《混凝土技术》征稿启事

杂志简介

《混凝土技术》杂志是经国家新闻出版署批准，国家国有资产监督管理委员会（国资委）主管主办的国

家级学术期刊（国内统一刊号：CN11-4450/T 国际刊号：ISSN1009-914X）。本杂志为月刊，大 16 开印刷。

本杂志以服务混凝土行业，推动技术进步为主要目标，宣传政策、交流经验、传播知识、沟通信息。主

要内容为行业信息、新材料、新技术、新设备、新工艺及生产管理、工程实践、检验标准及性能测试、专利

技术等，集指导性、信息性、技术性、实用性于一体。本刊已被《中国核心期刊（遴选）数据库》、《中国学

术期刊（光盘版）》、《万方数据数字化期刊群》、《中文科技期刊数据库》全文收录，国内外统一公开发行。

重点栏目

专家访谈、特别报道、综合信息、理论研究、实用技术、重点工程、专业技术（水泥、外加剂、砂石设

备、搅拌设备、运输设备）、生产管理、行业资讯等。

征稿对象

本刊现面向广大科技研发人员、工程技术人员、重点施工项目管理人员和企业家及在校硕士、博士生等

征集优秀论文和其他文章。本刊所用稿件以质刊用，一经采用，发放稿费。

稿件要求

1．来稿应观点明确，论据充分，数据可靠，层次分明，文理通顺，文字精炼。对于缺乏创新的实验报

告、计算报告以及一般综述性稿件，本刊将不予刊登。

2．文题、作者姓名（一般不超过 6 人）、作者单位及所在城市和邮编、摘要、关键词，需中英文对照。

3．论文题目应简洁、准确，不宜使用缩略词；中英文摘要内容应包括研究目的、方法及研究结果和结

论；中英文摘要应一致；字数：中文摘要一般 300 字左右，英文摘要 200~300 词。中、英文关键词个数为 5～

8个。

4．来稿请务必做到清稿定稿。公式应通篇分别编号；文中量、单位及符号的使用应符合国际标准和国

家标准，非许用单位，务请换算成许用单位。注意容易混淆的外文字母的文种、大小写、正斜体及上下角标

的正确书写。文中外国人名、术语统一为英文，不宜采用中文译法。

5．文中只附必要的图或表，图表内容不能重复，并应注意文－图/文－表的一致性（如：曲线变化趋势、

数据、符号等）。表格应采用三线表形式（可加横辅线）。

6．原稿中的插图不得使用扫描图或下载的图文件。曲线插图请提供计算机软件绘制的黑白(或灰度)插图

文件，照片(仪器摄制后数据直接存盘)反差适中，层次分明，清晰度高。

7．结论以（1）、（2）、（3）⋯⋯形式列出重要研究结果结论（包括重要结果数据）。

8．参考文献只择最主要的列入，未公开发表的资料请勿引用。参考文献应按文中出现的先后顺序编排，

其注录格式采用顺序编码制（[1]，[2]⋯）。

9．论文如果获得有关研究基金或课题资助, 需提供基金名称及编号。

10．注明作者的姓名，职称，研究方向，电话、传真及 E-mail 地址。上述信息注于第 1页的下脚注处。

11．附参考文献格式：

[1] 施惠生, 孙振平, 邓恺. 混凝土外加剂实用技术大全[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 2007.

[2] 孙振平，王玲. 如何安全高效地应用聚羧酸系减水剂[J] .混凝土，2007，212（6）：35-38.

[3] 王子明，刘进强，崔素萍. 早强型聚羧酸系高性能减水剂及其制备方法. CN101289292A[P].

[4] 王子明，刘进强. 新型聚羧酸系超早强复合减水剂试验研究[J]. 低温建筑技术，2008，(6): 15-17.

[5] Jehng J Y. Microstructure of wet cement pastes a nuclear magnetic resonance study [D]. Illinois: Northwestern

University, 1995.

[6] Gorce J P, Milstone N B. Probing the microstructure and water in composite cement blends [J]. Cement and

Concrete Research, 2007, 37:310-318.

联系方式

投稿邮箱：hnt_jishu@126.com zhuxiaorong1970@tom.com

联系电话： 010-88189466 13501124631

通讯地址：北京市海淀区玉渊潭南路 17 号 C座 203 室 100036

《混凝土技术》编辑部

2013年第 5期 Number 5 in 2013

目 录

2013 年 第 5 期

理论研究

01 多组分混凝土强度及配合比设计理论

朱效荣，孙辉

The multicomponent mix concrete strength and design theory

ZHU Xiaorong，SUN Hui

15 碱矿渣水泥的能谱 EDS分析

孙宇，杨元奎

Microstructure of alkali slag cement and energy spectrum analysis of

EDS

SUN Yu，YANG Yuankui

18 钢筋与活性粉末混凝土粘结性能研究进展

邓宗才，袁常兴

Boding properties between rebar and reactive powder concrete

DENG Zongcai，YUAN changxing

24 复掺石灰石粉在高强混凝土中的应用研究

智艳飞，霍亮，张涛，蔺喜强，李国友，孙成辉

Application research on blending limestone powder in high strength

concrete

ZHI Yanfei，HUO Liang，ZHAO Tao，LIN Xiqiang，LI Guoyou，

SUN Chenghui

主管

国家国有资产监督管理委员会

中国包装科技博览杂志社

主办

明峰建材股份有限公司

编辑出版发行

混凝土技术编辑部

市场推广

北京灵感科技发展有限公司

承办单位 北京灵感科技发展有限公司

宁夏华盛集团

社长 马开立

副社长 朱晓军

编辑部主任 朱效荣

编辑部编审 王瑶法

编辑部副主任 王圣军 戴会生 孙 辉

编辑 杨家鹤 丁翔宾 吕林卫

英文编审 王 琴

设计中心 孙志武

发行中心 尹媛媛

培训中心 王洛宾

研究与技术开发中心 朱效荣

策划中心 吕林卫

网络技术中心 王 祁

理事会秘书长 孙 辉（兼）

本刊地址 北京市东城区兴化路 9号（100013）

编辑部地址 北京市海淀区玉渊潭南路 17 号 C

座 203 室

邮政编码 100036

电话 010-88189466

电子邮件 hnt_jishu@126.com

本刊法律顾问 郭伟（北京市京都律师事务所）

印刷 廊坊市佰利得彩印制版有限公司

国际标准刊号 ISSN1009-914X

国内统一刊号 CN11-4450/T

邮发代号 82-326

定价：12.00 元

广告经营许可证 京东工商广字第 0357号 本刊向全国百家大学图书馆阅览室赠刊 本刊向全国混凝土 500强企业赠刊 本刊向全国各部委、省市建设主管部门赠刊 本刊向 37所高校的建材专业师生赠刊

