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朱炎宁 刘军 艾洪祥 陈丽 （新疆西部建设股份有限公司 新疆 830006） 摘要：在公司“科技创新助推降本增效活动”的课题中，以粉煤灰、矿粉双掺改良技术作为研究方向，利用矿渣微粉和粉煤灰复合部分取代水泥配制混凝土,充分发挥两者的“优势互补效应”。不仅节约水泥，降低成本，而且变废为宝，物尽其用。在发挥科技创新助推降本增效的作用过程中，取得显著成效。同时此过程中践行节能减排，绿色施工理念。全体技术人员、施工人员参与，从原材料选定，配合比试验，中试试验，再到施工质量控制，不浪费、严标准、高效率完成。此次活动过程中，在完成降本增效目的的同时，对于矿物掺合料的优化应用储备一定的技术，对混凝土绿色环保理念有了更加深入的认识。 关键词：矿物掺合料；降本增效；绿色施工；优化应用 1 引言 目前低碳建筑已逐渐成为国际建筑界的主流趋势。现代混凝土科学中最突出的两大成就：其一是高性能外加剂的生产和应用；其二是矿物细粉掺合料的研究、应用与发展。后者的重要意义远远超过了以前仅仅为节约水泥的经济意义和利用废弃资源的环保意义。针对混凝土行业来说，矿物掺合料的应用，不仅对于混凝土综合性能的改善有很大突破，且在资源的二次利用，充分发挥绿色环保节能性能更是效益显著。它涉及到全面提高混凝土的各项性能，使混凝土寿命提高到500~1000年成为可能。 我国目前在水泥、骨料和混凝土矿物掺合料等原材料供应方面不同程度地存在着品质问题。原材料的优选优配对于高性能混凝土的推广应用十分重要。因此，发展和应用高性能混凝土，矿物掺合料的有效充分应用，的确让我们看到了一个绿色环保的未来混凝土世界。 2 原材料选择及原理 2.1 原材料的选择 根据工程设计及施工特点，结合新疆当地材料资源，优选以下几种原材料以C30泵送混凝土的配制为例来进行探讨。 （1）水泥：选用新疆青松建材化工水泥厂生产的青松牌普硅42.5R水泥，细度为0.08 mm，方孔筛筛余2.2%，体积安定性合格，标准稠度为25.2%，初凝时间为130min，终凝时间为200min，28d抗压强度为48.1MPa，抗折强度为9.5MPa。 （2）细骨料砂：选用质地洁净、级配良好的新疆和砼源建材有限公司生产的中砂，细度模数为2.73，表观密度为2596kg/m3。含泥量为1.7%。粗骨料：选用新疆和砼源建材有限公司生产的5~16 mm及10~25 mm 2级配碎石。表观密度为2825kg/m3 含泥量为0.5% ，针片状含量为3.9%，压碎指标为5.2%，级配合理。 2.2 外加剂的选择 影响混凝土坍落度的主要因素是单位用水量，一般选用减水率在20%左右的高效减水剂，掺量为胶凝材料总量的1.0%~1.5%。高性能混凝土的特点是低水胶比、高流动性，选用减水剂应考虑与水泥、粉煤灰的适应性并通过试验来选择。高效减水剂不仅能提高混凝土的早期强度，而且可以节约水泥用量，提高混凝土的流动性。目前国内普遍使用的是萘系减水剂，约占所有减水剂用量的60%，萘系减水剂减水率相对较低、混凝土坍落度损失快、且含甲醛、萘等有毒物质，不符合绿色混凝土原材料要求。结合高性能混凝土绿色理念，采用聚羧酸系高效减水剂。根据以上原则，本次选用了江苏博特新材料有限公司提供的聚羧酸系高效减水剂，减水率为28%，且与该双掺矿物掺合料及水泥适应性均良好。 2.3 粉煤灰、矿物掺合料的废物再利用 据资料统计，目前我国粉煤灰利用率仅为68％左右[1]。从上世纪90年代起，我国才开始了超细矿渣粉的应用研究工作。1994年，国家标准GB/T203-1994《用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉》正式颁布[2]。2002年，国家标准GB/T18736- 2002《高强、高性能混凝土用矿物外加剂》颁布实施。在该标准中，正式将超细矿渣粉命名为“矿物掺合料”，纳入混凝土第六组分。