P·II硅酸鹽水泥在預拌混凝土中的應用研究

孫麗麗，戚勇軍，畢志剛

（1. 唐山冀東混凝土有限公司，河北　唐山　064099；2. 丹陽市和達混凝土攪拌有限公司，江蘇　丹陽　212399；3. 唐山冀東水泥股份有限公司，河北　唐山　064099）

P·II硅酸鹽水泥在預拌混凝土中的應用研究

孫麗麗1，戚勇軍2，畢志剛3

（1. 唐山冀東混凝土有限公司，河北唐山064099；2. 丹陽市和達混凝土攪拌有限公司，江蘇丹陽212399；3. 唐山冀東水泥股份有限公司，河北唐山064099）

通過對配制預拌混凝土所用的水泥進行調整，采用 P·II 硅酸鹽水泥替代 P·O 硅酸鹽水泥來配制混凝土進行對比，通過對混凝土的工作性能、力學性能、耐久性等的測定及質量穩定性的分析，并通過實際工程應用實踐，證實使用 P·II 硅酸鹽水泥對于配制優質混凝土是完全可行的。

P·II 硅酸鹽水泥；摻合料；混凝土；應用

0　前言

隨著建筑工業的發展，國家制訂了各項水泥標準，并且不斷地在更新，水泥等級也由原先的42.5、52.5、62.5轉變為32.5、42.5、52.5，這其中對工程質量有了很大的提高。現在建筑工程中常用的水泥強度等級為 P·O42.5，根據 GB175—2007《通用硅酸鹽水泥》中的規定，P·O 硅酸鹽水泥和 P·II硅酸鹽水泥中的組成情況如表1[1]。

表1　兩種水泥組成

實際生產應用上，由于水泥生產工藝的進步，水泥熟料強度的提高，水泥廠為追求最佳利潤，加大水泥中混合材的摻加量，水泥中的混合材的量已經遠遠大于國家標準規定的范圍，同時還存在多種混合材混摻的情況，使得在混凝土生產中就出現各種各樣的質量問題，如水泥與外加劑的適應性問題，混凝土滯后泌水，混凝土凝結時間不正常，混凝土收縮過大等等，大大增加了混凝土生產質量控制的難度。因此，要想生產出質量穩定，性能優越的預拌混凝土，必須首先控制混凝土所用的水泥。筆者通過在混凝土生產上使用 P·II硅酸鹽水泥，來提高膠凝材料的質量穩定性，同時摻加摻合料來提高膠凝材料總量來提高混凝土的和易性能，從而提高混凝土質量的穩定性。

1　原材料

1.1水泥

普通硅酸鹽水泥采用冀東水泥豐潤公司生產的 P·O42.5R，硅酸鹽水泥采用冀東水泥灤縣公司生產的 P·II42.5R，性能指標如表2。

表2　水泥的物理性能

1.2石子

采用5～25mm 連續級配碎石，產地為豐潤。

1.3礦粉

采用唐山唐龍生產的 S95級粒化高爐礦渣微粉，比表面積420m2/kg，28天活性指數為103%。

1.4粉煤灰

采用陡河電廠生產的 Ⅱ 級優質粉煤灰，45μm 篩余為21%，需水量比為103%。

1.5細骨料

采用產地為遷西的尾礦砂，粗砂細度模數為2.5～2.8，細砂細度模數為2.0～2.2。

1.6外加劑

攪拌站自配聚羧酸系泵送劑，減水率為25%。

2　配合比設計、試配過程及結果

2.1配合比設計

按照 JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》進行設計，選取的混凝土強度等級為 C30和 C50，具體配合比及性能檢測結果見表3。

表3　設計的試配混凝土配合比及強度檢測結果

為了便于比較，將試驗結果作圖表示，如圖1和圖2所示。

圖1　C30混凝土設計配合比28d 強度與水泥用量關系

圖2　C50混凝土設計配合比28d 強度與水泥用量關系

通過以上試配強度的檢測結果可以看出，對于 C30混凝土，配比中 P·II42.5R 水泥用量在150kg/m3時，其28天抗壓強度與對比試樣基本相同；對于 C50混凝土，配比中水泥用量在272kg/m3時，其28天抗壓強度與對比試樣基本相同。

同時可以看出，在強度接近的情況下，使用 P·II42.5R 水泥時，不論是 C30混凝土還是 C50混凝土，水泥的用量減少，摻合料的用量增加。為進一步對比兩者的的實際應用情況，選取以上試配試驗中強度與基準基本相近的兩組配合比（1# 和2#，5# 和7#）來做比較。

每次試配均檢測混凝土的凝結時間，對應每組試配留置3d、7d、14d、28d 齡期標準養護試件100mm×100mm×100mm 各一組，用于檢測混凝土不同齡期的標養強度；同時對應每組試配留置14d、28d 齡期標養的150mm×150mm×150mm 試塊各1塊，用于檢測混凝土同條件強度及回彈強度。

2.2對比試配結果及分析

（1）新拌混凝土的性能如表4所示。

從出機狀態來看，不論使用 P·O 普通水泥，還是使用P·II 硅酸鹽水泥，新拌混凝土的流動性均能滿足設計要求，和易性良好。

（2）混凝土力學性能如表5所示。

從表5來看，不論使用 P·O 普通水泥，還是使用 P·II 硅酸鹽水泥，混凝土的力學性能基本接近，均能滿足設計要求。

表4　混凝土的出機狀態

表5　混凝土的強度　MPa

（3）混凝土的耐久性

混凝土耐久性是混凝土的一項重要指標，本試驗通過測試混凝土的抗滲性能和抗凍性能來度量混凝土的耐久性能。由于公司不具備檢測混凝土抗凍性能的試驗設備，采用委托檢測的方法檢測混凝土的抗滲性能和抗凍性能，委托唐山市中權檢測中心檢測混凝土的耐久性，結果見表6。

