混凝土复合胶凝材料活性指数试验研究

任慧超，王继博，张凯峰，吴超，冯涛涛

（中建西部建设北方有限公司，陕西 西安 701116）

混凝土复合胶凝材料活性指数试验研究

任慧超，王继博，张凯峰，吴超，冯涛涛

（中建西部建设北方有限公司，陕西 西安 701116）

本文通过正交试验，研究了粉煤灰、矿粉、FQY膨胀剂及水泥基渗透结晶材料（澎内传803）掺量对复合胶凝材料体系活性指数的影响。试验结果表明：各影响因素不同龄期时在复合胶凝材料体系中起到的作用程度不同，但粉煤灰在各龄期时均为最重要影响因素；当粉煤灰掺量为15%、矿粉掺量为25%、FQY膨胀剂掺量为6%、澎内传掺量为0.7%时，复合胶凝材料体系在早期及后期都表现出了较好的活性，28d活性指数达到了91.8%。

复合胶凝体系；流动度；活性指数

0 前言

近年来，随着机动车的迅速增多，城市间交通负荷日益增加，为解决交通拥堵现状，城市间以地铁、综合管廊等为代表的基础设施得以大力发展。但由于地下水、土环境的复杂性，决定了混凝土在满足抗压要求的同时，还应满足抗渗、抗冻融、抗腐蚀和抗裂等耐久性要求。

大量研究事实表明：混凝土凝结硬化以后，由于种种原因产生的裂缝会极大地加剧混凝土结构的劣化。开裂的原因有很多，其中 80% 是材料在环境温湿度或自身内因作用下产生的非荷载应力引起的，混凝土收缩是引发结构早期开裂的最主要原因，也是混凝土建筑物耐久性衰退的一个重大影响因素，因此如何控制混凝土的收缩已成为工程界的难题。目前，混凝土开裂控制研究颇多，而通过复掺矿物掺合料来改善混凝土早期开裂更是其中热点。

王栋民[1]认为水泥—膨胀剂—细掺料组成的复合胶凝材料的水化反应和水化过程是分阶段、分层次进行的，但各组分在各自进行水化反应的同时又相互作用，最终形成一个致密的硬化水泥浆体。李飞[2]采用温度应力试验机（TSTM），在对比研究中指出粉煤灰与HCSA 膨胀剂复合使用，能发挥出超叠效应。池远东[3]用 X 射线衍射和扫描电镜研究复掺矿物掺合料混凝土微观结构，并分析了复掺矿物掺合料混凝土具有良好抗裂性能的机理。

以往研究表明，随着矿物掺合料的增加，整个混凝土粉料体系活性有所削弱，本次试验拟采用多种材料混掺，在正交试验下探讨复合胶凝材料体系其活性指数的变化情况。

1 试验原材料及配比设计

1.1 试验原材料

水泥采用某公司 P·O42.5水泥；粉煤灰采用Ⅱ级粉煤灰，细度 19.5%，烧失量6.1%；矿粉为 S95 级矿粉，7d、28d 活性指数分别为 81% 和 98%；膨胀剂采用武汉某公司 FQY 型膨胀剂；水泥基渗透结晶材料采用国外某公司进口澎内传；减水剂采用中建自产外加剂，固含 11.16%；细集料采用标准砂及中级砂。

1.2 正交方案选取

此次试验为探讨粉煤灰、矿粉、膨胀剂以及水泥基渗透结晶材料掺量对复合胶凝材料体系活性系数的影响，拟采用三个水平位级，各水平位级和试验设计方案如表1 、2所示。

表1 正交试验设计方案 %

表2 正交表格 %

2 试验内容

2.1 复合胶凝材料体系净浆流动度试验研究

试验依据 GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》[4]，进行了水泥净浆流动度试验，以检验外加剂掺量一致时，不同复合胶凝材料体系的流动性。

2.2 复合胶凝材料体系活性指数试验研究

试验试件尺寸为 40mm×40mm×160mm，抗压试验以抗折强度测定后的两个断块进行抗压强度测定，试验时采用抗压夹具使试件受压面积为 40mm×40mm，胶凝体系活性指数为各组试件抗压强度值与基准组比值。试验结果计算及评定参照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》[5]及 GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》[6]进行分析。