混凝土技术 Concrete Technology

综 述

30 绿色碱激发胶凝材料的发展及应用

黄凤会，周宗辉，程新

Development and application of green alkali-activated binding

material

HUANG Fenghui，ZHOU Zonghui，CHENG Xin

原材料

35 无热源法生产氨基磺酸盐系高效减水剂的研究

曾军

No heat production of amino sulfonate superplasticizer

ZENG Jun

38 粉煤灰低密度油井水泥的研制

祝佳民，薛佳宏，吴宝君

Development of low-density oil well cement fly ash

ZHU Jiamin，XUE Jiahong，WU Baojun

工程应用

41 重庆环球金融中心超高层混凝土生产及泵送技术

秦泽海，孙锦，邹松岭

Concrete Producing and Pumping Technology about the Super

High-rise Building of Chongqing WFC

QIN Zehai，SUN jin，ZOU Songling

46 CRTS III 型板高性能混凝土抗压强度试验研究

贾有权，王洪刚

CRTS III high performance concrete compressive strength test of

template

JIAYouquan，WANG Honggang

关于开展混凝土百强企业形象 展示活动的通知

各有关单位

为更好地服务于混凝土企业，宣传优秀企

业和产品，展示行业风采，扩大企业在业内外

的影响力，为企业牵线搭桥，提供商机，加强

相互间的沟通和联络，帮助企业打造品牌，推

动企业良性发展，我刊决定在本刊开展“混凝

土百强企业形象宣传展示”活动。

展示活动本着企业自愿、慎重推荐的原则，

专家委员会和编委会将通过严格审察，对产品

质量可靠、信誉良好、科技进步的企业进行大

力宣传展示，树立企业良好形象，扩大企业知

名度和产品市场份额。

本活动将在相关网站上开辟专栏，凡申请

本次活动的企事业单位，请按要求将企业相关

资料发送至《混凝土技术》杂志，经审查合格

后，将企业及相关产品资料在杂志及网站中向

公众预以展示一年。

本活动为全免费项目，除有特殊需求外，

正常发布信息企业无须承担任何费用。望各企

事业单位积极配合参加活动。

展示内容：企业简介、企业产品、企业所

获各项荣誉、企业决策人形象、企业联系方式

等。

《混凝土技术》策划中心

联系人：朱效荣 王圣军

电 话：1350112463l 18611020308

传 真：010-63019673

邮 箱：hnt_jishu@126.com

2013年第 5期 Number 5 in 2013

51 溶洞发育区桩基施工探讨

金中朋，曹永波

Explore the cave developed area Pile Foundation Construction

JIN Zhongpeng，CAO Yongbo

54 室内装修中地热采暖相关技术参数及设计施工

中的技术要点

王成佳

Interior decoration geothermal heating related technical parameters

and design and construction of technical points

WANG Chengjia

技术管理

56 预拌混凝土实验室管理之三控两管两协调

吴宝志，王永红

Three Controls，Two Managements，and Two Coordinations：Path of

Premixed Concrete Lab Management

WU Baozhi，WANG Yonghong

61 商品砼远程监控管理系统开发和设计的探讨

王瑶法，何宏建

Commodity Tong remote monitoring and management system

development and design

WANG Yaofa，HE Hongjian

制 品

65 碱矿渣水泥制备的绿色环保混凝土路面砖的性

能研究

王艳伟

Concrete pavement brick on the use of alkali activated slag cement

preparation were studied

WANG Yanwei

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1.为加快稿件处理，方便作者与编辑部的联

系，请作者将稿件按编辑部格式要求整理，并

以 电 子 邮 件 的 方 式 发 至 编 辑 部 邮 箱

(hnt_jishu@126.com)，邮件主题请以文章题目命

名，并加注“投稿”或“修改稿”等提示词语。

2.文稿应有创新及代表性，立论科学，主题

明确，论据充足，层次清楚，叙述要有条理，

文字简练，数据可靠，图表清晰，遵从国家法

定计量单位；文稿内容包括：文题、作者姓名、

作者单位、邮编、摘要、关键词、正文和参考

文献等，篇幅一般不超过 6000 字。

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结果发送至作者的电子邮箱，或者以电话或者

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混凝土技术 Concrete Technology

72 复合保温外墙条板节能分析

主红香，逄鲁峰，郭庆亮，王广义

Energy saving analysis article compound heat preservation exterior

wall panel

ZHU Hongxiang，PANG Lufeng，etal

75 掺合料掺量对泡沫混凝土基本性能的影响

蔡鹏，陈彦文，胡英泽

Admixture content on basic properties of foam concrete

CAI Peng，CHEN Yanwen，HU Yingze

检测技术

78 CRTS I 型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆试验

检测技术

乌品正

Detection technology of CRTS I slab track emulsified asphalt cement

mortar test without

WU Pinzheng

其 他

82 点评建筑装饰业现状及通病

王成佳

Review architectural decoration industry status and common problem

WANG Chengjia

84 提升道路建设维修速度节约工程成本

王成佳

Enhance the speed of road construction repair project cost savings

WANG Chengjia

86 冷轧带肋钢筋伸长率的试验研究

高刚，高立堂，胡海涛

Experimental Study on Elongation of Cold-rolled Ribbed Steel bars

GAO Gang，GAO Litang，HU Haitao

《混凝土技术》编委会

顾 问

唐明述 孙 伟

闻德荣 李生庆

沈荣熹 张树凯

倪 清

编 委

（以汉语拼音为序）

鲍有昌 常绍杰 程从密

蔡基伟 曹明莉 陈建康

陈海东 戴会生 戴 民

邓宗才 丁 铸 丁祖仕

范文涛 封孝信 冯庆革

甘昌成 葛 勇 管洪海

韩立刚 杭美艳 何冬明

胡紫日 胡国锋 黄 新

黄政宇 蒋林华 蒋元海

孔德玉 李志国 李崇智

李 悦 李俊文 李欢欢

李洪军 李 迁 李占军

刘娟红 刘志杰 马保国

欧阳东 逄鲁峰 潘亚宏

朋改非 彭小芹 钱晓倩

秦鸿根 阮炯正 孙振平

孙继成 宋少民 宋东升

史才军 王立久 王栋民

王爱勤 王 晴 王宝民

王瑶法 闻宝联 魏秀军

武增礼 吴菊珍 许才旺

肖文凤 徐长伟 邢振贤

杨长辉 余其俊 严捍东

张承志 张 伟 张全贵

张 锋 张燕迟 赵庆新

赵卫华 赵碧华 赵 苏

赵霄龙 周 静 周明凯

朱卫中 廖振中 赵恒树

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·1·

理论研究

多组分混凝土强度及配合比设计理论 朱效荣 1，孙 辉 2

（1.北京城建混凝土有限公司，北京 100049；2.北京灵感科技发展有限公司，北京 100081）

摘 要：本研究的创新点首先确定了水泥强度与混凝土配制强度之间直接的对应关系计算公式，建立了配制单位强度混凝土所

需水泥量的计算公式， 其次建立了掺合料活性和水泥取代系数的准确计算公式，最后确定了外加剂检测和调整的计算公式。

这些计算公式在国内外属于首创，同时建立了混凝土配合比设计新的计算方法 ，将水泥、掺合料、外加剂、水分与混凝土的

工作性、强度、耐久性紧密结合起来，为水泥行业、外加剂行业和混凝土行业的发展具有重要的推动作用。

关键词：单位强度；活性系数；取代系数；工作性；强度；耐久性

The multicomponent mix concrete strength and design theory

ZHU Xiaorong1，SUN Hui2

（1.Beijing Urban Construction Concrete Co.，Ltd. Beijing 100049；

2.Beijing Inspiration Science and Technology Development Co.，Ltd. Beijing 100081）

Abstract：The innovation of this study first identified the strength of cement and concrete preparation of direct correlation between the

intensity of the formula，Established the preparation of the required amount of cement unit strength concrete formula，followed by the

establishment of a cement admixture replacing factor activity and the exact formula to finalize the admixture detection and adjustment

formulas. These formulas first of its kind at home and abroad，while establishing a concrete mix design new calculation method，cement，

admixtures，additives，water and concrete workability，strength，durability closely together for the cement industry，admixtures and concrete

industry sector has an important role in promoting.

