朱倩琳，严 强，赖风韵，杨洁榕，周颖雯，钟 洋

（广东建科源胜工程检测有限公司 广州 510530）

0 引言

矿物掺合料作为制备高性能混凝土必不或缺的组分，其种类、品质及掺量对改善混凝土的力学性能和耐久性能方面起着至关重要的作用［1-2］。矿物掺合料的品种很多，其中，粉煤灰、矿渣、硅灰是配制高性能混凝土常用的活性矿物掺合料。矿物掺合料的种类和掺量会对混凝土的工作性［3］、强度、抗碳化、抗冻等性能造成影响，合理掺用矿物掺合料，不仅能改善混凝土性能，而且能降低混凝土成本。

矿物掺合料适宜掺量范围的选定，除了受掺合料种类、品质影响外，还与水泥的品种、混凝土的水胶比及使用环境等因素有关。掺合料的掺量应根据混凝土的环境条件和拌和物性能、力学性能及耐久性能要求，结合掺合料的性能特点，通过试验确定。混凝土耐久性设计、混凝土或掺合料的应用等相关标准对混凝土中掺合料的适宜掺量范围做出了规定。

1 试验用原材料

⑴水泥采用P·Ⅱ42.5R 水泥，水泥中氯离子含量＜0.03%（设计要求）

⑵粉煤灰采用F类Ⅰ级粉煤灰FA

⑶磨细矿渣SL

⑷硅灰SF

⑸砂采用河砂，细度模数2.8

⑹ 碎石采用花岗岩碎石，粒径5～16 mm 和16～

31.5 mm

⑺外加剂：①减水剂；②阻锈剂

⑻试验用水采用普通市政自来水。

2 混凝土拌制试验计划

为了确定低氯离子渗透性泵送混凝土的最优掺合料比例及掺量，根据相关规范对矿渣粉、粉煤灰、硅灰的适宜掺量范围要求，结合工程对混凝土性能要求，通过研究矿渣粉、粉煤灰、硅灰单掺及两两复掺对混凝土性能的影响［4］，以选出最优的混凝土配合比。

矿渣粉、粉煤灰、硅灰单掺及两两复掺的掺量如下：粉煤灰单掺时掺量为20%、30%、40%；矿渣粉单掺时掺量为55%、65%、75%；粉煤灰-矿渣粉复掺时，掺合料掺量为45%、55%、65%，其中粉煤灰掺量分别为20%、30%；粉煤灰-硅灰复掺时，掺合料掺量为20%、30%、40%，其中硅灰掺量为5%（内掺，等量替代）；矿渣粉-硅灰复掺时，掺合料掺量为55%、65%、75%，其中硅灰掺量为5%（内掺，等量替代）［5-7］。

混凝土性能以工作性（坍落度、扩展度、和易性）、抗压强度（28 d）及抗氯离子渗透性能（电通量）进行综合表征。

3 混凝土基准配合比的确定

混凝土基准配合比通过配合比试验确定，每m3混凝土材料用量为：胶凝材 料443 kg、砂757 kg、碎石1 045 kg、水155 kg、阻锈剂8 kg，减水剂用量按坍落度进行调整，水胶比为0.35，砂率为0.42。

4 参比混凝土配合比的确定

参比混凝土配合比如表1所示。

表1 混凝土配合比Tab.1 Concrete Mix Ratio

5 掺合料对混凝土工作性、抗压强度及抗氯离子渗透性能的影响

由表2 可知：①单掺粉煤灰时，掺入Ⅰ级粉煤灰提高了混凝土的流动性及强度，且随掺量的增加（20%、30%、40%），混凝土坍落度和扩展度增大，28 d、56 d 抗压强度均先增大后减小，说明优质粉煤灰的掺入能改善混凝土的和易性、提高其密实性，从而提高混凝土的抗压强度，但粉煤灰掺量较大（40%）时，水泥所占比例下降，水泥水化所产生的氢氧化钙含量下降，无法保证粉煤灰的充分水化，从而导致混凝土抗压强度的下降。②单掺矿渣时，随着磨细矿渣粉掺量的增加（55%、65%、75%），会使混凝土的粘度增加，流动性下降，严重时造成抓底现象，不利于混凝土泵送，抗压强度也有所下降。但总体而言，矿渣掺量的变化对混凝土抗压强度的影响较小。③粉煤灰与矿渣复掺时，混凝土和易性总体较好，粘聚性适中。粉煤灰掺量（20%、30%）固定不变时，随着矿渣掺量的增加，混凝土扩展度呈递增趋势，28 d、56 d抗压强度均总体变化不大，在抗压强度试验误差允许范围内。④硅灰与粉煤灰复掺或硅灰与矿渣复掺时，5%硅灰的掺入，使得混凝土达到与单掺粉煤灰或单掺矿渣时相同的坍落度，所需减水剂的用量显著增大，但混凝土强度相差不大。⑤混凝土中硅灰掺量固定为5%时，随粉煤灰掺量的增加（15%、25%、35%），混凝土达到相同坍落度所需减水剂的掺量略有减少，这与单掺粉煤灰时的规律一致；混凝土中硅灰掺量固定为5%时，随矿粉掺量的增加（50%、60%、70%），混凝土坍落度、扩展度呈下降趋势，达到相同坍落度所需减水剂掺量呈上升趋势。单掺大掺量矿渣的混凝土或5%硅灰与大掺量矿渣复掺的混凝土，均较为粘稠，严重时有抓底现象，混凝土28 d、56 d 抗压强度也呈下降趋势［7-11］。

