掺合料复合的优势及可能存在的问题

刘臻一

（桐乡市钟大建材有限公司，浙江　嘉兴　314500）

掺合料复合的优势及可能存在的问题

刘臻一

（桐乡市钟大建材有限公司，浙江嘉兴314500）

0前言

混凝土所用掺合料，大都是作为消纳其他一些行业的工业废料，变废为宝地应用到混凝土中，为我国环境保护及资源绿色化做出较大的贡献。为了保证混凝土的质量，我国先后制定了大量的掺合料规范（例如粉煤灰、粒化高炉矿渣、石灰石粉等）来指导相应种类的掺合料应用到混凝土中。这些规范就会把本类别中的掺合料作以等级区分，分为可以直接使用的及限制直接使用的产品。那些质量性能优良的掺合料直接应用到混凝土中，当然无可厚非。但在一些地区，因某些客观原因，生产出的某类掺合料产品达不到标准所要求的技术性能，理论上并不能直接应用到混凝土生产中，这样就形成了当地混凝土企业出于成本因素，不得不偷偷地使用这些质量“不合格”的掺合料，并为此做出一些相应的假资料来规避监管部门的检查。但又令人意外的是，这些质量达不到标准要求的所谓“不合格”品，生产出的混凝土质量确是没问题的，令很多混凝土企业在使用时处于尴尬的境地。

随着外加剂技术的发展，混凝土技术也出现了很大的改变。原来所用的掺合料，都是围绕着掺合料在水泥中的二次水化生成 C-S-H 凝胶，具有一定的活性指数来衡量产品的性能的。经过工程人员的大量实践验证，推出了 GB/T30190－2013《石灰石粉混凝土》的标准，非活性掺合料也可以作为胶材应用到混凝土中，打破了传统的思维模式，也表明混凝土应用技术进入一个新的时代。

既然不具有活性的石灰石粉都可以作为掺合料都可以应用到混凝土中，那些所谓“不合格”的传统活性掺合料，或者说相对合格品来说活性指数低一些的产品，经过一定的复合技术改造措施，是可以完全做到合格甚至优良的产品应用到混凝土中的。标准 JG/T486－2015《混凝土复合掺合料》的出台，就应是考虑到某种掺合料质量达不到本规范要求，经过与一些优质的掺合料进行复合，达到取长补短的效果，使复合品以一种合理的技术方式应用到混凝土中去，既能资源化那些单一产品因不合格不可以使用的窘境，也同时保证了复合掺合料产品的质量。

1掺合料规范制定的目的

单一掺合料规范制定时，都是根据本产品的特性来制定的，所以每一种掺合料规范，都是对本产品的主要特征的表述。技术参数的设定值是经过工程人员的大量试验验证，可以应用到混凝土中，对混凝土有一定的性能改善的同时又不会对混凝土其它性能造成危害，还有产品实际生产工艺比较简单，经过简单的设备处理就可以达到技术要求，具有再加工成本低、覆盖面广大、有利于工业废料的资源化等特点。

因各种掺合料的特征各不相同，在混凝土中的应用方法也不尽相同，所以标准在制定检测方法时，也就会存在一定的差异。例如粉煤灰在检测活性指数时，用30% 的掺入比例，28d 活性达到70% 就算合格；而矿渣粉检测活性指数时，用50% 的掺入比例，S95则要求7d 活性指数达到75%，28d 活性指数达到95%。这说明矿渣粉可以替代水泥的量更大，而活性指数性能也比粉煤灰高很多，表明了两种掺合料性能的不同之处。之所以存在这样的不同，是因为粉煤灰本身的活性不但比矿渣粉低，且参与水化反应的开始时间也远长于矿渣粉，在28d 矿渣粉已经能较大程度的展现了自身活性时，这时的粉煤灰才刚刚参与水化，活性性能才刚刚开始。因为在实际使用中，为便于检测操作，设定的检测周期不可能太长，所以才存在着这样的差异。

