P·Ⅱ型硅酸盐水泥在普通预拌混凝土中的应用研究普通的硅酸盐水泥

本文摘自《预拌混凝土》杂志2023年第1期

P·Ⅱ型硅酸盐水泥在普通预拌混凝土中的应用研究

张建芳、丁鲁静、王磊、王建鹏、杨欣、王东浩、袁明阳、张家兴

［摘要］本文研究了P·Ⅱ型硅酸盐水泥对普通预拌混凝土工作性能和力学性能的影响，研究结果表明，通过与P·O型普通硅酸盐水泥混凝土对比发现，使用P·Ⅱ型硅酸盐水泥配制普通预拌混凝土至少可以减少水泥用量20kg/m3，同时还能提高混凝土的工作性能和力学性能；P·Ⅱ型硅酸盐水泥使用量的减少还可以节省至少5元/m3混凝土材料成本，减少二氧化碳排放量14kg/m3，具有良好的经济效益和环境效益。

［关键词］P·Ⅱ硅酸盐水泥；预拌混凝土；工作性；力学性能

0 前言

随着我国建筑业的快速发展，混凝土的需求量日益增大。水泥是混凝土最重要的原材料之一，是决定混凝土性能的最重要部分，也是混凝土碳排放的主要来源[1-2]。近年来，普通硅酸盐水泥因混合材料掺量过多、质量参差不齐等原因，在使用过程中出现各种质量问题[3-4]。国家标准《通用硅酸盐水泥》（GB 175-2007）规定P·Ⅱ型硅酸盐水泥中熟料和石膏含量大于等于95%，普通硅酸盐水泥中熟料和石膏含量大于等于80%且小于95%[5]。为保证混凝土质量，提高混凝土性能，提高工程质量，减少混凝土碳排放，笔者对P·Ⅱ型硅酸盐水泥在混凝土中的应用进行了研究。 具体研究了P·Ⅱ型硅酸盐水泥对普通预拌混凝土工作性能和力学性能的影响，为P·Ⅱ型硅酸盐水泥在混凝土生产中的应用提供一些参考。

1 实验

1.1 原材料

（1）所用水泥为冀东P·O42.5普通硅酸盐水泥、冀东P·II42.5硅酸盐水泥，其性能指标见表1。

（2）所用矿粉为天钢S95级矿粉，7d活性指数为76%，28d活性指数为96%，比表面积为433m2/kg，流动比为107%。

（3）所用粉煤灰为大港电厂二级粉煤灰，45μm方筛细度为22.8%，含水量为98%，烧失量为1.8%。

（4）粗骨料为河北遵化5～31.5mm连续级配尾砂，针片状骨料含量2%，破碎指数9%。

（5）细骨料为粗砂干法机制砂与细砂尾矿砂按比例配制的混合砂，细度模数为2.2，石粉含量为13.8%，表观密度为2770kg/m3。

（6）所采用的外加剂为中建聚羧酸高性能减水剂，减水率24%，固含量10.6%。

（7）请使用干净的自来水进行搅拌。

1.2 实验方案

研究P·Ⅱ型硅酸盐水泥对普通预拌混凝土性能的影响，选取C30、C50两个强度等级混凝土进行试验研究，研究P·Ⅱ型硅酸盐水泥对混凝土工作性能及7d、28d抗压强度性能的影响，混凝土试验配合比如表2所示。

2 实验结果与分析

2.1 P·Ⅱ型硅酸盐水泥对混凝土性能的影响

P·Ⅱ型硅酸盐水泥对混凝土工作性能影响试验结果见表3及图1、图2。在本次试验范围内，由表3和图1可以看出，随着P·Ⅱ型硅酸盐水泥掺量的变化，C30混凝土的工作性能发生变化，其中C30-2混凝土2h坍落度无损失，其余C30混凝土2h坍落度均损失10mm；C30-1基准混凝土和C30-2混凝土2h膨胀均损失10mm，C30-3和C30-5混凝土2h膨胀均损失20mm，C30-4混凝土2h膨胀损失最大，达到30mm。 综合考虑C30-2混凝土工作性能最好，C30-1基准混凝土工作性能良好，C30-3、C30-5混凝土工作性能与C30-1差别不大，C30-4混凝土工作性能相对较差。这可能是因为C30-2混凝土胶凝材料用量较多，浆体用量充足，骨料包裹性较好，混凝土工作性能较好。C30-3混凝土胶凝材料用量与C30-2相同，但骨料用量较多，包裹性相对较差，工作性能较C30-2差。

