不同生產(chǎn)工藝的水泥配制混凝土性能的差異

華南理工大學(xué)材料學(xué)院 吳笑梅  樊粵明  林東  陳東河  張艷鈴

隨著混凝土技術(shù)進(jìn)步與商品混凝土的大量推廣使用，混凝土外加劑、礦物摻合料的大量應(yīng)用與混凝土強(qiáng)度等級(jí)的逐步提高，不同生產(chǎn)工藝生產(chǎn)的水泥配制混凝土?xí)r性能、成本的差異日趨顯著。為了達(dá)到同樣工作性能與強(qiáng)度等級(jí)的要求，單方混凝土水泥、外加劑、用水量差異顯著，由此造成生產(chǎn)成本差異較大，同時(shí)引起混凝土收縮開裂的程度不同。在目前我國(guó)新型干法回轉(zhuǎn)窯水泥生產(chǎn)能力不夠，立窯水泥仍占較大比例的情況下，如何選擇水泥及如何根據(jù)不同水泥的品質(zhì)生產(chǎn)混凝土，在保證混凝土質(zhì)量的前提下如何進(jìn)一步降低生產(chǎn)成本等問(wèn)題一直是困擾商品混凝土攪拌站的難題。為此，本文對(duì)比研究了不同生產(chǎn)工藝的水泥在配制混凝土?xí)r的配合比、性能的差異，就如何在配置技術(shù)方面減少由水泥品種帶來(lái)的質(zhì)量與成本上的差異提出一些個(gè)人見(jiàn)解。

1        實(shí)驗(yàn)材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

（1）實(shí)驗(yàn)選用了廣東省內(nèi)較具代表性的干法回轉(zhuǎn)窯、濕法回轉(zhuǎn)窯及立窯水泥廠生產(chǎn)的PII42.5R水泥，編號(hào)分別為水泥1、水泥2、水泥3；粉煤灰為廣州黃埔電廠II級(jí)灰。水泥熟料與粉煤灰的化學(xué)成分如表1所示。

表1、水泥熟料及粉煤灰的化學(xué)成分

（2）混凝土用砂的細(xì)度模數(shù)為2.6，表觀密度為2600kg/m3，松散密度為1500 kg/m3，緊密密度為1590 kg/m3。石為5~31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，表觀密度為2650kg/m3，松散密度為1410 kg/m3，緊密密度為1560 kg/m3。

（3）外加劑：選用具有代表性的幾類常用混凝土商品外加劑。分別是：38%的氨基磺酸鹽，38%的聚羧酸減水劑，糖鈣粉劑，木鈣粉劑，華西高濃萘系粉劑，38%AP-1F無(wú)緩凝萘系高效減水劑。文中所指外加劑摻量均為膠凝材料總量的質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。

（4）水：自來(lái)水。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

（1）標(biāo)準(zhǔn)砂漿的膠砂強(qiáng)度按GB/T17671－1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行，干燥收縮按JC/T603－1995《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》的規(guī)定進(jìn)行。標(biāo)準(zhǔn)砂漿的三種養(yǎng)護(hù)條件分別是：

A標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)——試件自加水時(shí)算起，在溫度20±3℃，相對(duì)濕度為90％以上的養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)24±2h后脫模，然后放入20±3℃的水中養(yǎng)護(hù)2天，再放入溫度為20±3℃，相對(duì)濕度為（50±4）％的干縮室，進(jìn)行不同齡期干燥收縮值的檢測(cè)；

B直接干燥——試件按JC/T603－1995成型、養(yǎng)護(hù)、脫模后，直接放入溫度為20±3℃，相對(duì)濕度為（50±4）％的干縮室，進(jìn)行不同齡期干燥收縮值的檢測(cè)；

C保濕預(yù)養(yǎng)護(hù)——試件按JC/T603－1995成型、養(yǎng)護(hù)、脫模、水養(yǎng)2天后，取出用濕毛巾覆蓋表面，在溫度20±3℃，相對(duì)濕度為90％以上的養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)5天，再放入溫度為20±3℃，相對(duì)濕度為（50±4）％的干縮室，進(jìn)行不同齡期干燥收縮值的檢測(cè)。

（2）砂、石、水泥、粉煤灰、外加劑與水按混凝土配合比稱料并投入50升強(qiáng)制式攪拌機(jī)中，外加劑先加入拌合水中攪拌均勻，混合料先干攪拌30s，再加入混有外加劑的拌合水?dāng)嚢?/SPAN>3min。按照標(biāo)準(zhǔn)GBJ80－85的方法檢測(cè)新拌混凝土的塌落度，然后成型為GBJ81－85、GBJ82－85要求的抗壓強(qiáng)度、彈性模量及混凝土干縮標(biāo)準(zhǔn)試件。將攪拌均勻的混凝土用孔徑為5mm的振動(dòng)篩篩去粗骨料，篩下的砂漿成型為25×25×280mm的收縮試件。并按標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行各項(xiàng)性能檢測(cè)。