从上例可以看出，单一掺合料的技术参数是对本产品质量的约束，表述的是不合格品作为本产品掺合料使用时，可能会存在一定的质量问题。若换一种方式，比如产品质量达不到 S95活性的矿渣粉，当作粉煤灰来检测及使用时，其活性性能也远远超过优质粉煤灰，在混凝土中的性能也比粉煤灰要好很多。所以说检测方式的不同，也决定了某种掺合料在混凝土中的使用方法的不同，对本产品性能不合格的，换种角度及使用方式，还是可以应用混凝土中去的，且并不会对混凝土的性能造成危害。这也应是 JG/T486－2015《混凝土复合掺合料》规范出台应用的技术条件及社会背景。

2掺合料复合的优势

2.1掺合料复合的社会优势

掺合料复合具有较大的社会优势。通过掺合料的复合技术，对普通混凝土来说，可以通过掺合料企业的自身控制做出一些性能更为稳定的掺合料产品来应用到生产中；对高性能混凝土来说，可以做出性能更为优异及独特的产品来满足混凝土特殊性能的需要；对掺合料复合企业来说，通过企业的技术研发和创新，可以采用更多不同的原材料来满足产品性能，做到性能稳定且成本低廉；对一些技术薄弱的混凝土企业来说，使用复合掺合料，可有效地减少企业自身技术力量不足而经常应对原材料变化所做的调整；对社会来说，通过掺合料复合技术，可以消纳更多其他行业的工业废料，做到产业绿色化、工业废弃物资源化，在创造经济效益的同时，为环境保护作出贡献，产生一定的社会效益。

2.2掺合料复合的技术优势

就是因为各个掺合料产品自身性能的不同，所以通过复合可以做到优势互补，再通过使用一些特殊的功能型材料，可以做出很多传统掺合料所不具有的性能，来使用到一些有特殊需求的工程上去，所以说掺合料复合具有较大的技术创新空间。

复合掺合料其实已经在一些工程上普遍的使用着，最为典型的就是在高铁轨道板上或双块式轨枕混凝土上，必须要使用一种高性能掺合料。根据铁建设（2009）152号文的要求，此种掺合料要在配合比设计用量的前提下，在混凝土中要具有高活性指数、良好的耐久性、良好的工作性、早强且不能影响混凝土后期强度增长等性能。其具体技术控制指标见表1。

表1　轨道板和双块式轨枕混凝土用复合掺合料的技术要求　%

高铁上所用的高性能复合掺合料只是通过掺合料复合技术，使掺合料性能得到提升的一个例子，以满足高铁轨道板生产工艺及混凝土高性能的要求。在其他种类的混凝土中，也可以通过掺合料复合技术，改善混凝土的其他性能。比如复合进去一些纤维，来提高混凝土的抗裂性能；复合进去一些乳胶粉，来改善混凝土的力学特征及耐候性；复合进去一些纤维素醚来改善自密实混凝土的保水性能等。所以说，通过掺合料复合技术，结合一些其它的特殊功能性材料，能改变传统掺合料仅以追求混凝土强度的单一目标，成为以后功能化混凝土的重要助推力。

在仅以追求活性性能的传统掺合料上，通过掺合料复合技术，也存在较大的技术优势。最为典型的是用达不到混凝土直接使用技术要求、低于 S95性能的矿渣粉与低于 Ⅱ 级性能的粉煤灰，通过复合技术，可以做到能相当于Ⅰ级粉煤灰性能的复合掺合料。这既能避免单一掺合料不合格使用的尴尬，也不会影响到混凝土的性能。

还有使用复合掺合料，可以做到掺合料产品性能的稳定。例如在使用经简单粉磨的单一粉煤灰或矿渣粉掺合料时，掺合料的产品性能是由热电厂或炼钢厂所使用的原材料来决定的，粉煤灰和矿渣粉是这个产业的废弃余料，并不会引起热电厂和炼钢厂的重视，所以混凝土使用企业不得不面对原材料的不稳定现象。若这些材料进入到一个以生产复合掺合料的企业，企业根据原材料的性能状况，通过一定的比例调整，就可以做到出厂产品的稳定性，有利于混凝土企业的使用。

