高性能混凝土掺合料的研究与应用

　　相书（浙江省建筑科学设计研究院杭州310012）蔡雪芬（杭州新宝水泥集团有限公司萧山311000）1前苜篼性能混凝土概括地讲，是既具有高强度、良好的物理力学性能和良好的耐久性能，同又具有施工性能好的混凝土。其目的是为了满足混凝土结构力学性能和延长建筑物的使用寿命。根据国内外可知，配制高性能混凝土只采用篼标号水泥是不可取的，因为强度高并不一定耐久性好。因此，在配制高性能混凝土时，除采用外加剂以降低水灰比，保证混凝土有足够的强度和施工要求的流动度外，同时掺入高性能混凝土掺合料才能得到满意的结果。

　　用作高性能混凝土掺合料的原料有粒化篼炉矿渣微粉、粉煤灰、沸石粉和硅灰。其中硅灰量少价篼，粉煤灰的耐久性不如矿渣，而沸石粉的需水量较大。随着粉磨工艺的发展及商品混凝土的兴起，磨细矿渣粉作为高性能混凝土掺合料得到了广泛的利用。

　　1998年初，杭州新宝水泥集团有限公司与浙江省建筑科学设计研究院和冶金部建筑研究总院组成课题组，共同研制、联合开发，完成了高性能混凝土掺合料科研项目，以粒化篼炉矿渣为主要原料研制成S105及其系列的篼性能混凝土掺合料，并进行了一定规模的试生产和工程实际应用，取得了较好技术经济效益，填补了我省的空白，于1999年10月通过省科委新产品鉴定，达到国内先进水平。

　　2原料选择与基本性能2.1矿渣选择粒化篼炉矿渣（简称矿渣）是炼铁时排出的以硅酸钙与铝酸钙为主要成份的熔融物，经水淬而成粒状活性材料。矿渣的活性不仅取决于它的化学成份，而且还取决于冷却条件。

　　矿渣经水淬急冷，阻止了胚晶的生长和晶体发育，这时冷却的速度大于原子（或离子）向界面迁移的速度，而呈现玻璃态结构或微晶结构，具有较篼的潜在活性。在激发剂的作用下，活性被激发出来，能够水化硬化产生强度。

　　选择经磨细后的矿渣作为高性能混凝土掺合料（以下简称掺合料）时，主要是依据其水硬活性，而影响矿渣活性的主要因素为：矿渣的质量好坏主要取决于玻璃体含量。用矿渣化学成分和水淬质量结合起来考虑的水硬系数。其值愈篼，则34矿渣的活性越好。

　　化学成份对矿渣活性影响。以质量系数K来表示，K值大则活性篼。

　　我们采用上钢一厂、杭钢、宝钢、绍钢、首钢、南京9424厂等六种矿渣以下依次以宇母A、BF表示作为掺合料的原料选用范围，它们的化学成份见表1.表1矿法的化学成份及基本性能矿渣代号化学成份基本性能质量系数水硬系数碱性系数密度平均注：平均系指国内30个铁厂矿濠的化学成份笮均值。

　　2.2合料的活性参数惨合料的活性指数为试验样品和对比样品（基准水泥）两者同龄期的抗压强度之比，是其一个很重要的指标。现将四种比表面积基本相同，而矿渣原料不同的掺合料试验所得的活性指数列于表2.表2掺合料活性指数序号抗压强度（MPa）活性指数比表面积（m2Ag）试验样品国家标准等级对比样品达不到当掺合料的比表面积基本相近的情况下，其活性指数主要与矿渣本身的化学成份和玻璃体等因素有关，因此选择合适的矿渣为主要原料制成高性能混凝土掺合料是至关重要的。

　　2.3掺合料比表面积对水泥胶砂任度的影响将不同比表面积的同一品种掺合料，取代50的525基准水泥进行胶砂强度试验（表3中E组），试验表明当掺合料以50的篼掺量掺人525基准水泥中，可以显著提高水泥的表3不同比表面积对水泥胶砂强度的影响表5掺合料掺量与混凝土性能的关系28d强度。同一掺合料随其比表面积的增大，水泥胶砂强度逐淅提篼。掺合料比表面积为400m2/kg以上时，28d龄期的胶砂强度均有明显提篼。但当掺合料的比表面积超过495mVkg时，水泥胶砂强度提高幅度不大明显。比表面积过大则粉磨困难，成本将大幅度提篼。综合考虑篼性能混凝土掺合料的比表面编水泥掺合料掺合料比表面积抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）号氏另外，掺入该掺合料后，对水泥后期强度（90d强度）的影响也作了对比试验（表3中B组），从中可看出，以50的篼掺量掺入基准水泥中，不但可提篼水泥的28d强度，而且对水泥的90d强度提篼幅度较大；但掺合料的比表面积仍以400 2.4掺合料比表面积与额粒组成矿渣磨到一定细度（比表面积）才能充分进行水化反应，活性提篼，但还与颗粒级配有关，细颗粒多则比表面积大。

　　曾对不同比表面积的掺合料进行了颗粒组成的测定（表4），主要是由于10pn颗粒数量相差较大所致，因此，大于60的颗粒属于惰性粒子，对强度无积极作用，小于的粒子对强度起主导作用，其含量宜控制在65-70；小于lOim的粒子多则对早期强度发展有利。