表2 掺合料对混凝土工作性、抗压强度及抗氯离子渗透性能的影响Tab.2 Effects of Admixtures on Compressive Workability，Strength and Resistance to Chloride Ion Penetration of Concrete

相比不掺掺合料的混凝土而言，不同掺量及比例的粉煤灰、矿渣、硅灰等掺合料的掺入均使混凝土电通量值明显下降。

6 混凝土配合比性能性评价

利用功效系数法，从混凝土工作性、抗压强度及抗氯离子渗透性能3个方面对低氯离子渗透性能泵送混凝土的性能进行综合评价。

6.1 工作性能评价

泵送混凝土的流动性指标可根据坍落度200 mm时混凝土扩展度来评价，当扩展度≥575 mm 时，流动性指标为100%，扩展度每降低25 mm，流动性指标降低5%，流动性的功效系数也降低0.05。根据对泵送混凝土的流动性要求，流动性指标不宜小于75%。

根据配合比拌制经验，在配合比试验中，混凝土坍落度在160～230 mm 范围时，减水剂掺量每增加0.1%，混凝土坍落度约增加20 mm；坍落度每增加10 mm，扩展度约增加20 mm。

根据表3 中混凝土流动性功效系数L和粘聚性保水性功效系数N，若流动性功效系数与粘聚性保水性功效系数对可泵性影响的权重相同，则可按下式计算泵送混凝土的总体工作性功效系数W。

W=L×N

由表3 可知，编号为FA30SL35、FA20SL35、FA40、SF5FA35、FA30 的工作性指标总体较优，进一步表明掺入优质粉煤灰可以改善泵送混凝土的和易性［12］。

6.2 混凝土强度及抗氯离子渗透性能评价

⑴由于部分混凝土配合比中掺合料的掺量超过50%或掺有一定量的粉煤灰，为保证混凝土强度更具有代表性，选择56 d龄期抗压强度作为其抗压强度指标的计算依据，各组配合比的抗压强度指标值以该组混凝土抗压强度与所有同设计等级混凝土中抗压强度的最大值（70.2 MPa）的百分比计。根据《普通混凝土配合比设计规程：JGJ 55—2019》要求，C40 混凝土配制强度最低为46.6 MPa（40+1.645×4≈46.6），根据上述提出的抗压强度指标值计算方法，其值不应低于66.4%（46.6/70.2×100%≈66.4%），即抗压强度指标值低于66.4%时，抗压强度功效系数为0。

⑵抗氯离子渗透性能评价

由于部分混凝土配合比中掺合料的掺量超过50%，混凝土抗氯离子渗透性能测试龄期可选为56 d。混凝土抗氯离子渗透性能指标以6 h 电通量值Q不超过100 C 时为100%，超过100 C 时，电通量值每增加50 C，抗氯离子渗透性能指标降低1%［12］。

不同混凝土的抗氯离子渗透性能指标如表3 所示。根据混凝土抗氯离子渗透性能要求，混凝土的氯离子扩散系数小于2.5×10-12m2/s［7］，混凝土电通量值小于1 000 C，对应的抗氯离子渗透性能指标值不小于82%；混凝土的氯离子扩散系数小于1.5×10-12m2/s，电通量值小于500 C，对应的抗氯离子渗透性能指标要求不小于92%。当抗氯离子渗透性能指标低于限值时，其对应的抗氯离子渗透性能功效系数为0。

表3 混凝土工作性、强度及抗氯离子渗透性能评价Tab.3 Evaluation of Concrete，Workability Strength and Resistance to Chloride Ion Penetration

6.3 混凝土综合性能评价

低氯离子渗透性泵送混凝土对工作性W、抗压强度S、抗氯离子渗透性能C的要求，取其权重为3∶3∶4，混凝土的综合性能功效系数P可按P=W0.3×S0.3×C0.4进行计算，结果如表4所示。

由表4、图1、图2 可知：对于电通量＜500 C 的混凝土，编号为FA30 的混凝土综合性能最佳，其次为FA20、SF5SL60、SF5FA35；对于电通量＜1 000 C 的混凝土，编号为FA30 的混凝土综合性能最佳，其次为FA20SL35、FA20等。

表4 混凝土综合性能评价Tab.4 Comprehensive Performance Evaluation of Concrete

图1 混凝土综合性能表现情况Fig.1 Comprehensive Performance of Concrete

7 小结

在泵送混凝土中掺入适量优质粉煤灰，不仅可以改善混凝土的工作性和流动性［13］，而且可以显著提高混凝土的抗氯离子渗透性。优质粉煤灰与矿渣复掺，既能满足工程强度和耐久性要求，降低混凝土成本，也能解决大量掺矿渣粉时混凝土和易性不好的问题。硅灰与适量优质粉煤灰复掺可实现硅灰、粉煤灰之间的性能互补，获得较好的效果。

阻锈剂的掺入可以进一步改善混凝土的抗氯离子渗透性能，但对混凝土强度有一定的不利影响。阻锈剂的掺入还会导致混凝土成本增加、性价比下降，但其掺入抗氯离子渗透性能提高［14］，有助于提高结构使用寿命，间接经济效益显著。