2.3掺合料复合的经济优势

掺合料复合还具有较大的经济优势。为特殊需要所配制的特殊掺合料，因具有一定的功能性，所以市场价格往往比较高，利润比较可观。例如上文所提的高铁轨道板混凝土所用的高性能掺合料，售价大都在2000元/吨以上，远远超过一般的普通掺合料的价格。作为仅以追求活性指标为目的的普通掺合料，也具有较高的经济价值。还以粉煤灰和矿渣粉复合为例，当热电厂和炼钢厂所生产的粉煤灰和矿渣粉达不到能直接使用到混凝土中所要求的 Ⅱ 级粉煤灰以上及 S95以上性能时，会被混凝土企业拒绝，而热电厂和炼钢厂是为了保持正常生产，一定要处理掉这些工业废料，并不会在意这些废料的价格因素，只要有企业愿意接受，往往会以一个较低价格处理掉，避免影响企业主营业务的正常运转。而这些所谓的“不合格”品，经过掺合料复合企业的适当加工与调配，往往可以达到相当于Ⅱ级甚至Ⅰ级粉煤灰的性能，完全可以作为一个性能优良的产品应用到混凝土。在这个复合的过程，就自然会为企业带来较大的经济效益。

3新标准的创新及可能存在的问题

3.1新标准与传统单一掺合料标准相比的创新点

新标准 JG/T486－2015《混凝土复合掺合料》的技术指标像其它类型的掺合料规范一样，对产品类型进行了分类。因是一个复合型的产品，可以做出一些功能型的性能，所以产品类型分为普通型、早强型、易流型三种类型，这是不同于其它单一掺合料的第一个创新之处。再一个不同之处是复合掺合料的性能是人为可以控制的，所以本产品在制定技术指标时，所有的类型都是可以直接应用到混凝土中去的，不存在混凝土中不可使用的产品，这一点也不同于传统的单一掺合料技术指标的定义。另一个最能代表本标准不同于其它单一掺合料标准的创新之处是，引入了“胶砂抗压强度增长比”这个指标。此指标的引入应是为了控制复合掺合料的后期（90d）强度的增长性能，保证掺合料的后期强度还是具有一定的增长比，以规避一些企业投机取巧，利用规范的不完善，做出一些早期强度增长好，但不具有后期强度增长性的产品。

3.2新标准可能存在的问题

根据不同掺合料在实际工程上的应用，新标准忽视了掺合料与外加剂的适应性，在应用中可能会产生一些问题。现代混凝土的使用是离不开外加剂的。传统检测中，工程人员仅注重水泥与外加剂的适应性，而忽视了其它材料对外加剂的影响。但大量的工程实例证明，几乎所有的原材料都可能成为影响混凝土工作性的主要因素，各种材料中不明组份（例如各种成份不同的泥粉）对外加剂的吸附，是一个极其复杂且难解决的问题。大量的工程实例所证明的许多种类的石粉对混凝土性能的影响，造成混凝土的流动性及坍落度损失的问题，还有后期强度增长的问题，都形成对混凝土性能不利的一面。现在从国家的层面上，已经认可了石灰石粉在混凝土中的应用技术，但石灰石粉仅是众多石粉中一部分，那更大部分非石灰石质的石粉及纯度达不到规范要求的混合材质石粉呢？是不是会成为一些诚信较低、社会责任感较弱的企业，在产品复合时获利的一种方式？

虽然复合掺合料标准中具有流动度比这一项技术指标，但此项检测指标不能准确地反映掺合料中的组份对外加剂的影响。各种不同质地的泥与粉对水的吸附性相差不是太多，但对外加剂的吸附量比则差异巨大，这也是石灰石粉这种钙质材料经过大量的试验，验证能与外加剂很好的适应而得到认可，而更多类型的硅质石粉及硅钙质混合石粉在适应性上还存在着较大问题，还不被认可的原因。

