我國堿激發(fā)混凝土標準研制與應用VIP

引言堿激發(fā)材料是以堿激發(fā)膠凝材料為基礎制得的一大類土木工程材料，如堿激發(fā)水泥、堿激發(fā)混凝土，在我國已有40多年研究應用歷史，對堿激發(fā)礦渣混凝土和堿激發(fā)礦渣粉煤灰混凝土研究的較多，但堿激發(fā)水泥和堿激發(fā)混凝土的應用量非常少。這既有材料性能與技術(shù)方面的原因又有經(jīng)濟能力的原因，其中，較為重要的原因是缺乏堿激發(fā)材料相關標準，影響了堿激發(fā)混凝土的工業(yè)化生產(chǎn)，但標準的制訂又是需要大量堿激發(fā)混凝土技術(shù)研究和應用的支撐，而反過來會增加標準制訂的難度。前蘇聯(lián)對堿激發(fā)水泥和堿激發(fā)混凝土的研究起步早，應用規(guī)模較大，既有現(xiàn)場施工又有預制件的生產(chǎn)，實現(xiàn)了堿激發(fā)材料的工業(yè)化，這得益于堿激發(fā)材料的標準化程度高，前蘇聯(lián)先后頒布了60多個有關堿激發(fā)礦渣水泥、堿激發(fā)混凝土的規(guī)范和標準。為滿足堿激發(fā)混凝土制品質(zhì)量及耐久性的要求，2009年開始，嘉興學院土木工程研究所牽頭制定了GB/T29423—2012《用于耐腐蝕水泥制品的堿礦渣粉煤灰混凝土》。該標準實施后，在技術(shù)標準的支撐下，耐腐蝕水泥制品的企業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不斷提高，取得了較大的經(jīng)濟效益和社會效益，近年來國內(nèi)掀起了堿激發(fā)材料研究與應用的新高潮。2014年重慶市《堿礦渣混凝土應用技術(shù)規(guī)程》工程建設地方標準制訂起草完成，并于當年發(fā)布；由重慶大學等主編單位牽頭編制的JG/T439—2018《堿礦渣混凝土應用技術(shù)標準》2018年正式發(fā)布。近十年來，我國的堿激發(fā)混凝土相關標準從無到有，已有多部國家標準、行業(yè)標準、地方標準、團體標準等發(fā)布和正在制定，涉及到產(chǎn)品、施工技術(shù)等標準類別，盡管標準體系還未建立，但堿激發(fā)材料標準正在逐步制定，堿激發(fā)材料的應用量也日益擴大。

1、國家標準制定項目與應用

1.1《用于耐腐蝕水泥制品的堿礦渣粉煤灰混凝土》標準的制定1.1.1總體思路GB/T29423—2012《用于耐腐蝕水泥制品的堿礦渣粉煤灰混凝土》是我國堿激發(fā)綠色材料和耐腐蝕水泥制品方面的第一個標準，由于沒有現(xiàn)成標準供參考，范圍、術(shù)語和定義、分類、技術(shù)要求、試驗方法等內(nèi)容都存在較大的可變性，再加上缺少堿激發(fā)礦渣粉煤灰膠凝材料商品及其產(chǎn)品標準，給標準制定帶來很大困難。我們的總體思路是按照GB/T1.1—2009《標準化工作導則》給出的規(guī)則制定，力求標準反映耐腐蝕水泥制品的現(xiàn)實情況，力求標準技術(shù)要求合理、檢驗方法適用準確，可操作性強。采用引用其他標準和標準創(chuàng)新相結(jié)合，提高本標準的可操作性。1.1.2主要創(chuàng)新點標準抓住耐腐蝕混凝土制品的特點，重點體現(xiàn)對堿礦渣粉煤灰混凝土性能（和易性、力學性能、耐化學腐蝕性）的要求。