引言高性能混凝土是以工作性、力學(xué)性、耐久性、體積穩(wěn)定性等全方位協(xié)調(diào)發(fā)展為目的新型混凝土，其一方面可以延長(zhǎng)混凝土的使用壽命，實(shí)現(xiàn)經(jīng)久耐用；另一方面又可以“變廢為寶”，將工業(yè)廢棄物資源化，避免二次污染，達(dá)到環(huán)境友好的效果，是當(dāng)代混凝土的發(fā)展方向[1]。在高性能混凝土的配制過(guò)程中不可避免地需要使用膠凝材料，在這些膠凝材料中，水泥作為一種成熟的產(chǎn)品，其物理、化學(xué)性能較為穩(wěn)定，在混凝土中的作用也明確清晰，所以可以將其稱(chēng)為“主體膠凝材料”；但諸如粉煤灰、礦渣粉等具有一定活性的材料，由于其物理、化學(xué)性能方面的限制，致使其在混凝土中的作用相較于水泥來(lái)說(shuō)處于從屬地位，因此將其稱(chēng)為“輔助膠凝材料”；作為主體膠凝材料的水泥，雖然在混凝土中具有舉足輕重的地位，但卻是一種高污染高能耗的工業(yè)產(chǎn)品，據(jù)權(quán)威統(tǒng)計(jì)顯示，2021年中國(guó)二氧化碳排放總量達(dá)105.23億噸，居于世界第一。水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的二氧化碳排放量占總碳排放量的5%～10%。因此，如何在保證水泥行業(yè)節(jié)能減排的同時(shí)，滿(mǎn)足各類(lèi)建設(shè)工程中對(duì)混凝土需求，成為迫切需要解決的問(wèn)題。目前國(guó)內(nèi)外都采用在水泥中摻入工業(yè)廢物或工業(yè)廢渣作為混合材的方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。使用混合材能降低混凝土中水泥熟料用量，延長(zhǎng)水泥基材料使用壽命，從而間接降低水泥生產(chǎn)能耗，減少二氧化碳排放量。時(shí)至今日這種來(lái)自于20世紀(jì)50年代蘇聯(lián)的方法，已經(jīng)無(wú)法適應(yīng)現(xiàn)代高性能混凝土的要求了。其弊端主要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）摻量受限，由于水泥的物理化學(xué)性能要求，規(guī)范中對(duì)于混合材的摻量有明確的限制，通常不超過(guò)20%；（2）效果不佳，由于在水泥生產(chǎn)的“兩磨一燒”工藝中，混合材和水泥熟料是一起磨細(xì)的，其細(xì)度和水泥熟料相差不大，無(wú)法起到微集料填充的效果，所以此時(shí)混合材加入水泥中的效果更像“酒里兌水”，不但不能提高混凝土的性能，還會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。基于以上問(wèn)題，新型輔助膠凝材料的研發(fā)工作就顯得十分重要。這種新材料需要不同品種的摻合料按照適當(dāng)比例進(jìn)行復(fù)合，從而起到多種組分性能的“超疊加效應(yīng)”[2]，并應(yīng)具有以下特點(diǎn)：（1）原材料應(yīng)以存量大且急需處理的工業(yè)固體廢棄物為突破口；（2）生產(chǎn)設(shè)備簡(jiǎn)單，生產(chǎn)成本有優(yōu)勢(shì)、低碳環(huán)保；（3）新型輔助膠凝材料的適應(yīng)性好、強(qiáng)度適宜、耐久性及體積穩(wěn)定性?xún)?yōu)良。針對(duì)新疆地區(qū)在混凝土工程應(yīng)用過(guò)程中普遍遇到的凍融、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應(yīng)等耐久性問(wèn)題，結(jié)合本地區(qū)資源條件，通過(guò)試驗(yàn)研究將以粉煤灰和礦渣粉為主的各類(lèi)工業(yè)廢渣進(jìn)行精細(xì)化和產(chǎn)業(yè)化升級(jí)，使其由原本的工業(yè)固體廢棄物變?yōu)橐环N新型的輔助膠凝材料。并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行系統(tǒng)試驗(yàn)研究，以求掌握其力學(xué)性能和耐久性能的變化規(guī)律。本文利用這種新型輔助膠凝材料等量替代水泥，進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度規(guī)律的研究。

