新型无熟料水泥混凝土的研究与应用.doc

无熟料水泥及混凝土的研究与应用鉴定资料汇编北京城建集团有限责任公司混凝土分公司总 目 录一、无熟料水泥及混凝土的研究与应用鉴定大纲二、无熟料水泥及混凝土的研究与应用工作报告三、无熟料水泥及混凝土的研究与应用技术报告四、无熟料水泥及混凝土应用报告五、无熟料水泥及混凝土生产技术规程六、无熟料水泥企业标准七、无熟料水泥混凝土检测报告八、无熟料水泥混凝土工程应用证明九、国内外同类技术比较十、科技情报查新报告鉴定文件之一无熟料水泥及混凝土的研究与应用鉴定大纲北京城建集团有限责任公司混凝土分公司无熟料水泥及混凝土的研究与应用鉴定大纲一、 鉴定项目名称无熟料水泥及混凝土的研究与应用二、 鉴定形式及组织鉴定单位1 鉴定形式：专家评议2 组织鉴定单位：北京市建设委员会三、 鉴定内容通过审查技术文件，对本成果技术水平的先进性与实用性及质量指标，应用前景做出评价。四、 会议审查技术文件1 无熟料水泥及混凝土的研究与应用鉴定大纲2 无熟料水泥及混凝土的研究与应用工作报告3 无熟料水泥及混凝土的研究与应用技术报告4 无熟料水泥及混凝土应用报告5 无熟料水泥及混凝土生产技术规程6 无熟料水泥企业标准7 无熟料水泥混凝土检测报告8 无熟料水泥混凝土的工程应用证明9 国内外同类技术比较10. 科技情报查新报告五、 鉴定会议程序1 通过鉴定委员会名单。2 由鉴定委员会组织鉴定，通过鉴定大纲。3 由课题组介绍该课题的工作、研究及应用报告。4 文件审查与评价。5 鉴定委员会提出意见。6 鉴定委员会通过鉴定意见并签名。7 会议结束。鉴定文件之二无熟料水泥及混凝土的研究与应用工作报告北京城建集团有限责任公司混凝土分公司无熟料水泥及混凝土的研究与应用工作报告一、 无熟料水泥及混凝土研究的必要性传统的硅酸盐水泥混凝土由于其原材料烧制工艺复杂，排放大量二氧化碳、二氧化硫气体严重污染环境，而且混凝土耐久性指标出现诸多问题。由于配制超高强、高性能混凝土技术要求高，操作困难，因此在经过近一个世纪的发展和完善之后，又面临新的挑战。在这种条件下，研制和发展免烧结水泥基材和绿色高性能混凝土无熟料水泥混凝土，适应建筑行业可持续发展的技术要求，已势在必行。1、硅酸盐水泥及其混凝土面临的严重挑战（1）、硅酸盐水泥生产的环境污染我国硅酸盐水泥生产工艺相对落后，在全国近5亿吨水泥中，70%为立窑或小窑水泥，这些水泥生产厂家规模较小，没有与之相配套的技术和资金对水泥生产造成的粉尘、噪音、尾气进行处理，因此严重污染环境，危害人民的身心健康，破坏了自然生态环境。国家为了减少这些污染，合理调整水泥行业的产业结构，采取了扶持扩建大型回转窑生产线，淘汰小立窑水泥厂的方针（在19992000年，淘汰小水泥厂1000多家）。但是即使这样，对高标号水泥的生产仍然是供应不足。因此消除水泥生产造成的环境污染，已是当务之急，而这些措施的出台势必引起水泥行业技术竞争和产品结构的调整。 （2）、硅酸盐水泥混凝土面临耐久性问题的挑战用硅酸盐水泥混凝土建造的民宅、办公楼、桥梁等建筑设施，由于原材料、施工工艺、保养维护措施的不同等各种因素的影响，经过近半个世纪的风雨浊蚀，北京市内的立交桥、大型公用建筑均有不同程度的损伤。经过专家会诊，钢筋锈蚀、碱骨料反应、冻融循环、抗渗指标降低是引起这些损伤和破坏的罪魁祸首。现在我们所能采取的措施也只能是修复。对正在建设或准备筹建的项目，一般采用限制预拌混凝土碱含量、限制氯离子引入、掺膨胀剂等措施，但这些措施的采取并没有从根本上消除对混凝土耐久性的危害，特别是潮湿的工作环境中，即使少量的碱也可能引起碱骨料反应，而在露天的工作条件下，即使掺膨胀剂，混凝土也会出现微裂缝，抗渗性同样受到影响。因此对耐久性指标要求较高的混凝土工程，如何改善硅酸盐水泥混凝土的性能仍然是一个重大的技术课题和难题。（3）、用硅酸盐水泥配制超高强高性能混凝土面临技术难题，国内普通硅酸盐水泥配制混凝土强度最高可达100MPa以上。但现实的施工条件下，大多数重点工程以及城区的在建项目均采用大流动性混凝土，在这种条件下，对高强度、大流动性混凝土的配制主要依赖高效减水剂和超细掺合料，从而达到泵送的目的，但这样做无形中增加了混凝土的生产成本。另外由于水泥用量的增加，使混凝土硬化过程中水化热过高，在高层建筑的施工中经常引起堵泵现象，因此给施工造成很大的困难。