地聚合物混凝土與普通混凝土交結應用技術研究（下）

周杰，劉晨，張保

（1. 西安高科新達混凝土有限責任公司，陜西 西安 710119；2. 陜西省混凝土行業協會，陜西 西安 710082）

（接前文）

4 粉煤灰基地聚合物混凝土配制技術與普通混凝土配制技術交結試驗

4.1 技術思路

按照目前的配制水平，粉煤灰基地聚合物混凝土存在三大技術缺陷：一是新拌混凝土過于粘稠，工作度小，且損失快；二是在常溫環境中，生成強度過低；三是生產成本偏高，不易被市場接受。能否帶入部分水泥，利用水泥中自帶堿性，再補充少量化學堿和堿（土）金屬，使高濃度堿溶液條件下的快速聚合，轉化為在低濃度條件下的常規水化中進行勻質聚合。這樣做既可以克服粉煤灰基地聚合物混凝土的不利因素，又可以降低混凝土的配制成本。需要說明的是，將粉煤灰基地聚合物混凝土的聚合原理與普通混凝土的配制技術相結合，雖然從理論上評估是沒有問題的，但從嚴格意義上講，已不能稱其為粉煤灰基地聚合物混凝土，因此，我們稱其為兩種不同混凝土的交結技術，這種新型技術的重點，更傾向于在普通混凝土工程中的應用。

4.2 技術方案

（1）方案擬定以 C30、C40、C50、C60 普通混凝土配合比為基礎，分別代入 40%～60% 粉煤灰。

（2）方案擬定采用陜西正元牌粉煤灰。

（3）方案擬定采用堯柏牌 P·O42.5 水泥。

（4）方案擬定采用當地 5～25mm 碎石，灞河中砂，均為非活性骨料。

（5）方案擬定采用聚羧酸外加劑，摻量為膠結材料總量的 2.3%～2.5%。

（6）方案擬定采用生產用水為拌合水，用水量不宜大 160kg/m3。

（7）方案擬定采用 K 類水玻璃，堿金屬及堿（土）金屬混合激發劑（S·K·F-E 型），摻量為膠結材料總量的 1%。

（8）方案擬定新拌混凝土坍落度應控制在 (200±30)mm，經時損失率不大于 10%，擴展度不小于550mm，經時損失不大于 15%，且和易性良好。

（9）方案擬定每批次試驗應制作試件 4 組（100mm×100mm×100mm），試件拆模后應立即進入標準養護室養護，屆時進行 3d、7d、28d、60d 抗壓強度檢驗。

（10）方案擬定 C30（50% 粉煤灰）、C60（40%粉煤灰）兩等級混凝土，應分別制作抗凍滲試件各一組（100mm×100mm×400mm、175mm×185mm×150mm），并在規定時間內進行抗凍滲試驗。

（11）方案擬定 C30（50% 粉煤灰）、C60（40%粉煤灰）兩等級混凝土，應分別制作抗氯離子滲透試驗試件各一組（電通量法），C30 等級制作抗碳化試件一組，屆時按規定進行相關試驗。

（12）方案擬定優選出最佳粉煤灰摻量，最終形成施工配合比。

4.3 材料要求

（1）粉煤灰細度應小于 1%（0.045μm 篩），其它指標應符合Ⅰ級灰要求。

（2）水泥應符合現行普通硅酸鹽水泥要求。

（3）砂、石質量應符合現行規范標準要求。

（4）外加劑應符合高性能外加劑全部質量指標，濃度為 9%～11%。

（5）拌合水應符合拌合水質量要求。

（6）S·K·F-E 型混合激發劑，應具備省級質量檢測報告。

4.4 交結試驗配合比及性能試驗結果

粉煤灰基地聚合物混凝土與普通混凝土交結試驗配合比見和性能試驗結果表 9。

4.5 交結試驗分析總結

（1）從表 9 的試驗數據和情況說明中可以看到，粉煤灰基地聚合物混凝土和普通混凝土的交結試驗是相當成功的，在粉煤灰代替膠結材料總量 40%～60% 區間，新拌混凝土和易性得以明顯改善，漿石渾然一體，流動自如，經時坍落度、擴展度損失微乎其微，凝結時間正常。

