復合礦物摻合料預拌混凝土產品性能的對比研究

周堂貴 丁曉青 沈楊劼 張克儉 劉文強 夏培卿 江晨暉，4

（1浙江華威建材集團有限公司，浙江 杭州 310017；2浙江華威混凝土有限公司，浙江 杭州 311228；3杭州華力建材有限公司，浙江 杭州 311136；4浙江建設職業技術學院，浙江 杭州 311231）

0 引言

復合（礦物）摻合料由兩種或兩種以上礦物摻合料組配復合而成，由于包含的摻合料品種多，復合時能實現化學成分互補和顆粒粒度分布互補，同時具有足夠的細度，是能夠多方面改善混凝土性能的高效活性粉體材料。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勢[1-4]。復合摻合料的大規模應用作為混凝土技術朝著“節約資源和能源、維護環境和生態平衡”方向高質量發展的標志之一，對商品混凝土企業的轉型升級而言，既是挑戰，又是機遇，它不僅能解決傳統摻合料質量差和供應不足的困難，也有助于產品的高性能化和綠色化[5-6]。

為了更好地指導復合摻合料的實際應用，住建部于2015年發布了《混凝土用復合摻合料》（JG/T 486-2015）行業標準。華威公司系杭州預拌混凝土民營企業的佼佼者，近年來為推動復合摻合料在預拌混凝土中的發展和應用方面做了大量工作。本文作為這些工作一部分，通過同強度等級（C30、C35、C40）復合摻合料與傳統摻合料預拌混凝土產品的對比研究，體現復合摻合料預拌混凝土產品基本性能的穩定性及可能的應用優勢。

1 試驗概要

1.1 原材料

復合摻合料由杭州山能實業有限公司供應，由粉煤灰、礦渣、石灰石粉、硅灰等按比例混配而成，X射線衍射分析發現，其主要成分為非晶態無定型硅、鈣和鋁的氧化物，SiO2、Al2O3和Fe2O3的總質量分數（平均值）高達90%。經檢測，復合摻合料的性能符合JG/T 486-2015“普通型II級”的相關規定，主要性能指標見表1。

表1 采用的復合礦物摻合料的技術指標

生產兩類預拌混凝土產品的其他原材料：P·O42.5水泥（新市南方和運河）、II級粉煤灰（億萬）、S95礦粉（中天）、II級復合摻合料（山能）、細骨料（細度模數1.1天然砂和細度模數3.0機制砂按比例混配）、高濃度萘系減水劑（科之杰Point-400G）。全部原材料質量均符合相應的國家標準和（或）行業標準。

1.2 配合比

復合摻合料混凝土的配合比設計應根據工程要求的強度等級、強度標準值的保證率和混凝土的耐久性以及施工要求，采用實際工程使用的原材料，參照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ 55-2011）和《礦物摻合料應用技術規范》（GB/T 51003-2014）的有關規定執行，同時滿足以下規定：1）水膠比宜比傳統摻合料混凝土降低0.01～0.015；2）膠凝材料單方總用量宜低于傳統摻合料混凝土；3）復合摻合料摻量（占膠凝材料總量的質量分數）宜控制在30%～35%；4）減水劑摻量宜略高于傳統摻合料混凝土；5）初始（出機）坍落擴展度應不小于550mm。

1.3 研究參數

以傳統摻合料應用方式（即單摻粉煤灰或復摻粉煤灰和礦粉）的預拌混凝土產品作為基準情況，比較同強度等級復合摻合料預拌混凝土產品（即復摻復合摻合料和粉煤灰的情況）的基本性能和可能存在的優勢。

本研究考察的預拌混凝土產品包括用于樁基工程和主體工程的泵送混凝土，強度等級涉及C30、C35、C40三種最常用情況。產品檢驗的性能指標包括復合摻合料產品的穩定性（通過混凝土產品強度體現）、兩類混凝土的抗壓強度（涵蓋不同養護條件、生產時段和齡期）和反映混凝土密實性、耐久性的快速檢驗指標——電通量。

2 結果及討論

2.1 強度特性

2.1.1 復合摻合料預拌混凝土的強度穩定性

2019年3～6月，試驗室直接從復合摻合料運輸罐車取料，對不同強度等級及工程用途的復合摻合料混凝土的強度穩定性進行了多時段、多批次隨機抽檢，進而通過混凝土強度反映復合摻合料產品的質量穩定性，所得結果如表2所示。

表2 2019年3～6月復合摻合料混凝土產品 強度穩定性抽檢數據統計

從表2可見，C30和C35復合摻合料混凝土28d強度富裕率（實測28d強度與強度設計值的百分比）分別為122%和138%，均滿足不低于115%的內控要求，但C30的兩組抽檢結果不符合125%的設計要求。此外，復合摻合料產品對混凝土后期（90d）強度增長率（90d強度相對于28d強度的增長百分率）有較好的改進作用，抽檢的90d強度平均增長率為15%，能發揮其二次水化對強度的貢獻。