在这种条件下，如何采用一种新型的非烧结水泥基材生产一种低水化热、泵送性能好、成本低、耐久性好的高强、高性能混凝土，改善传统硅酸盐水泥混凝土存在的缺陷就显得十分必要。2、无熟料水泥及混凝土研制开发的必要性为了从根本上改变硅酸盐水泥生产混凝土所出现的各种问题，从可持续发展的角度考虑，我们采用无熟料水泥配制混凝土，就可以减少燃煤排放二氧化碳、二氧化硫等造成的污染；采用无熟料水泥配制混凝土，可以改善混凝土的抗冻性、抗渗性，消除碱骨料反应和混凝土中的钢筋锈蚀现象，减少混凝土的碳化收缩，提高混凝土的耐久性指标。特别是对于高强超高强混凝土，我们采用无熟料水泥生产技术后，由于无熟料水泥混凝土具有较低的水胶比、良好的流动性、低水化热早强、快硬等特点，同时不需掺入泵送剂，为方便施工，降低成本，满足工程设计的不同要求，创造了良好的基础条件。二、 无熟料水泥及混凝土研究开发的可行性1 无熟料水泥及混凝土（碱矿渣混凝土）的研究开发及应用，在国际上已有成功的例子，但无熟料水泥混凝土泵送施工尚无成功事例。国内已开始在试验室研究无熟料水泥混凝土，但泵送无熟料水泥砼的研究还未开展。前苏联是世界上开发和研究无熟料水泥混凝土最早、无熟料水泥混凝土产量最高、应用最普及的国家，从1962年开始批量生产，到1995年为止，前苏联已经在各种建筑工程中累计现场搅拌使用了300万立方米无熟料水泥混凝土，从1985年以来，现场搅拌无熟料水泥混凝土的年产量一直保持在30万立方米。特别是在第二届全苏联碱矿渣混凝土学术讨论以后，无熟料水泥混凝土获得了迅速的推广应用，现在其应用范围几乎可以与硅酸盐水泥混凝土相提并论。1989年，前苏联利别滋克市已成功地全部使用现场搅拌无熟料水泥混凝土建成了高22层的住宅楼，这标志着土木建筑工程中无熟料水泥混凝土已完全可以取代硅酸盐水泥混凝土。2 在国内，以重庆建工学院蒲心诚教授为代表，安徽水利学院、南京化工学院及上海建材学院、河海大学都对无熟料水泥及混凝土的水化机制、原理及应用进行了多年的研究并取得了一定进展，认为无熟料水泥混凝土的宏观结构与普通硅酸盐混凝土基本相同，但其微观结构则有很大的差异。其特点是无熟料水泥混凝土的结构致密，孔隙率低，且孔隙多为封闭的微孔，水泥石与集料的粘结十分牢固，水化产物中除了CaO-SiO2-H2O系统的水化物（沸石），无熟料水泥混凝土的这些结构特征赋予了这种混凝土以优越的物理力学性能，使之集高强、快硬、高抗渗、高抗冻、低水化热、高耐久性于一身，它的性能是目前大量使用的硅酸盐水泥所无法实现的，特别是无熟料水泥混凝土受荷破坏时，断裂面发生在水泥石和集料中，很少发生在它们的界面上，因此在物理力学性能及耐久性指标方面无熟料水泥混凝土具备承重结构材料的应用条件。3 在开发应用方面，武汉钢铁公司科研所于八十年代初利用自产的碱矿渣水泥在试验室配制出了高标号无熟料水泥混凝土。1986年南科院也开发和研究了这一材料，并将无熟料水泥混凝土现场搅拌应用于工程抢修和快速施工、高抗腐蚀等各种特殊要求的混凝土工程，取得了理想的成果。1996年重庆建筑工程学院在试验室研制成功了无熟料水泥流态混凝土，可以做到初始坍落度(180220)mm，坍落度二小时内无损失，三小时内损失很小，应当说这为无熟料水泥混凝土的发展又一次做出了不可估量的贡献，但是他们只是在试验室里配制出了一部分小样品，没有进行工业化试生产。4 自20世纪80年代以来，预拌混凝土在国内迅速发展，无熟料水泥混凝土由于快凝快硬流变性能差的特点，使这项技术在预拌混凝土施工中一直无法应用。我们研究泵送无熟料水泥混凝土是对国内外已有研究成果的继续和深入发展，在原有理论和实践的基础上，我们研制开发了无熟料水泥混凝土专用激发剂、缓凝剂、流化剂和稳定剂，实现了对无熟料水泥混凝土拌合物工作性能的有效控制，在现场施工过程中调整初凝（68）小时，终凝（812）小时，坍落度初始值（200210）mm，五小时后保留值（180210）mm。综上所述，在现有理论基础上，借鉴国外无熟料水泥混凝土研究经验，通过我们自身对泵送混凝土各项技术指标的深入研究和调整，配制出了满足不同强度等级的无熟料水泥高性能混凝土。三、 项目的来源、研究工作目标及内容本项目根据混凝土技术的发展和市场需求自选，由北京城建集团混凝土公司2000年3月组织立项，研究时间2000年3月至2000年12月。研究目标确定如下：1. 使用矿渣粉和粉煤灰配制出425#725#无熟料水泥基材。2. 