表9 交結試驗配合比及性能檢測結果

（2）各等級混凝土在粉煤灰不同摻量下 3～60d強度發展十分穩定，在粉煤灰代替膠結材料總量 60%時，雖然 28d 抗壓強度未能達到配制指標。然其后期強度仍有大幅度增長，在大體積混凝土工程中還是可以應用的。

（3）C55 等級以下混凝土，可采用 50% 粉煤灰代替量，C60 等級以上混凝土，應采用 40% 粉煤灰代替量，C70 等級混凝土，建議采用 P·O52.5 水泥。

（4）在粉煤灰代替量 50% 時，混凝土耐久性指標優于常規混凝土。耐久性等級滿足 A-P8F250 QⅢ(1000)T-IV(<10)-GB/T14902 要求。

（5）成型混凝土應加強養護，養護期不少于14d。

（6）按目前陜西地區水泥價格計算，在粉煤灰代替水泥量 50% 時，各等級混凝土成本均下降 30 元/m3以上，C50 等級可下降 36 元/m3，經濟效益計算見表10。

表10 經濟效益分析表（粉煤灰基）

（7）本課題目標已全部達標。

5 礦渣粉基地聚合物混凝土配制技術與普通混凝土配制技術交結試驗

5.1 技術思路

礦渣粉基地聚合物混凝土和粉煤灰基地聚合物混凝土的共同之處：一是新拌混凝土過于粘稠，工作度小，且損失快；二是生產成本偏高，不宜被市場接受。所不同的是，礦渣粉基地聚合物混凝土，無論是在常溫或蒸養環境中，都能生成很高的強度。按照粉煤灰基地聚合物混凝土與普通混凝土的交結技術路線，應該更容易實現交結技術的完成。由于礦渣粉體材料從礦物組成方面更接近火山灰質材料，活性指數也遠高于粉煤灰，故代替水泥用量亦應大于粉煤灰代替量。需要關注的是，相對普通混凝土而言，礦渣粉基地聚合物混凝土與普通混凝土交結后的材料組成，水泥已不是主體材料。如何不讓礦渣粉基地聚合物混凝土的技術缺陷在交結混凝土中重現，混合激發劑的構成及摻量乃為至關重要。

5.2 技術方案

（1）方案擬定以 C30、C40、C50、C60 普通混凝土配合比為基礎，分別代入 50%～70% 礦渣粉。

（2）方案擬定采用陜西龍鋼 S95 礦渣粉。

（3）方案擬定采用堯柏牌 P·O42.5 水泥。

（4）方案擬定采用 5～25mm 碎石，灞河中砂，均為非活性骨料。

（5）方案擬定采用聚羧酸外加劑，摻量為膠結材料總量的 2%～2.3%。

（6）方案擬定采用生產用水為拌合水，用量不宜大于 160kg/m3。

（7）方案擬定采用 K 類水玻璃，堿金屬及堿（土）金屬混合激發劑（S·K·F-B 型）摻量為膠結材料總量的 1%。

（8）方案擬定新拌混凝土坍落度應控制在 (200±30)mm，經時損失小于 10%，擴展度不小于 550mm，經時損失不大于 15%，且和易性良好。

（9）方案擬定每批次試驗應制作試件 4 組（100mm×100mm×100mm），試件拆模后應立即進入標準養護室養護，屆時進行 3d、7d、28d、60d 抗壓強度檢驗。

（10）方案擬定 C30、C60 兩等級混凝土（70%礦渣粉），分別制作抗凍滲試件各一組（100mm×100mm×400mm、175mm×185mm×150mm），并在規定時間進行抗凍滲試驗。

（11）方案擬定 C30、C60 兩等級混凝土，（70%礦渣粉）應分別制作抗氯離子滲透試驗試件各一組（電通量法），C30 等級制作抗碳化試件一組，屆時按規定進行相關試驗。

（12）方案擬定優選出最佳礦渣粉用量，最終形成施工配合比。

5.3 材料要求

（1）礦渣粉應滿足 S95 產品指標要求。

（2）水泥應符合 P·O42.5 等級全部技術指標。

（3）砂、石質量應符合現行標準要求。

（4）外加劑應符合高性能外加劑全部技術指標，濃度 9%～11%。

（5）拌合水應符合拌合水質量要求。

（6）S·K·F-B 型混合激發劑，應具備省級質量檢測報告。

5.4 交結試驗配合比及性能試驗結果

礦渣粉基地聚合物混凝土與普通混凝土交結試驗配合比見和性能試驗結果表 11。

表11 交結試驗配合比及性能檢測結果

5.5 交結試驗分析總結

（1）試驗證明：礦渣粉基地聚合物混凝土與普通混凝土的交結技術對傳統混凝土而言，已發生了質的變化，水泥已不在成為主體膠結材料。在礦渣粉代替水泥用量 70% 基礎上，混凝土各種性能均優傳統混凝土指標。尤其是可泵性，水化熱、強度及耐久性指標。

