地聚合物混凝土与普通混凝土交结应用技术研究（下）

周杰，刘晨，张保

（1. 西安高科新达混凝土有限责任公司，陕西 西安 710119；2. 陕西省混凝土行业协会，陕西 西安 710082）

（接前文）

4 粉煤灰基地聚合物混凝土配制技术与普通混凝土配制技术交结试验

4.1 技术思路

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术缺陷：一是新拌混凝土过于粘稠，工作度小，且损失快；二是在常温环境中，生成强度过低；三是生产成本偏高，不易被市场接受。能否带入部分水泥，利用水泥中自带碱性，再补充少量化学碱和碱（土）金属，使高浓度碱溶液条件下的快速聚合，转化为在低浓度条件下的常规水化中进行匀质聚合。这样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。需要说明的是，将粉煤灰基地聚合物混凝土的聚合原理与普通混凝土的配制技术相结合，虽然从理论上评估是没有问题的，但从严格意义上讲，已不能称其为粉煤灰基地聚合物混凝土，因此，我们称其为两种不同混凝土的交结技术，这种新型技术的重点，更倾向于在普通混凝土工程中的应用。

4.2 技术方案

（1）方案拟定以 C30、C40、C50、C60 普通混凝土配合比为基础，分别代入 40%～60% 粉煤灰。

（2）方案拟定采用陕西正元牌粉煤灰。

（3）方案拟定采用尧柏牌 P·O42.5 水泥。

（4）方案拟定采用当地 5～25mm 碎石，灞河中砂，均为非活性骨料。

（5）方案拟定采用聚羧酸外加剂，掺量为胶结材料总量的 2.3%～2.5%。

（6）方案拟定采用生产用水为拌合水，用水量不宜大 160kg/m3。

（7）方案拟定采用 K 类水玻璃，碱金属及碱（土）金属混合激发剂（S·K·F-E 型），掺量为胶结材料总量的 1%。

（8）方案拟定新拌混凝土坍落度应控制在 (200±30)mm，经时损失率不大于 10%，扩展度不小于550mm，经时损失不大于 15%，且和易性良好。

（9）方案拟定每批次试验应制作试件 4 组（100mm×100mm×100mm），试件拆模后应立即进入标准养护室养护，届时进行 3d、7d、28d、60d 抗压强度检验。

（10）方案拟定 C30（50% 粉煤灰）、C60（40%粉煤灰）两等级混凝土，应分别制作抗冻渗试件各一组（100mm×100mm×400mm、175mm×185mm×150mm），并在规定时间内进行抗冻渗试验。

（11）方案拟定 C30（50% 粉煤灰）、C60（40%粉煤灰）两等级混凝土，应分别制作抗氯离子渗透试验试件各一组（电通量法），C30 等级制作抗碳化试件一组，届时按规定进行相关试验。

（12）方案拟定优选出最佳粉煤灰掺量，最终形成施工配合比。

4.3 材料要求

（1）粉煤灰细度应小于 1%（0.045μm 筛），其它指标应符合Ⅰ级灰要求。

（2）水泥应符合现行普通硅酸盐水泥要求。

（3）砂、石质量应符合现行规范标准要求。

（4）外加剂应符合高性能外加剂全部质量指标，浓度为 9%～11%。

（5）拌合水应符合拌合水质量要求。

（6）S·K·F-E 型混合激发剂，应具备省级质量检测报告。

4.4 交结试验配合比及性能试验结果

粉煤灰基地聚合物混凝土与普通混凝土交结试验配合比见和性能试验结果表 9。

4.5 交结试验分析总结

（1）从表 9 的试验数据和情况说明中可以看到，粉煤灰基地聚合物混凝土和普通混凝土的交结试验是相当成功的，在粉煤灰代替胶结材料总量 40%～60% 区间，新拌混凝土和易性得以明显改善，浆石浑然一体，流动自如，经时坍落度、扩展度损失微乎其微，凝结时间正常。