无熟料水泥的性能指标满足1) 细度：(380420)m2/kg 2) 凝结时间：初凝 (26) h 终凝 (38) h 3) 安定性：合格4) 强度：项 目3d28d抗折强度(MPa)5.07.5抗压强度(MPa)21.050.05) 标准稠度用水量：(1618.5)%3. 无熟料水泥混凝土的性能指标满足1) 拌合物指标、 坍落度：(200230)mm 扩展度：500mm、 含气量：1.0%、 容重：（24002500）kg/m3、 水胶比：0.200.352) 力学性能指标，检测以下几项、 立方体抗压强度、 轴心抗压强度、 静力弹性模量、 劈裂抗拉强度、 抗折强度3) 耐久性指标，检测以下几项、 抗冻性、 抗渗性、 收缩性、 钢筋锈蚀在对以上项目进行检测后，再实际工程中用矿渣粉配制无熟料水泥试生产300立方米C20C50无熟料水泥混凝土进行应用，28天抗压强度不低于55MPa，所配制混凝土拌合物坍落度不低于200mm，五小时坍落度损失不大于5.0%，其它性能符合工程要求，然后制定产品企业标准，再逐步推广使用。无熟料水泥混凝土，是一种高性能的优质混凝土，因其低水化热、良好的工作性、耐化学腐蚀性和后期强度的较高增长率，尤其适用于较高强度大体积的基础工程、高强度的柱及梁板浇筑工程。该项技术的实施可促进无烧结熟料水泥混凝土的推广应用，提高混凝土工程的质量。具有广阔的市场前景、经济环境和社会效益。该技术大量利用矿渣、粉煤灰等工业废料，节省资源和能源，保护环境，适应各种工程需求，因此也被称之为绿色混凝土。四、 试验研究工作内容及成果1. 无熟料水泥的组成成份及其对混凝土性能的影响1) 矿渣粉的细度对水泥强度的影响 在试制的过程中，我们采用不同细度的矿渣粉，其细度由200m2/kg700m2/kg，研究细度与强度之间的线性发展规律。2) 矿渣粉的活性，我们分别采用了碱性、中性、酸性三种矿渣粉进行了试验，确定矿渣粉的最佳掺量及其对水泥强度影响规律。3) 通过分别按、级粉煤灰进行不同掺量的试验，对粉煤灰的合理掺量进行了研究。4) 激发剂选择两种复合使用，按不同的掺量及比例进行了优化，以确定最合理的激发剂用量。5) 缓凝剂和流化剂的选择，我们对二十多种电解质根据胶体双电层理论进行了研究，优选出合适的缓凝剂和流化剂，以达到预期的效果，从而解决无熟料水泥由于快凝而无法泵送的问题。2. 无熟料水泥及混凝土的试验研究内容：1) 混凝土的目标强度为C20C602) 用无熟料水泥配制泵送混凝土的方法3) 无熟料水泥混凝土的工作性能4) 无熟料水泥混凝土的力学性能3. 试验结果1) 在国内首次得到无熟料水泥及混凝土组成材料和合理配合比，并确定了生产工艺。2) 研制成功了用于C20C60的无熟料水泥混凝土，并应用于现场施工，其主要性能为： 初凝 (68)h 终凝 (810)h 坍落度 （190220）mm 抗压强度 （3080）MPa五、 结论1 该技术节省能源和资源、保护环境、适应现行建筑行业大体积浇筑高强大流动性混凝土等现代化生产为特征的无熟料水泥混凝土，符合时代发展要求。2 无熟料水泥混凝土具有低需水量、低水化热、低收缩率、高强度等特点，适应于高性能混凝土发展的需要。3 无熟料水泥混凝土的配制，不需要水泥和泵送剂，省去了水泥生产过程，减少了环境污染；省去了泵送剂配料，大大减少了采购、储存、检测、配料等过程产生错误的概率，有利于高性能混凝土质量的保证。4 无熟料水泥混凝土适用于配制C40以上的混凝土，特别是大体积混凝土、地下工程、高耐久性要求的工程、柱梁等高强混凝土工程。5 在经济上，无熟料水泥混凝土比普通硅酸盐水泥混凝土低，因此具有较强的市场竞争力。鉴定文件之四无熟料水泥及混凝土的研究与应用技术报告北京城建集团有限责任公司混凝土分公司无熟料水泥及混凝土的研究与应用技术报告一、 无熟料水泥的组成及配比试验 无熟料水泥的主要原材料为矿渣、粉煤灰、激发剂、流化剂、缓凝剂和稳定剂等。各组份之间的合理组合与匹配，以及与缓凝剂的相似相溶，是制备出微观结构布局合理、流动度和强度均最优的胶凝材料和混凝土的前提，同时对胶凝材料本身的用水量、凝结时间、保水性、强度、收缩性、水化热都产生不同程度的影响。因此，我们必须对各种原材料的成分、物理力学性能指标，以及它们之间的组成和配比进行优化试验研究。