　　表4比表面积与颗粒组成的关系比表面积颗粒组成（> 3混凝土性能试验3.1试验用原材料三种。

　　细骨料：河砂，细度模数2.5中砂，含泥量0.8，表观~20mm，含泥量0.6，表观密度掺合料：新宝集团公司自产，比表面积分别为460mVkg、三种。

　　3.2掺合料与混凝土性能关系拌制混凝土时掺用掺合料，不但可以取代水泥，还可改菩混凝土流动度，提篼混凝土强度。但不同细度的掺合料与不同水泥取代率所取得效果是不一致的，我们选用三种水泥取代率（15，25，35）进行对比试验。试验结果见表5.编混凝土材料用量（km3）水胶比砂率坍落度抗压强度（MPa）号水泥渗合料水砂石外加把水泥425P0，後合料比表面积430/1.外加剂NF-2水泥525卜11，掺合料比表面积600mVk，外加剂NF-水泥525P，掺合料比表面积SOOmVkg，外加剂NF-水泥623PI，掺合料比表面积aOOmVkK，外加剂NF-上述试验表明：不同品种及标号的水泥中掺入掺合料，使混凝土强度均有提高，特别对28d强度提篼明显，同时对混凝土和易性（坍落度）也有较显著的改善。掺合料比表面积越大虽对混凝土强度提篼有好处，但提篼幅度并未呈明显的正比例增加，因此对比表面积应从技术和经济两方面来综合确定。

　　3.3混凝土其他性能为验证混凝土中掺用掺合料后，对其耐久性的影响，我们选用比表面积460mVkg的掺合料和425P4水泥，以取代率25，对混凝土的收缩值和抗渗性能作了对比试验如表6.表6收缩值对比试验龄期（d）收缩值对比昆凝土掺合浞凝土掺用掺合料的混凝土各龄期混凝土收缩值发展规律也是前期快、后期慢，但实际收缩值比对比混凝土略小，有利于增强混凝土耐久性。

　　掺用掺合料后，混凝土抗渗性能也有所改善，如表7.表7抗渗性能项0抗渗标号渗水篼度（cm）对比混凝土掺合料混凝土4工程应用实例新宝水泥集团在课题研究基础上，试生产了约5t高性能混凝土掺合料，供有关单位进行试用。如杭州华威混凝土公司、杭州德川建材有限公司、宁波建筑安装集团总公司和中建三局一公司等在实际工程中的应用以及杭州第二电信大楼等大型工程中的应用，反映良好，得到了专家及用户的一致好评。

　　例h杭州德川建材有限公司使用掺合料配制C40和C60混凝土，效果良好（表8）。

　　表8配制不同任度等级时的性能试验混凝土强度等级混凝土村料用量（kft/m3）外加剂SF8-B（水泥量的比坍落度抗压强度（MPa）钱潮水泥砂碎石舜5结论（1）高性能混凝土掺合料首先应按水淬矿渣的水硬系数、质量系数以及活性指数三项指标选择合适的水泮矿淹为主要原料，经粉磨等生产工艺制成具有一定细度和颗粒级配的微粉，既充分激发利用了水淬矿渣的活性，变废为宝，物尽其用，又符合环保和持续发展的要求。同时，掺入混凝土后，能改善混凝土性能，提高混凝土强度和耐久性。它是目前配制篼性能混凝土、高强混凝土必不可少的材料之一。

　　高性能混凝土掺合料的细度（比表面积）和颗粒级配将直接影响掺用混凝土的各项性能。原则上掺合料的细度是越细越好，但从各项技术指标和经济效益综合考虑，掺合料的细度一般以400~600mVkg为宜。当然也可根据混凝土不同要求，选用不同规格细度的掺合料。

　　掺用篼性能混凝土掺合料能提篼混凝土强度（不但能在C35以上普通混凝土中使用以提篼混凝土强度，还能配制出C60以上高强混凝土）；能改善混凝土拌和性，增大坍落度，配制大坍落度泵送混凝土；能减小混凝土收缩，提高混凝土耐久性等性能。同时还能等量替代水泥，降低混凝土成本等。因此，有良好的技术经济效益，这种高性能混凝土可广泛应用于建设工程。

　　例2：宁波市建筑安装集团总公司构件公司试用该掺合料不但在C60泵送混凝土中效杲良好，而且在C80篼强度管桩混凝土中也较为理想（表9）。

　　表9果送和高任混凝土性能试验混凝混凝土材料用量（Icft/m3）掺量水坍落度抗压强度（MPa）土神类三木泥焉S.灰胶比蒸荞高压蒸养标养泵送高强例3：杭州华威混凝土有限公司在长话大楼、燃气大厦、兰天大厦和水电大厦等工程中应用多吨掺合料，不仅能显著提高混凝土质量，改善和易性，减小坍落度损失。增强后期强度（28d强度可提高约15），而且能降低混凝土单方成本6~7元，具有显著的技术经济效益。

　　（上接第38页）3.5综合评价二号楼管道安装完后，管道经IMPa的水压试验，稳压lh后无渗漏，使用中出水水质清澈无异味，经防疫部门检验符合各项卫生指标。与使用铜管的一号楼比较，二号楼的铝塑复合管在热水输送过程中热量散失慢，保温性能好，且水锤现象不明显。铝塑复合管的使用达到了设计的预期目的。