水泥强度对蒸养混凝土掺合料活性指数影响的研究_蒋元海.pdf

2023年第1期0引言近年来，混凝土生产中掺加矿渣粉、粉煤灰、硅灰、钢渣粉等掺合料已经成为成熟的一项技术，在长距离泵送混凝土的原材料配置中，掺加一定比例的粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料，不仅降低水泥用量和生产成本，而且对混凝土工作性的改善发挥十分重要的作用，掺合料已经成为混凝土生产中不可缺少的组分。矿渣粉、粉煤灰、硅灰、钢铁渣粉等以一定比例在配入混凝土后，为了评价分析掺合料对混凝土强度的影响，国家标准GB/T 18046 用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉、GB/T 1596 用于水泥和混凝土中的粉煤灰、GB/T 276902011砂浆和混凝土用硅灰、GBT 282932012 钢铁渣粉 等就掺合料的强度活性指标，采用“活性指数”加以评价。“活性指数”是指受检胶砂试体（掺加一定比例掺合料组）和对比胶砂试体（空白对比组），按规定的方法成型后，在水中标养到规定龄期，分别测定胶砂试体的抗压强度；“活性指数”为受检胶砂与对比胶砂同龄期的抗压强度之比1。通过测定掺合料“活性指数”，可以在一定程度上判定掺合料的活性程度，同时掺合料“活性指数”也是质量验收的重要依据。这里的对比胶砂试体所使用的水泥就是对比水泥。蒸养混凝土掺合料主要是由硬石膏粉与超细矿渣粉、超细粉煤灰、硅灰、微珠等，以一定比例配制而成的复合型混凝土掺合料，主要用于免压蒸C80混凝土 PHC管桩生产，具有成本低、早强作用显著、使用方便等特点2。由嘉兴学院主编的行业标准 JC/T 25542019蒸养混凝土制品用掺合料 中对掺合料的“蒸养活性指数”的测定方法，与上述四个国家标准中规定的掺合料“活性指数”测定方法原理基本一致。但是在研究试验中，发现蒸养混凝土掺合料的“蒸养活性指数”，不但与掺合料的成分、细度、蒸养温度、掺加比例等有关，而且还与试验中选用的“对比水泥”强度有关。下面介绍“对比水泥”强度对蒸养混凝土掺合料活性指数影响的有关试验情况。1试验概况1.1对比水泥（1）PII 52.5 水泥，3 d 抗压强度为 37.4 MPa，280d 抗压强度为59.5MPa；（2）PO 42.5 水泥，3 d 抗压强度为 29.0 MPa，280d 抗压强度为46.0 MPa。1.2试验用掺合料本试验采用4种蒸养混凝土用掺合料，分别由江苏、浙江4家生产企业提供，主要技术参数见表1。1.3胶砂配比胶砂试验的胶凝材料由对比水泥和掺合料按一定比例配制，见表2，其中掺合料的内掺质量比例为30%。中图分类号：TQ172.6文献标志码：B文章编号：1007-0389（2023）01-90-04【DOI】10.13697/ki.32-1449/tu.2023.01.030水泥强度对蒸养混凝土掺合料活性指数影响的研究蒋元海1，明 维2，许国林2，刘程旭1，吴建锋1（1.嘉兴学院，浙江 嘉兴 314001；2.宁波中淳高科股份有限公司，浙江 宁波 315100）摘 要：研究了采用PII 52.5和PO 42.5两种对比水泥，测定了4个不同品种的蒸养混凝土掺合料在不同龄期的胶砂试件抗折强度、抗压强度，计算了4个不同品种掺合料不同龄期的活性指数。发现了掺合料活性指数测定值与选用的对比水泥强度等级有关，采用PO 42.5对比水泥时测定的掺合料活性指数较采用PII 52.5对比水泥时测定值高25.6%29.9%。关键词：蒸养掺合料；对比水泥；基准水泥；活性指数；国家标准Study on the Influence of Contrast Cement Strength and Admixture Activity Index of Steam Curing ConcreteJiang yuanhai1，Ming wei2，Xu Guolin2，Liu Chengxu1，Wu Jianfeng1(1.Jiaxing University，Jiaxing 314001,China；2.NingboZhongchun Hi Tech Co.,Ltd,Ningbo 315100，China)Abstract:Two kinds of contrast cement,PII 52.5 and PO 42.5,were studied.The flexural strength and compressive strength of fouradmixtures cement samples were measured at different ages.The activity index of admixtures was calculated at different ages.It isfound that the admixture activity index is related