創(chuàng)新點體現(xiàn)在：（1）明確了對原材料的要求；（2）提出了干硬性混凝土凝結(jié)時間的試驗方法；（3）提出了堿礦渣粉煤灰混凝土耐化學腐蝕性的試驗方法。1.2標準內(nèi)容的確定1.2.1術(shù)語和定義列出了堿性激發(fā)劑、堿礦渣粉煤灰耐腐蝕膠凝材料、堿礦渣粉煤灰混凝土等術(shù)語，給出了礦渣粉堿性系數(shù)和耐腐蝕系數(shù)的定義。1.2.2分類為便于使用堿礦渣粉煤灰混凝土，按耐腐蝕用途堿礦渣粉煤灰混凝土分為耐酸混凝土、耐鹽混凝土和耐堿混凝土。按所使用堿性激發(fā)劑種類分為水玻璃類堿礦渣粉煤灰混凝土、非水玻璃類堿礦渣粉煤灰混凝土。水玻璃類堿礦渣粉煤灰混凝土可用于耐酸、耐鹽和耐堿的場合，非水玻璃類堿礦渣粉煤灰混凝土一般用于耐鹽和耐堿的場合，不宜用于耐酸場合。1.2.3原材料因沒有堿礦渣粉煤灰膠凝材料標準，在制定《用于耐腐蝕水泥制品的堿礦渣粉煤灰混凝土》標準時，提出了對堿礦渣粉煤灰混凝土中粉煤灰、礦渣粉、激發(fā)劑的要求，及粗細骨料、水、外加劑、摻合料等原材料的要求?！胺勖夯摇睉_到GB/T1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》F類Ⅰ級和Ⅱ級規(guī)定的粉煤灰可用于堿礦渣粉煤灰混凝土。F類Ⅲ級粉煤灰不能滿足堿礦渣粉煤灰混凝土的要求，C類粉煤灰的耐酸腐蝕性能較差，不建議使用。為保證耐腐蝕性，還對粉煤灰的化學成分提出了要求?！暗V渣粉”的堿性系數(shù)、比表面積、活性指數(shù)都是反映礦渣粉易于激發(fā)的指標，堿性系數(shù)小，活性指數(shù)不一定低，堿性系數(shù)小但比表面積大的礦渣粉也有較好的性能。標準起草小組測試了十幾種礦渣粉，其堿性系數(shù)大都在1.0以上，但也有少量堿性系數(shù)小于1.0的酸性礦渣，堿性系數(shù)過低比較難激發(fā)活性，0.95是最低要求。有些礦渣粉的比表面積超過500m2/kg，用于堿礦渣粉煤灰混凝土會產(chǎn)生較大收縮，不宜使用。綜合考慮后，確定礦渣粉需滿足堿性系數(shù)M0＞0.95，比表面積（400±80）m2/kg，S95以上等級的要求。標準對常用的堿性激發(fā)劑的基本物理性質(zhì)做了規(guī)定，激發(fā)劑組成材料應符合相應產(chǎn)品標準的規(guī)定。堿礦渣粉煤灰混凝土的堿含量高，在游離堿和水作用下，堿活性集料可能會產(chǎn)生堿集料反應，從而影響混凝土耐久性，對有預防堿骨料反應使用要求的水泥制品，不宜使用堿活性集料，用于有耐酸要求的水泥制品不應使用碳酸鹽類粗集料。1.2.4技術(shù)要求耐腐蝕水泥制品除要求其制品的耐腐蝕性遠好于普通水泥制品外，對水泥制品密實成型和最終的力學性能要求與普通水泥制品是相同的，本標準制定時將膠凝材料和混凝土的凝結(jié)時間、強度、耐腐蝕性作為主要性能指標。（1）混凝土的和易性新拌混凝土的和易性按GB/T50080《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》的規(guī)定，稠度大小應滿足水泥制品成型的要求，干硬性混凝土維勃稠度值不宜大于30s。黏聚性和保水性也應符合GB/T50080相應的要求。（2）凝結(jié)時間堿礦渣粉煤灰混凝土的凝結(jié)時間快于普通混凝土，初凝一般30～150min，終凝一般60～300min，制品成型制作一般40～100min。生產(chǎn)時對初凝時間要求不短于成型結(jié)束所需時間，該標準對混凝土提出初凝應不小于45min，終凝時間未做要求。