Keywords：Unit strength；activity coefficient；replace coefficient；workability；strength；durability

1 概述

混凝土是当今建筑行业中用途最广、用量最大的建

筑材料之一，全国每年就有数十亿立方米混凝土的需

求，而且随着国家基础建设的加大投入，每年的混凝土

用量仍呈递增趋势。伴随混凝土用量的增长，混凝土专

业技术人员的增加，混凝土整体质量逐年提升，但与国

外相比还存在较大差距，主要体现在混凝土的和易性与

耐久性上。这是因为区域的不同，用于混凝土生产的原

材料质量千差万别，而为了应付生产，找不到适合的原

材料，只能以次充好。就以混凝土胶凝材料来说，目前

大量用于混凝土生产的胶凝材料是通用硅酸盐水泥中

的普通硅酸盐水泥，众所周知，普通硅酸盐水泥是指由

硅酸盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏

磨细制成的水硬性胶凝材料，而混合材是降低水泥

材料成本的唯一途径，这样有些水泥厂为了追求水

泥利润，加大混合材的掺加量，远超过 20%混合材

的限制，而这样的水泥运到商品混凝土站后，在生

产过程中还要掺加矿物掺合料，但商品混凝土站不

清楚水泥厂已掺加的混合材的种类和数量，于是就

导致了生产混凝土经常出现的质量问题，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，混凝土开裂、碳化加剧等等，大大增加了混凝