2019年10～12月，試驗室從生產線上隨機抽取復合摻合料混凝土拌合物，對不同類別、強度等級及用途的復合摻合料混凝土的強度特性進行了抽檢。從此期間的產品抽檢結果（表3）發現，C30、C35、C40三類復合摻合料混凝土（普通水泥和粉煤灰的摻量范圍分別為57%～59%、8%～10%，復合摻合料的摻量為33%或35%）28d強度的穩定性總體上較好，11、12月份的28d強度富裕率略偏低。

表3 2019年10～12月復合摻合料混凝土產品28d 強度穩定性抽檢數據統計

2.1.2 與傳統摻合料預拌混凝土產品的比較

從生產線上隨機抽取拌合料，制作立方體試件，設置不同養護齡期和條件，對強度等級為C30、C35的兩類摻合料混凝土的抗壓強度加以對比。其中，復合摻合料混凝土的膠凝體系中，普通水泥占52%、粉煤灰占13%、復合摻合料占35%；傳統摻合混凝土中，普通水泥占69%（65%）、粉煤灰占20%（22%）、礦渣粉占11%（13%）。檢驗結果如圖1所示。圖中包括28d、60d標養強度、60d自然養護（試件裸露存放于當時的室內溫、濕度環境中）實測強度和回彈推定強度共計四項強度指標。

由數據發現：首先，C30和C35復合摻合料混凝土產品28d強度富裕率分別為135%和119%，傳統摻合料混凝土則分別為133%和129%，均滿足標準規定。其次，每種混凝土產品60d自然養護的回彈推定強度比同一齡期的標養強度和自然養護強度都要低。由于杭州屬于典型的夏熱冬冷地區，夏季（檢驗時間為8月）室內溫度普遍高于標養室溫度，故圖中60d自然養護強度高于標準養護的情況，冬季則正好相反。

圖1 兩類摻合料混凝土產品的抗壓強度比較

2.2 兩類預拌混凝土產品的電通量

采用混凝土氯離子電通量測定儀，以6h通過混凝土試件的總電通量（庫侖）（電通量法）作為評價混凝土的抗氯離子滲透能力。該指標也能在一定程度上反映混凝土的密實性和耐久性。試件由取自生產線的混凝土拌合物制作而成（產品配合比同2.1.2節），檢驗前經標準養護56d。兩類混凝土產品檢驗結果的對比如圖2所示。顯然，復合摻合料混凝土產品比同強度等級的傳統摻合料混凝土產品具有更低的滲透性和更高的密實性，前者的56d的電通量比后者降低23%～36%。

圖2 兩類混凝土產品的電通量對比

圖3 兩類混凝土產品的電通量與水膠比的關系

2019年1月專門抽查了共計38批次產品的56d電通量，其中，C30傳統摻合料混凝土9批次，C30復合摻合料混凝土9批次，C35傳統摻合料混凝土10批次，C35復合摻合料混凝土10批次。結果見圖3。由圖3發現：

1）同強度等級的產品相比，復合摻合料混凝土對應的電通量（白色數據點）普遍低于同水膠比的傳統摻合料混凝土（灰色數據點），盡管同一產品（如同為C35復合摻合料混凝土）同一水膠比（如0.43）對應的電通量值，有較大的離散性，且傳統摻合料混凝土電通量的離散型比復合摻合料混凝土更大。這可能與試驗操作和條件有關，也可能與同水膠比產品配合比的差異有關。電通量方法雖然能快速評價混凝土的密實性，但也存在一定缺陷。

2）全部抽檢產品中，只有兩組C30傳統摻合料混凝土56d電通量高于2000C。按照《預拌混凝土》（GB/T 14902-2012）關于抗氯離子滲透性能等級劃分（基于電通量法）的規定，絕大多數產品符合“Q-III”級；80%復合摻合料混凝土56d電通量抽檢結果小于1000C，屬于“Q-IV”級；幾乎全部傳統摻合料混凝土56d電通量抽檢結果高于1000C，達不到“Q-IV”級。

3 結論

在本文范圍內，基于以上分析，可歸納以下結論：

1）以立方體抗壓強度作為質量評定的基本指標，與傳統摻合料預拌混凝土產品相比，復合摻合料混凝土產品28d強度富裕率略低，60d強度增長率較高，總體質量穩定可控。在保持其他條件相同的前提下，復合摻合料產品的穩定性可通過其混凝土產品的性能予以衡量。

2）兩類預拌混凝土產品60d自然養護的回彈推定強度比同一齡期的實測標養強度和自然養護強度都要低，同時夏季60d的自然養護強度高于標養強度，冬季則相反。

3）就電通量指標而言，復合摻合料混凝土產品比同強度等級的傳統摻合料混凝土產品具有更低的滲透性和更高的密實性。電通量方法雖然能快速評價混凝土的密實性，但也存在離散性較大的缺陷。