（3）氯離子含量為提高混凝土的護筋性，混凝土禁止使用氯鹽作外加劑，但原材料中可能含有氯離子，堿礦渣粉煤灰混凝土氯離子含量應不大于膠凝材料重量的0.15％。（4）混凝土強度水泥制品的最低強度等級為C30，目前所用的堿礦渣粉煤灰混凝土中，水玻璃類堿性激發(fā)混凝土強度等級C30～C50，非水玻璃類堿性激發(fā)混凝土強度等級C30～C80。（5）耐化學腐蝕性耐腐蝕水泥制品適用于pH2～pH13酸堿鹽的環(huán)境下，此時堿礦渣粉煤灰混凝土具有明顯優(yōu)于普通水泥混凝土的耐腐蝕性。經(jīng)過試驗驗證，堿礦渣粉煤灰混凝土耐酸和耐堿腐蝕系數(shù)在0.8以上，而普通水泥混凝土耐酸和耐堿腐蝕系數(shù)約0.2～0.6，確定的耐酸和耐堿腐蝕系數(shù)為0.80，耐鹽類腐蝕系數(shù)不小于0.75。1.2.5試驗方法（1）凝結(jié)時間GB/T29423—2012中凝結(jié)時間的試驗方法有：砂漿法（標準法）、凈漿法（代用法）。砂漿法是標準試驗方法，可在型式檢驗等正式檢驗時使用該法；日常檢驗可以用凈漿法。砂漿法按塑性混凝土和干硬性混凝土分別進行凝結(jié)時間檢驗，對于塑性混凝土的凝結(jié)時間按GB/T50080的規(guī)定進行測定；對于干硬性混凝土或難以篩出砂漿的混凝土，采用與混凝土設計配合比相同的膠砂比和水膠比配制出砂漿，再用貫入阻力法來測定凝結(jié)時間。我們研究了配置砂漿和混凝土篩出砂漿的各組分變化和凝結(jié)時間進行比較，還研究了砂漿凝結(jié)時間和混凝土凝結(jié)時間的差異。在試驗所用砂石材料條件下，水膠比對凝結(jié)時間影響較小，激發(fā)劑的用量對凝結(jié)時間影響較大。（2）耐化學腐蝕以往關于混凝土耐化學腐蝕的試驗方法少，試驗周期長，我們提出了在較短時間內(nèi)判斷混凝土耐腐蝕的試驗方法，型式檢驗通常用標準法，日常檢驗可用代用法。試件：國內(nèi)外相關標準中既有用砂漿試件也有用混凝土試件，標準起草小組使用砂漿試件和混凝土試件，經(jīng)過試驗驗證與比較，確定了耐酸與耐堿試驗用砂漿試件，耐鹽試驗采用混凝土（標準法）或砂漿試件（代用法）。試件養(yǎng)護：為與耐腐蝕水泥制品生產(chǎn)條件一致，標準中抗壓強度試驗和耐腐蝕試驗均采用蒸汽養(yǎng)護加標養(yǎng)的方式，為加快腐蝕速度縮短耐腐蝕試驗周期，采用蒸汽養(yǎng)護加7d標養(yǎng)。侵蝕方法：一是酸和堿侵蝕。通過反復比較耐腐蝕試驗效果，制定出與常溫耐腐蝕試驗效果基本一致，能夠反映制品廠構(gòu)件耐腐蝕性能的快速方法。為判斷腐蝕條件的嚴重程度，確定侵蝕結(jié)束的時間，在耐腐蝕試驗時，將堿礦渣粉煤灰混凝土與相同強度等級的普通水泥混凝土在相同侵蝕條件下進行，當普通水泥混凝土已明顯腐蝕時，即可停止侵蝕試驗。我們通過提高侵蝕的濃度和溫度，加快了侵蝕過程，再對比普通硅酸鹽水泥膠砂試件和堿礦渣粉煤灰膠砂試件耐腐蝕系數(shù)，從而判斷試件的耐腐蝕能力。堿礦渣粉煤灰耐腐蝕系數(shù)仍在0.8以上，整個侵蝕周期為2d，與常溫侵蝕整個侵蝕周期為28d相比，大幅度縮短了試驗周期。二是鹽侵蝕。