土生产过程质量控制的难度。

1.1 技术背景

目前混凝土搅拌站生产使用的水泥主要有普通硅

酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥，按照水

泥标准检验，水泥本身的技术指标如强度、凝结时间、

标准稠度用水量、安定性等都能满足国家标准的要求。

混凝土技术 Concrete Technology

·2·

但在使用过程中，经常出现水泥与外加剂适应性差、强

度波动大、混凝土滞后泌水、凝结时间不正常等问题，

从而给混凝土生产和质量控制带来了不利影响，也给企

业带来了一定的经济损失和声誉影响。通过大量试验研

究可知，产生这些问题的主要原因与水泥中混合材的品

种和掺量变化有直接关系，特别是使用同一强度等级的

水泥配制某强度等级的混凝土时水泥用量差别很大，对

混凝土企业提高产品质量、控制成本带来很大的困难。

1.2 能源与经济效益的优化配置

在水泥生产过程中，大多数企业采用将熟料和混合

材分别粉磨后均化的工艺，然后将水泥出售到混凝土生

产企业，这样混合材经历了由供应商运输到粉磨厂粉

磨，再与熟料混合均化后形成水泥，将水泥销售到混凝

土企业，混合材经历了二次运输，提高了综合运输成本。

如果我们在混凝土生产中采用P·II硅酸盐水泥，将掺入

水泥中的混合材改变为混凝土的矿物掺合料，由供应商运

输到粉磨厂粉磨后，直接销售到混凝土企业，其技术效果

不变，但可以减少一次运输，降低了综合运输成本。

为了提高搅拌站对混凝土质量控制的稳定性和混

凝土配合比设计的合理性，同时降低混凝土企业的成

本，唐山冀东混凝土有限公司根据专家建议立项进行了

P·II 水泥在预拌混凝土中的应用技术研究项目。

2 技术原理与技术方案

2.1 研究目的

为了解决当前配制混凝土时水泥用量与混凝土强

度之间对应关系，特别是使用同一强度等级的水泥配制

某强度等级的混凝土时水泥用量差别很大，水泥与外加

剂的适应性不好的难题，实现提高混凝土企业产品质

量、控制成本的目的。

2.2 研究思路

（1）确定水泥强度与混凝土强度直接的对应关系

计算公式，建立配制单位强度混凝土所用水泥量的计算

公式；（2）建立掺合料活性和水泥取代系数的准确计算

公式；（3）为了改善混凝土的耐久性，胶凝材料的最佳

水胶比为标准稠度用水量对应的水胶比，凝固后浆体形

成的孔结构最合理；（4）外加剂的调整以标准稠度为基

准，配制的混凝土在拌合物状态下，可以保证混凝土拌

合物不离析不泌水。通过以上三个参数计算公式的确定

与外加剂的调整，将水泥、掺合料、外加剂、水分与混

凝土的工作性、强度、耐久性紧密结合起来。

2.3 技术方案

（1）水泥的生产

试制硅酸盐水泥，测定需水量、强度、比表面积、

三氧化硫、密度。分析同一强度等级的水泥在某强度的

混凝土配比中水泥用量不同的原理，外加剂与水泥适应

性差的原因。

（2）混凝土的配制

多组分混凝土配合比设计方法，包括水泥用量的确

定方法，掺合料分配的方法，拌合水量确定的方法，耐

久性改善的原理，合理砂率的确定方法；检测混凝土的

工作性、强度、耐久性。

3 水泥强度与混凝土强度之间的关系

水泥强度的检验采用标准胶砂试验的方法，当标准

养护的胶砂试件破型检验时，试件中的标准砂并没有破

坏，而是试件中的水泥水化形成的纯浆体被压力破坏，

因此我们认为水泥水化形成的纯浆体的强度大于标准

胶砂的强度。水泥水化形成的纯浆体的强度等于标准胶

砂的强度除以标准胶砂中水泥的体积比。

影响水泥水化强度的主要因素是水泥比表面积和

水灰比。水泥粉磨得越细，比表面积就越大，与水接触

的面积也越大，水化反应就会越充分，强度越高；此外，

细磨时还会使水泥内晶体产生扭曲、错位等缺陷而加速

水化。但是增大细度，迅速水化生成的产物层又会阻碍

水化作用的进一步深入，所以增大水泥细度，只能提高

早期水化速度，对后期强度和水化作用不明显。而对于

较粗的颗粒，各阶段的反应都较慢。

从水泥水化产生强度的角度考虑，合理的水灰比为

标准稠度用水量对应的水灰比，这一水灰比对应的水有

两个作用，其一是保证水泥充分水化的水，其二是保证

水泥颗粒达到充分水化所需的匀质性。水灰比在此范围

内变化时，适当增大水灰比，可以增大水化反应的接触

面积，使水化速度加快，早期强度提高，但水灰比过大，

会使水泥石结构中孔隙太多，而降低其强度，故水灰比

不宜太大。若水灰比过小，水泥水化反应所需水量不足，

会延缓反应进行；同时，水灰比过小，则没有足够孔隙

来容纳水化产物而阻碍未水化部分进一步水化，也会降

低水化速度，强度降低，因此水灰比也不宜太小。所以，

先用 GB/T1346 规定的水泥标准稠度用水量检验方法确

定水灰比，再以此水灰比作为标准胶砂的水灰比。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·3·

理论研究

3.1 水泥在标准胶砂中体积比的计算公式

0

C0C0

0 0 0

C0 S0 W0

CρV C S W

ρ ρ ρ

=+ +

式中：

VC0-------------标准胶砂中水泥的体积比

C0-------------标准胶砂中水泥的用量

ρC0-----------水泥的密度

S0------------标准胶砂中砂的用量

ρS0-----------砂的密度

W-------------标准胶砂中水的用量

ρW0----------水的密度

表 1 水泥的密度与水泥的体积比对照

名称 P·II 水泥 普通水泥 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥 复合水泥

密度 3050 3000 2950 2300 2650 2450

体积比 0.169 0.171 0.174 0.213 0.190 0.202

3.2 水泥水化形成的强度计算公式

280

C0

Rσ =V

式中：

σ0-------------标准胶砂中水泥水化形成的纯

浆体的强度

R28-------------标准胶砂的强度

VC0-------------标准胶砂中水泥的体积比

表 2 标准胶砂的强度、水泥的体积比与纯浆体的强度对照

名称 P·II 水泥 普通水泥 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥 复合水泥

R28 60 55 48 35 38 40

VC0 0.169 0.171 0.174 0.213 0.190 0.202

σ0 297 322 276 164 200 198

3.3 标准稠度水泥浆表观密度计算公式

0C0

00

C0

Wρ 1100ρ W1 ρ

100000

⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠=

+ ×

式中：

ρ0-------------标准稠度水泥浆的密度

W0-------------水泥的标准稠度用水量

ρC0------------水泥的密度

表 3 水泥的标准稠度用水量、水泥的密度与水泥浆的密度对照

名称 P·II 水泥 普通水泥 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥 复合水泥

W0 25 27 29 33 32 31

ρC0 3050 3000 2950 2300 2650 2450

ρ0 2124 2105 2051 1739 1893 1824

3.4 提供 1MPa 强度所需水泥用量计算公式

0

0

ρCσ

=

式中：

C -----------------提供 1MPa 强度所需水泥

的用量

ρ0-----------------标准胶砂中水泥水化形成

的纯浆体的密度

（即标准稠度水泥浆的密度）

σ0-----------------标准胶砂中水泥水化形成

的纯浆体的强度

混凝土技术 Concrete Technology

·4·

表 4 胶砂强度、纯浆体强度、纯浆体密度、1MPa强度水泥用量对照

名称 P·II 水泥 普通水泥 矿渣水泥 粉煤灰水泥 火山灰水泥 复合水泥

强度等级 52.5 52.5 42.5 32.5 32.5 32.5

R28 60 55 48 35 38 40

σ0 297 322 276 164 200 198

ρ0 2124 2105 2051 1739 1893 1824

C （kg/MPa） 7.2 6.5 7.4 10.6 9.5 9.2

C20（25MPa） 180 163 185 265 238 230

C30（35MPa） 252 228 259 371 333 322

C40（46MPa） 331 299 340 488 437 423

C50 （58 MPa） 418 377 429 615 551 534

表 4 解释了同样强度等级的水泥配制混凝土时水

泥用量差别很大的原因。

4 掺合料活性的计算

掺合料在混凝土中的作用主要是降低水化热，改善

工作性，提高耐久性。在配合比设计过程中，我们主要

考虑反应活性和填充效应。反应活性用活性系数表示，

活性系数指同样质量的掺合料产生的强度与对比试验

水泥强度的比值。填充效应用填充系数表示，填充系数

指矿物掺合料的比表面积与表观密度的乘积除以对比

试验水泥的比表面积与表观密度的乘积的二次方根。

4.1 粉煤灰

4.1.1 填充系数的计算 原状灰的细度与电厂制煤系统和收尘装置有关。粉

