膠凝材料與高性能混凝土的適應(yīng)性

膠凝材料與高性能混凝土的適應(yīng)性1、前言對(duì)建筑結(jié)構(gòu)安全使用性的重視，促進(jìn)了作為提高結(jié)構(gòu)耐久性的重要材料——高性能混凝土（HPC）的發(fā)展，并在近10年的研究與應(yīng)用中取得了很大的成就，通過研究與實(shí)踐對(duì)高性能混凝土的認(rèn)識(shí)也得到了很大的進(jìn)步。雖然沒有確切的定義，但是業(yè)界基本形成了高性能混凝土首先具備高的耐久性，好的工作性，適宜的強(qiáng)度和小的離散性的共識(shí)，這也是從普通混凝土到高性能混凝土的主要標(biāo)志。大量的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)資料論述了混凝土在各種原材料條件、各種使用條件、各種施工條件、各種設(shè)計(jì)條件下實(shí)現(xiàn)高性能的技術(shù)路線和技術(shù)方案，同時(shí)出現(xiàn)了各種配制方法，也應(yīng)運(yùn)誕生了相應(yīng)的新型材料如新型外加劑、礦物攙和料等，新的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范也在逐步修訂，其中膠凝材料的復(fù)合化應(yīng)用取得了很大的進(jìn)展。低水泥用量，高摻和料的方法作為避免混凝土在硬化過程中出現(xiàn)缺陷的重要措施，成為一個(gè)共同的研究方向。隨著混凝土生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展，作為結(jié)構(gòu)材料主導(dǎo)產(chǎn)品的商品混凝土，成為從科研到使用的重要的環(huán)節(jié)，對(duì)高性能混凝土的推廣應(yīng)用起著不可估量的作用。而商品混凝土與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)攪拌相比在生產(chǎn)工藝，混凝土配合比，質(zhì)量控制，運(yùn)輸方式，澆注方式等方面都有很大的不同。本文結(jié)合高性能混凝土對(duì)材料的要求和商品混凝土的行業(yè)特點(diǎn)，探討一下商品混凝土行業(yè)在實(shí)現(xiàn)混凝土高性能化的過程中需要明確認(rèn)識(shí)的一些問題。2、高性能混凝土實(shí)現(xiàn)途徑2.1基本理解對(duì)于高性能混凝土的理解各國學(xué)者都有不同的見解，但是在混凝土耐久性，工作性，體積穩(wěn)定性，力學(xué)性能，以及經(jīng)濟(jì)性方面都有共識(shí)，重要的目標(biāo)就是最大程度的提高混凝土結(jié)構(gòu)物的安全使用壽命。作為結(jié)構(gòu)用主要的大宗建筑材料，所有問題都需要在經(jīng)濟(jì)性的杠桿面前進(jìn)行比較。滿足使用要求，而不是盲目的提高混凝土的性能才是高性能混凝土推廣應(yīng)用的科學(xué)有效的途徑。這需要在設(shè)計(jì)使用過程中，準(zhǔn)確預(yù)測(cè)建筑物的使用環(huán)境（如溫度，干濕度，氣體，水介質(zhì)等），及由此產(chǎn)生的各種侵蝕作用對(duì)混凝土可能產(chǎn)生的危害。并根據(jù)結(jié)構(gòu)的使用年限，對(duì)混凝土的抵抗能力提出相應(yīng)的要求。作為混凝土的提供方和施工方根據(jù)實(shí)際的要求，在混凝土的原材料、配合比、生產(chǎn)工藝、施工工藝、養(yǎng)護(hù)工藝等方面采取有效的措施滿足設(shè)計(jì)要求。因此，高性能混凝土的主要標(biāo)志應(yīng)該是硬化混凝土的使用性能能夠長期滿足結(jié)構(gòu)使用要求，并可以方便、經(jīng)濟(jì)的達(dá)到這一目標(biāo)。