1无熟料水泥的组成1.1原材料1.1.1矿渣粉本研究使用的矿渣粉，其主要性能指标如下表：成 分SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OTiO2首钢矿渣33.5611.400.3340.3911.200.570.571.34鞍钢矿渣35.8013.400.4741.2010.700.320.410.95本钢矿渣32.4012.500.5343.28.700.440.511.0凌钢矿渣38.7011.500.9041.27.800.510.472.1抚钢矿渣32.4010.950.8540.2710.700.900.351.3表1 矿渣化学成分表1.1.2本研究所用粉煤灰产地及各项技术指标详见表2、表3。 成分产地 SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OTiO2MnO2Loss北京东郊灰51.9632.615.612.610.630.780.171.120.063.46元宝山灰58.6419.709.564.422.082.640.870.910.090.80沈海煤灰56.4026.507.823.050.660.120.371.250.303.53鞍钢热电灰56.3027.509.322.510.551.710.390.920.070.73辽宁电厂灰57.2026.358.752.060.171.220.570.170.133.38锦州电厂灰48.9036.517.642.530.951.030.721.050.010.66阜新电厂灰47.6529.326.591.090.931.510.021.070.501.32表2 粉煤灰化学成分表技术指标元宝山灰北京东郊灰沈海煤灰鞍钢热电灰辽宁电厂锦州电厂阜新电厂分级标准级级细度（0.045mm方孔筛筛余%）6.018.06.05.45.07.2161220需水量比（%）941039897939710295105烧失量（%）0.893.463.530.733.380.661.3258含水量（%）7.01.00.60.50.470.901.611SO3（%）0.686.960.720.650.410.511.2033活性率（%）19.7114.618.2119.2018.417.215.628d胶砂强度比（%）96.078.294.097.2098.093.081.57562表3 粉煤灰技术指标1.1.3激发剂 采用三种材料复合使用，其中R2CO3、R2SiO3含量分别为98%、99%；R2OnSiO2，比重分别为0.901.03、1.61.8、2.42.6三种工业用品；缓凝剂FQ采用自己复合配制的专用激发剂。1.2无熟料水泥各种原材料对水泥性能的影响 无熟料水泥主要成分为矿渣粉、粉煤灰和激发剂。矿渣粉是无熟料水泥的主要成分，它具有很大的潜在反应活性，当细度超过400m2/kg时，能够在碱性激发剂的作用下，在表面能形成许多硅酸根离子，它们与钙离子一起溶于水，由于离子的扩散速度不一，因此在达到一定的浓度后在矿渣粉表面会形成低富硅层或在附近形成低C/S比的CSH层，随着激发作用由表及里，CSH层剥离，向液相空间转移，促进了胶体的大量形成，为浆体叠合形成沸石类水化产物创造条件。 粉煤灰的结构活性比矿渣要低一些，玻璃体也少，但是在高的碱性环境中，粉煤灰可以产生稳定增长的后期强度，同时粉煤灰能改善混凝土施工性能和力学性能、减少混凝土需水量、避免混凝土拌合物的离析、泌水、改善工作性、减少坍落度损失；掺粉煤灰还可以减少无熟料水泥混凝土的自收缩和干燥收缩，提高混凝土后期强度增长率和抗化学侵蚀的能力等。激发剂在无熟料水泥水化过程中的激发作用主要是破坏硅氧网络，使矿渣结晶体、玻璃体发生解体，参与水泥水化反应。激发剂中的含水R2OnSiO2水解后形成ROH和含水硅胶，含水硅胶结合溶液中的Ca2+与OH-形成CSH，溶液PH值变化反过来又促进外加剂进一步水解，从而形成有利于水泥强度的CSH凝胶体。 缓凝剂则是通过无机盐离子对CSH胶体双电层的排斥和吸引控制水化反应速度，从而达到缓凝的目的。1.2.1矿渣粉碱度对无熟料水泥强度的影响由表中数据可知，当采用相同量的矿渣粉、激发剂时，对酸性矿渣粉的激发效果较差，对碱性矿渣的激发效果较好，其强度最大差将近一倍。因此，制作无熟料水泥宜采用M01.0的碱性矿渣。对凝结时间而言，激发剂对矿渣的酸碱性影响不太大，对抗折强度的影响不大。 