所以，复合掺合料与外加剂的适应性是混凝土应用过程中所不能逾越的一道坎，定会引起工程人员的重视。又因各种各样的外加剂类型也比较多，所以也很难选取一个最具有代表性的产品能代表大多数外加剂产品与复合掺合料的适应性。但可以退而求其次，借鉴机制砂及石灰石粉中的检测材料吸附性能的方法，利用亚甲蓝值（MB 值）的方式，控制复合掺合料对化学物质的吸附性能，来控制复合掺合料对外加剂的吸附影响，以达到改善与外加剂适应性的目的。

4结语

随着工业生产的绿色化进程，及对环境保护的重视，混凝土技术及外加剂技术的发展，越来越多不同种类的工业废料可以作为掺合料在混凝土中应用这是不可避免的发展趋势。在这么许多种类的掺合料品种中，能直接单一地应用到混凝土中当然最好，但更多的是一些单独使用时量不是太大或性能并不是很理想，但经过一定的复合改造技术，可以依一定比例或一定的方式的应用到混凝土中去，这就促进了掺合料复合化技术的发展。

通过掺合料复合技术的发展，通过复合企业的技术创新及生产控制，不但可以复合出具有优异性能的功能型掺合料，更重要的是复合出质量稳定的普通掺合料应用到使用量最大的普通混凝土中去。因掺合料复合具有社会、技术、经济等多种优势，以后必会有较大的发展。但也不可忽视这个新兴技术，在实践中可能会存在着一定的不足。当然，随着应用的深入、经验的积累及规范的完善，许多问题定会得到妥善的解决。

［通讯地址］浙江省嘉兴桐乡市绕城北路 桐乡市钟大建材有限公司（314500）

吴庆嘉（昆山宏基混凝土有限公司，高级工程师）

商品混凝土搅拌站使用最多的掺合料就是粉煤灰与矿粉合掺。矿粉来自钢厂高炉熔渣与铁水分离经水渣冲制箱喷出的高速水流熔渣水淬冷却，形成颗粒状水渣后加工粉磨制得。其化学成份主要为 CaO、SiO2、Al2O3等，与水泥成份相对接近。粉煤灰是燃煤火力发电厂烟道排出收集的固体粉粒。粉煤灰颗粒粗细与燃烧状况及收尘设置有关，而它的化学成份受煤质的变化波动范围较大。通常搅拌站使用的粉煤灰含 SiO2、Al2O3占60% 以上，这也是粉煤灰活性的主要来源。矿粉与粉煤灰合掺从某种程度上讲，使混凝土技术得以进步，解决克服了不少混凝土生产使用中的不利因素。

（1）降低混凝土中水泥用量：使用矿粉与粉煤灰合掺的混凝土以 C30强度等级为例，降低水泥用量100kg/m3左右。这能在很大程度上降低了水泥在混凝土中水化产生的热量，使混凝土温升得到控制，由混凝土中水泥水化温升产生的裂缝大为减少，在浇筑大体积混凝土时可大胆使用双掺技术，适当增加掺量来降低水化热的峰值，并能得到良好的使用效果。

（2）能改善混凝土的工作性能：混凝土拌合物工作性又称和易性，表示混凝土拌合物能便于操作的相关性能参数。矿粉与粉煤灰的比重都小于水泥，矿粉的比表面积大于水泥，并具良好的粘聚性，使混凝土不易产生离析现象。而粉煤灰的比重只有水泥的2/3左右，这使混凝土搅拌过程中浆体量有所增加，骨料包裹性增强，混凝土的和易性得到有效提高。

（3）水泥石结构得到增强 :由于矿粉与粉煤灰颗粒形态不同，一般矿粉更细于水泥颗粒，它们都是水泥水化产生Ca(OH)2与之二次反应生成硅酸钙、铝酸钙等产物。不仅能降低混凝土水溶液中的 pH 值，生成钙-碱-硅胶，利于抑制碱（R2O）骨料反应，并使混凝土内部孔结构与分布得到改善，也对抵抗硫酸盐侵蚀有作用。

