P·II 硅酸盐水泥在预拌混凝土中的应用研究!
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［摘 要］通过对配制预拌混凝土所用的水泥进行调整，采用 P·II 硅酸盐水泥替代 P·O 硅酸盐水泥来配制混凝土进行对比，通过对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性等的测定及质量稳定性的分析，并通过实际工程应用实践，证实使用 P·II 硅酸盐水泥对于配制优质混凝土是完全可行的。
［关键词］P·II 硅酸盐水泥；掺合料；混凝土；应用
0 前言
随着建筑工业的发展，国家制订了各项水泥标准，并且不断地在更新，水泥等级也由原先的 42.5、52.5、62.5 转变为32.5、42.5、52.5，这其中对工程质量有了很大的提高。现在建筑工程中常用的水泥强度等级为 P·O42.5，根据 GB 175— 2007《通用硅酸盐水泥》中的规定，P·O 硅酸盐水泥和 P·II 硅酸盐水泥中的组成情况如表 1[1]。
实际生产应用上，由于水泥生产工艺的进步，水泥熟料强度的提高，水泥厂为追求最佳利润，加大水泥中混合材的掺加量，水泥中的混合材的量已经远远大于国家标准规定的范围，同时还存在多种混合材混掺的情况，使得在混凝土生产中就出现各种各样的质量问题，如水泥与外加剂的适应性问题，混凝土滞后泌水，混凝土凝结时间不正常，混凝土收缩过大等等，大大增加了混凝土生产质量控制的难度。因此，要想生产出质量稳定，性能优越的预拌混凝土，必须首先控制混凝土所用的水泥。笔者通过在混凝土生产上使用 P·II 硅酸盐水泥，来提高胶凝材料的质量稳定性，同时掺加掺合料来提高胶凝材料总量来提高混凝土的和易性能，从而提高混凝土质量的稳定性。
1 原材料
1.1 水泥
普 通硅酸盐水泥采用冀东水泥丰润公司生产的 P·O 42.5R，硅酸盐水泥采用冀东水泥滦县公司生产的 P·II42.5R，
性能指标如表 2。
1.2 石子
采用 5～25mm 连续级配碎石，产地为丰润。
1.3 矿粉
采用唐山唐龙生产的 S95 级粒化高炉矿渣微粉，比表面积 420m2/kg，28 天活性指数为 103%。
1.4 粉煤灰
采用陡河电厂生产的 Ⅱ 级优质粉煤灰，45μm 筛余为21%，需水量比为 103%。
1.5 细骨料
采用产地为迁西的尾矿砂，粗砂细度模数为 2.5～2.8，细砂细度模数为 2.0～2.2。
1.6 外加剂
搅拌站自配聚羧酸系泵送剂，减水率为 25%。
2 配合比设计、试配过程及结果
2.1 配合比设计
按照 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》进行设计，选取的混凝土强度等级为 C30 和 C50，具体配合比及性能检测结果见表 3。
为了便于比较，将试验结果作图表示，如图 1 和图 2 所示。
通过以上试配强度的检测结果可以看出，对于 C30 混凝土，配比中P·II42.5R 水泥用量在 150kg/m3 时，其 28 天抗压强度与对比试样基本相同；对于 C50 混凝土，配比中水泥用量在 272kg/m3 时，其 28 天抗压强度与对比试样基本相同。
同时可以看出，在强度接近的情况下，使用 P·II42.5R 水泥时，不论是 C30 混凝土还是 C50 混凝土，水泥的用量减少，掺合料的用量增加。为进一步对比两者的的实际应用情况，选取以上试配试验中强度与基准基本相近的两组配合比（1# 和 2#，5# 和 7#）来做比较。
每次试配均检测混凝土的凝结时间，对应每组试配留置 3d、7d、14d、28d 龄期标准养护试件 100mm× 100mm×100mm 各一组，用于检测混凝土不同龄期的标养强度；同时对应每组试配留置 14d、28d 龄期标养的 150mm× 150mm×150mm 试块各 1 块，用于检测混凝土同条件强度及回弹强度。
2.2 对比试配结果及分析
（1）新拌混凝土的性能如表 4 所示。
从出机状态来看，不论使用 P·O 普通水泥，还是使用 P·II 硅酸盐水泥，新拌混凝土的流动性均能满足设计要求，和易性良好。
（2）混凝土力学性能如表 5 所示。
从表 5 来看，不论使用 P·O 普通水泥，还是使用 P·II 硅酸盐水泥，混凝土的力学性能基本接近，均能满足设计要求。
（3）混凝土的耐久性
混凝土耐久性是混凝土的一项重要指标，本试验通过测试混凝土的抗渗性能和抗冻性能来度量混凝土的耐久性能。
由于公司不具备检测混凝土抗冻性能的试验设备，采用委托检测的方法检测混凝土的抗渗性能和抗冻性能，委托唐山市中权检测中心检测混凝土的耐久性，结果见表 6。