煤灰颗粒中的玻璃微珠粒径为 0.5～100μm，大部分在

45μm以下，平均粒径为 10～30μm；海绵状颗粒粒径

（含碳粒）范围为 10～30Oμm，大部分在 45μm以上。

I 级灰和磨细粉煤灰中海绵状颗粒较少。GB/T18736 规

定以 45μm（用气流筛测定）筛余百分数和透气法测比

表面积来评定粉煤灰的细度。

本项目提出粉煤灰填充系数的计算方法如下：

水泥的填充系数：

C C1

C C

ρ Suρ S

=

u1------水泥的填充系数（基准数据）

ρC------水泥的密度

SC------水泥的比表面积

粉煤灰的填充系数：

F F2

C C

ρ Suρ S

=

u2-----------粉煤灰的填充系数

ρF-----------粉煤灰的密度

SF-----------粉煤灰的比表面积

其物理意义为 1 千克的粉煤灰填充效应产生的强

度相当于 u2千克的水泥填充效应产生的强度。

4.1.2 活性指数的计算

粉煤灰是由多种不同形状的颗粒混合堆聚的粒群，

其中只有硅酸盐或铝硅酸盐玻璃体的微细颗粒、微珠和

海绵状玻璃体是有活性的；而结晶体，如石英，在常温

下火山灰性质就不够明显；莫来石则是惰性成分；富铁

微珠活性较低甚至惰性；碳粒则不是火山灰物质。一般

说，玻璃体与结晶体比值越高，粉煤灰的活性也越好。

（1）活性指数测定试验

测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度，以二者抗压

强度之比确定粉煤灰试样的活性指数。试验胶砂和对比

胶砂材料用量如表

表 5 试验胶砂和对比胶砂材料用量

胶砂种类 水泥（g） 粉煤灰（g） 标准砂（g） 水（ml） 28d 强度（MPa）

对比胶砂 450 —— 1350 225 R0=50

试验胶砂 315 135 1350 225 R1=45

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·5·

理论研究

（2）结果计算

a．活性指数的国家标准计算方法： 128

0

RH 100R

= ×

式中：H28---------活性指数（%）；

R1----------试验胶砂 28d 抗压强度（MPa）；

R0----------对比胶砂 28d 抗压强度（MPa）。

计算结果精确至 1%。

b．活性指数的准确计算方法（自定义为活性系数）

根据对比胶砂可知，450g 水泥提供强度 50MPa，

则 315g 水泥提供的强度为 0.7R0=35MPa，135g 水泥提

供的强度为 0.3R0=15MPa；那么，试验胶砂提供的强度

包括 315g 水泥提供的强度（即 0.7R0=35MPa）与 135g

粉煤灰提供的强度（即 R1 -0.7R0=10MPa）。所以，粉煤

灰的活性系数由下式求得：

1 0F

0

R 0.7Rα0.3R−

=

式中：αF---------粉煤灰的活性系数；

R1--------试验胶砂 28d 抗压强度（MPa）；

R0--------对比胶砂 28d 抗压强度（MPa）。

粉煤灰的取代系数用δc 表示，则代入数据可得粉

煤灰的活性系数αF=0.67，粉煤灰的取代系数δc=1.5。

这样，我们在混凝土配合比设计过程中可以用 1kg

粉煤灰取代 0.67kg 与对比试验相同的水泥，或者用

1.5kg 粉煤灰取代 1kg 与对比试验相同的水泥。这种设

计摒弃传统观念中粉煤灰等量取代和超量取代水泥的

思路，准确合理地使用了粉煤灰。

表 6 粉煤灰活性等级、活性指数、活性系数与水泥取代系数的对照

活性等级 S75 S75 S95 S95 S105 S105

活性指数 75 90 96 103 106 113

活性系数 0.17 0.67 0.87 1.1 1.2 1.43

取代系数 6.0 1.5 1.15 0.91 0.83 0.70

表 6 解释了同一强度等级的粉煤灰在取代水泥时

用量差别很大的原因。

4.2 矿渣粉

4.2.1 填充系数的计算

随着矿渣粉比表面积的增大，矿渣的平均粒径减

小。当比表面积为 300m2/kg 时，平均粒径为 21.2μm；

比表面积为 40Om2/kg 时，平均粒径为 14.5μm；比表面

积 800m2/kg 时，平均粒径为 2.5μm，仅为比表面积

300m2/kg 的矿渣粒径的 1/8 左右。

粒径大于 45μm 的矿渣颗粒很难参与水化反应，

因此要求用于高性能混凝土的矿渣粉磨至比表面积超

过 400m2/kg，以较充分地发挥其活性，减小泌水性。比

表面积为 600～10OOm2/kg 的矿渣粉用于配制高强混凝

土时的最佳掺量为 30%～50%。矿渣磨得越细，其活性

越高，掺入混凝土后，早期产生的水化热越大，越不利

于降低混凝土的温升；当矿渣的比表面积超过 400m2/kg

后，用于低水胶比的混凝土时，混凝土早期的自收缩随

掺量的增加而增大，但矿渣粉的填充效应增加。

矿渣粉的填充系数可以用下式求得：

K K3

C C

ρ Suρ S

=

u3--------矿渣粉的填充系数

ρK--------矿渣粉的密度

SK--------矿渣粉的比表面积

计算求得的填充系数，其物理意义为 1千克的矿渣

粉填充效应产生的强度相当于 u3 千克的水泥填充效应

产生的强度。粉磨矿渣要消耗能源，成本较高；矿渣粉

磨得越细，掺量越大，则低水胶比的高性能混凝土拌合

物越黏稠。用于高性能混凝土的矿渣粉的细度一般要求

比表面积达到 400m2/kg 以上，至于最佳细度的确定，

需根据混凝土工程的性能要求，综合考虑混凝土的温

升、自收缩以及电耗成本等多种因素。

4.2.2 活性指数的计算

（1）矿渣粉活性指数测定试验

测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度，以二者抗压

强度之比确定矿渣粉试样的活性指数。试验胶砂和对比

胶砂材料用量如表 7

混凝土技术 Concrete Technology

·6·

表 7 测定矿渣粉活性指数试验中试验胶砂和对比胶砂材料用量

胶砂种类 水泥（g） 矿渣粉（g） 标准砂（g） 水（ml） 28d 强度

对比胶砂 450 —— 1350 225 R0=50

试验胶砂 225 225 1350 225 R2=45

（2）结果计算

a. 活性指数的国家标准计算方法：

矿渣粉活性指数按下式计算： 2

0

RA 100R

= ×

式中：A---------28d 活性指数，%；

R0--------对比砂浆 28d 抗压强度，MPa；

R2--------试验砂浆 28d 抗压强度，MPa。

计算结果精确至 1%。

b. 活性指数的准确计算方法（自定义为活性系数）

根据对比胶砂可知，450g 水泥提供强度 50MPa，

则 225g 水泥提供的强度为 0.5R0=25MPa；那么，试验

胶砂提供的强度包括 225g 水泥提供的强度（即

0.5R0=25MPa）与 225g 矿渣粉提供的强度（即 R2

-0.50R0=20MPa）。所以，矿渣粉的活性系数由下式求得：

2 0K

0

R 0.5Rα0.5R−

=

式中：αK--------矿渣粉的活性系数；

R0-------对比砂浆 28d 抗压强度，MPa；

R2-------试验砂浆 28d 抗压强度，MPa。

矿渣粉的取代系数用δk 表示，则代入数据可得矿

渣粉的活性指数αK =0.8，矿渣粉的取代系数δc=1.25。

这样，我们在混凝土配合比设计过程中可以用 1kg

矿渣粉可以取代 0.8kg 与对比试验相同的水泥，或者用

1.25kg 矿渣粉取代 1kg 与对比试验相同的水泥。这种设

计摒弃传统观念中矿渣粉等量取代和超量取代水泥的

思路，准确合理地使用了矿渣粉。

表 8 矿渣粉活性等级、活性指数、活性系数与水泥取代系数的对照

活性等级 S75 S75 S95 S95 S105 S105

活性指数 75 90 96 103 106 113

活性系数 0.5 0.8 0.92 1.06 1.12 1.26

取代系数 2.0 1．25 1.09 0.94 0.89 0.79

表 8 解释了同一等级的矿渣粉在取代水泥时用量

差别很大的原因。

4.3 硅灰

4.3.1 填充系数的计算

作为超细矿物掺合料，硅灰的平均粒径度为 0.1μ

m，仅为水泥平均粒径的几百分之一，主要用来配制高

强高性能混凝土，掺入水泥混凝土后能很好地填充于水

泥颗粒空隙之中，使浆体更致密。

硅灰的填充系数可以用下式求得：

Si Si4

C C

ρ Suρ S

=

u4--------------硅灰的填充系数

ρSi--------------硅粉的密度

SSi--------------硅粉的比表面积

其物理意义为，我们在混凝土配合比设计过程中可

以用 1kg 硅灰取代 u4kg 与对比试验的水泥，充分利用

了硅灰的填充功能，实现硅粉的准确合理利用。

4.3.2 硅灰活性指数的计算

（1）硅灰活性指数测定试验

测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度，以二者抗压

强度之比确定硅粉试样的活性指数。试验胶砂和对比胶

砂材料用量如表 9。

表 9 测定硅粉活性指数试验中试验胶砂和对比胶砂材料用量

胶砂种类 水泥（g） 硅粉（g） 标准砂（g） 水（ml） 28d 强度