2.2混凝土實(shí)現(xiàn)高性能的途徑要保證混凝土的耐久性，除設(shè)計(jì)方面的工作外，在材料方面需要作的工作還有很多，首先要保證混凝土的內(nèi)部缺陷盡量的少，如水化熱引起的溫度應(yīng)力，失水造成的收縮及施工養(yǎng)護(hù)引起的各種缺陷等，從根本上提高混凝土抵抗外界侵蝕的能力，其次是減少由于外界因素引起缺陷造成的混凝土抵抗外界侵蝕能力的下降，如應(yīng)力，溫度，干濕交替等因素造成的混凝土裂縫后導(dǎo)致有害介質(zhì)的侵入，第三是有害氣體、液體、及其他介質(zhì)直接作用引起的混凝土表面或者內(nèi)部落劣化，影響混凝土的或者鋼筋混凝土的使用壽命。因此在新拌混凝土階段，混凝土的硬化階段和混凝土的使用階段三個(gè)方面有必要的質(zhì)量保證措施，而這三個(gè)方面的性能保證與混凝土所用材料有直接的關(guān)系，表現(xiàn)在混凝土外加劑，摻和料及骨料的優(yōu)化與組合。其中膠凝材料的組合具有非常重要的作用，摻和料（如粉煤灰、磨細(xì)礦渣、復(fù)合礦粉硅灰、煅燒煤矸石等）的有效使用幾乎成為混凝土高性能化的必要手段。2.2.1摻和料對(duì)混凝土性能的影響2.2.1.1單摻法對(duì)混凝土性能的影響對(duì)強(qiáng)度的影響見表1使用膠凝材料：水泥：冀東P.O525摻和料：磨細(xì)礦渣SL，Ⅱ級(jí)磨細(xì)粉煤灰FA，磨細(xì)沸石FS空白混凝土參數(shù)：W/C=0.32水泥用量550kg/m3，采用等量取代法表1編號(hào)摻量%細(xì)度D50抗壓強(qiáng)度MPa抗折強(qiáng)度MPa1d3d7d28d空白0/32.453.264.771.9SL11512.918.539.046.159.810.4SL2156.222.446.261.284.611.88SL32512.99.436.839.860.911.3SL4256.217.438.055.573.810.4FA11513.519.439.647.170.810.9FA2154.9722.838.2/80.012.56FA32513.534.746.758.567.69.8FA4254.978.5736.550.574.011.52FS1814.814.338.745.661.211.3FS284.9716.241.550.281.010.8FS31514.816.430.645.356.09.9FS4154.9715.037.243.469.710.8從混凝土的拌和物發(fā)現(xiàn)隨著摻和料細(xì)度的提高，都表現(xiàn)為較強(qiáng)的減水作用，同樣的坍落度條件下，混凝土的外加劑的用量明顯的減少，直觀黏度下降，工作性提高?；炷恋目?jié)B性能大幅度的提高，隨著細(xì)度的提高混凝土的收縮有下降的趨勢(shì)。2.2.1.2摻和料復(fù)合使用對(duì)混凝土性能的影響使用材料：水泥：興發(fā)拉法基P.O525摻和料：磨細(xì)礦渣SL（D50=14.87μm，D90=27.85μm），元寶山Ⅰ級(jí)粉煤灰基準(zhǔn)混凝土：W/C=0.36膠凝材料總用量475kg/m31）對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響見表2表2編號(hào)水泥用量kg/m3摻和料kg/m3外加劑用量%取代率%抗壓強(qiáng)度MPaSLFA3d28d60d147500.740044.063.076.82332.5142.50.5503038.268.578.630.50102034.160.868.940.50201032.764.170.650.4230029.553.058.362851900.5604033.866.769.970.45103032.564.972.580.46202028.656.468.690.38301022.255.558.0100.3540021.251.254.711237.5237.50.5005024.861.169.4120.44104024.660.865.5130.42203023.853.257.2140.42302022.556.560.9150.34401018.849.754.4160.3450018.544.455.9從28d強(qiáng)度可以看出，優(yōu)質(zhì)超細(xì)的混凝土摻和料的合理復(fù)配，對(duì)混凝土的力學(xué)性能有一定的提高作用，可以大幅度減少水泥用量。