to the selected contrast cement strength grade.The admixture activity index measuredby PO 42.5 was 25.6%29.9%higher than that measured by PII 52.5.Key words：steam curing admixture;contrast cement;reference cement;activity index;the national standard混凝土工程蒋元海，等：水泥强度对蒸养混凝土掺合料活性指数影响的研究-902023年第1期表1蒸养混凝土掺合料技术参数掺合料种类密度/（gcm-3）比表面积/（m2kg-1）三氧化硫/%含水量/%流动度比/%氯离子%烧失量/%安定性江12.53537.96.560.2999.70.022.43合格江22.66524.03.750.27101.70.012.13合格江32.80392.64.370.2999.40.013.27合格浙12.58572.36.890.6173.70.002.04合格表2胶砂配比g胶砂种类对比胶砂受检胶砂对比水泥450315掺合料135中国ISO标准砂1 350水2251.4试件制作及养护按 GB/T 176711999 的有关规定进行胶砂搅拌，搅拌完成后成型胶砂试体；在标准养护24h后脱模；然后进行胶砂试体蒸汽养护，2 h 等速升温至85 2，在 85 2 下恒温 4 h 后停止加热；其中，蒸养的热介质为饱和水蒸气，然后将试体自然冷却，冷却至室温后，放入标准养护箱中水养护1。1.5抗压强度试验胶砂试体的抗压强度按 GB/T 176711999 进行，分别测定85蒸养温度下受检胶砂和对比胶砂的蒸养强度1。1.6结果计算胶砂试体在85养护温度下，掺合料蒸养活性指数、3d蒸养活性指数及28d蒸养活性指数分别按（1）、（2）、（3）计算，计算结果保留至整数1。A蒸=（R蒸100）/R0蒸（1）A3=（R3100）/R03（2）A28=（R28100）/R028（3）式中：A蒸掺合料蒸养活性指数,%；A3 掺合料3d 蒸养活性指数,%；A28 掺合料28d 蒸养活性指数,%；R蒸受检胶砂的蒸养抗压强度，MPa；Ro蒸对比胶砂的蒸养抗压强度，MPa；R3受检胶砂3d抗压强度，MPa；R03对比胶砂3d抗压强度，MPa；R28受检胶砂28d抗压强度，MPa；R028对比胶砂28d抗压强度，MPa。2结果与讨论2.1两种对比水泥的胶砂强度用PII 52.5对比水泥测定的四种蒸养掺合料对比胶砂强度及受检胶砂强度，见表 3。用 PO 42.5对比水泥测定的四种蒸养掺合料对比胶砂强度及受检胶砂强度，见表4。表3PII 52.5对比水泥测定的对比胶砂及受检胶砂强度胶砂类型对比胶砂受检胶砂掺合料空白江1江2江3浙1抗压强度/MPaR蒸33.432.734.740.932.8R337.432.036.136.737.6R2859.546.748.950.642.6R蒸6.76.56.57.56.6抗折强度/MPaR37.18.49.89.39.0R287.16.77.27.69.2表4PO42.5对比水泥测定的对比胶砂及受检胶砂强度胶砂类型对比胶砂受检胶砂掺合料空白江1江2江3浙1抗压强度/MPaR蒸26.231.933.129.740.1R329.032.835.132.340.3R2846.049.049.047.847.3抗折强度/MPaR蒸5.66.25.66.37.7R35.87.37.06.79.9R288.88.89.28.911.82.2两种对比水泥的蒸养掺合料活性指数用PII 52.5对比水泥测定的蒸养掺合料活性指数，见表5。用PO 42.5对比水泥测定的蒸养掺合料活性指数，见表6。表5PII52.5对比水泥测定的蒸养掺合料活性指数%掺合料种类蒸养活性指数江1江2江3浙1平均A蒸97.9103.9122.598.2105.6A385.696.598.1100.595.2A2878.582.285.071.679.3表6PO42.5对比水泥测定的蒸养掺合料活性指数%掺合料种类蒸养活性指数江1江2江3浙1平均A蒸149.2126.3113.4153.1135.5A3113.1121.0111.4139.0121.1A28106.5106.5103.9102.8104.9综合表5、表6，将用不同对比水泥测定的蒸养掺合料活性指数变化情况，列入表7。表7两种对比水泥所测定的蒸养掺合料活性指数%对比水泥 蒸养活性指数PII 52.5PO 42.5变化值A蒸105.6135.529.9A395.2121.125.9A2879.3104.925.6从表7可见，4种不同厂家的受检蒸养混凝土掺合料，在采用PII 52.5和PO 42.5两种不同对比水混凝土工程蒋元海，等：水泥强度对蒸养混凝土掺合料活性指数影响的研究-912023年第1期泥情况下（其它试验条件相同），所测定不同龄期的活性指数均有很大变化。