对比胶砂 450 —— 1350 225 R0=50

试验胶砂 405 45 1350 225 R4=75

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·7·

理论研究

（2）结果计算

a. 硅灰活性指数的国家标准计算方法：

硅粉 28d 活性指数按下式计算：

428

0

RA 100R

= ×

式中：A28------28d 活性指数，%；

R0-------对比砂浆 28d 抗压强度，MPa；

R4-------试验砂浆 28d 抗压强度，MPa。

计算结果精确至 1%。

b. 硅灰活性指数的准确计算方法（自定义为活性

系数）

根据对比胶砂可知，450g 水泥提供强度 50MPa，

则 405g 水泥提供的强度为 0.9R0=45MPa；那么，试验

胶砂提供的强度包括 405g 水泥提供的强度（即

0.9R0=45MPa ） 与 45g 硅 粉 提 供 的 强 度 （ 即

R4-0.9R0=30MPa）；则硅粉的活性指数由下式求得：

4 0Si

0

R 0.9Rα0.1R−

=

式中：αSi-------硅灰的活性系数；

R0------对比砂浆 28d 抗压强度，MPa；

R4------试验砂浆 28d 抗压强度，MPa。

硅灰的取代系数用δSi 表示，则代入数据可得硅灰

的活性指数αSi=6，硅灰的取代系数δSi= 0.17。

这样，我们在混凝土配合比设计过程中可以用 1kg

硅灰取代 6kg 与对比试验相同的水泥，或者用 0.17kg

硅灰取代 1kg 与对比试验相同的水泥，这种设计摒弃传

统观念中硅粉取代水泥 5%-20%的思路，准确合理地使

用了硅粉。

表 10 硅灰填充系数与取代系数的对照

比表面积 10000 12000 15000 18000 20000 22000

填充系数 4.8 5.2 5.8 6.4 6.7 7.1

取代系数 0.21 0.19 0.17 0.16 0.15 0.14

表 10 解释了不同比表面积的硅灰在取代水泥用量

差别很大的原因。

5 外加剂的适应性问题探讨

水泥对混凝土工作性的影响主要在于水泥中 C3A

含量、石膏、水泥需水量和比表面积，从这些方面分析

水泥与外加剂适应性的影响原理如下。

5.1 水泥中 C3A 含量对适应性的影响

铝酸三钙的水化反应迅速，且放热量大，通常在加

水后几分钟内开始快速反应，石膏含量较少时，几小时

就基本水化完全。其水化产物的组成与结构受溶液中氧

化钙、氧化铝的浓度反应温度的影响很大。

其化学反应式如下：

3CaO·Al2O3 十 21H2O→4CaO·Al2O3·13H2O 十

2CaO·Al2O3·8H2O

简写为：

C3A 十 21H →C4AH13十 C2AH8

C4AH13和 C2AH8在常温下处于介稳状态，随时间延

长会逐渐转变为更稳定的等轴立方晶体 C3AH6，该反应

将随温度升高而加速进行，由于 C3A 本身水化热很高，

所以极易进行反应。当温度升高到 25～40℃以上时，

甚至会直接生成 C3AH6晶体；在高于 80℃时，几乎立

即生成 C3AH6 （即水石榴子石）。

为防止水泥的急凝或瞬凝，在水泥粉磨时需掺有一

定量的石膏，以保证正常凝结时间，防止急凝的发生。

当石膏和氧化钙同时存在时，虽然 C3A 也会快速水

化生成 C4AH13，但接着 C4AH13就会与石膏反应，其反应

方程式如下：

4CaO·Al2O3·13H2O 十 3（CaSO4·2H2O）十 l4 H2O

→3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O 十 Ca（OH）2

简写为：

C4AH13十 3CSH2十 14H→C3A·3CS□S ·H32十 CH

上 述 反 应 产 物 三 硫 型 水 化 硫 铝 酸 钙

（C3A·3C□S ·H32）称为钙矾石。由于其中铝可被铁置

换而成为含铝、铁的三硫酸盐相，故常用AFt 表示。钙

矾石不溶于碱溶液而在 C3A 表面沉淀形成致密的保护

层，阻碍了水与 C3A 进一步反应，因此降低了水化速度，

避免了急凝。

当 C3A 尚未完全水化而反应剩余的石膏不足以形

成钙矾石时，则 C3A 水化所形成的 C4AH13，又能与先前

混凝土技术 Concrete Technology

·8·

形成的钙矾石继续反应生成单硫型水化硫铝酸钙，以

AFm表示。反应方程式如下：

3CaO · Al2O3 · 3CaSO4 · 32H2O 十 2

（4CaO·Al2O3·13H2O）→3（3CaO·Al2O3·CaSO4·12H2O）

十 2 Ca（OH）2十 20 H2O

简写为：

C3A·3CS·H：32 十 2C4AH13→3（C3A·C□S·H12）

十 2CH十 20H

当石膏剩余极少，在所有的钙矾石都转化成单硫型

水化硫铝酸钙后，剩下尚未水化的 C3A 将会继续反应生

成 C4AH13及 C4A□S ·H12和 C3AH6的固溶体。

由上可知，C3A 水化产物的组成和结构与实际参加

反应的石膏量有重要关系，C3A 和石膏参加反应的合理

质量比例为 1568：516，近似于 3：1。

当 C3A 单独与水拌和后，几分钟内就开始快速反

应，数小时后即完全水化，因此与外加剂的适应性很差。

在掺有石膏时，反应则能延缓几小时后再加速水化，这

是因为石膏降低了铝酸盐的溶解度，而石膏和氢氧化钙

同时存在时则会更进一步使其溶解度减小到几乎接近

于零，因此掺加石膏可以调整外加剂与水泥的适应性。

当石膏用量控制在 3%～5%时，控制水泥中 C3A＜6%可

以改善外加剂与水泥的适应性。

5.2 水泥中的 SO3对适应性的影响

5.2.1 石膏的缓凝机理

对于石膏的缓凝机理，存在着不同的观点。目前，

一般认为，石膏在 Ca（OH）2饱和溶液中与 C3A 作用，

生成溶解度极低的钙矾石，覆盖于 C3A 颗粒表面并形成

一层薄膜，阻滞水分子及离子的扩散，延缓了水泥颗粒

特别是 C3A 的进一步水化，故防止了快凝现象。随着扩

散作用的继续进行，在 C3A 表面又生成钙矾石，当固相

体积增加所产生的结晶压力达到一定数值时，钙矾石薄

膜就会局部胀裂，而使水化继续进行，接着又生成钙矾

石，直至溶液中的 SO42—离子消耗完为止。因此石膏的

缓凝作用是在水泥颗粒表面形成钙矾石保护膜，阻碍水

分子移动的结果。

5.2.2 石膏的最佳掺量

试验表明，石膏对水泥凝结时间的影响，并不与掺

量成正比，并带有突变性，如图 1-1-12 所示。石膏掺

量（以 SO3计）小于 1.3%时，不足以阻止快凝，当 SO3

含量继续增加，才有明显缓凝作用，而掺量超过 2.5%，

对凝结时间的影响不大。因此，石膏最佳掺量是决定水

泥凝结时间的关键。所谓石膏最佳掺入量是指使水泥凝

结正常、强度高、安定性良好的掺量，许多学者认为石

膏最佳掺入量的原则是水泥加水 24h 石膏刚好被耗尽

的数量。经过计算可知，C3A 和石膏参加反应的合理质

量比例为 1568：516，近似于 3：1。当水泥中存在 C3A

时，控制水泥中 SO3含量 2%～2.5%可以有效解决欠缺

SO3引起的外加剂适应性问题。

5.3 水泥需水量与比表面积对适应性的影响

在水泥水化过程中，水泥粉磨得越细，比表面积就

越大，与水接触的面积也越大，需水量越大，对外加剂

的吸附越多。在其他条件相同的情况下，水化反应就会

越快，表现为外加剂与水泥的适应性越差。此外，细磨

时还会使水泥内晶体产生扭曲、错位等缺陷而加速水

化。但是增大细度，迅速水化生成的产物层又会阻碍水

化作用的进一步深入，所以增加水泥细度，只能提高早

期水化速度，降低了外加剂与水泥的适应性。

5.4 胶凝材料复合对适应性的影响

在混凝土生产过程中，胶凝材料使用了水泥、矿粉、

煤灰和硅灰，这些材料复合后形成的产品实质上是一种

复合水泥，由于矿粉、粉煤灰和硅灰中不含石膏，因此

复合水泥中缓凝剂石膏不足以引起混凝土急凝、假凝，

这个因素可以采用控制胶凝材料的 SO3 含量 2%～

2.5%，达到改善水泥与外加剂适应性的目的；掺合料的

需水量与水泥不同，在检测方法不变时，由于检测用水

量小于胶凝材料的标准稠度用水量，引起外加剂与混凝

土的适应性变差，可以通过调整用水量解决这一难题，

胶凝材料需水量的确定方法如下。

5.4.1 试验法 在已知水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰的比例后，按照

已知的比例将各种胶凝材料混合成复合胶凝材料，采用

测定水泥标准稠度用水量的方法求得胶凝材料的标准

稠度用水量为W，对应的有效水胶比 ，求得搅拌胶凝

材料所需水量 W1为胶凝材料总量乘以有效水胶比，即

1WW (C F K Si)B

= × + + + 。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·9·

理论研究

5.4.2 计算法

通过以上计算求得水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰的准

确用量后，按照胶凝材料的需水量系数通过加权求和计

算得到搅拌胶凝材料所需水量：

( ) 0F K Si

WW C β F β K β Si100

= + + + ×

反之求得搅拌胶凝材料的有效水胶比：

( )( )