1、試驗(yàn)部分

1.1試驗(yàn)材料水泥：采用青松P·O42.5R級(jí)水泥，其物理技術(shù)性質(zhì)和化學(xué)成分見(jiàn)表1、表2。表1水泥的性能指標(biāo)表2水泥熟料的化學(xué)及礦物成分%粉煤灰：瑪納斯熱電廠生產(chǎn)的F類(lèi)Ⅱ級(jí)粉煤灰，該電廠粉煤灰已進(jìn)行過(guò)二次分選分級(jí)，通過(guò)電鏡掃描觀測(cè)，該粉煤灰顆粒多呈實(shí)心的微細(xì)球形，表面比較光滑。粉煤灰形貌形態(tài)如圖1所示，其理化性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3，化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表4。圖1呈實(shí)心球狀的粉煤灰顆粒表3粉煤灰理化性能指標(biāo)表4粉煤灰化學(xué)成分%礦渣粉：高爐冶煉生鐵時(shí)所得的硅酸鈣和鋁硅酸鈣主要成分的熔融物,經(jīng)水淬冷成粒后再經(jīng)磨細(xì)后的產(chǎn)品。本試驗(yàn)所使用的礦渣粉為八鋼生產(chǎn)、屯河水泥廠磨細(xì)加工的礦渣粉，通過(guò)電鏡掃描觀測(cè)，該礦渣粉顆粒多呈破碎的玻璃狀，表面比較光滑。礦渣粉形貌形態(tài)如圖2所示，其理化性能檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表5，化學(xué)成分檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表6。圖2呈破碎玻璃狀的礦渣粉顆粒表5八鋼?；郀t礦渣粉理化性能指標(biāo)表6礦渣粉化學(xué)成分%骨料：（1）細(xì)骨料為烏魯木齊河河砂，細(xì)度模數(shù)3.1，連續(xù)級(jí)配，含泥量1.8%；（2）粗骨料為烏魯木齊河河卵石，最大粒徑20mm，連續(xù)級(jí)配。外加劑：新疆北方同創(chuàng)新材料技術(shù)有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，其最佳摻量為0.5%，在水膠比低于0.30的配合比中最佳摻量為0.75%。水：試驗(yàn)中拌合水和養(yǎng)護(hù)水均來(lái)自實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水。1.2試驗(yàn)方案通過(guò)激光粒度儀分析試驗(yàn)所用粉煤灰和礦渣粉微的觀顆粒級(jí)配，在得到二者微觀顆粒級(jí)配后采用二元線性回歸法計(jì)算二者的最優(yōu)比例，以獲得與Fuller曲線擁有最大的擬合度。在前述工作基礎(chǔ)上進(jìn)行5個(gè)水膠比（0.40、0.35、0.30、0.25、0.20）條件下，分別摻加前述復(fù)合輔助膠凝材料比例為0%、30%、40%、50%、60%、70%的混凝土試配、成型工作，并檢測(cè)其在各齡期（3、7、14、28、60、90d）下的抗壓強(qiáng)度，試配方案見(jiàn)表7。表7摻輔助膠凝材料的高性能混凝土試配方案2、結(jié)果與分析

2.1曲線擬合根據(jù)試驗(yàn)方案，首先運(yùn)用激光粒度儀，將各種膠凝材料進(jìn)行微集料的篩分（見(jiàn)表8）。然后采用二元線性回歸法計(jì)算得出最符合Fuller曲線的摻合料復(fù)配比例（見(jiàn)表9），得出基于最優(yōu)顆粒級(jí)配理論的輔助膠凝材料配制方法和配置比例。然后，按照上述方法摻配出新型的輔助膠凝材料。表8不同膠凝材料顆粒分布情況及Fuller曲線要求的最優(yōu)密實(shí)度分布表9輔助膠凝材料摻配比例計(jì)算表由表8可知，單純某一種的膠凝材料其顆粒級(jí)配并不優(yōu)良，為了更好的配制出各方面性能良好的混凝土，需要通過(guò)復(fù)配的形式獲得一種微觀顆粒級(jí)配優(yōu)良的新型膠凝材料。粉煤灰的顆粒和礦渣粉的顆粒分布情況與Fuller曲線差距較大，因此需要對(duì)二者的比例進(jìn)行調(diào)整，而調(diào)整的原則，則是需要使混合好后的輔助膠凝材料盡可能的趨近于Fuller曲線。以此需要采取回歸分析的方式，采用二元線性回歸分析對(duì)二者的比例進(jìn)行計(jì)算，得出最合適的比例。二元線形正規(guī)方程的表示見(jiàn)式（1）、式（2）：b1、b2為方程的偏回歸系數(shù)。用行列式求解這組正規(guī)方程即得：將具體數(shù)值代入正規(guī)方程，可得：b1=0.49≈0.50、