2）混凝土抗氯離子滲透性的影響選擇7#配合比進(jìn)行氯離子滲透性的檢測(cè)試驗(yàn)，采用NEL法（混凝土中氯離子擴(kuò)散系數(shù)）和ASTMCI1202DC60V—6hrs電量法檢測(cè)混凝土的抗氯離子侵蝕的性能。結(jié)果見表3，說明摻和料的加入對(duì)抵抗氯離子的侵蝕有明顯的作用，有利于鋼筋混凝土的使用壽命的提高。表3編號(hào)NEL法（×10-9cm2/s）RT=34℃ASTMCI1202法（C）RT=33~35標(biāo)準(zhǔn)值檢測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)值檢測(cè)值15-50很低5.92100-1000很低79625.55782平均/5.74/789結(jié)果判定/很低/很低3）對(duì)混凝土和易性的影響本試驗(yàn)中，坍落度控制在180~220mm之間，從表2可以看出，隨著摻和料的加入，外加劑的用量明顯的減少，說明摻和料有一定的減水作用，而且混凝土的粘稠度也有很大的改善，非常有利于泵送施工。易振性也隨之提高，可以有效的避免在施工過程中由于施工引起的混凝土內(nèi)部缺陷，保證混凝土入模后的密實(shí)性，提高混凝土結(jié)構(gòu)的品質(zhì)。4）對(duì)混凝土的微觀結(jié)構(gòu)的影響用掃描電鏡，X衍射對(duì)混凝進(jìn)行了微觀結(jié)構(gòu)的分析，采用壓汞法對(duì)混凝土的孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)摻和料的加入對(duì)混凝土水化產(chǎn)物有了很大的改善，總體表現(xiàn)為改善了混凝土內(nèi)部的細(xì)觀結(jié)構(gòu)，增加了混凝土的密實(shí)度，在摻和料的周圍有大量的C-S-H凝膠。值得說明的雖然沒有進(jìn)行水化熱的檢測(cè)，但是摻和料的加入，大量的減少了水泥的用量，對(duì)控制混凝土水化放熱，減少溫度應(yīng)力引起的微裂縫有明顯的作用，優(yōu)質(zhì)Ⅰ級(jí)粉煤灰中的玻璃微珠具有阻斷裂縫發(fā)展的作用，對(duì)混凝土抗凍性和減少內(nèi)部缺陷有積極的作用。因此可以說使用質(zhì)量優(yōu)異的混凝土摻和料，是保證混凝土在水化前、水化硬化中及硬化后減少內(nèi)部缺陷，提高混凝土耐久性的必要條件，時(shí)未來混凝土的發(fā)展方向。5）對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)成本的影響從上述結(jié)果中不難看出，在保證混凝土強(qiáng)度、工作性等基本條件下，高性能混凝土不但可以保證混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，而且可以降低混凝土的成本和有利于環(huán)境的保護(hù)，是未來混凝土的發(fā)展方向。3、商品混凝土的特點(diǎn)商品混凝土目前在我國以勢(shì)不可檔的勁頭飛速的發(fā)展，以質(zhì)量穩(wěn)定，供應(yīng)及時(shí)，減少污染的特點(diǎn)，得到了很大的推廣。與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)攪拌比具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是推動(dòng)混凝土發(fā)展的重要途徑。3.1配合比特點(diǎn)目前比較常用的試驗(yàn)方法是系列水灰比試驗(yàn)法，就是以水灰比為主線進(jìn)行試配，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果和需要的強(qiáng)度富裕值，直接采用回歸的方式選用所需要的混凝土配合比，根據(jù)施工單位的不同要求，隨意選用，具有很大的靈活性。在原材料穩(wěn)定的條件下，一定階段內(nèi)可以長期使用。由于攪拌站每天的生產(chǎn)量很大，材料批次變化非?？?，因此對(duì)水泥等材料的穩(wěn)定性對(duì)商品混凝土的質(zhì)量非常的重要。