周溪泉，姜興彥等 砼話 6月28日

0引言

上個世紀40年代末，就有學者指出，水泥水化強度主要由其粒徑在0～30μm之間的顆粒提供，其中0～10μm顆粒提供早期強度，10～30μm顆粒提供后期強度。后來，在上世紀80年代末，由S.Tsivilis等學者提出了水泥顆粒級配影響其水化強度及水泥的最佳顆粒級配理論，即水泥顆粒級配分布越狹窄其強度越高，其對混凝土的影響相似。到了90年代初，Fuller和Thompson提出了集料理想篩析曲線，簡稱富勒曲線（Fuller曲線），形成了最早的最佳堆積密度顆粒分布理論。后來富勒曲線又被A.Hummel和K.Wesche等學者優化，因為早期富勒曲線并沒有把顆粒形狀和表面特性考慮進來。而進入新世紀，隨著高性能混凝土的迅猛發展和對混凝土耐久性的高度重視，這一理論被國內外學者更加深入和系統地研究，并延伸到混凝土結構密實性和混凝土耐久性等方面。

近十年，有專家、學者明確指出，混凝土強度和耐久性主要取決于膠凝體系基體特性和膠凝體系基體與集料的粘接特性。而膠凝體系基體與集料的粘接特性又取決于膠凝體系的基體特性。所以本文通過膠凝體系中各材料達到最佳堆積狀態時對其性能的影響，驗證其是否對混凝土對結構形成起著有利的作用，最終到達拓寬配合比設計思路，提高混凝土生產企業經濟效益的目的。 

1試驗

1.1原材料

1.1.1水泥與礦物摻合料

試驗所用的水泥（C）為亞泰富山等級P·O42.5級，粉煤灰（FA）為大連熱電廠等級Ⅰ級F類，礦粉（SL）為本溪永星等級S95級（SL），膠凝材料的化學組成及物理性能見表1～4。

1.1.2砂

采用廈門艾思歐ISO標準砂；區域河砂，屬于中砂，其物理性能見表5。

1.1.3石

區域花崗巖碎石，5～20mm連續級配，物理性能見表6。

1.1.4水

區域地下水。

1.1.5外加劑

聚羧酸高性能減水劑，物理性能見表7。

1.2膠凝體系緊密堆積顆粒分布

在膠凝體系中顆粒粒徑分布并不均勻，不同種類的材料顆粒粒徑分布曲線也不盡相同，水泥顆粒粒徑集中分布在3～32μm之間，粉煤灰顆粒粒徑集中分布在5～20μm之間，礦粉顆粒粒徑集中分布在1～10μm之間。

根據Andreasen方程，可以計算出最大粒徑為150μm的集料，達到最緊密堆積時各級粒徑顆粒的百分占比，由此得出水泥緊密堆積時顆粒分布狀態，見表8。

本文使用膠凝體系中各粉體材料的顆粒粒級分布情況，見表9。

根據計算出的水泥緊密堆積顆粒分布，可以看出本文使用水泥并不能滿足緊密堆積要求。本文采用向水泥中按比例摻入礦物摻合料進行復配，驗收其復配后膠砂強度值。分析當膠凝體系中各材料的堆積狀態趨于理想緊密堆積狀態時，是否會出現有利的附加效應，即復合材料達到理想緊密堆積狀態時，可改善膠凝體系漿體的填充性和水化結構的密實性，從而提高齡期強度和耐久性。

1.3試驗方法

1.3.1膠凝體系級配效應結論驗證

依照現行GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》，采用正交試驗方法進行試驗。以粉煤灰、礦粉摻合料10%取代量為試驗單位，分別采取單摻和雙摻兩種試驗方式驗證。最終從得出數據中挑選出適量的、具有代表性的試驗數據進行對比分析，得出膠凝體系級配效應結論。

1.3.2混凝土試配驗證

依照現行JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》進行C60混凝土基準配合比設計，見表10。將基準配合試配強度比與復合膠凝體系配合比試配強度進行對比分析，得出結論。

1.4數據收集與處理

膠砂強度，依照現行GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行數據處理，試驗數據收集采用HYZ-300.10型恒加載水泥抗折抗壓試驗機?；炷翉姸?，依照現行GB/T50107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》進行數據處理，試驗數據收集采用TSY-3000型恒加載壓力試驗機。

2試驗結果與分析

2.1膠凝體系驗證

復合膠凝體系級配效應驗證結果，如表11～14。

膠凝體系中摻入粉煤灰后，膠砂強度明顯有下降趨勢。但從數據中可以看出當粉煤灰摻入20%時，下降趨勢明顯縮水，同時其對應數據也是全部對比數據中的最佳值。

膠凝體系中摻入礦粉后，膠砂抗壓強度變化趨勢并不明顯，且其抗折強度明顯提高，直至礦粉摻量大于50%后其抗折、抗壓強度出現明顯下滑。從數據中可以看出當礦粉摻入30%時，出現本組試驗數據的最佳值。

將粉煤灰與礦粉進行復配替代50%的水泥摻入膠凝體系，抗壓強度隨粉煤灰摻量越高而越低，且當粉煤灰摻量為復合混合料的20%時出現本組試驗最佳值。

將粉煤灰與礦粉進行復配替代30%的水泥摻入膠凝體系，抗折、抗壓強度并未隨復合材料比例變化而出現較大波動，且當粉煤灰摻量為復合混合料的60%時出現本組試驗最佳值。

2.2SEM照片

根據復合膠凝體系膠砂強度結果，分揀出具有代表性的4組試驗SEM照片，如圖1～4。