采用42.5等级水泥比52.5等级水泥所测定的活性指数有很大的提高，其中脱模活性指数 A蒸提高 29.9%，3d 的活性指数 A3提高25.9%，3d的活性指数A28提高25.6%。2.3分析讨论2.3.1对比水泥强度对蒸养活性指数的影响水泥生产工艺可知，PII 52.5水泥和PO 42.5水泥在粉磨过程中，所添加的混合材的比例相差很大。PII 52.5水泥粉磨时参加3%5%矿渣，熟料与石膏总量的比例不小于95%；PO 42.5水泥生产中矿粉等混合材的实际掺量达15%20%，熟料与石膏总量的比例为80%左右。这两种水泥相比，PII 52.5水泥接近纯熟料水泥，早强性很好，后期强度也很高；但是，PO 42.5水泥的混合材多，火山灰活性发挥需要时间长，早期强度相对就低很多，后期强度会慢慢发挥，增长的速率会提高。上述实验中，PII 52.5水泥制作的对比胶砂的早强性相较 PO 42.5 对比胶砂高出 13.5 MPa。然而，矿渣粉等掺合料在后期的活性激发中强度的增长很快，尤其是在85蒸汽养护条件下，混凝土中蒸养掺合料的掺比越高，其火山灰活性得到越大，其中：PII 52.5水泥受检胶砂的后期强度甚至下降，脱模强度仅增加 1.9 MPa，3d 下降 1.8 MPa，28 d 下降12.3MPa；但是，PO 42.5水泥受检胶砂的不同龄期的强度均有增长，早期增加大一些，后期增加小一些，脱模强度增加 7.5MPa，3d增加 6.1MPa，28d增加2.3MPa。在蒸养掺合料活性指数实验中，对于同一种混凝土掺合料，如果使用的对比水泥强度越高，那么测定的掺合料蒸养活性指数相对越小；若使用的对比水泥强度相对越低，那么测定的掺合料蒸养活性指数相对就越大。2.3.2不同掺合料的国家标准中活性指数测定方法由于标准起草单位不一样，有关掺合料活性指数用对比水泥的要求，不同的掺合料的国家标准中所规定的试验要求也不完全一样。表8列出在5个常用掺合料的国家标准中3-7，有关选用的对比水泥的规定要求。从表8可见，所列的“矿渣粉”“钢铁渣粉”“粉煤灰”“硅灰”“矿物外加剂”等5种常用的掺合料，检测活性指数所使用的对比水泥也是不尽相同，其中GB/T 180462017 和 GB/T 282932012 二项国标是一致的，为不同龄期抗压强度在限定范围的42.5等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；GB/T 15962017是选用基准水泥，或选用符合GB 175规定的强度等级为 42.5 的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；GB/T 276902011是选用基准水泥，或选用大于等于42.5等级的普通硅酸盐水泥；GB/T 187362017则选用基准水泥。上述GB/T 18046-2017和GB/T 282932012两项标准中选择的42.5水泥，但是从限定的不同龄期的抗压强度指标来分析，所谓的42.5水泥实际上是达到GB 175规定的52.5等级水泥，而不是42.5等级水泥。另外，GB/T 15962017、GB/T 276902011、GB/T 187362017三个国标中选用了基准水泥，有关中国建筑材料研究院出品的GSB 141510 强度检验用水泥标准样品 的技术资料中，可见基准水泥也属于52.5等级的水泥（见表9）。然而，GB/T 15962017 和 GB/T 276902011两项国标中的对比水泥除了可以选用基准水泥表85项国家标准中规定的对比水泥标准名称用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉钢铁渣粉用于水泥和混凝土中的粉煤灰砂浆和混凝土用硅灰高强高性能混凝土用矿物外加剂标准代号GB/T 180462017GB/T 282932012GB/T 15962017GB/T 276902011GB/T 187362017对比水泥符合GB 175规定的强度等级为42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且3d抗压强度2535 MPa，7d抗压强度3545 MPa，28d抗压强度5060 MPa，比表面积 350400 m2/kg，SO3含量（质量分数）2.3%2.8%，含碱量（Na2O+0.658K2O）（质量分数）0.5%0.9%符合GSB 141510规定，或符合GB 175规定的强度等级为42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥采用GB/T 80762008中规定的基准水泥，允许采用C3A含量为6%8%，总碱量（Na2O+0.658K2O）不大于1%的熟料，和二水石膏、矿渣共同研磨的强度等级大于（含）42.5的普通硅酸盐水泥，但仲裁仍需用基准水泥采用GB/T 80762008附录A中规定的基准水泥混凝土工程蒋元海，等：水泥强度对蒸养混凝土掺合料活性指数影响的研究-922023年第1期（52.5等级）之外，也可以选用符合GB 175标准规定的 42.5等级的普通硅酸盐水泥。