采用100 mm×100 mm×400 mm的棱柱體試件，成型24 h后拆模（拆模前未予覆蓋）并開始測試，直至28 d齡期。具體方法參照《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準（GB／T 50082—2019）》規(guī)定的 “接觸法” 執(zhí)行。采用混凝土氯離子電通量測定儀，以6 h通過混凝土試件的總電通量（C）（電通量法）作為評價混凝土的抗氯離子滲透能力（參照GB／T 50082執(zhí)行）。該指標也能在一定程度上反映混凝土的密實性和耐久性。

本研究以傳統(tǒng)摻合料應用方式（即單摻粉煤灰或復摻粉煤灰和礦粉）的混凝土作為基準情況，凸顯復合摻合料混凝土（即復摻復合摻合料和粉煤灰的情況）的性能（包括拌合物工作性、強度、氯離子滲透性、自由收縮率等）和成本優(yōu)勢。

3 結果及討論

3.1 強度特性

不同膠凝材料組合的混凝土（C30～C50）配合比、初始坍落擴展度等信息均列于表4中。為直觀起見，各配合比混凝土（區(qū)分不同強度等級和水膠比）的抗壓強度隨齡期的發(fā)展規(guī)律繪于圖1中，對應的單位成本能獲得的強度見圖2。

表4 混凝土的配合比和基本性能

由表4所列數據不難發(fā)現：大體上來說，同強度等級的復合摻合料混凝土的工作性與基準（傳統(tǒng)摻合料混凝土）情況相同。具體地，對于C40、C45和C50三個強度等級而言，復合摻合料混凝土的坍落擴展度較相應的傳統(tǒng)摻合料混凝土略大；對于C30和C35兩個較低的強度等級，則情況正好相反。

總體上來說，隨著強度等級的提高和水膠比的降低，總膠凝材料用量增大，擴展度減小，混凝土的強度提高。

由圖1和表5的數據可以看出：對于水膠比較高（均為0.49）的C30和C35而言，復合摻合料對混凝土強度的貢獻較為顯著。以C30為例，與OPC＋FA和OPC＋FA＋BS的情況相比，OPC＋FA＋CMA的膠凝材料總量減少10 kg，其各齡期的強度仍然為三者中的最高，且后期仍保持較大增幅。C35也有與此類似的表現。C35的4個配合比中，雖然OPC＋FA＋BS獲得了最高強度，但其膠凝材料總用量最多（409 kg），較另一組OPC＋FA＋CMA高出21 kg。

對于水膠比下降后的C40、C45和C50而言，情況幾乎是相反的。也即以復合摻合料部分取代水泥和礦渣粉之后，混凝土的強度降低，以C40和C45表現更為突出，強度最大降幅高達14.4%，最小降幅為3%。從另一角度分析，與設計強度等級相比，各強度等級的復合摻合料混凝土后期強度增幅比傳統(tǒng)摻合料混凝土更大（表5）。

以標養(yǎng)28 d抗壓強度（MPa）與單方成本價（元）之比作為衡量混凝土 “性價比” 的指標。以C35為例，不同膠凝材料組合的混凝土的 “性價比” 見圖2。性價比最高的是 OPC＋FA＋BS，其次是OPC＋CMA。雖然前者的性價比更高，但膠凝材料總量高于后者，就早期抗裂性能而言是不利的。

表5 復合摻合料混凝土與傳統(tǒng)摻合料混凝土的強度增進情況對比

圖1 各配合比混凝土的強度發(fā)展歷程

圖2 不同膠凝材料組合的混凝土性價比

3.2 自由收縮特性

用于干燥收縮測試的兩組混凝土的配合比信息見表6。兩組混凝土28 d齡期內的干燥收縮隨齡期發(fā)展的規(guī)律見圖3。

圖3 復合摻合料與傳統(tǒng)摻合料混凝土干燥收縮對比

從這些試驗數據不難發(fā)現：復合摻合料混凝土各齡期收縮率均小于傳統(tǒng)摻合料混凝土。傳統(tǒng)摻合料混凝土早期收縮增長幅度更大，14 d后逐漸趨于平穩(wěn)。復合摻合料混凝土早期自由收縮增長幅度較小，21 d后逐漸趨于平穩(wěn)。由此可見，復合摻合料對提高混凝土密實性和抗裂性能具有積極意義。究其原因，可能與復合摻合料整體水化活性偏低和包含的某些抑制收縮的組分有關［3-5］。

表6 混凝土干燥收縮試驗配合比及基礎試驗數據

3.3 抗氯離子滲透性能

根據國家標準《預拌混凝土（GB／T 14902—2012）》，預拌混凝土的抗氯離子滲透性能等級按電通量大小劃分為五級，分別是Q－Ⅰ、Q－Ⅱ、Q－Ⅲ、Q－Ⅳ、Q－Ⅴ，幾乎相當于ASTM標準中的高（High）、中等（Moderate）、低（Low）、極低（Very Low）、可忽略（Negligible）四個等級。電通量越小，混凝土的內部結構越致密，抗?jié)B性越好。如圖4所示，對比兩類混凝土的電通量試驗數據，不難發(fā)現：復合摻合料混凝土比同強度等級的傳統(tǒng)摻合料混凝土具有更低的滲透性和更高的密實性，前者的56 d電通量比后者降低23%～36%。

圖4 兩類混凝土冬、夏季56 d電通量對比

4 結 語

綜合以上復合摻合料高性能混凝土的試驗研究，可歸納以下：

1）對于水膠比較高的C30和C35而言，復合摻合料對混凝土強度的貢獻較為顯著。對于水膠比下降后的C40、C45和C50而言，情況幾乎是相反的。低強度等級的復合摻合料混凝土的性價比優(yōu)于傳統(tǒng)摻合料混凝土。

2）復合摻合料混凝土28 d內各齡期干燥收縮均小于傳統(tǒng)摻合料混凝土，且后者早期收縮增長幅度更大。

3）復合摻合料混凝土比同強度等級的傳統(tǒng)摻合料混凝土具有更低的滲透性和更高的密實性。