F K Si 0C β F β K β Si WWB 100 C F K Si

+ + + ×=

× + + +

5.5 外加剂合理用量的确定

采用以上水胶比，以推荐掺量进行外加剂的最佳掺

量试验，即可求得外加剂的最佳用量，解决了外加剂与

水泥以及掺合料的适应性问题。

6 混凝土配比设计

由多组分混凝土强度理论数学模型 f=σ×u×m 可

知，多组分混凝土硬化后单位体积内的石子、砂子均没

有参与胶凝材料的水化硬化，其体积没有发生改变，分

别为 Vg、Vs，混凝土的强度由硬化水泥混合砂浆理论

强度、胶凝材料的填充强度贡献率和硬化密实浆体的体

积百分比决定。以下介绍依据现代多组分混凝土理论进

行混凝土配合比设计的具体步骤。

胶凝材料和外加剂的确定，以使用水泥配制混凝土

为计算基础，根据水泥强度、需水量和表观密度求出

1MPa 强度水泥的用量，以此计算出满足设计强度等级

所需水泥的量， 其次根据掺合料的活性系数和填充系

数用等活性替换和等填充替换求得胶凝材料的合理分

配比例，然后用胶凝材料求得标准用水量对应的水胶

比，在这一水胶比条件下确定合理的外加剂用量以及胶

凝材料所需的搅拌用水量。

集料的确定，首先测得石子的空隙率，根据砂子完

全填充于石子的空隙中求得每立方混凝土砂子的准确

用量，然后按照混凝土体积组成石子填充模型，用石子

的堆积密度扣除胶凝材料，即可求得每立方混凝土石子

的准确用量，通过试验求得砂子和石子的吸水率即可求

得润湿砂石所需的水。在计算的过程中，除去含气量，

由于砂子的空隙率所占体积和胶凝材料水化所需水分

在混凝土最后占据的体积基本相同，因此计算过程不考

虑砂子的孔隙率和拌合水的体积。

6.1 配制强度的确定

现代多组分混凝土的配制强度按现行规范 fcu，p=fcu，

o+1.645σ确定，不同强度等级混凝土σ值按表 11 确定。 表 11 混凝土的σ取值表

强度等级 C10～C25 C30～C55 C60～C100

σ（MPa） 4 5 6

6.2 水泥浆理论强度σ0的计算

由于配制设计强度等级的混凝土选用的水泥是确

定的，在基准混凝土配比计算时取水泥为唯一胶凝材

料，则σ0的取值等于水泥标准砂浆的理论强度值σ0，

计算如下：

0

C0C0

0 0 0

C0 S0 W0

CρV C S W

ρ ρ ρ

=+ +

VC0----------标准胶砂中水泥的体积比

C0----------标准胶砂中水泥的用量

ρC0----------水泥的密度

ρS0----------砂的密度

ρW0----------水的密度

S0-----------标准胶砂中砂的用量

W-----------标准胶砂中水的用量

则

280

C0

Rσ =V

σ0----------标准胶砂中水泥水化形成的纯浆

体的强度

R28---------标准胶砂的强度

6.3 水泥基准用量的确定

依据石子填充法设计思路，当混凝土中水泥浆体的

体积达到 100%时，混凝土的强度等于水泥浆体的理论

强度值，即 R=σ0，此时水泥浆体内含水泥的量可以通

过下式求得：

水泥浆的表观密度：

0 0

0

0C C

00

C

Wρ ρ100ρ W1 ρ

100000

+=

+

混凝土技术 Concrete Technology

·10·

ρ0-----------标准胶砂中纯浆体的密度

W ----------标准胶砂中水泥的标准稠度用水量

ρC0----------标准胶砂中水泥的密度

每兆帕混凝土对应的水泥浆质量由下式求得：

0

0

ρCσ

=

C ----------提供 1MPa 强度所需水泥用量

ρ0-----------标准胶砂中纯浆体的密度

σ0-----------标准胶砂中水泥水化形成的纯浆

体的强度

配制强度为 fcu，p的混凝土基准水泥用量为 C01：

01 cu,pC C f= ×

6.4 掺合料用量的确定

设计中采用掺合料反应活性和填充强度贡献率折

算后与水泥相等为基础，因此掺合料可由下式求得：

C01 = B =α1C +α2F +α3K +α4Si

C01 = u1C + u2F + u3K +u4Si

300 ≤ C + F + K + Si ≤ 600

式中：

C、F、K、Si 分别为水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉的

用量；

α1、α2、α3、α4 分别为水泥、粉煤灰、矿粉、

硅粉的活性系数；

u1、u2、u3、u4 分别为水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉

的填充系数；

C C1

C C

ρ Suρ S

= ， F F2

C C

ρ Suρ S

= ， K K3

C C

ρ Suρ S

= ，

Si Si4

C C

ρ Suρ S

=

综合填充系数

1 2 3 4u C u F u K u SiuC F K Si+ + +

=+ + +

6.4.1 C10～C30（大掺量粉煤灰）混凝土

由于 C10～C30 混凝土配比计算 C0较小，用于生产

普通混凝土时水泥用量 C 直接取 C0计算值，但用于预

拌混凝土或者自密实混凝土等富浆的混凝土时，我们需

要增加一定的胶凝材料，根据我国现行规范，预拌或者

自密实等富浆的混凝土中的胶凝材料用量不少于

300kg， 除水泥外的胶凝材料由活性较低的粉煤灰、炉

渣粉等代替，不考虑填充效应。可以由以下公式求得：

C0 = α1C + α2F

C + F = 300

可以准确求得：水泥用量，粉煤灰（炉渣粉）用量。

6.4.2 C30～C55掺复合料（矿粉和粉煤灰）混凝土

由于 C30～C50 混凝土配合比计算值 C0为水泥，用

于生产普通混凝土时水泥用量直接取计算值 C0，但为

了降低混凝土的水化热，掺加一定的矿物掺合料，可以

有效地预防混凝土塑性裂缝的产生，本计算方法确定将

水泥的量控制在 C0的 70%以下。根据我国国情，矿粉

和粉煤灰是来源较广、价格比较便宜的两种矿物掺合

料，当生产预拌或者自密实等富浆的混凝土时， 应优

先选用矿粉和粉煤灰代替部分水泥。根据现场实际情

况，我们可以先确定水泥用量，然后求其余的两种。具

体用量由以下公式求得：

C0 = B = α1C + α2F + α3K

C0 = u1C + u2F + u3K

可以准确求得：水泥、粉煤灰和矿粉的合理用量。

6.4.3 C60～C100掺硅粉高强混凝土

由于 C60～C100 混凝土配比计算 C0较大，用于生

产普通混凝土或干硬性混凝土时水泥用量直接取计算

值 C0，当用于生产预拌混凝土、自密实或自流平等富

浆的混凝土时，为了改善混凝土的工作性，降低水泥的

水化热，预防混凝土塑性裂缝的产生，提高混凝土的耐

久性，需要增加一定的矿物掺合料，根据我国国情，矿

粉和硅灰是来源较广、价格比较便宜的矿物掺合料，应

优先选用并部分代替水泥。本计算方法确定将水泥的量

控制在 450 kg 以下。采用矿粉主要考虑活性系数，使

用硅粉主要考虑填充效应，胶凝材料总量控制在 600kg

左右。具体计算由以下公式求得：

C0 = B = α1C + α3K + α4Si

C0 = u1C + u3K + α4Si

C + K + Si = 600