（2）從各等級混凝土中礦渣粉不同摻量試驗數據分析。新拌混凝土性能均為優質，3～60d 強度發展層次分明，后期強度十分穩定。

（3）在礦渣粉代替水泥用量 50%～70% 區間，各等級、各摻量混凝土配制強度有較大富余。故應采用70% 帶入率作為合理摻量。

（4）在礦渣粉代入 70% 基礎上，混凝土耐久性指標滿足 A-P8F250QⅢ(1000)T-IV(<10)-GB/T14902 要求。

（5）成型混凝土應加強養護，養護期不少于14d。

（6）按目前陜西水泥價格計算，在礦渣粉代替水泥用量 70% 時，各級混凝土成本平均下降 20.8元/m3。C60 等級下降 27.5元/m3。經濟效益計算見表 12。

表12 經濟效益分析表（礦渣粉基）

（7）本課題目標已全部達標。

6 總體結論

（1）地聚合物混凝土和普通混凝土，從設計理念，技術手段上有所不同。普通混凝土在一定材料背景下可鎖定用水量，求得不同等級混凝土的相同流度。亦可在不同流度下求得相同的混凝土等級。形成梯度明顯的水膠比。而地聚合物混凝土，在一定的材料背景下，只能建立唯一合理的液膠比。其強度代表值的成立也只能是唯一合理的。普通混凝土是水化原理，地聚合物混凝土是聚合原理。

（2）地聚合物混凝土十分粘聚，幾乎沒有坍落度，不適應泵送混凝土。尤其是粉煤灰地聚合物混凝土，在常溫生成強度很低，只能應用于需要蒸養的混凝土生產工藝。

（3）地聚合物混凝土是以液體水玻璃代替拌合水，其制造成本相對普通偏高，加之只能在裝配式混凝土生產工藝中應用，目前很難形成大規模生產。

（4）把地聚合物混凝土聚合原理與普通混凝土水化原理相結合，將高濃度快速聚合過程轉換為低濃度勻速聚合，不但能夠克服地聚合物混凝土存在的技術缺陷，還可以大幅度降低混凝土生產成本。

（5）地聚合物混凝土與普通混凝土交結技術，經過大量系統性試驗和部分工程實踐證明，其技術性能和質量水平都是經得起考驗的。除了工程技術人員的大膽嘗試，還需政府等和規范標準的大力支撐。

（6）地聚合物混凝土與普通混凝土交結技術，符合國家節能減排、綠色環保的大政方向。在粉煤灰摻量50% 時，膠結材料總量中水泥熟料為 37%，在礦渣粉摻量 70% 時，膠結材料總量中水泥熟料僅為 22%，節能減排效應非常顯著。

7 結束語

筆者雖然一直從事粉煤灰和礦渣粉的工程應用研究，但對地聚合物混凝土的研究卻經時不多，理論和實踐經驗都不夠充足。把地聚合物混凝土聚合原理與普通混凝土水化原理相結合，也不過是對混凝土工程理論與實踐的一種大膽嘗試。令人欣慰的是，我們的工作取得了初步成果，新的思維方式產生了新的混凝土配制方法。因此，筆者想做以下幾點陳述：

（1）本次成果盡管令人鼓舞，但肯定尚有不足之處。本文宗旨意在拋磚引玉，僅希望業內有識之士多提寶貴意見。

（2）本成果尚屬新型技術，應用過程中難免會出現某些問題，應用單位在出現問題時，可及時和我們聯系，我們將全力以赴和您共同克難補缺。

（3）本成果是一場新的混凝土理論與實踐，其成敗關鍵就是科技成果能否轉化為實際生產力。本團隊愿意和業內工程技術人員精誠合作，全力促進該項目技術成果轉化為實實在在的生產力。

（4）如果采用活性骨料時，應進行堿—骨料反應試驗驗證。（完）