胶凝材料与高性能混凝土的适应性

胶凝材料与高性能混凝土的适应性1、前言对建筑结构安全使用性的重视，促进了作为提高结构耐久性的重要材料——高性能混凝土（HPC）的发展，并在近10年的研究与应用中取得了很大的成就，通过研究与实践对高性能混凝土的认识也得到了很大的进步。虽然没有确切的定义，但是业界基本形成了高性能混凝土首先具备高的耐久性，好的工作性，适宜的强度和小的离散性的共识，这也是从普通混凝土到高性能混凝土的主要标志。大量的学术文献资料论述了混凝土在各种原材料条件、各种使用条件、各种施工条件、各种设计条件下实现高性能的技术路线和技术方案，同时出现了各种配制方法，也应运诞生了相应的新型材料如新型外加剂、矿物搀和料等，新的标准和规范也在逐步修订，其中胶凝材料的复合化应用取得了很大的进展。低水泥用量，高掺和料的方法作为避免混凝土在硬化过程中出现缺陷的重要措施，成为一个共同的研究方向。随着混凝土生产技术的发展，作为结构材料主导产品的商品混凝土，成为从科研到使用的重要的环节，对高性能混凝土的推广应用起着不可估量的作用。而商品混凝土与传统的现场搅拌相比在生产工艺，混凝土配合比，质量控制，运输方式，浇注方式等方面都有很大的不同。本文结合高性能混凝土对材料的要求和商品混凝土的行业特点，探讨一下商品混凝土行业在实现混凝土高性能化的过程中需要明确认识的一些问题。2、高性能混凝土实现途径2.1基本理解对于高性能混凝土的理解各国学者都有不同的见解，但是在混凝土耐久性，工作性，体积稳定性，力学性能，以及经济性方面都有共识，重要的目标就是最大程度的提高混凝土结构物的安全使用寿命。作为结构用主要的大宗建筑材料，所有问题都需要在经济性的杠杆面前进行比较。满足使用要求，而不是盲目的提高混凝土的性能才是高性能混凝土推广应用的科学有效的途径。这需要在设计使用过程中，准确预测建筑物的使用环境（如温度，干湿度，气体，水介质等），及由此产生的各种侵蚀作用对混凝土可能产生的危害。并根据结构的使用年限，对混凝土的抵抗能力提出相应的要求。作为混凝土的提供方和施工方根据实际的要求，在混凝土的原材料、配合比、生产工艺、施工工艺、养护工艺等方面采取有效的措施满足设计要求。因此，高性能混凝土的主要标志应该是硬化混凝土的使用性能能够长期满足结构使用要求，并可以方便、经济的达到这一目标。2.2混凝土实现高性能的途径要保证混凝土的耐久性，除设计方面的工作外，在材料方面需要作的工作还有很多，首先要保证混凝土的内部缺陷尽量的少，如水化热引起的温度应力，失水造成的收缩及施工养护引起的各种缺陷等，从根本上提高混凝土抵抗外界侵蚀的能力，其次是减少由于外界因素引起缺陷造成的混凝土抵抗外界侵蚀能力的下降，如应力，温度，干湿交替等因素造成的混凝土裂缝后导致有害介质的侵入，第三是有害气体、液体、及其他介质直接作用引起的混凝土表面或者内部落劣化，影响混凝土的或者钢筋混凝土的使用寿命。因此在新拌混凝土阶段，混凝土的硬化阶段和混凝土的使用阶段三个方面有必要的质量保证措施，而这三个方面的性能保证与混凝土所用材料有直接的关系，表现在混凝土外加剂，掺和料及骨料的优化与组合。其中胶凝材料的组合具有非常重要的作用，掺和料（如粉煤灰、磨细矿渣、复合矿粉硅灰、煅烧煤矸石等）的有效使用几乎成为混凝土高性能化的必要手段。2.2.1掺和料对混凝土性能的影响2.2.1.1单掺法对混凝土性能的影响对强度的影响见表1使用胶凝材料：水泥：冀东P.O525掺和料：磨细矿渣SL，Ⅱ级磨细粉煤灰FA，磨细沸石FS空白混凝土参数：W/C=0.32水泥用量550kg/m3，采用等量取代法表1编号掺量%细度D50抗压强度MPa抗折强度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从混凝土的拌和物发现随着掺和料细度的提高，都表现为较强的减水作用，同样的坍落度条件下，混凝土的外加剂的用量明显的减少，直观黏度下降，工作性提高。混凝土的抗渗性能大幅度的提高，随着细度的提高混凝土的收缩有下降的趋势。2.2.1.2掺和料复合使用对混凝土性能的影响使用材料：水泥：兴发拉法基P.O525掺和料：磨细矿渣SL（D50=14.87μm，D90=27.85μm），元宝山Ⅰ级粉煤灰基准混凝土：W/C=0.36胶凝材料总用量475kg/m31）对抗压强度的影响见表2表2编号水泥用量kg/m3掺和料kg/m3外加剂用量%取代率%抗压强度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从28d强度可以看出，优质超细的混凝土掺和料的合理复配，对混凝土的力学性能有一定的提高作用，可以大幅度减少水泥用量。2）混凝土抗氯离子渗透性的影响选择7#配合比进行氯离子渗透性的检测试验，采用NEL法（混凝土中氯离子扩散系数）和ASTMCI1202DC60V—6hrs电量法检测混凝土的抗氯离子侵蚀的性能。结果见表3，说明掺和料的加入对抵抗氯离子的侵蚀有明显的作用，有利于钢筋混凝土的使用寿命的提高。