项目碱度矿 渣(%)激发剂(%)激发剂(%)初 凝min终 凝min强 度 （MPa）抗 压抗 折7d28d7d28d0.799055489636.550.18.89.70.859055479042.758.38.911.20.909055459241.953.78.711.71.009055499752.563.49.311.51.029055489560.779.69.611.01.159055489059.585.49.211.51.209055479082.595.09.911.7表4 碱度对无熟料水泥性能的影响1.2.2矿渣粉的细度对无熟料水泥性能的影响 项 目比表面积m2/kg矿渣(%)激发剂(%)激发剂(%)初 凝min终 凝min强 度 （MPa）抗 压抗 折7d28d7d28d20090557015021.340.75.910.230090555512035.246.17.211.54009055459041.762.78.711.55009055308572.389.79.511.7表5 细度对无熟料水泥性能的影响由表5知，采用相同的激发剂，当矿渣粉细度由200m2/kg增大到500m2/kg时，初凝、终凝时间变短，抗压强度逐渐提高，对抗折强度的影响比较小。1.2.3激发剂对无熟料水泥性能的影响激发剂对无熟料水泥性能的影响主要表现在强度方面，影响因素是掺量和配比，具体试验数据详见表6。通过表中数据知，当激发剂掺量小于2%时，它对矿渣的激发作用几乎很小；当超过2%达到5%时，激发作用非常明显，但它 项目序号矿 渣(%)激发剂(%)激发剂(%)初 凝min终 凝min强 度 （MPa）抗 压抗 折7d28d7d28d1 9415459017.636.47.29.529325489521.342.98.19.739235499635.247.68.410.449145509041.762.57.69.859055459257.672.99.810.7表6 激发剂对无熟料水泥性能的影响对凝结时间的影响几乎不太大。1.2.4激发剂对无熟料水泥性能的影响激发剂对无熟料水泥性能的影响主要表现在凝结时间和强度两个方面。产生这种影响的原因是比重、掺量和配比，具体数据详见表7。 项目序号矿 渣(%)激发剂(%)激发剂(%)初 凝min终 凝min强 度 （MPa）抗 压抗 折7d28d7d28d19451459529.539.55.88.529352409630.547.56.98.239253419637.859.47.39.449154399042.765.38.110.759055389662.982.79.211.368956309075.397.410.711.7表7 激发剂掺量对无熟料水泥性能的影响（比重2.6）由表7知，当激发剂用量从1%6%增加时，随掺量的增加，水泥抗压、抗折强度明显增大，但凝结时间逐渐缩短。 项目比重矿 渣(%)激发剂(%)激发剂(%)初 凝min终 凝min强 度 （MPa）抗 压抗 折7d28d7d28d1.09055154535.852.47.29.61.49055207541.769.28.510.42.09055308051.772.89.111.22.49055459058.380.48.710.92.69055479661.785.68.911.32.89055309063.789.69.311.2表8 激发剂比重对无熟料水泥性能的影响由表8知，随着激发剂比重的增加，无熟料水泥的凝结时间由短变长再变短，抗压强度、抗折强度逐渐增加，并有一定的规律。2无熟料水泥优化配比方案的选择通过上述的各组对比实验，采用直观优选的方法，我们初步确定无熟料水泥的几组配料方案。激发剂选用中等比重，激发剂选用含量96%的工业产品，其物理力学性能指标具体见表9。 项目编号矿 渣(%)激发剂(%)激发剂(%)初 凝min终 凝min强 度 （MPa）抗 压抗 折7d28d7d28d1#9433459547.262.77.510.22#9244469062.589.48.210.93#9055459685.397.69.711.74#9442469046.563.99.411.25#9424489047.662.88.610.6表9 通过试验优选的配合比由上述分析可知，采用表9配料方案，我们可以稳定地配制出60MPa95MPa的无熟料水泥。其凝结时间完全满足普通硅酸盐水泥对凝结时间的要求。但作为泵送混凝土用胶结材，但其凝结时间太短。