表9 交结试验配合比及性能检测结果

（2）各等级混凝土在粉煤灰不同掺量下 3～60d强度发展十分稳定，在粉煤灰代替胶结材料总量 60%时，虽然 28d 抗压强度未能达到配制指标。然其后期强度仍有大幅度增长，在大体积混凝土工程中还是可以应用的。

（3）C55 等级以下混凝土，可采用 50% 粉煤灰代替量，C60 等级以上混凝土，应采用 40% 粉煤灰代替量，C70 等级混凝土，建议采用 P·O52.5 水泥。

（4）在粉煤灰代替量 50% 时，混凝土耐久性指标优于常规混凝土。耐久性等级满足 A-P8F250 QⅢ(1000)T-IV(<10)-GB/T14902 要求。

（5）成型混凝土应加强养护，养护期不少于14d。

（6）按目前陕西地区水泥价格计算，在粉煤灰代替水泥量 50% 时，各等级混凝土成本均下降 30 元/m3以上，C50 等级可下降 36 元/m3，经济效益计算见表10。

表10 经济效益分析表（粉煤灰基）

（7）本课题目标已全部达标。

5 矿渣粉基地聚合物混凝土配制技术与普通混凝土配制技术交结试验

5.1 技术思路

矿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处：一是新拌混凝土过于粘稠，工作度小，且损失快；二是生产成本偏高，不宜被市场接受。所不同的是，矿渣粉基地聚合物混凝土，无论是在常温或蒸养环境中，都能生成很高的强度。按照粉煤灰基地聚合物混凝土与普通混凝土的交结技术路线，应该更容易实现交结技术的完成。由于矿渣粉体材料从矿物组成方面更接近火山灰质材料，活性指数也远高于粉煤灰，故代替水泥用量亦应大于粉煤灰代替量。需要关注的是，相对普通混凝土而言，矿渣粉基地聚合物混凝土与普通混凝土交结后的材料组成，水泥已不是主体材料。如何不让矿渣粉基地聚合物混凝土的技术缺陷在交结混凝土中重现，混合激发剂的构成及掺量乃为至关重要。

5.2 技术方案

（1）方案拟定以 C30、C40、C50、C60 普通混凝土配合比为基础，分别代入 50%～70% 矿渣粉。

（2）方案拟定采用陕西龙钢 S95 矿渣粉。

（3）方案拟定采用尧柏牌 P·O42.5 水泥。

（4）方案拟定采用 5～25mm 碎石，灞河中砂，均为非活性骨料。

（5）方案拟定采用聚羧酸外加剂，掺量为胶结材料总量的 2%～2.3%。

（6）方案拟定采用生产用水为拌合水，用量不宜大于 160kg/m3。

（7）方案拟定采用 K 类水玻璃，碱金属及碱（土）金属混合激发剂（S·K·F-B 型）掺量为胶结材料总量的 1%。

（8）方案拟定新拌混凝土坍落度应控制在 (200±30)mm，经时损失小于 10%，扩展度不小于 550mm，经时损失不大于 15%，且和易性良好。

（9）方案拟定每批次试验应制作试件 4 组（100mm×100mm×100mm），试件拆模后应立即进入标准养护室养护，届时进行 3d、7d、28d、60d 抗压强度检验。

（10）方案拟定 C30、C60 两等级混凝土（70%矿渣粉），分别制作抗冻渗试件各一组（100mm×100mm×400mm、175mm×185mm×150mm），并在规定时间进行抗冻渗试验。

（11）方案拟定 C30、C60 两等级混凝土，（70%矿渣粉）应分别制作抗氯离子渗透试验试件各一组（电通量法），C30 等级制作抗碳化试件一组，届时按规定进行相关试验。