从表3和图2可以看出，C50混凝土的初始坍落度保持一致，随着P·Ⅱ型硅酸盐水泥掺量的减少，2h坍落度损失呈现先增大后减小的趋势，其中，C50-1基准混凝土和C50-5混凝土的2h坍落度均无损失，C50-5混凝土的2h膨胀损失为10mm，C50-2和C50-4混凝土的2h膨胀损失为15mm，C50-1基准混凝土和C50-3混凝土的2h膨胀损失均为20mm。综合考虑C50-5混凝土的工作性能，其它C50混凝土的工作性能相当。C50-5混凝土的工作性能最好可能是由于混凝土胶凝材料用量大，粉煤灰掺量最大所致，粉煤灰由于其独特的球形颗粒形态，具有良好的形态效果。 粉煤灰中的细小球形颗粒具有良好的减水效果，本次试验所用粉煤灰的需水率为98%，减水效果良好；细小球形颗粒还具有良好的润滑作用，混凝土具有良好的工作性能。

2.2 P·Ⅱ型硅酸盐水泥对混凝土力学性能的影响

P·Ⅱ型硅酸盐水泥对混凝土力学性能影响的试验结果见表4及图3、图4。

从表4和图3可以看出，随着P·Ⅱ型硅酸盐水泥用量的减少，C30混凝土的7d和28d抗压强度均有所降低。当P·Ⅱ型硅酸盐水泥用量由170kg/m3减小至155kg/m3时，7d抗压强度值由33.4MPa减小至23.1MPa，减小了10.3MPa，28d抗压强度值由43.3MPa减小至36.1MPa，减小了7.2MPa。7d抗压强度的减小幅度大于28d，也就是说，与28d抗压强度相比，P·Ⅱ型硅酸盐水泥对混凝土7d抗压强度的影响更大。 C30-5混凝土中P·Ⅱ型硅酸盐水泥用量最低，为155kg/m3，比C30-1基准混凝土中P·O型普通硅酸盐水泥用量少40kg/m3，其7d和28d抗压强度值分别比C30-1基准混凝土低1.3MPa和5.1MPa，抗压强度值最低。C30-2混凝土中P·Ⅱ型硅酸盐水泥用量和胶凝材料用量最高，与C30-1基准混凝土相比，水泥用量减少了25kg/m3，胶凝材料用量增加了5kg/m3，但C30-2混凝土的7d和28d抗压强度值均较高，与C30-1基准混凝土相比，7d和28d强度值分别高9MPa和2.1MPa； C30-3混凝土与C30-1基准混凝土相比水泥掺量降低30kg/m3，胶凝材料掺量增加5kg/m3，7d和28d抗压强度值分别提高了8.1MPa和1.7MPa；C30-4混凝土与C30-1混凝土的P·II型硅酸盐水泥掺量相比P·O型普通硅酸盐水泥掺量降低35kg/m3，胶凝材料掺量相同，7d抗压强度提高了1.6MPa，28d强度值降低了1.8MPa。