仍然是致命弱点，因此我们必须对其凝结时间进行必要的调整。2.1无熟料水泥缓凝剂的研究从现行商品混凝土施工的技术操作规程出发，无熟料水泥配制的泵送混凝土应当具备如下的特征才能更好的适应施工的需要：砼适当缓凝，以便有充足的时间来完成混凝土的搅拌、运输、浇筑、振实和摸面等施工工序；终凝要快以便尽可能早的开始混凝土工程的养护工作并为及早拆摸奠定基础；随后的硬化过程要快，使混凝土能尽早达到设计强度，以期工程提前投入使用。从高强无熟料水泥凝结硬化过程特征来说，对后两点要求可自动满足，关键是如何解决初凝过快的问，其强度还不能受影响，需要特制一种合适的化学外加剂，使它能与矿渣离子表层作用生成在碱性环境中较稳定的反应产物膜，以阻止矿渣粒子与碱组分反应过程的强烈进行，从而达到延缓初凝的目的。但随着碱矿渣反应过程的进行，这种反应产物膜不能被水泥的水化反应所破坏，而对随后的凝结硬化不产生显著的影响。为此，我们进行大量的探索和试验工作，终于优选出了BF系列、BN系列、TH系列缓凝剂，并进行了复配，制得FQ复合缓凝剂。2.1.1 BF、FQ复合缓凝剂掺量对无熟料水泥凝结时间的影响本研究试验中，凝结时间的检测按GB1346-1989方法进行，在（20+3）条件下测出了高强度无熟料水泥的凝结时间，试验数据见表10。在所研究的掺量范围内，随着BF、FQ掺量的不同，初凝时间也不同，采用FQ、BF缓凝剂均可以使无熟料水泥混凝土的初凝时间适应泵送混凝土对凝结时间的要求。项 目空 白BF0.05%BF0.10%BF0.15%FQ0.10%FQ0.15%FQ0.20%初 凝(hmin)045320520720315415520终 凝(hmin)130515720915450610640表10 缓凝剂品种及掺量对凝结时间的影响经优选，我们认为现在建筑工地对施工用泵送混凝土的初凝时间一般为(68)小时，特别是在夏季施工时更要求比这长一些。因此，以实用考虑，BF的掺量宜控制在(0.050.10)%之间，FQ的掺量宜控制在(0.100.15)%之间；在冬期施工优选FQ，在夏期施工优选BF。2.1.2 缓凝剂对水泥强度的影响为了检验BF、FQ缓凝剂对无熟料水泥强度的影响，我们用掺有缓凝剂的无熟料水泥按GB177-1992制成标准胶砂试件，测定各龄期的抗压、抗折强度，观察缓凝时间与强度之间的关系（表11）。 由表10数据可知，掺加BF缓凝剂对无熟料水泥7天强度降低较多，对28天强度有一定影响；掺加FQ缓凝剂对7天强度有影响，对28天强度影响不大。因此，可以得出这样的结论：对无熟料水泥我们可以采用FQ缓凝剂为缓凝成分配制混凝土，以便改善混凝土的缓凝效果和满足工程设计的要求。 项目序号缓凝剂(%)初 凝(hmin)终 凝(hmin)强 度 （MPa）抗 压抗 折7d28d7d28d10.0003013075.489.89.111.52BF0.0530043043.272.18.510.33BF0.1051572038.569.77.69.84BF0.1572092540.263.59.011.25FQ0.1031050559.482.19.711.36FQ0.1540561054.381.29.610.7表11 无熟料水泥的凝结时间与强度3无熟料水泥试验研制结论通过对无熟料水泥原材料的选择、缓凝剂的复配以及对无熟料水泥各项物理力学性能指标的测定，我们得出如下结论：(1) 采用碱性矿渣磨细到400m2/kg可以作为制备高强无熟料水泥的原料。(2) 采用比重1.02.8的型激发剂，经过调配后可以作为高强无熟料水泥的激发剂。(3) 采用含量96%的工业产品型激发剂，可以作为制作高强无熟料水泥的激发成分。(4) 采用复合的方法可以复配出完全满足泵送要求的无熟料水泥专用缓凝剂和流化剂，并且可以根据需求随时调整凝结时间。(5) 采用以上几种原材料，在常规的生产条件下，就可制备出满足泵送施工要求的无熟料水泥。(6) 无熟料水泥由于标准稠度用水量低，只有(1721)%，在测试其强度时应参考复合硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等的规定。强度检验按胶砂流动度在(125135)mm时的水灰比加水试验。二、 无熟料水泥及混凝土的配制1无熟料水泥及混凝土的技术要求及配制原理1.1无熟料水泥及混凝土配制的必要性无熟料水泥混凝土具有早强、快硬、高耐久性的优点。