（12）方案拟定优选出最佳矿渣粉用量，最终形成施工配合比。

5.3 材料要求

（1）矿渣粉应满足 S95 产品指标要求。

（2）水泥应符合 P·O42.5 等级全部技术指标。

（3）砂、石质量应符合现行标准要求。

（4）外加剂应符合高性能外加剂全部技术指标，浓度 9%～11%。

（5）拌合水应符合拌合水质量要求。

（6）S·K·F-B 型混合激发剂，应具备省级质量检测报告。

5.4 交结试验配合比及性能试验结果

矿渣粉基地聚合物混凝土与普通混凝土交结试验配合比见和性能试验结果表 11。

表11 交结试验配合比及性能检测结果

5.5 交结试验分析总结

（1）试验证明：矿渣粉基地聚合物混凝土与普通混凝土的交结技术对传统混凝土而言，已发生了质的变化，水泥已不在成为主体胶结材料。在矿渣粉代替水泥用量 70% 基础上，混凝土各种性能均优传统混凝土指标。尤其是可泵性，水化热、强度及耐久性指标。

（2）从各等级混凝土中矿渣粉不同掺量试验数据分析。新拌混凝土性能均为优质，3～60d 强度发展层次分明，后期强度十分稳定。

（3）在矿渣粉代替水泥用量 50%～70% 区间，各等级、各掺量混凝土配制强度有较大富余。故应采用70% 带入率作为合理掺量。

（4）在矿渣粉代入 70% 基础上，混凝土耐久性指标满足 A-P8F250QⅢ(1000)T-IV(<10)-GB/T14902 要求。

（5）成型混凝土应加强养护，养护期不少于14d。

（6）按目前陕西水泥价格计算，在矿渣粉代替水泥用量 70% 时，各级混凝土成本平均下降 20.8元/m3。C60 等级下降 27.5元/m3。经济效益计算见表 12。

表12 经济效益分析表（矿渣粉基）

（7）本课题目标已全部达标。

6 总体结论

（1）地聚合物混凝土和普通混凝土，从设计理念，技术手段上有所不同。普通混凝土在一定材料背景下可锁定用水量，求得不同等级混凝土的相同流度。亦可在不同流度下求得相同的混凝土等级。形成梯度明显的水胶比。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胶比。其强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，几乎没有坍落度，不适应泵送混凝土。尤其是粉煤灰地聚合物混凝土，在常温生成强度很低，只能应用于需要蒸养的混凝土生产工艺。

（3）地聚合物混凝土是以液体水玻璃代替拌合水，其制造成本相对普通偏高，加之只能在装配式混凝土生产工艺中应用，目前很难形成大规模生产。

（4）把地聚合物混凝土聚合原理与普通混凝土水化原理相结合，将高浓度快速聚合过程转换为低浓度匀速聚合，不但能够克服地聚合物混凝土存在的技术缺陷，还可以大幅度降低混凝土生产成本。

（5）地聚合物混凝土与普通混凝土交结技术，经过大量系统性试验和部分工程实践证明，其技术性能和质量水平都是经得起考验的。除了工程技术人员的大胆尝试，还需政府等和规范标准的大力支撑。

（6）地聚合物混凝土与普通混凝土交结技术，符合国家节能减排、绿色环保的大政方向。在粉煤灰掺量50% 时，胶结材料总量中水泥熟料为 37%，在矿渣粉掺量 70% 时，胶结材料总量中水泥熟料仅为 22%，节能减排效应非常显著。

7 结束语

笔者虽然一直从事粉煤灰和矿渣粉的工程应用研究，但对地聚合物混凝土的研究却经时不多，理论和实践经验都不够充足。把地聚合物混凝土聚合原理与普通混凝土水化原理相结合，也不过是对混凝土工程理论与实践的一种大胆尝试。令人欣慰的是，我们的工作取得了初步成果，新的思维方式产生了新的混凝土配制方法。因此，笔者想做以下几点陈述：

（1）本次成果尽管令人鼓舞，但肯定尚有不足之处。本文宗旨意在抛砖引玉，仅希望业内有识之士多提宝贵意见。

（2）本成果尚属新型技术，应用过程中难免会出现某些问题，应用单位在出现问题时，可及时和我们联系，我们将全力以赴和您共同克难补缺。

（3）本成果是一场新的混凝土理论与实践，其成败关键就是科技成果能否转化为实际生产力。本团队愿意和业内工程技术人员精诚合作，全力促进该项目技术成果转化为实实在在的生产力。

（4）如果采用活性骨料时，应进行碱—骨料反应试验验证。（完）