P·I52.5水泥取代P·O42.5水泥在混凝土中的應用

祖慶賀，臧軍

（徐州中聯混凝土有限公司，江蘇　徐州　221100）

P·I52.5水泥取代P·O42.5水泥在混凝土中的應用

祖慶賀，臧軍

（徐州中聯混凝土有限公司，江蘇徐州221100）

P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥在混凝土中應用時，采用 S.Tsivilis 分布和 Fuller 分布相結合的方法調整水泥、礦粉、粉煤灰等膠凝材料的相互比例，可提升混凝土的密實度。調整后 P·I52.5 水泥只占膠凝材料總量的 35%，卻可制備出工作性能相當，28d 強度遠高于 P·O42.5 水泥（占膠凝材料總量的 60%）配制的混凝土。

P·I52.5 水泥；P·O42.5 水泥；混凝土

0　前言

粉煤灰、粒化高爐礦渣等工業廢棄物既可作為水泥生產中使用的混合材，也可以作為混凝土生產中的摻合料。這些輔助性膠凝材料究竟是在水泥粉磨過程中添加合適，還是在混凝土攪拌的過程中添加合適，行業內一直爭論不休。除了水泥生產企業和混凝土生產企業的利益分配原因外，還存在著一定程度的技術因素，許多水泥混凝土行業的技術人員也做了這方面的嘗試[1]。

目前，大部分混凝土行業的技術人員在配制混凝土時，僅考慮了各種膠凝材料的水化活性，對各種膠凝材料之間的顆粒分布考慮較少，尤其是當幾種膠凝材料混合應用時，考慮的更是少之又少。誠然，各種膠凝材料在水化后都會形成凝膠，粒度分布對性能的影響沒有骨料來得那么明顯，但是各類別和各粒度區間的膠凝材料的水化活性都是存在差異的，很多膠凝材料顆粒在相當長的一段時間內是沒有水化活性的。因此，從粒度分布的角度入手，調整各膠凝材料的比例，可以改善混凝土的性能[1-4]。由于 P·I52.5 水泥中不含有任何混合材，使用 P·I52.5 水泥替代 P·O42.5 與其他輔助性膠凝材料復合使用時，更有利于機理的分析，可以達到更好的使用效果。

1　試驗原材料及試驗方法

1.1試驗原材料

（1）水泥 1：淮海中聯 P·I52.5 水泥，28d 強度為60.7MPa；

（2）水泥 2：淮海中聯 P·O42.5 水泥，28d 強度為49.9MPa；

（3）礦粉：徐州中誠礦粉， 28d 活性指數 101%；

（4）粉煤灰：國華 Ⅱ 級粉煤灰，需水量比 99%；

（5）粗骨料：5～25mm 連續級配碎石，含泥量 0.5%；

（6）細骨料：Ⅱ 區中砂（河砂），細度模數 2.6；

（7）水：市政自來水；

（8）減水劑：江蘇蘇博特 JM-10，減水率 18%。

1.2試驗與檢測方法

用粒度分布儀對水泥、礦粉、粉煤灰進行粒度分析，然后按照 S.Tsivilis 分布和 Fuller 分布進行擬合，確定各膠凝材料的比例，按照確定的比例分別進行水泥膠砂強度測試和混凝土性能測試。各膠凝材料的粒度分布如表 1 所示。

表1　各種膠凝材料的粒度分布

水泥膠砂強度按 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》標準進行測試，混凝土拌合物性能按 GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法》標準進行測試，混凝土力學性能試驗按 GB/T 50081—2002 《普通混凝土力學性能試驗方法》標準進行測試。

2　結果與討論

2.1各膠凝材料用量調整對膠砂強度的影響

依據華南理工大學的研究成果和 S.Tsivilis 分布對水泥粒度分布的規定，粒度處在 4～24μm 的熟料顆粒較多時對提高水泥的性能有利；較細的礦粉水化活性較高，粒度為0～8μm 的礦粉應占據膠凝材料較大的比例；而水化活性較低的Ⅱ級粉煤灰可以作為相對惰性的材料填充各膠凝材料之間的空隙，Ⅱ級粉煤灰的引入完善了整體顆粒的 Fuller 分布，使整體膠凝材料達到“區間窄分布，整體寬分布”的效果[1-4]。依據上述理論的推算，當各膠凝材料在整體膠材的比例為P·I52.5 水泥：30%～45%；礦粉：40%～50%；Ⅱ 級粉煤灰：5%～15% 較為合適。