（4）降低生产成本：粉煤灰与矿粉都为工业副产品，利用这些工业副产品解决了它们本身的出路，而在混凝土生产中得到改善品质与降低生产成本的作用，在当前竞争激烈的市场中已很难离开这些掺合料，毕竟对降低生产成本有利。如何运用好掺合料发挥更大的作用，无疑是混凝土公司想努力实践的课题。

（5）绿色环保生产的需求：我们知道水泥生产消耗大量的能源，并排放出一定量的粉尘与二氧化碳，生产1吨水泥熟料，大概需要排放出1吨二氧化碳。这对环境造成的影响是相当大的，减少水泥用量，就是减少对大气的环境污染，也是混凝土生产竭力追求的方向。

更正声明

我刊《商品混凝土》2016年1月刊特别策划栏目 P1作者张波的单位名称由“南通市建筑工程质量检测中心”更改为“淄博庄园混凝土有限公司”，对于工作上的失误表示歉意，特此声明！

高国成（威海冠宏商品混凝土有限公司，总工程师）

在“绿色生产，节能减排”国家政策的提倡下，矿物掺合料在混凝土应用中起到不可磨灭的作用，在实际商品混凝土生产中，由于市场竞争的日益激烈和技术的不断进步，矿物掺合料已经是混凝土配合比设计中必不可少的组分，它的应用已经实现了常态化。实践证明，掺合料的应用已经是非常成熟了的技术。在2011年国家颁布了《普通混凝土配合比设计规程》就已经肯定了复合掺合料的设计思路和使用前景，也为行业技术人员提供了理论基础，但据笔者实践证明，该新的配合比设计规程还存在不足之处，没有明确复掺掺合料的相应一些检测标准和项目。而《混凝土用复合掺合料》，编号为 JG/T486－2015应运而生。

1对《普通混凝土配合比设计规程》中复合掺合料的基础检测的说明

《普通混凝土配合比设计规程》中说明了复掺掺合料的比例和影响系数，作为技术人员，如果更精确确定掺量和合理的影响系数，就要通过一些基础性检测，根据当地使用的掺合料的性质进行验证是非常迷惑的，没有相应的依据，只好按照单掺掺合料的标准进行试验检测项目进行，而进行的项目也很简单，只是对相应胶砂强度进行验证，只是片面地进行复掺掺合料的检测。而《混凝土用复合掺合料》规定了基本术语定义、分类标记、检验项目方法等。

2对市场的引导作用

JG/T486－2015《混凝土用复合掺合料》的颁布，一是避免了市场掺合料供方所谓的“掺假”现象，比如矿渣粉粉磨站在粉磨过程中掺加石灰石粉，沸石粉等，送到搅拌站检测，有些搅拌站检测到了该矿渣中含有石灰石粉，沸石粉等成分，认为是以次充好，拒收。二是为掺合料粉磨站提供了依据，可以复合掺合料进行粉磨，生产形成复掺掺合料市场的供应链。这样为搅拌站提供检测依据和复掺两种以及两种以上的掺量料提供检验依据。

3对《混凝土用复合掺合料》规范中的技术要求的理解

规范中复合掺合料分为三种：普通型、早强型和改善流动型，普通型又分为 I 级，II 级和 III 级，检测项目包含细度、流动度比、活性指数，90d 与28d 胶砂抗压强度比。对于普通型和改善流动型流动度和活性指数都是按照复掺掺合料30% 进行胶砂对比试验进行试验的，而早强型是按照复掺10% 复合掺合料进行试验的。根据掺合料在混凝土中的性质，普通型是改善混凝土的耐久性和强度发展而制定的，而改善流动型是改善混凝土和易性而制定的，对于早强型是对于有早强要求的混凝土而制定的，比如低温或者冬期施工等。

4结语

《混凝土用复合掺合料》颁布对绿色高性能混凝土起到积极促进作用，同时也去除我们一线技术人员墨守成规的旧理念。新思想，不断总结经验，接受新材料的利用和研发。

刘臻一（1982－），男，总工程师、工程师，主要从事混凝土和外加剂方面的应用。