b2=0.48≈0.50。按照上述比例將粉煤灰和礦渣粉進(jìn)行摻配得到新型的輔助膠凝材料的顆粒分布，將其與傳統(tǒng)的水泥和Fuller曲線進(jìn)行對(duì)比后可發(fā)現(xiàn)其與Fuller曲線的擬合度要高于傳統(tǒng)的水泥，見(jiàn)表10。表10輔助膠凝材料顆粒分布情況及與水泥和Fuller曲線的對(duì)比相似度的計(jì)算見(jiàn)式（3）：將表10中的數(shù)值代入式（3）可知，輔助膠凝材料顆粒曲線與Fuller曲線的相似度為93.4%，而水泥與Fuller曲線的相似度為85.1%，由此可見(jiàn)輔助膠凝材料顆粒曲線的擬合度要高于傳統(tǒng)的水泥。由表10可以做出Fuller曲線與水泥顆粒以及復(fù)合后的輔助膠凝材料顆粒的曲線圖，可以更加直觀清晰地看出兩種不同膠凝材料與Fuller曲線（目標(biāo)曲線）的相似程度，如圖3所示。圖3輔助膠凝材料顆粒曲線、水泥顆粒曲線與Fuller曲線的對(duì)比由圖3可知，輔助膠凝材料的曲線與Fuller曲線的擬合度要好于單純的水泥顆粒，但由于混凝土的強(qiáng)度是由水化水泥漿體強(qiáng)度、骨料強(qiáng)度以及水化水泥漿體與骨料的界面黏結(jié)強(qiáng)度三部分組成。強(qiáng)度大小并不決定于三者的平均水平，而是取決于最薄弱的部分，這部分則被視為混凝土中的強(qiáng)度限制相[3]。這也是為什么摻加了輔助膠凝材料的混凝土，只有在較低水膠比情況下，其強(qiáng)度才能超越純水泥混凝土的原因。2.2抗壓強(qiáng)度在上述工作的基礎(chǔ)上，再根據(jù)試驗(yàn)計(jì)劃的配合比依次進(jìn)行混凝土拌合物的試配和澆筑成型工作，然后在標(biāo)養(yǎng)至規(guī)定齡期進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4～圖8所示。圖40.40水膠比時(shí)不同輔助膠凝材料摻量下各齡期混凝土強(qiáng)度圖50.35水膠比時(shí)不同輔助膠凝材料摻量下各齡期混凝土強(qiáng)度圖60.30水膠比時(shí)不同輔助膠凝材料摻量下各齡期混凝土強(qiáng)度圖70.25水膠比時(shí)不同輔助膠凝材料摻量下各齡期混凝土強(qiáng)度圖80.20水膠比時(shí)不同輔助膠凝材料摻量下各齡期混凝土強(qiáng)度由圖4～圖8可知，（1）標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下，所有水膠比條件下，摻任何摻量輔助膠凝材料的混凝土的抗壓強(qiáng)度都隨齡期的增加而增長(zhǎng)。齡期是影響抗壓強(qiáng)度的一個(gè)重要因素。（2）水膠比不大于0.30時(shí)，輔助膠凝材料摻量越大，同齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度就越低，水膠比大于0.30時(shí)，輔助膠凝材料摻量30%時(shí)，同齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度開(kāi)始全面大于純水泥的抗壓強(qiáng)度，由此可以看出，輔助膠凝材料摻量是影響抗壓強(qiáng)度的一個(gè)重要因素，且其優(yōu)勢(shì)作用的發(fā)揮作用需要在水膠比低于0.30的情況下實(shí)現(xiàn)。（3）當(dāng)輔助膠凝材料摻量一定時(shí)，水膠比越小，同齡期混凝土的抗壓強(qiáng)度就越高。由此可以看出，水膠比也是影響抗壓強(qiáng)度的一個(gè)重要因素?；炷恋膹?qiáng)度是由水化水泥漿體強(qiáng)度、骨料強(qiáng)度以及水化水泥漿體與骨料的界面黏結(jié)強(qiáng)度三部分組成。強(qiáng)度大小并不決定于三者的平均水平，而是取決于最薄弱的部分，被視為混凝土中的強(qiáng)度限制相。高性能混凝土的配制技術(shù)決定了其結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是高密實(shí)度。2.3微觀結(jié)構(gòu)用電鏡觀察本項(xiàng)目中水膠比為0.40、輔助膠凝材料摻量為30%的混凝土的結(jié)構(gòu)，如圖9～圖12所示。由圖9可知，水泥石中的孔隙數(shù)量少，孔徑不大，結(jié)構(gòu)很致密?；炷林械姆勖夯翌w粒填充在水泥石中，起到了微集料填充作用和二次水化作用[4]。由圖10、圖11可知，輔助膠凝材料的顆粒水化程度是隨著齡期不斷變化的，早期（28d）顆粒形狀完整，此時(shí)未發(fā)生水化反應(yīng)，表面無(wú)水化產(chǎn)物，顆粒只是分散在水泥水化產(chǎn)物和孔隙之間，而后期（90d）顆粒開(kāi)始發(fā)生水化反應(yīng)，顆粒表面產(chǎn)生的水化產(chǎn)物與周?chē)乃嗍Y(jié)構(gòu)開(kāi)始緊密地結(jié)合起來(lái)。圖9

混凝土的孔隙（W/B=0.40,輔助膠凝材料=35%，齡期28d）圖10

分散在水泥石中的輔助膠凝材料顆粒（W/B=0.40,輔助膠凝材料=30%，齡期28d）圖11

長(zhǎng)齡期時(shí)發(fā)生二次水化反應(yīng)的輔助膠凝材料顆粒（W/B=0.40,輔助膠凝材料=30%，齡期90d）圖12輔助膠凝材料顆粒周?chē)皡采钡腃SH（W/B=0.40,輔助膠凝材料=30%，齡期90d）結(jié)論

（1）采用高性能混凝土配制技術(shù)，使用P.O42.5R和工業(yè)廢渣復(fù)合后的輔助膠凝材料，以28d為標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)齡期時(shí)，可以配制出C25～C75不同強(qiáng)度等級(jí)的高性能混凝土。（2）通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，摻加輔助膠凝材料后，可