由表 6 数据可见，使用 P·II 水泥取代 P·O 水泥生产混凝土时，在不掺加任何膨胀剂和引气剂的情况下，抗渗性能均能达到 P12，抗冻性能满足抗冻等级大于 250 次冻融循环的要求。在 250 次冻融循环时，相同强度等级的混凝土，质量损失接近，但使用P·II硅酸盐水泥试件的相对弹性模量下降的更少，说明其抗冻性更好。因此，使用 P·II 硅酸盐水泥取代 P·O 普通水泥生产混凝土可以保持较好的耐久性。
3 工程实际应用情况
唐山冀东混凝土有限公司任各庄站于 2011 年 8 月 7 日购进冀东水泥滦县有限责任公司试生产的 P·II 型硅酸盐水泥 300 吨，截止到 8 月 22 日共进货1198.5 吨。于 8 月 29 日开始试生产，选取的工程项目为唐山凤凰新城居住、商业项目 A 标段一期，施工单位为中铁建工集团有限公司，工程应用情况如表 7 所示。
在此次的工程验证中，自 8 月 29 日至 9 月 19 日共生产了 712m3 混凝土，其中 C30 混凝土 549m3；C40 混凝土163m3，其使用的部位均为墙、柱和梁等关键部位，因此所使用的配合比和试验结果具有较强的代表性。
在实际生产过程中，C30 混凝土的水泥用量做了微调整，在 8 月 29 日到 9 月 4 日为 146kg/m3，9 月 6 日至 9 月 13日为 161kg/m3，其胶凝材料总量不变，粉煤灰的用量未变，只是将矿粉等量下调 15kg/m3。外加剂用量根据实际混凝土出机状况做微调整。
强度结果如表 8 所示，7d 标养强度达到设计强度的 65% 以上，14d 标养强度基本达到 100%，28d 标养强度最低达到115%，平均可达 128%；14d 同条件养护试块抗压强度也达到了 100% 以上，28d 同条件养护最低强度达到120%，平均可达 130%。混凝土质量较为稳定，有利于出厂控制，且工程实体结构的 28d 回弹强度也能够满足工程结构验收要求，合格率为 100%。
因此，通过混凝土试生产的验证，P·II42.5R 水泥及相应设计的配合比满足工程使用条件，完全可以替代 P·O 水泥来生产混凝土。
在实际生产过程中，混凝土出厂稳定性大大提高，混凝土坍落度经时保留值明显改善，施工现场加水现象相应减少，混凝土试件标养强度符合设计要求，实体结构 28d 回弹（按碳化 2mm 计算）能满足设计强度的 85% 以上，结构实体 60d 回弹以碳化 2mm 计算达到设计强度 100% 以上，能够满足结构验收要求。使用 P·II 水泥来生产混凝土的另一个显著特点是混凝土实体结构泌水和滞后泌水现象得以缓解，地下连续墙竖向裂缝得以改善，混凝土强度标准方差明显下降，混凝土生产质量控制明显提升。
4 经济成本核算
由于唐山冀东混凝土有限公司生产的混凝土强度等级在 C10 至 C50 之间，所以成本核算以 C30 和 C50 为基准计算，用同期 P·II 硅酸盐水泥与 P·O 普通水泥配制的预拌混凝土配合比进行成本分析，原材料成本对比数据如表 9 所示[2]。
使用 P·II 硅酸盐水泥取代 P·O 普通水泥试配混凝土，单方混凝土的水泥用量减少 40～70kg，掺合料增加 40～60kg 左右，混凝土材料成本显著降低，C30 和 C50 单方混凝土材料成本可降低 7 元左右，对于混凝土生产企业来说，经济效益非常显著。
对于年产 120万m3 混凝土的企业，若成本降低按 7 元/m3计算，则一年可节约成本：120 万×7＝840 万元，效益相当可观。
5 结论
（1）采用 P·Ⅱ 水泥替代 P·O 水泥生产混凝土时，由于水泥稳定性的提高，混凝土的质量稳定性大幅提高，生产中可以适当降低混凝土强度富余系数，使得混凝土配合比设计更加经济合理，并且提高了混凝土工程质量。
（2）由于 P·Ⅱ 硅酸盐水泥质量稳定，其中的掺合料数量和质量较少，对混凝土施工性能的可控率大大提高，实际生产过程中，由于水泥变化带来的外加剂适应性问题、混凝土滞后泌水、混凝土凝结时间异常、混凝土坍落度损失较大
等控制问题大大降低，使得混凝土质量控制难度降低。
（3）混凝土生产过程中，提高了矿物掺合料的使用量，减少了至少 10% 的混合材的二次倒运带来的燃油消耗同时降低了尾气、噪音、粉尘的产生，符合国家的节能减排的绿色生产要求。
（4）经济效益上，每方混凝土大概可以节约 7元，以本地年生产总量为例，每年混凝土生产总量约为 1000万方，如果全部使用 P·II 硅酸盐水泥，则可以节约成本 7000万元，经济效益十分可观。
（作者：孙丽丽1，戚勇军2，毕志刚3 ，商品混凝土混凝土杂志2016第7期）
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