那么，对于标准中掺合料一定的情况下，不同强度等级的对比水泥，其测定的掺合料活性指数值是否会保持一致值得探讨研究。2.3.3掺合料标准中选用对比水泥的讨论基于上述试验研究，行业标准JC/T 25542019蒸养混凝土制品用掺合料 在掺合料活性指数测定的条文中，明确了“对比水泥采用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，其技术性能应符合GB 175的规定”，没有采用基准水泥，也没有采用国标 GB/T 180462017 和 GB/T 282932012提出的“符合GB 175规定的强度等级为42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，且3d抗压强度2535 MPa，7d抗压强度3545 MPa，28d抗压强度5060MPa，比表面积300400m2/kg，SO3含量（质量分数）2.3%2.8%，含碱量（Na2O+0.658K2O）（质量分数）0.5%0.9%。”国标GB/T 15962017 和GB/T 276902011提出的试验用对比水泥，既可以用基准水泥，又可以采用42.5等级的水泥的规定，缺少理论依据，有待进一步试验验证。3结论（1）蒸养混凝土掺合料的活性指数测试值，与试验选用的对比水泥的强度等级有关，对比水泥强度等级越大，测得的活性系数越小。（2）掺合料标准中检测活性指数试验时，对比水泥应选用同一种强度等级的水泥，不宜选用二种不同强度等级的水泥。参考文献1 JC/T 25542019，蒸养混凝土制品用掺合料S.北京：中国建材工业出版社，2020.2 蒋元海，刘红飞，熊厚仁，等.JC/T 25542019 蒸养混凝土制品用掺合料 标准解读J.混凝土与水泥制品，2020（4）：81-85.3 GB/T 180462017，用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉S.北京：中国标准出版社,2017.4 GB/T 282932012，钢铁渣粉S.北京：中国标准出版社,2012.5 GB/T 15962017，用于水泥和混凝土中的粉煤灰S.北京：中国标准出版社,2017.6 GB/T GB/T 276902011，砂浆和混凝土用硅灰S.北京：中国标准出版社,2011.7 GB/T 187362017，高强高性能混凝土用矿物外加剂S.北京：中国标准出版社,2017.（收稿日期：2022-11-30）项目标准值允许误差范围抗折强度/MPa3 d5.34.66.028 d9.08.49.6抗压强度/MPa3 d26.724.329.128 d56.625.760.5标准稠度/%28.027.029.0凝结时间/min初凝175158192终凝230211249比表面积（m2kg-1）36635637680m筛余/%0.30.20.4体积质量（gcm-3）3.023.0130.3表9GSB 14-1510 强度检验用水泥标准样品 物理性能指标大学,2016.2 刘向楠,唐新军,苏建彪,等.硫铝酸盐水泥混凝土抗高浓度硫酸镁侵蚀性能研究J.水利与建筑工程学报,2015,13(5):161-167.3 李方元.硫铝酸盐水泥混凝土长期抵抗高浓度硫酸盐侵蚀性能J.四川水泥,2018,(8):21-21.4 胡文龙,六赞群,裴 敏.引气剂对硫铝酸盐水泥混凝土硫酸盐结晶破坏的影响J.材料导报,2019,S1(A01):239-243.5 赵璠新,魏定邦,丁 民.聚合物改性硫铝酸盐水泥抗冻性研究J.中国建材科技,2015,(5):22-24.6 王永吉.Fe2O3对硫铝酸盐水泥熟料矿物形成及性能的影响D.武汉理工大学,2015.7 胡晓鹏,孙广帅,张成中,等.混凝土早期碳化性能的试验研究J.西安建筑科技大学学报,2017,49(4):492-496.8 肖 阳,张守杰.引气剂对混凝土抗冻性和抗渗性影响研究J.黑龙江水利,2015,(6):38-42.9 高全胜.我国硫铝酸盐水泥工业现状及发展前景J.建材发展导向,2013,(12):19-21.10 王宇才，李金洪，王浩林.湿法脱硫渣制备硫铝酸盐水泥的试验研究J.环境科学与技术,2012,33(5):129-132.11 李嵩林,耿 波,尚军年.机制砂石粉对高强度混凝土性能的影响J.低温建筑技术,2016,38(1):14-15.12 张如林.机制砂石粉含量对混凝土的性能影响研究J.混凝土,2016(03):34-35.（收稿日期：2022-09-02）（上接第89页）混凝土工程蒋元海，等：水泥强度对蒸养混凝土掺合料活性指数影响的研究-93