鹽類對混凝土的腐蝕速度較慢，我們開展了浸泡法和干濕循環(huán)試驗的比較，浸泡法需要很長時間才能看出腐蝕現(xiàn)象，有時經(jīng)過6～12個月侵蝕的耐腐蝕系數(shù)仍在0.9以上，養(yǎng)護條件對試件的鹽侵蝕影響比較大，同配比的混凝土試件在標準養(yǎng)護時密實度高于蒸汽養(yǎng)護的混凝土試件，鹽侵蝕的速度隨著密實度的提高而減緩，強度越高的混凝土鹽侵蝕的速度也慢。使用尺寸較小的膠砂試件，可加快腐蝕的過程，干濕循環(huán)法的循環(huán)次數(shù)應在120次以上能判斷出鹽侵蝕性的差別。1.3標準實施應用1.3.1堿礦渣粉煤灰混凝土應用面和用量擴大標準實施后，更多的人對堿礦渣粉煤灰混凝土有了進一步的認識，企業(yè)有了技術(shù)標準的支撐，耐腐蝕水泥制品的質(zhì)量和生產(chǎn)規(guī)模不斷提高，堿礦渣粉煤灰混凝土應用范圍從制造預制的耐腐蝕混凝土管、桿、樁擴大到鋼筋混凝土檢查井、混凝土井蓋、預制異形管道、現(xiàn)場預制和現(xiàn)澆耐腐蝕結(jié)構(gòu)等，取得了較大的經(jīng)濟效益和社會效益。因此《用于耐腐蝕水泥制品的堿礦渣粉煤灰混凝土》國家標準獲得了“2015年建材行業(yè)標準創(chuàng)新獎”。1.3.2新制定了《堿礦渣混凝土應用技術(shù)標準》及相關標準GB/T29423—2012的頒布實施打破了我國堿激發(fā)材料缺少國家標準的發(fā)展瓶頸，推動了我國堿激發(fā)材料的標準化和堿激發(fā)混凝土的工程應用，堿激發(fā)材料相關標準的制定從無到有，再延伸擴大，重慶市工程建設標準DBJ-50T-205—2014《堿礦渣混凝土應用技術(shù)規(guī)程》2015年2月正式實施；重慶大學等主編單位又與嘉興學院等參編單位合作完成了國家行業(yè)標準JG/T439—2018《堿礦渣混凝土應用技術(shù)標準》，2016年通過住建部的審查，2018年發(fā)布。1.3.3新增加效益《用于耐腐蝕水泥制品的堿礦渣粉煤灰混凝土》國家標準的發(fā)布實施，改變了耐腐蝕水泥制品沒有標準的局面，明確了對原材料的要求，為產(chǎn)品生產(chǎn)應用打下了基礎。按照標準生產(chǎn)了耐腐蝕混凝土管、電桿、管樁、接觸網(wǎng)支柱、鋼筋混凝土檢查井、混凝土井蓋、預制異形管道等耐腐蝕水泥制品和堿礦渣粉煤灰混凝土外加劑等相關產(chǎn)品，年增加產(chǎn)值超4億元。耐腐蝕水泥制品由于耐久性增加而在工程上產(chǎn)生的經(jīng)濟效益應在幾十億元以上。耐腐蝕水泥制品采用堿性激發(fā)粉煤灰、礦渣作膠凝材料，取代了普通混凝土中的硅酸鹽水泥，不但利用了大量工業(yè)廢料，而且不向環(huán)境排放二氧化碳等污染氣體，是一種綠色低碳建材產(chǎn)品，環(huán)境效益和社會效益突出。利用堿礦渣粉煤灰混凝土的耐腐蝕能力強這一特點，不僅加大堿激發(fā)混凝土在高耐久性的場合應用，還將使堿激發(fā)混凝土技術(shù)經(jīng)濟性更加合理，在與其他的高能耗、高價格、表面防腐蝕材料的競爭中優(yōu)勢更加顯著。

2、《堿礦渣混凝土應用技術(shù)標準》制定與應用