3.2生產(chǎn)工藝特點(diǎn)商品混凝土攪拌站是規(guī)模化的生產(chǎn)，每天供應(yīng)不同工程，不同要求的混凝土很多，粉料倉一般設(shè)置四個(gè)，使用兩種水泥（32.5和42.5）及一種摻和料和膨脹劑，因此對(duì)摻和料的選擇余地很小。遠(yuǎn)距離輸送也是商品混凝土的另一特點(diǎn)。3.3常見的問題商品混凝土常見的質(zhì)量事故的根源除了設(shè)備故障外，最多發(fā)現(xiàn)的是水泥與外加劑之間的適應(yīng)性問題，因?yàn)榧词顾嗪屯饧觿┑馁|(zhì)量都能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)的要求，也會(huì)發(fā)生這樣的情況，常見有強(qiáng)度問題，外觀質(zhì)量問題和坍落度損失問題等。攪拌站要承擔(dān)很大的責(zé)任，但是又無處申訴，因此攪拌站一般選用材料的首要條件是材料的質(zhì)量穩(wěn)定性。4、現(xiàn)代水泥的生產(chǎn)如何適應(yīng)高性能混凝土的需要通過上述試驗(yàn)證明，水泥作為混凝土的主要膠凝物質(zhì)，不但可以為混凝土提供強(qiáng)度保證，還可以激發(fā)摻和料的潛在的膠凝活性。但是水泥的品種需要進(jìn)一步調(diào)整，以便滿足高性能混凝土的實(shí)際要求。4.1水泥與高性能混凝土的不協(xié)調(diào)性雖然水泥廠使用的混合材的品種與混凝土中使用的摻和料在材質(zhì)上是相同的，但是水泥生產(chǎn)工藝決定了其中所用的混合材無法達(dá)到摻和料的細(xì)度水平，表現(xiàn)為水泥中的混合材的作用無法達(dá)到混凝土摻和料的作用水平。一些大型水泥企業(yè)都是在同等熟料的條件下生產(chǎn)不同強(qiáng)度等級(jí)的水泥，因此水泥廠為了滿足水泥標(biāo)準(zhǔn)的需要和降低成本的需要，經(jīng)常對(duì)水泥的組成調(diào)整，雖然水泥能夠保證物理性能，但是成分卻時(shí)常的變化，直接帶給使用單位的影響就是出現(xiàn)與外加劑的適應(yīng)性問題。還有就是低等級(jí)水泥的富裕強(qiáng)度很大，但是由于商業(yè)和法律原因，商品混凝土對(duì)富裕強(qiáng)度的使用不足，給生產(chǎn)和使用都造成了很大的浪費(fèi)。4.2解決辦法的探討生產(chǎn)P.Ⅰ、P.Ⅱ型水泥，是適應(yīng)高性能混凝土和商品混凝土的發(fā)展比較有效的辦法。歸納起來可以有以下特點(diǎn)。1）減少水泥的企業(yè)的生產(chǎn)壓力，使水泥企業(yè)的利潤值提高。2）增加水泥企業(yè)的生產(chǎn)水平的透明度，生產(chǎn)此類水泥，需要有較高的熟料生產(chǎn)水平，有利于用戶對(duì)水泥廠家的選擇。3）有利于水泥質(zhì)量的穩(wěn)定性。這樣的做法促使水泥廠家加強(qiáng)熟料和水泥的均化，以滿足水泥強(qiáng)度的穩(wěn)定性和內(nèi)在質(zhì)量的穩(wěn)定性，給用戶一個(gè)穩(wěn)定的產(chǎn)品，可以最大限度的發(fā)揮水泥的富裕強(qiáng)度值，節(jié)約成本。4）給使用單位帶來很大的方便，根據(jù)混凝土攪拌站的特點(diǎn)，一般都是4個(gè)粉料儲(chǔ)倉，如果都使用一種標(biāo)號(hào)的純硅酸鹽水泥，可以使用兩種以上的混凝土摻和料，即可以輕易的配制出各種要求的、比較經(jīng)濟(jì)的混凝土。5）提高混凝土外加劑的適應(yīng)性，水泥質(zhì)量的穩(wěn)定將給外加劑的使用帶來非常有利的效果，可以保證混凝土配合比的有效執(zhí)行，減少混凝土的坍落度損失，同時(shí)也會(huì)避免由于外加劑與水泥的適應(yīng)性給工程帶來的質(zhì)量隱患。5、需要解決的問題關(guān)于水泥、混凝土、摻和料、混凝土施工等方面的有關(guān)規(guī)范對(duì)新材料制約問題已經(jīng)顯現(xiàn)出來了，對(duì)于高性能混凝土的發(fā)展影響比較大如摻和料問題，最小水泥用量的問題等