为了充分利用这些优势，国内外许多专家都曾想致力于无熟料水泥混凝土的发展。但是由于无熟料水泥混凝土自身凝结时间过快，坍落度损失大，使之在近十年商品混凝土的发展中无法展现自身的优越性。特别是近几年高强、高性能混凝土在高层建筑中的应用，C80混凝土已经应用于建筑工程。在此基础上，国内外有许多专家都把配制C80以上的高性能混凝土作为新的研究课题。采用硅酸盐水泥，通过掺加硅灰和高效减水剂的办法，虽然能在特定条件下配制出100MPa的混凝土，但由于施工条件的限制，在现实的泵送过程中，这些需要特殊工艺控制的配制方案由于其复杂的技术要求，而不具备可操作性。在这种条件下，用常规的手段配制100MPa以上的混凝土就显得非常有价值、有意义。而无熟料水泥混凝土本身就具有很高的强度，在不使用任何特殊的技术措施时便可配制出100MPa以上的混凝土。因此，我们在此基础上将缓凝时间及流动性指标进行必要的技术措施处理后，只要这两项指标达到泵送混凝土的要求，那么完全在没有附加条件的情况下，可以配制强度达100MPa的高性能无熟料水泥混凝土。这是行业发展的必然趋势，也是当前建筑业发展的需要。1.2无熟料水泥及混凝土配制的技术要求 无熟料水泥及混凝土的配制应满足以下的技术指标,以适应大体积、大规模、超长距离、高强度混凝土的施工。混凝土拌合物技术要求： 坍落度（190230）mm，(46)小时后保留值(190210)mm 容重 (24002500)kg/m3 含气量 1% 水灰比 (0.200.35) 混凝土初凝时间 (58)h混凝土性能技术要求 立方体抗压强度在(30 120)MPa之间 抗冻性指标达到D100 抗渗性指标P20 钢筋无锈蚀 混凝土收缩值小于普通混凝土标准要求1.3无熟料水泥及混凝土配制的技术路线及原理 无熟料水泥及混凝土配制的技术路线是采用高强度的无熟料水泥，适当强度的石子和洁净的中砂、合适的缓凝剂、流化剂，按一定比例加水混合均匀，用混凝土搅拌运输车运输，泵送施工，浇筑成型，然后检测其各项技术指标。 其工作原理就是用前苏联学者提出的低需水量水泥配制混凝土的方法，即先假定用通用水泥配制相同坍落度的混凝土求得一个用水量，然后认为混凝土单方用水量与胶凝材料标准稠度用水量成正比，根据低需水量水泥与通用水泥的标准稠度用水量比，确定低需水量水泥配制混凝土的单方用水量。水泥用量的确定则完全是按照通用水泥混凝土的强度公式确定水灰比后进行的。本研究无熟料水泥标准稠度用水量只有（1721）%，由于无熟料水泥及混凝土研制的目的是用于高性能混凝土，我们必须充分利用无熟料水泥低水胶比的优势。2无熟料水泥及混凝土配制的试验研究根据以上原理和技术要求，我们试配了从C10C70各个强度等级的混凝土，使用的配合比及混凝土拌合物特征、混凝土试块强度指标见表12。强度等级T0T1T2T3T4T5抗压强度（MPa）mmmmmmmmmmmm3d7d28dC102302302302302302208.923.925.4C2023023023023023022012.726.129.3C3023023023023023021013.029.235.6C4022022022022022021020.730.548.9C4522022022022022021026.335.254.7C5022022022022022020029.443.562.8C6021021021021021020031.642.868.3C7021021021021021019035.665.179.9C7520020020020020019041.269.481.1表12 无熟料水泥配制的混凝土特性 由表12可知，采用前面研制的无熟料水泥可以配制出符合本研究技术要求的无熟料水泥混凝土。其中坍落度保留值、强度等级均可达到甚至超过硅酸盐水泥混凝土。鉴定文件之四无熟料水泥混凝土应用报告北京城建集团有限责任公司混凝土分公司无熟料水泥混凝土试生产及应用报告一、无熟料水泥混凝土的试生产1.无熟料水泥及预拌混凝土的技术指标1.1.无熟料水泥的质量指标、 细度：真空负压筛0.08mm方孔筛筛余2%，比表面积400m2/kg、 标准稠度用水量：（1721）%、 强度：7天抗压强度为35MPa以上，28天抗压强度70MPa以上、 凝结时间：初凝（68）h；终凝（710）h1.2 无熟料水泥混凝土的技术指标本应用生产的混凝土目标用于C20C60的高性能混凝土、 试配强度=fcu,k+1.645、 拌合物坍落度200mm，不离析，不泌水，(46)小时后坍落度保留值180mm、 抗渗不低于工程的设计要求、 用于大体积时内部温升不予考虑、 在满足各项质量技术指标的情况下，尽量节省材料用量，降低成本。