結合混凝土的生產實際，調整各膠凝材料的比例，測試其膠砂強度，尋找各膠凝材料的最佳比例，試驗結果如表 2所示。

由表 2 可以看出，隨著水泥用量的下降，膠砂的 3d 抗壓強度逐級遞減，但 28d 強度卻不同，當 P·I52.5 水泥用量為 35% 時，膠砂強度與純水泥的接近，這是膠砂試塊密實度提高的結果。所以當 P·I52.5 水泥用量為 35%、礦粉用量為55%、粉煤灰用量為 10% 時，整體的膠凝材料粒度分布應該已接近或達到“區間窄分布，整體寬分布”的效果。在此比例下，熟料用量僅為 33% (35%×95%)，28d 膠砂強度即可達到 59.1 MPa，遠遠超過了 P·O42.5 水泥的強度指標。

表2　膠凝材料比例調整后的膠砂強度

2.2P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥在混凝土中的應用

目前占據混凝土市場最大份額的依然是 C30、C25 等中低強度等級混凝土，使用的水泥都是 P·O42.5 水泥。將上述試驗得到的各膠凝材料比例應用于 C30、C25 混凝土制備中，并與 P·O42.5 水泥生產的混凝土做一對比，比較混凝土拌合物的工作性能和硬化混凝土的力學性能。工作性能的試驗結果如表 3 所示，力學性能測試結果如表 4 所示。

表3　P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥后混凝土的工作性能差異

表4　P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥后混凝土的力學性能差異

由表 3 可以看出，當 P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥應用在混凝土中后，混凝土的坍落度和坍落度經時損失基本相當，說明以占膠凝材料比例 35% 的 P·I52.5 水泥生產出的混凝土與占膠凝材料比例 60% 的 P·O42.5 水泥生產出混凝土在工作性能上沒有明顯差異。

表 4 的試驗結果表明，以占膠凝材料比例 35% 的 P·I52.5水泥生產出的混凝土與占膠凝材料比例 60% 的 P·O42.5 水泥生產出的混凝土相比，3d 強度和 28d 強度都有明顯的提高，28d 的強度優勢更為明顯。此結果表明，P·I52.5 水泥取代P·O42.5 水泥在技術上完全可行。若市場上礦粉與水泥的價差較大，使用 P·I52.5 水泥取代 P·O42.5 水泥生產混凝土可大幅度降低混凝土的生產成本，取得明顯的經濟效益。

3　結論

（1）以華南理工大學“區間窄分布，整體寬分布”的理論為指導，當 P·I52.5 水泥用量為 35%、礦粉用量為 55%、粉煤灰用量為 10% 時，各膠凝材料的粒度分布達到了較為合理的結果，熟料用量僅為 33% (35%×95%)，28d膠砂強度即可達到 59.1MPa，遠遠超過了 P·O42.5 水泥的強度指標。

（2）當各膠凝材料按照理想的顆粒分布調整比例后，膠材占比僅為 35% 的 P·I52.5 水泥即可生產出 3d 強度和 28d強度都明顯高于膠材占比為 60% 的 P·O42.5 水泥生產的混凝土，28d 的強度優勢尤為明顯。

[1] 張同生，水泥熟料與輔助性膠凝材料的優化匹配[D]．華南理工大學碩士學位論文[A]．2012．

[2] 楊南如, 曾燕偉．從科學發展觀看傳統水泥工藝改革的必然 [J]．水泥技術, 2006,(3): 20–24．

[3] Tongsheng Zhang, Xiangyang Liu, et al. Influence of preparation method on the performance of ternary blended cements, Cement & Concrete Composites [J]. 2014, (52):18-26.

[4] Jianxin Li, Qijun Yu,et al. Structural characteristics and hydration kinetics of modified steel slag，Cement and Concrete Research[J]. 2011, (41):324-329.

［通訊地址］徐州市銅山經濟開發區第三工業園盛寶路西首徐州中聯混凝土有限公司（221100）

祖慶賀（1963—），男，工學碩士，工程師，長期從事水泥混凝土企業的經營及生產質量管理工作。