（3）水泥與外加劑的相容性用Marsh筒法檢測(cè)。

2  結(jié)果與討論

2.1水泥與外加劑的相容性

實(shí)驗(yàn)檢測(cè)了三種水泥與目前市場(chǎng)上較有代表性的六種類型純減水劑的相容性，結(jié)果如圖1所示。

圖1、水泥與外加劑的相容性

三種水泥中干法窯水泥1對(duì)各種外加劑的飽和點(diǎn)最低，流動(dòng)度最大，流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失最小，與外加劑的相容性最好，其次是立窯水泥3，最差是濕法窯水泥2。水泥3與外加劑的相容性與水泥1接近，水泥2與外加劑的相容性與水泥1和水泥3相差較大，與各種外加劑的飽和點(diǎn)摻量普遍比水泥1和水泥2高出0.2％～0.6％，且流動(dòng)性差，流動(dòng)性經(jīng)時(shí)損失大。這主要與熟料的礦物組成、煅燒制度與水泥的顆粒分布直接相關(guān)，與水泥的生產(chǎn)窯型有一定關(guān)系，但不是必然的關(guān)系；水泥與純萘系、氨基磺酸鹽與聚羧酸等高效減水劑的相容性較好，與純糖鈣、木鈣普通減水劑的相容性較差。

2.2水泥砂漿及混凝土強(qiáng)度

三種水泥在不同水灰比條件下的ISO標(biāo)準(zhǔn)砂砂漿的強(qiáng)度如表2、表3所示。

表2、不同水灰比條件下三種水泥ISO砂漿抗折強(qiáng)度

表3、不同水灰比條件下三種水泥ISO砂漿抗壓強(qiáng)度

    由表2、表3可見(jiàn)，雖然三種水泥都是PII42.5R水泥，但其各齡期強(qiáng)度依然存在差異，即無(wú)論是1d、3d、28d抗折抗壓強(qiáng)度均是水泥1>水泥2>水泥3，且水灰比越大，強(qiáng)度差距也越大。因此在設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，為達(dá)到相同的強(qiáng)度等級(jí)和初始工作性能，配合比中各水泥的用量不同。通過(guò)配合比設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室試配、調(diào)整，確定表4所示的配合比，使新拌混凝土的塌落度達(dá)到19±2cm，混凝土28天抗壓強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C30 要求。按上述配合比配制混凝土的強(qiáng)度與彈性模量如表5所示。

表4、混凝土配合比

表5、三種水泥配制的混凝土的抗壓強(qiáng)度及彈性模量

由表5可見(jiàn)，三種水泥所配制混凝土的3天抗壓強(qiáng)度以水泥1最高，水泥3其次，水泥2最低，3天軸心抗壓強(qiáng)度的規(guī)律與此相同；7天抗壓強(qiáng)度基本相當(dāng)，均達(dá)到27～28 MPa，28天抗壓強(qiáng)度分別為37.3 MPa ，38.2 MPa ，40.4 MPa，均達(dá)到C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土的要求。即三種水泥因其自身膠砂強(qiáng)度不同、與外加劑的相容性不同，在配制同樣工作性能與強(qiáng)度等級(jí)的混凝土?xí)r，用水量、水泥用量與外加劑用量均不相同，造成成本差異較大。為最大限度的減少混凝土的水泥用量，首先應(yīng)調(diào)整好砂石級(jí)配，選擇適當(dāng)?shù)纳奥?，使混凝土達(dá)到工作性能要求的前提下盡可能減少漿體總量；其次降低混凝土單方用水量，在粘聚性許可的條件下，適當(dāng)增大外加劑摻量（接近飽和點(diǎn)摻量），以最大程度地降低水膠比；再次根據(jù)水泥膠砂強(qiáng)度的情況調(diào)整水泥與粉煤灰的比例，確定水泥用量。

2.3標(biāo)準(zhǔn)砂漿的干縮

分別檢測(cè)了表6中的樣品在三種養(yǎng)護(hù)制度條件下的干縮率，結(jié)果如圖2所示。

表6、標(biāo)準(zhǔn)砂漿的樣品代碼

                       (a) 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)制度A條件下砂漿的干縮率 

            (b) 直接干燥制度B條件下砂漿的干縮率

    (c) 保濕預(yù)養(yǎng)護(hù)制度C條件下砂漿的干縮率 

   (d) 水泥3在三種養(yǎng)護(hù)制度下砂漿的干縮率