2无熟料水泥混凝土试生产2.1 无熟料水泥混凝土的试生产的要求、 原材料的计量必须由专人负责，并记录计量结果。计量精度允许偏差如下：矿渣粉1%；激发剂0.5%；砂石2%；激发剂0.5%；复合缓凝流化剂0.1%；水1%。、 在配制前，由于激发剂溶解大量放热，因此必须提前在水中溶解，使之冷却到50以下。、 必须先进行物料的均化。、 生产过程有专人负责，抽检不合格及时通知相关门有关领导进行处理。2.2 原材料的选择、 矿渣粉：选用首钢总公司水淬矿渣，经粉磨后比表面积为400m2/kg。其成分见表1。成分SiO2Fe2O3Al2O3TiO2CaOMgOMO碱度N质量系数M含量34.91.411.30.636.813.20.41.081.71表1 矿渣粉成分、 砂：选用潮白河系中砂，模数2.6，含泥量1.2%，泥块含量0.1%，属于B类低碱活性集料、 石 子：粒径为（525）mm潮白河碎卵石、 激发剂：工业品，含量96%、 激发剂：工业产品，比重2.6、 自制复合FQ缓凝流化剂、 粉煤灰：级2.3 配合比 混凝土确定等级为C20C60，参照水泥标准稠度用水量检测出水泥胶砂强度所用的水胶比来配制混凝土，不同强度的混凝土水胶比以此为基数进行调整，胶凝材料的用量不少于450kg/m3。3泵送混凝土性能 根据以上条件我们在试验室进行了试配，并对其各项性能指标进行检测。3.1 拌合物性能试验对所配制的混凝土拌合物坍落度及其损失值、凝结时间、含气量等进行检测，结果见表2。混凝土强度等级T0mmT1mmT2mmT3mmT4mmT5mm初凝hmin终凝hmin含气量C402302302302302302206108100.10%C502302302302302302205157200.36%C602202202202202202005057150.34%表2 混凝土拌合物性能3.2 力学性能按照国家标准对所成型的试件的力学性能指标进行了检测（表3）。强度等级立方体抗压强度（MPa）轴心抗压（MPa）劈裂抗拉（MPa）抗折（MPa）静弹模（GPa）C4051.442.83.26.6310C5061.851.44.36.9322C6073.562.54.87.4345表3 C40C60高性能混凝土力学性能二、经济效益和社会效益分析1社会效益和环境效益 鉴于水泥生产的能耗和对环境的污染，以及传统混凝土凝结后性能差的现状，在建材行业提出绿色、环保和可持续发展战略已多年。本产品以工业废渣矿渣为主要原材料，完全取代水泥并且根据需要掺加一定量的粉煤灰，不仅可以减少水泥生产向大气排放的二氧化碳，节省资源，而且可以大量消耗工业废料，为减少建材行业造成的环境污染，充分利用工业三废，生产出耐久性优异的高性能绿色混凝土创出了一条新路。 采用无熟料水泥及混凝土生产技术，简化了传统工艺生产高性能混凝土六大要素必备的复杂系统，有利于商品混凝土的施工和现场质量控制。特别是在配制高强超高强混凝土时，采用无熟料水泥及混凝土，无需任何特殊措施即可制得100MPa150MPa的超高强混凝土。因此推广和应用无熟料水泥及混凝土是混凝土可持续发展的一条途径，具有明显的社会效益和环境效益。3 成本分析项目标号C60（元）C30（元）硅酸盐水泥混凝土525#水泥192.50105.00砂子28.0028.00石子32.0032.00外加剂80.5024.00水0.800.80合 计333.80189.80无熟料水泥及混凝土矿渣粉105.6088.00砂子28.0028.00石子32.0032.00激发剂75.0024.00合 计240.60172.00表4 成本价格对比表 按目前市场价格，按配制C60和C30混凝土计算，表4为现行硅酸盐水泥混凝土与无熟料水泥及混凝土材料成本价格对比。 经对比，C60主材差价为97.2元，按本公司年产5万立方米C60混凝土计，一年可降低成本468万元；C30主材差价为17.2元，按本公司年产25万立方米C30混凝土计，一年可降低成本445万元。三、工程应用概况 靛厂新村住宅楼工程位于北京市丰台区卢沟桥乡靛厂村，其中A2、A3号楼为多层住宅。该工程基础底板、地下室外墙、地下室顶板等部位采用我