表6　混凝土抗滲性能和抗凍性能

由表6數據可見，使用 P·II 水泥取代 P·O 水泥生產混凝土時，在不摻加任何膨脹劑和引氣劑的情況下，抗滲性能均能達到 P12，抗凍性能滿足抗凍等級大于250次凍融循環的要求。在250次凍融循環時，相同強度等級的混凝土，質量損失接近，但使用P·II硅酸鹽水泥試件的相對彈性模量下降的更少，說明其抗凍性更好。因此，使用 P·II 硅酸鹽水泥取代P·O 普通水泥生產混凝土可以保持較好的耐久性。

3　工程實際應用情況

唐山冀東混凝土有限公司任各莊站于2011年8月7日購進冀東水泥灤縣有限責任公司試生產的 P·II 型硅酸鹽水泥300噸，截止到8月22日共進貨1198.5噸。于8月29日開始試生產，選取的工程項目為唐山鳳凰新城居住、商業項目 A 標段一期，施工單位為中鐵建工集團有限公司，工程應用情況如表7所示。

在此次的工程驗證中，自8月29日至9月19日共生產了712m3混凝土，其中 C30混凝土549m3；C40混凝土163m3，其使用的部位均為墻、柱和梁等關鍵部位，因此所使用的配合比和試驗結果具有較強的代表性。

在實際生產過程中，C30混凝土的水泥用量做了微調整，在8月29日到9月4日為146kg/m3，9月6日至9月13日為161kg/m3，其膠凝材料總量不變，粉煤灰的用量未變，只是將礦粉等量下調15kg/m3。外加劑用量根據實際混凝土出機狀況做微調整。

強度結果如表8所示，7d 標養強度達到設計強度的65%以上，14d 標養強度基本達到100%，28d 標養強度最低達到115%，平均可達128%；14d 同條件養護試塊抗壓強度也達到了100% 以上，28d 同條件養護最低強度達到120%，平均可達130%。混凝土質量較為穩定，有利于出廠控制，且工程實體結構的28d 回彈強度也能夠滿足工程結構驗收要求，合格率為100%。

因此，通過混凝土試生產的驗證，P·II42.5R 水泥及相應設計的配合比滿足工程使用條件，完全可以替代 P·O 水泥來生產混凝土。

在實際生產過程中，混凝土出廠穩定性大大提高，混凝土坍落度經時保留值明顯改善，施工現場加水現象相應減少，混凝土試件標養強度符合設計要求，實體結構28d 回彈（按碳化2mm 計算）能滿足設計強度的85% 以上，結構實體60d 回彈以碳化2mm 計算達到設計強度100% 以上，能夠滿足結構驗收要求。使用 P·II 水泥來生產混凝土的另一個顯著特點是混凝土實體結構泌水和滯后泌水現象得以緩解，地下連續墻豎向裂縫得以改善，混凝土強度標準方差明顯下降，混凝土生產質量控制明顯提升。

4　經濟成本核算

由于唐山冀東混凝土有限公司生產的混凝土強度等級在C10至 C50之間，所以成本核算以 C30和 C50為基準計算，用同期 P·II 硅酸鹽水泥與 P·O 普通水泥配制的預拌混凝土配合比進行成本分析，原材料成本對比數據如表9所示[2]。

表7　灤縣 P·Ⅱ42.5R 水泥用于生產混凝土的試生產情況

表8　用灤縣 P·II42.5R 水泥生產的混凝土強度情況　MPa

表9　配合比成本對比情況

使用 P·II 硅酸鹽水泥取代 P·O 普通水泥試配混凝土，單方混凝土的水泥用量減少40～70kg，摻合料增加40～60kg 左右，混凝土材料成本顯著降低，C30和 C50單方混凝土材料成本可降低7元左右，對于混凝土生產企業來說，經濟效益非常顯著。

對于年產120萬m3混凝土的企業，若成本降低按7元/m3計算，則一年可節約成本：120萬×7＝840萬元，效益相當可觀。

5　結論

（1）采用 P·Ⅱ 水泥替代 P·O 水泥生產混凝土時，由于水泥穩定性的提高，混凝土的質量穩定性大幅提高，生產中可以適當降低混凝土強度富余系數，使得混凝土配合比設計更加經濟合理，并且提高了混凝土工程質量。

（2）由于 P·Ⅱ 硅酸鹽水泥質量穩定，其中的摻合料數量和質量較少，對混凝土施工性能的可控率大大提高，實際生產過程中，由于水泥變化帶來的外加劑適應性問題、混凝土滯后泌水、混凝土凝結時間異常、混凝土坍落度損失較大等控制問題大大降低，使得混凝土質量控制難度降低。

（3）混凝土生產過程中，提高了礦物摻合料的使用量，減少了至少10% 的混合材的二次倒運帶來的燃油消耗同時降低了尾氣、噪音、粉塵的產生，符合國家的節能減排的綠色生產要求。

（4）經濟效益上，每方混凝土大概可以節約7元，以本地年生產總量為例，每年混凝土生產總量約為1000萬方，如果全部使用 P·II 硅酸鹽水泥，則可以節約成本7000萬元，經濟效益十分可觀。

[1] GB175—2007．通用硅酸鹽水泥[S]．

[2] 用 P·Ⅱ 硅酸鹽水泥與摻合料配制優質預拌混凝土技術研究效益分析報告[Z]．唐山冀東混凝土有限公司，2013.12．

［通訊地址］河北省唐山市豐潤區林蔭路冀東水泥股份有限公司（064099）

孫麗麗，唐山冀東混凝土有限公司主任工程師。