表3编号NEL法（×10-9cm2/s）RT=34℃ASTMCI1202法（C）RT=33~35标准值检测值标准值检测值15-50很低5.92100-1000很低79625.55782平均/5.74/789结果判定/很低/很低3）对混凝土和易性的影响本试验中，坍落度控制在180~220mm之间，从表2可以看出，随着掺和料的加入，外加剂的用量明显的减少，说明掺和料有一定的减水作用，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。易振性也随之提高，可以有效的避免在施工过程中由于施工引起的混凝土内部缺陷，保证混凝土入模后的密实性，提高混凝土结构的品质。4）对混凝土的微观结构的影响用扫描电镜，X衍射对混凝进行了微观结构的分析，采用压汞法对混凝土的孔结构进行了分析，发现掺和料的加入对混凝土水化产物有了很大的改善，总体表现为改善了混凝土内部的细观结构，增加了混凝土的密实度，在掺和料的周围有大量的C-S-H凝胶。值得说明的虽然没有进行水化热的检测，但是掺和料的加入，大量的减少了水泥的用量，对控制混凝土水化放热，减少温度应力引起的微裂缝有明显的作用，优质Ⅰ级粉煤灰中的玻璃微珠具有阻断裂缝发展的作用，对混凝土抗冻性和减少内部缺陷有积极的作用。因此可以说使用质量优异的混凝土掺和料，是保证混凝土在水化前、水化硬化中及硬化后减少内部缺陷，提高混凝土耐久性的必要条件，时未来混凝土的发展方向。5）对混凝土结构成本的影响从上述结果中不难看出，在保证混凝土强度、工作性等基本条件下，高性能混凝土不但可以保证混凝土结构的耐久性，而且可以降低混凝土的成本和有利于环境的保护，是未来混凝土的发展方向。3、商品混凝土的特点商品混凝土目前在我国以势不可档的劲头飞速的发展，以质量稳定，供应及时，减少污染的特点，得到了很大的推广。与传统的现场搅拌比具有明显的优势，是推动混凝土发展的重要途径。3.1配合比特点目前比较常用的试验方法是系列水灰比试验法，就是以水灰比为主线进行试配，根据试验结果和需要的强度富裕值，直接采用回归的方式选用所需要的混凝土配合比，根据施工单位的不同要求，随意选用，具有很大的灵活性。在原材料稳定的条件下，一定阶段内可以长期使用。由于搅拌站每天的生产量很大，材料批次变化非常快，因此对水泥等材料的稳定性对商品混凝土的质量非常的重要。3.2生产工艺特点商品混凝土搅拌站是规模化的生产，每天供应不同工程，不同要求的混凝土很多，粉料仓一般设置四个，使用两种水泥（32.5和42.5）及一种掺和料和膨胀剂，因此对掺和料的选择余地很小。远距离输送也是商品混凝土的另一特点。3.3常见的问题商品混凝土常见的质量事故的根源除了设备故障外，最多发现的是水泥与外加剂之间的适应性问题，因为即使水泥和外加剂的质量都能达到国家标准的要求，也会发生这样的情况，常见有强度问题，外观质量问题和坍落度损失问题等。搅拌站要承担很大的责任，但是又无处申诉，因此搅拌站一般选用材料的首要条件是材料的质量稳定性。4、现代水泥的生产如何适应高性能混凝土的需要通过上述试验证明，水泥作为混凝土的主要胶凝物质，不但可以为混凝土提供强度保证，还可以激发掺和料的潜在的胶凝活性。但是水泥的品种需要进一步调整，以便满足高性能混凝土的实际要求。4.1水泥与高性能混凝土的不协调性虽然水泥厂使用的混合材的品种与混凝土中使用的掺和料在材质上是相同的，但是水泥生产工艺决定了其中所用的混合材无法达到掺和料的细度水平，表现为水泥中的混合材的作用无法达到混凝土掺和料的作用水平。一些大型水泥企业都是在同等熟料的条件下生产不同强度等级的水泥，因此水泥厂为了满足水泥标准的需要和降低成本的需要，经常对水泥的组成调整，虽然水泥能够保证物理性能，但是成分却时常的变化，直接带给使用单位的影响就是出现与外加剂的适应性问题。还有就是低等级水泥的富裕强度很大，但是由于商业和法律原因，商品混凝土对富裕强度的使用不足，给生产和使用都造成了很大的浪费。4.2解决办法的探讨生产P.Ⅰ、P.Ⅱ型水泥，是适应高性能混凝土和商品混凝土的发展比较有效的办法。归纳起来可以有以下特点。1）减少水泥的企业的生产压力，使水泥企业的利润值提高。2）增加水泥企业的生产水平的透明度，生产此类水泥，需要有较高的熟料生产水平，有利于用户对水泥厂家的选择。3）有利于水泥质量的稳定性。这样的做法促使水泥厂家加强熟料和水泥的均化，以满足水泥强度的稳定性和内在质量的稳定性，给用户一个稳定的产品，可以最大限度的发挥水泥的富裕强度值，节约成本。4）给使用单位带来很大的方便，根据混凝土搅拌站的特点，一般都是4个粉料储仓，如果都使用一种标号的纯硅酸盐水泥，可以使用两种以上的混凝土掺和料，即可以轻易的配制出各种要求的、比较经济的混凝土。5）提高混凝土外加剂的适应性，水泥质量的稳定将给外加剂的使用带来非常有利的效果，可以保证混凝土配合比的有效执行，减少混凝土的坍落度损失，同时也会避免由于外加剂与水泥的适应性给工程带来的质量隐患。5、需要解决的问题关于水泥、混凝土、掺和料、混凝土施工等方面的有关规范对新材料制约问题已经显现出来了，对于高性能混凝土的发展影响比较大如掺和料问题，最小水泥用量的问题等