我国在粉煤灰及矿粉在废物利用率方面及在混凝土中研究应用都有差距。本技术中采用新疆地区本地粉煤灰与矿粉，结合原材特性，寻找最佳掺量配比。 2.4 粉煤灰与矿物掺合料在混凝土中利用原理 （1）利用矿粉和粉煤灰的“微集料效应”和“形态效应”来提高混凝土工作性。掺入矿粉和粉煤灰后，由于它们的粒径与水泥颗粒粒径形成粒径梯度，颗粒之间相互填充，因此可以进一步减少细集料颗粒间的空隙，使其更加密实；并且可以使得水泥颗粒间的水分得以释放，形成自由水来提高混凝土的流动性，这就是矿粉和粉煤灰的“微集料效应”[2]。另外粉煤灰的“形态效应”也可以有效提高混凝土的流动性，粉煤灰的矿物组成是海绵玻璃体和铝硅玻璃体微珠，这些球形玻璃体表面光滑，颗粒尺寸小，质地致密，在新拌合物中起到一定的润滑作用；矿粉与水泥颗粒之间及矿粉与矿粉之间接触点面积小，且矿粉的斥水作用使得对减水剂吸附作用也较弱，因此矿粉及粉煤灰的双掺可提高混凝土的流动性、和易性，减少坍落度损失。 （2）利用矿粉和粉煤灰的“微集料效应”和“火山灰效应”提高混凝土耐久性。加入矿粉和粉煤灰后，其“微集料效应”和“火山灰效应”使得混凝土的结构更为致密，降低了孔隙率[2]。由于矿粉的细度高于粉煤灰，复合掺加后使得材料颗粒间相互填充孔隙，使各组成材料紧密堆积，进一步降低孔隙率，从而增加混凝土结构的密实度，提高混凝土的耐久性。 （3）通过粉煤灰和矿粉不同比例掺量调节混凝土中的碱度环境和“微集料效应”和“火山灰效应”来提高混凝土强度。在混凝土中加入粉煤灰和矿粉后在混凝土内部的碱性环境中，矿粉和粉煤灰吸收水泥水化时形成的Ca(OH)2进一步水化形成C-S-H凝胶，改善水泥石中胶凝物质的组成，生成强度更高、稳定性更好的低碱度水化硅酸钙，同时使界面区的Ca(OH)2晶粒变小，从而改善了混凝土的微观结构，使水泥桨体的空隙率明显下降，强化了集料界面的粘结力，使得混凝土的物理力学性能大大提高[3]。 3 配合比设计和施工原理 以JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》为基础，基于事实为原则的设计方法，依据JGJ55-2011设计混凝土配合比。根据上一周期混凝土强度统计数据、混凝土基本组分（水泥、砂、石、水、外加剂）试验技术数据，先按传统方法进行基准配合比设计，然后根据材料事实情况确定掺合料掺代比例、强度影响系数、碎石及细砂掺代比例，调整基准配合比。用聚羧酸减水剂取代萘系减水剂，调节矿物掺合料比例，最后经试配验证并结合工程实际情况和特殊要求，确定最终配合比。 3.1 设计方法 C30双掺泵送混凝土是参照GBJ146-90《粉煤灰应用技术规范》要求进行的，考虑到泵送施工及粉煤灰矿粉高性能混凝土的特性，混凝土的坍落度控制在210±10mm左右。通过试配过程，确定了混凝土的配合比，见表1。
3.2 施工原理 根据预拌混凝土的特点，一般采用泵送施工。泵送混凝土不仅与材料标准有密切关系，而且对混凝土泵管的选择、布置有密切的关系。施工时应按照JGJ/ T10-2011《混凝土泵送施工技术规程》组织施工。中试试验中，严格监控其稳定性。整个过程详细流程见下图1。
采用先进生产技术、工艺，降低资源能源消耗，减少对环境的污染和破坏，尽可能减少生产和使用过程中废气废水废渣的排放，达到废弃物循环利用，实现零污染物排放和清洁生产。 4.1 配合比设计 （1）遵守企业、试验室的有关规章制度、操作规程，做好样品抽取、试样制备、试样管理工作，严格按配合比设计流程进行配合比设计。 （2）严格执行试验标准，及时做好原材料检测工作，为配合比设计提供准确的统计数据。 （3）混凝土强度统计工作，为确定混凝土试配强度提供依据。 （4）掌握施工现场信息和混凝土材料的动态信息，根据实际情况调整施工配合比。 4.2 混凝土泵送施工 （1）泵车操作人员应进行严格的培训，经考试合格后方可上岗作业。 （2）泵送前应根据施工进度需要，编制泵送混凝土供应计划，确保混凝土供应连续均匀。 （3）泵送前先用水泥砂浆湿润整个管道，再开始泵送混凝土。砂浆可采用泵送混凝土同配比的砂浆，砂浆的用量取决于输送管的长度。 （4）开始泵送时，混凝土泵应处于慢速、均匀并随时可反泵的状态，待各系统运转顺利后，方可以正常速度进行泵送。 （5）当遇到混凝土压送困难，泵的压力升高，管路产生振动时，不得强行压送，应对管路进行检查，并放慢压送速度或使泵反转，防止堵塞。 （6）泵送混凝土时，应使料斗内保持足够的混凝土。 （7）混凝土浇筑完毕后应立即覆盖保湿养护，随浇随盖。以防止混疑土表面出现收缩裂缝，在混凝土终凝前进行洒水养护。 4.3 混凝土输送泵的选型和布置 （1）泵车的布置，在选择泵车位置时，要使泵车离浇灌地点最近，附近有水源和照明设施，泵车附近无障碍物以便于搅拌车行走、喂料。泵车安装就位时最好在底部垫木块，增加附着力，以保证泵车稳定。泵车周围应当有一定空间以便于人员操作。 4.4 环境质量控制 （1）噪声污染控制在日常生产中对搅拌机的衬板经常性的检查并调整叶片与衬板之间的间隙以及采用尼龙衬板的措施可以大大减轻噪声的污染。 （2）粉尘污染控制预拌混凝土生产过程中的粉尘污染主要来自水泥等粉料的扬尘以及砂石料场的飞尘。料仓采用全封闭筒仓，由散装水泥车直接进入筒仓；搅拌楼上采用集中收尘，避免粉尘污染；另外在砂石堆场设置喷淋系统，保持砂石集料一定的含水率，这样也可以消除飞尘的污染。 （3）混凝土废渣及废水污染控制针对混凝土废渣及废水，采用砂石分离机对废弃混凝土进行分离回收，既节约了资源，又能起到环保的效果；对洗涤水进行二级沉淀后可以循环利用来冲洗车辆和拌制混凝土。 5 应用 （1）磨细矿渣和粉煤灰复合配制混凝土，取代混凝土中的部分水泥，能够提高混凝土的强度，改善混凝土的工作性能，延缓凝结时间，降低温升，减少裂缝，提高耐久性。“粉煤灰、矿粉双掺配合比”经优化后不但提高了资源利用率，节约了生产成本，还取得了较大的经济效益和社会效益，目前已在新疆西部建设股份有限公司预拌混泥土分公司应用约100万方，且核算单方成本平均下降1.5元左右。 （2）磨细矿渣与粉煤灰在商品混凝土中应用技术的研究和实践越来越多，双掺改良技术的运用，改进了传统的混凝土配合比，获得较好的技术和环保效果。双掺改良后硬化混凝土内部的孔隙减少，具有致密的微观和细观结构，抗渗性能优良，耐久性更好，可以预见未来数年疆内将掀起磨细矿渣微粉及粉煤灰复合使用的高潮。 6 展望 我国绿色混凝土研究发展历时较短，混凝土的绿色化程度还很低，目前的研究成果还不足以总结出直接指导生产的规律，实际应用更是不足混凝土总产量的1%。绿色混凝土推广应用最关键的要素是国家政策及法规的支持、鼓励和保护[4]。公司本次降本增效活动中，坚持、践行绿色施工理念，重视材料可持续发展，真正意义上将西部建设特色做大做强。 此种粉煤灰、矿粉双掺改良技术的成功应用，通过大力开展科技创新及科技成果转化工作，实现全过程的绿色化，在产品研发方面，技术投人方面，开发新型绿色混凝土产品及设计合理的配合比方面，注重废物利用，落实国家节能减排的产品升级政策，为疆内商品混凝土行业绿色发展提供新思路。 参考文献 [1] 高小建,杨英姿,邓红卫. 矿物掺合料对高性能混凝土收缩分布的影响[J].哈尔滨工程大学学报,2010(7):3l. [2] 肖瑞敏,张雄,乐嘉麟. 胶凝材料对混凝土干缩影响的研究[J].混凝土与水泥制品,2002(5): 12-16. [3] 陈月顺,刘莉,吴宏伟. 粉煤灰掺量对混凝土抗渗性影响的研究[J].新型建筑材料,2007(3): 19-22. [4] 过培君. 中国商品混凝土发展现状与预测.混凝土世界[J],2011(30):16-23.
【 【作者简介】陈丽，女，(1987年~)，新疆昌吉人，新疆西部建设股份有限公司，研究方向：建筑工程材料。 |
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