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粉煤灰矿渣激发剂三组份体系在高性能混凝土中的应用研究
1张伟 2马广亮
1江苏苏博特新材料股份有限公司,南京,210008；
2江苏宏嘉建设监理有限公司,南京,210009
摘要：目前,粉煤灰和矿渣超细粉等已经成为高性能混凝土的必备原材料。由于矿渣的潜在活性比粉煤灰要高,故资源利用率较高。而粉煤灰的形貌效应和后期火山灰活性效应和微集料填充效应使其在混凝土的应用优势明显。粉煤灰和矿渣的双掺可以发挥叠加效应,工作性能互补效应和强度互补效应,而合适的激发剂的加入可以大大提高其在混凝土的掺量,而混凝土本身的性能并不产生明显的不利影响。
关键词：粉煤灰； 矿渣； 激发剂； 高性能混凝土
0前言
21世纪，人类进入高性能混凝土的时代。高性能混凝土(HPC)的一个显著特点就是大量掺合料的利用。大量的利用工业废渣，减少环境污染，节约矿产资源及能源都有很重要的现实意义。但大量的掺合料的应用，会造成混凝土早期强度的偏低。为了解决这个问题，人们研制开发了粉煤灰矿渣激发剂。有的用在水泥工厂，有的寻求在商品混凝土上应用。对激发剂在高性能混凝土上的应用研究变得很重要，很有现实意义。激发剂的作用方式主要有：提高水泥水化过程的碱度,从而提高掺合料的反应活性,增加早期水化产物的量,即“碱激发”；参与水化反应并在早期形成钙矾石等水化产物,形成早期的强度结构,即“硫酸盐激发”；将两者结合起来,协调两者的关系,发挥两者的长处,以提高混凝土的早期性能并兼顾后期性能,即“钠-钙-硫混合激发”。通常常用的激发剂有：元明粉,硬石膏,铝矾土,高铝熟料及固体水玻璃等等。随着科技的发展,人们发现在某一温度段煅烧石膏的激发效果也较好。
1 原材料及试验方法
原材料：
水泥：金宁羊PⅡ42.5R；中砂；玄武岩碎石5-25mm；南京华能电厂一级灰；江南水泥厂S95级矿粉；聚羧酸系减水剂PCA掺量1％,苏博特公司生产；多功能助磨激发剂SQ，粉剂,掺量2%,SQ助磨激发剂为沈阳星光建材集团研究生产，掺量为胶结材的1-2%。 其主要组分为SO42－ 盐；jH型粉煤灰，矿渣激发剂,粉剂,吉林天一建材有限公司生产，推荐掺量0.6-1.0%,该外加剂以硅酸盐类,煅烧石膏等为主要组分，通过物理化学双重作用，以及特殊的工艺加工生产而成的一种复合粉末材料,其与混凝土外加剂的相容性好,这是它的一个特点。
表1聚羧酸系减水剂PCA与jH激发剂的双掺在高性能混凝土中的应用
从以上结果可以看出：
（1）粉煤灰和矿渣在总量取代水泥50%时,早期强度有所降低,在有激发剂条件下,早期强度也有保证,后期强度稳步增加,甚至超过了基准混凝土。
（2）含有元明粉的激发剂与外加剂PCA的适应性不好,表现为减水率的降低。不含元明粉的激发剂与外加剂PCA的适应性较好,对混凝土坍损影响也较小。
2 相同的水胶比条件下,掺加激发剂前后水泥净浆的微观分析〔SEM，60d〕
水泥为金宁羊PⅡ42.5R.
(1) C=200g,FA=200g,W=150g，FDN0.4%,图(1)-1,(1)-2.
(2) C＝200g,FA＝200g,W=150g，FDN0.4%，jH1%图(2)-1,(2)-2.
(3) C=400g,W=150g，FDN0.4%,图(3)-1,(3)-2.
(4) C=200g,FA=100g,S95＝100g，FDN0.4%，jH1%,图(4)-1,(4)-2.
(5) C=200g，S95=200g，FDN0.4%，jH1%,图(5)-1,(5)-2.
图(1)-1 图(1)-2
图(2)-1 图(2)-2
图(3)-1 图(3)-2
图(4)-1 图(4)-2
图(5)-1 图(5)-2
结论：
1. 图(1)-1,(1)-2与图(2)-1,(2)-2图比较，在相同的水胶比条件下，从玻璃体的腐蚀情况可看出激发剂还是有明显的效果。
2. 从图(4)-1,(4)-2,图(5)-1,(5)-2比较，在相同的水胶比条件下，矿渣的水化程度要比粉煤灰高,粉煤灰与矿渣双掺可以发挥协同叠加效应,优势互补,使混凝土更致密。
3. 从图(5)-1,(5)-2可看出水泥与矿渣粉双掺时水泥石的空隙率较高。可以在几个到几十微米级空间发挥其填充效应。
3,混凝土变形与耐久性的比较
（1） 收缩
混凝土配合比： (a) C=460，S=675，G=1104，W=150，FDN0.65%。坍落度160mm。
(b) C=230，FA=115，S95＝115，S=675，G=1104，W=150，FDN0.65%，jH1%。坍落度160mm。
与基准混凝土比较，掺入大量的混合材后，混凝土的自收缩和干缩都较小些。这对减少混凝土的裂缝较有利。
（2） 碳化
混凝土配合比为：
(a) W=154，C=300，FA＝100，S=810，G=1060，PCA4.0。(kg/m3)。金宁羊PO42.5R。坍落度180mm。R28＝58.6Mpa
(b)W=154，C=200，FA=100，S95=100，S=810，G=1060，PCA＝4.0，jH4.0。(kg/m3)。金宁羊PO42.5。坍落度180mm,R28＝60.3Mpa
表2 60d混凝土养护后的炭化值（mm）
以上结果，可以看出混凝土配比(a)与(b)比较，FA掺量从25%到（FA+S95）占50%，混凝土炭化深度稍有增加，标准试验条件下28d的炭化值相当于自然条件下炭化50年。可以说明在自然条件下，两种混凝土配比保持钢筋混凝土碱性的能力至少在50年内相差不大。
（3） 抗渗性
混凝土配比(a)同上，为混凝土公司常规使用的配比。
混凝土配比(b)同上，为掺加激发剂之后的配比。 表3 两组混凝土的抗渗性能对比试验结果如下表（标养28d）。
试验结果标明：复合胶凝材料体系配制的混凝土（b）的抗渗性能不比单掺FA的混凝土（a）差，说明在激发剂的作用下，FA，矿渣的二次反应，以及FA，矿渣的复合叠加填充效应，使混凝土的抗渗性能不至于因为单方混凝土中水泥的量减少而降低。
（4） 抗冻性
混凝土配比：
(a)W=163，C=300，FA=100，S＝810，G=1060，FDN0.6%＋引气剂1.2/万。出料坍落度190mm，含气量Air=3.5%，R28=52.5Mpa
(b)W=163，C=200,FA＝100,S95＝100，S=810，G=1060，FDN0.6%＋引气剂1.2/万＋jH1%。出料坍落度190mm，含气量Air＝5.1%，R28=49.1Mpa
表4 混凝土抗冻性能试验结果(28d)
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