3 力学试验结果与分析

3.1 流动度测试结果

经过测试，各配合比下的流动度指标如表3 所示，极差与方差分析见表4。

表3 流动度测试指标 mm

表4 极差、方差分析表

如表3 所示，随粉料体系的变化，胶凝体系流动度出现较大波动，其中，FH8 与 FH3 差距可达 127mm。由表4可知，胶凝材料体系的四个影响因素中，FQY 膨胀剂及粉煤灰掺量对复合胶凝材料体系流动度影响较大，矿粉掺量对其影响最小，澎内传次之。且复合胶凝材料体系流动度随粉煤灰掺量增加先增后减，矿粉及FQY 膨胀剂掺量增加逐渐递减，澎内传掺量增加先减后增。

3.2 活性指数试验结果

通过活性指数试验，各配合比下试件抗折、抗压强度及活性指数结果如表5 所示，极差与方差分析见表6。

表5 活性指数试验各指标

表6 极差、方差分析表

如表5 所示，各胶凝体系活性指数均随龄期延长而逐步提高，各组 28d 活性指数基本都在 75% 以上；随龄期增长，各配比试件强度均呈现出逐渐增长的趋势，且增幅均高于基准组1（复合胶凝材料体系中，掺合料含量较大，随着粉煤灰等掺合料的二次水化，试件强度在后期有所发展，且发展趋势强于对照组）；由 FH2和基准组2对比可知，FQY 膨胀剂对试件早期强度有一定的提高（FQY 膨胀剂内主要由硫铝酸钙和氧化钙组成，与水泥、水拌合后经水化反应生成钙矾石和氢氧化钙，从而增强胶砂密实度，提高其早期强度）；而澎内传加入胶凝材料体系中，其内部的活性化学物质通过载体向胶砂内部渗透，形成不溶于水的结晶体，填塞毛细孔道，从而使胶砂更为致密，有效提高了胶砂的抗折强度，甚至高于两个基准组。

由表6 可知，在不同龄期时，各影响因素在复合胶凝材料体系中起到的作用程度不同。其中，粉煤灰在各龄期均为最重要影响因素，对复合胶凝材料体系活性指数影响较大，其原因可能是粉煤灰具有火山灰和微集料效应，在水泥浆中能有效填充孔隙和毛细孔，改善了胶砂内部的孔结构，增大密实度，从而使胶砂强度有所提高。而在 3d、7d、28d 龄期时，FQY 膨胀剂、矿粉及澎内传掺量的影响次于粉煤灰。

4 结论

（1）正交试验方案具有很好的目的性，在一定时间内能有效的找到比较好的配比方案，并能分析出各材料掺量的影响程度，使得试验过程更加有效率。

（2）FQY 膨胀剂及粉煤灰掺量对复合胶凝材料体系流动度影响较大，粉煤灰具有滚珠效应，掺入胶砂中可减小内摩擦力，增大流动性、减少泌水，从而可以减少用水量。而 FQY 膨胀剂内的活性成分与水泥、水拌合后经水化反应生成钙矾石和氢氧化钙，从而消耗了部分试验用水。

（3）各影响因素不同龄期时在复合胶凝材料体系中起作用的程度不同。粉煤灰在各龄期时均为最重要影响因素，在 3d、7d、28d 龄期时，FQY 膨胀剂、矿粉及澎内传掺量的影响次于粉煤灰。

（4）当粉煤灰掺量为 15%，矿粉掺量为 25%，FQY 膨胀剂掺量为6%，澎内传掺量为.7% 时，复合胶凝材料体系在早期及后期都表现出了较好的活性，28d 活性指数达到了 91.8%。

[1]王栋民，张守祺，王振华，等．水泥—膨胀剂—粉煤灰复合胶凝材料膨胀与强度发展的协调性研究[J]．混凝土，2010(1):1-3．

[2]李飞，覃维祖．膨胀剂在高掺量粉煤灰混凝土中作用效果的试验研究[J]．工业建筑，2009,39(5): 89-91．

[3]池远东．复掺矿物掺合料混凝土抗裂性能试验研究及理论分析[D]．浙江大学学报, 2006．

[4]GB/T 8077—2008．混凝土外加剂匀质性试验方法[S]. [5]GB/T 17671—1999．水泥胶砂强度检验方法[S]．

[6]GB/T 1596—2005．用于水泥和混凝土中的粉煤灰[S].

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任慧超，中建西部建设北方有限公司助理工程师，硕士。

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