从表4和图4可以看出，随着P·Ⅱ型硅酸盐水泥用量的减少，C50混凝土7d和28d抗压强度均呈现减小的趋势。C50-2至C50-5混凝土的P·Ⅱ型硅酸盐水泥用量由300kg/m3减小至270kg/m3，7d抗压强度由53.8MPa减小至47.5MPa，28d抗压强度由64.3MPa减小至62.8MPa后又增大至63.0MPa。P·Ⅱ型硅酸盐水泥7d抗压强度应大于28d抗压强度，这与C30混凝土抗压强度的变化规律相同。 C50-2混凝土中P·Ⅱ型硅酸盐水泥用量最多，比C50-1所用P·O型普通硅酸盐水泥用量减少23kg/m3，但混凝土7d和28d抗压强度值分别提高了11.4MPa和2.3MPa；C50-5混凝土中P·Ⅱ型硅酸盐水泥用量为270kg/m3，比C50-1少53kg/m3，但胶凝材料用量增加10kg/m3，7d和28d抗压强度值分别提高了5.1MPa和1MPa； 与C50-5混凝土配合比相比，C50-4混凝土水泥用量高10kg/m3，胶凝材料用量降低10kg/m3，混凝土7d抗压强度高1.5MPa，28d强度降低0.2MPa。这可能是由于C50-5混凝土采用了较多的胶凝材料，且胶凝材料各组分的配比优于C50-4混凝土，使得C50-5混凝土的工作性能和力学性能优于C50-4混凝土。

2.3 P·II硅酸盐水泥对混凝土成本的影响

C30、C50混凝土的P·O普通硅酸盐水泥和P·Ⅱ硅酸盐水泥的混合料成本、原材料价格及混凝土成本分别列于表5、表6。

从表6可以看出，采用P·Ⅱ型硅酸盐水泥替代P·O型普通硅酸盐水泥配制预拌混凝土，可以降低混凝土材料成本。C30混凝土使用P·Ⅱ型硅酸盐水泥后，每立方米可减少水泥用量25～40kg，材料成本可降低7.4～14.4元/m3。C50混凝土每立方米可减少水泥用量23～53kg，混凝土材料成本可降低3.1～14.9元/m3。从混凝土工作性能和抗压强度试验结果可以看出，采用P·Ⅱ型硅酸盐水泥替代P·O型普通硅酸盐水泥配制混凝土，不仅可减少水泥用量，降低材料成本，而且可以提高混凝土的工作性能和力学性能。

对于一个年产50万m3混凝土搅拌站，若以P·Ⅱ型硅酸盐水泥替代P·O型普通硅酸盐水泥生产预拌混凝土，每立方米可降低材料费5元，假设水泥减少20kg/m3，一年可节省成本：50万×5=250万（万元），经济效益显著；已知生产1吨水泥排放二氧化碳0.7吨，一年可减少碳排放：50万×20×0.7=700（吨），环境效益显著。

3 结论

（1）用P·Ⅱ型硅酸盐水泥替代P·O型普通硅酸盐水泥配制预拌混凝土时，由于P·Ⅱ型硅酸盐水泥中掺合料的掺量和种类较少，水泥的强度和质量稳定性均高于P·O型普通硅酸盐水泥，配制预拌混凝土时，可以减少水泥用量，同时改善混凝土的工作性能，提高混凝土的抗压强度，提高混凝土的质量稳定性。

（2）使用P·Ⅱ硅酸盐水泥生产预拌混凝土，可减少水泥用量20kg/m3，节省混凝土材料成本至少5元/m3，减少二氧化碳排放14kg。据国家发改委统计，2021年全国预拌混凝土产量为32933万立方米，若全部使用P·Ⅱ硅酸盐水泥，可减少二氧化碳排放4610.62万吨，节约资金164665万元，环境效益和经济效益十分可观。

参考

[1]黄专.硅酸盐水泥在混凝土生产中的应用[J].四川水泥，2017,(05):15.

[2]赵北龙,李丽霞,张向红.P·I型硅酸盐水泥在混凝土生产中的应用研究[J].四川水泥,2015,(12):17.

[3]孙莉莉,齐拥军,毕志刚.P·Ⅱ型硅酸盐水泥在预拌混凝土中的应用研究[J].商品混凝土,2016(07):54-57.

[4]郝国华.波特兰水泥在混凝土生产中的应用[J].散装水泥，2022,(01):27-28+31。

[5] GB 175—2007．通用硅酸盐水泥[S].

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