堿礦渣混凝土是我國研究歷史最久、最深入的一種堿激發(fā)材料，但由于缺乏標準，堿礦渣混凝土應用受到很大的影響，應用量一直很小。經(jīng)過重慶大學等單位的積極申報，《堿礦渣混凝土應用技術(shù)標準》制定項目2011年在住房和城鄉(xiāng)建設部立項，標準編制組經(jīng)廣泛調(diào)研征求意見，認真總結(jié)堿礦渣混凝土應用實踐經(jīng)驗，參考有關國際標準和國外先進標準，圍繞堿礦渣混凝土如何適用于現(xiàn)澆工業(yè)與民用建筑和構(gòu)筑物中的應用，多次召開研討會修改標準條款，2016年該標準通過了住建部的審查。但由于我國實行標準化改革，在標準制定過程中有些工作要求發(fā)生改變，直至2018年底，JG/T439—2018《堿礦渣混凝土應用技術(shù)標準》發(fā)布，2019年6月1日實施?！秹A礦渣混凝土應用技術(shù)標準》主要技術(shù)內(nèi)容：1.總則，2.術(shù)語和符號，3.基本規(guī)定，4.原材料，5.堿礦渣混凝土的性能，6.配合比設計，7.施工，8.質(zhì)量檢驗與驗收，以及附錄A堿礦渣膠結(jié)材的試驗方法。標準圍繞堿礦渣混凝土的應用做了較詳細規(guī)定，不僅涉及原材料，也包括堿礦渣混凝土的施工及質(zhì)量驗收。該標準是工程建設標準，按照中國工程建設標準的編寫格式編排，附帶了標準的編制說明，便于了解標準的編制背景資料。標準對于建筑工程主體結(jié)構(gòu)中的堿礦渣混凝土應用關系重大，將有力推動我國堿礦渣混凝土制品的生產(chǎn)發(fā)展和技術(shù)進步。我國行業(yè)標準的編制程序嚴格，編制周期長，2014年重慶市建筑科學研究院等主編單位申報了《堿礦渣混凝土應用技術(shù)規(guī)程》重慶市工程建設標準制定項目，并得到重慶市城鄉(xiāng)建設委員會的批準，于當年發(fā)布了DBJ50/T-205—2014《堿礦渣混凝土應用技術(shù)規(guī)程》。《堿礦渣混凝土應用技術(shù)規(guī)程》主要技術(shù)內(nèi)容：1.總則，2.術(shù)語和符號，3.設計，4.材料，5.配合比設計，6.施工，7.質(zhì)量檢驗及驗收，8.安全要求。對堿礦渣混凝土的設計及混凝土強度取值做了詳細規(guī)定，解決了堿礦渣混凝土應用時的無設計依據(jù)的問題，該標準用于指導重慶建科大廈工程的堿礦渣混凝土基礎、墻板、樓板等施工，使用C20～C45堿礦渣混凝土1000多立方米。

3、其他堿激發(fā)材料標準簡介

3.1《生態(tài)型混凝土魚礁》行業(yè)標準堿激發(fā)混凝土以其優(yōu)良的耐化學腐蝕性在耐腐蝕場合逐步擴大應用，在海洋工程有了用武之地，堿粉煤灰（礦渣）混凝土制作海洋魚礁成為海洋牧場用的優(yōu)質(zhì)材料，筆者申報的《生態(tài)型混凝土魚礁》行業(yè)標準于2018年立項，2019年11月通過了專家審查，標準已報批，2020年10月已由工業(yè)和信息化部報批公示，即將發(fā)布實施。為突出生態(tài)混凝土魚礁的特點，該標準提出了原材料在生態(tài)方面的“一般要求”：生態(tài)型混凝土魚礁的混凝土水泥、骨料、摻合料、外加劑等原材料應對水質(zhì)無污染，對混凝土生態(tài)性無危害。不含有超標的重金屬、甲醛、釋放氨，放射性物質(zhì)?；炷留~礁的生態(tài)性和耐久性技術(shù)指標包括混凝土保護層厚度、抗氯離子滲透性、抗硫酸鹽侵蝕性、抗凍性、魚礁混凝土pH值、有害物質(zhì)限量、放射性限量等。堿激發(fā)混凝土易于滿足這些這些指標的要求，比普通硅酸鹽水泥在耐久性和低堿度方面有明顯優(yōu)勢，是適宜生態(tài)混凝土魚礁的材料。

3.2《堿礦渣錨固料應用技術(shù)標準》標準對新產(chǎn)品和新技術(shù)的支撐作用越來越被人們重視，堿激發(fā)材料相關的