可以准确求得：水泥、矿粉和硅灰用量。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·11·

理论研究

6.5 减水剂及用水量的确定

6.5.1 胶凝材料需水量的确定

（1）试验法

通过以上计算求得水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰的准

确用量后，按照已知的比例将各种胶凝材料混合成复合

胶凝材料，可以采用测定水泥标准稠度用水量的方法求

得胶凝材料的标准稠度用水量对应的水胶比W/B。求得

搅拌胶凝材料所需水量 W1 为胶凝材料总量乘以水胶

比。

（2）计算法

通过以上计算求得水泥、粉煤灰、矿粉和硅灰的准

确用量后，按照胶凝材料的需水量系数通过加权求和计

算得到搅拌胶凝材料所需水量 W1，同时求得搅拌胶凝

材料的有效水胶比。

6.5.2 外加剂用量的确定

采用以上水胶比，以推荐掺量进行外加剂的最佳掺

量试验，即可求得外加剂的最佳用量。

6.6 砂子用量的确定

6.6.1 砂子用量的确定

首先测得石子的空隙率 p，由于混凝土中的砂子完

全填充于石子的空隙中，每立方混凝土中砂子的准确用

量为砂子的堆积密度乘以石子的空隙率，则砂子用量计

算公式如下：

S = ρS × p

6.6.2 砂子润湿用水量的确定

根据水泥标准胶砂检测可知，配制混凝土时不影响

混凝土强度的用水量范围在 5.7%--7.7%之间，我们以

下限 5.7%作为混凝土中砂子用水量计算的基准，砂子

的合理的吸水率等于 5.7 减去含水率求得，用吸水率乘

以砂子用量即可求得润湿砂子的水量：

W2 = S ×吸水率

6.7 石子用量的确定

6.7.1 石子用量的确定

根据混凝土体积组成石子填充模型，在计算的过程

中，除去含气量，由于砂子的孔隙率所占体积和胶凝材

料水化所需水分在混凝土最后占据的体积基本相同，因

此计算过程不考虑砂子的孔隙率和拌合水的体积。用石

子的堆积密度扣除胶凝材料，即可求得每立方混凝土石

子的准确用量，则石子用量计算公式如下：

G = ρg堆积 - （ VC + VF + VK + VSi ） × ρg表观

6.7.2 石子润湿用水量的确定

称量 1kg 石子，放到水中浸泡至表面润湿状态，测

得吸水率，用吸水率乘以石子用量即可求得润湿砂子的

水量：

W3 = G ×吸水率

6.8 总用水的确定

通过以上计算，混凝土搅拌胶凝材料所用水量为

W1；

( ) 01 F K Si

WW C β F β K β Si100

= + + + ×

润湿砂子所需的水W2；

润湿石子所需的水W3；

混凝土总的用水量W = W1 + W2 + W3

6.9 混凝土的试配、配合比调整及生产

由上可知，混凝土体积组成石子填充模型是适用于

现代多组分混凝土配合比设计的数学模型，经过数学推

导得到混凝土配合比设计中水泥、掺合料、砂、石、外

加剂和拌合用水量等组成材料的准确计算公式，解密了

混凝土各组成与强度之间的定量关系，实现了现代混凝

土配合比设计和强度的科学定量计算。在此基础上我们

编制了混凝土配合比设计计算软件，提出了预湿集料生

产工艺，应用于重点工程的预拌混凝土生产，取得了良

好的技术经济效果。

7 提高混凝土耐久性的思路

影响水泥混凝土耐久性的因素是多方面的，所处的

环境和使用条件不同，对其耐久性的要求也不同，但是

影响耐久性的因素却有许多相同之处，密实程度是影响

耐久性的主要因素，其次是原材料的性质、施工质量等。

密实程度主要取决于混凝土中浆体的孔结构，因此，混

凝土耐久性的改善应从影响孔结构的因素着手。

7.1 提高密实度，改善孔结构

正确设计混凝土的配合比，控制合理的水胶比，保

证足够的胶凝材料用量，选择合理的集料级配，提高施

工质量，采取适当的养护措施，保持水化的适宜温度和

湿度，保证水泥水化硬化的正常进行，掺加合适的减水

混凝土技术 Concrete Technology

·12·

剂、加气剂等外加剂，可提高混凝土的密实度，改善孔

结构。

施工中加强搅拌，可防止各组分产生离析分层现

象，提高混凝土的均匀性和流动性，使拌合物能很好地

充满模板，减少其内部空隙；另外，强化振捣，增大混

凝土的密实度，尽可能排出其内部气泡，减少显孔、大

孔，尤其是连通孔，提高其强度，从而提高其抗渗能力，

最终达到改善其耐久性的目的。

采用减水剂可以在保证和易性不变的情况下，大大

减少拌和用水量，降低水胶比，从而减少混凝土内部空

隙，提高其强度。如采用加气剂则可引入大量 50～123

μm的微小气泡，隔绝浆体结构内毛细管通道，阻碍水

分迁移，减少泌水现象；同时由于其变形能力大，因而

可明显提高结构的抗渗、抗冻等能力。

7.2 选择适当熟料矿物组成的水泥

水泥中的各熟料矿物对侵蚀的抵抗能力是不相同

的，所以在使用水泥时。应根据环境的不同而选择不同

熟料矿物组成的水泥，可改善水泥的抗蚀能力。

如降低熟料中 C3A 的含量，相应增加 C4AF 的含量，

可以提高水泥的抗硫酸盐侵蚀的能力。研究表明，在硫

酸盐作用下，铁铝酸钙所形成的水化硫铁酸钙或其与硫

铝酸钙的固溶体，系隐晶质呈凝胶状析出，而且分布比

较均匀，因此其膨胀性能远比钙矾石小。而且硫酸盐对

其侵蚀速度随 A/F 减小而降低，A/F＜0.7 时，水泥性能

最稳定；A/F=0.7～1.4 时，水泥稳定性较好；A/F＞1.4

时，水泥不能稳定存在。

由于 C3S 在水化时析出较多的 Ca（OH）2，而 Ca

（OH）2又是造成溶出侵蚀的主要原因，所以适当减少

C3S 的含量，相应增加 C2S 的含量，也能提高水泥的抗

蚀性，尤其是抗淡水侵蚀的能力。

水泥中掺入石膏量的不同，对其耐久性也有一定影

响。具有合理颗粒级配和最佳石膏掺量的细磨水泥具有

较强的抗海水侵蚀的能力。这主要是在水化早期，C3A

快速溶解并与石膏生成大量钙矾石，此时水泥浆体尚具

有足够的塑性，可将钙矾石产生的膨胀应力分散，不但

不会产生膨胀破坏，反而使水泥石更加致密。若石膏掺

量不足，生成大量单硫型水化铝酸钙，则会与外来侵蚀

介质硫酸盐反应生成二次钙矾石，产生膨胀导致硬化浆

体开裂。但应注意，石膏的最大掺量是保证钙矾石的生

成在水化早期完成，以免在硬化后期产生膨胀破坏而影

响安定性。

此外，严格控制水泥中碱含量，防止或明显抑制碱

-集料反应，也是提高水泥耐久性的有效途径。

7.3 掺加适量矿物掺合料

混凝土中掺加的掺合料的种类及其数量多少，也会

影响耐久性。一般说来，硅酸盐水泥中，掺加火山灰质

混合材料和粒化高炉矿渣，可以提高其抗蚀能力。因为

熟料水化时析出的 Ca（OH）2能与掺合料中所含的活性

氧化硅相结合，生成低碱度的水化产物，反应式如下：

xCa（OH）2十 SiO2·aq→2CaO·SiO2·aq

在掺合料掺量一定时，所形成的水化硅酸钙中 C/S

接近于 1，使其平衡所需的石灰极限浓度仅为 0.05～

0.09g/L，比普通水泥为稳定水化硅酸钙所需要石灰浓度

低很多，因此在淡水中的溶析速度要显著减慢；同时，

还能使水化铝酸盐的浓度降低，而且在氧化钙浓度降低

的液相中形成的低碱性水化硫铝酸钙溶解度较大，结晶

较慢，不致因膨胀而产生较大的应力。另外，掺加掺合

料后，熟料所占比例减少，C3A 和 C3S 的含量相应降低，

也会改善抗蚀性；而且由于生成较多的凝胶，硬化水泥

浆体的密实性得到提高，抗渗性和抗蚀性得到了改善。

所以说，火山灰水泥和矿渣水泥的抗蚀性比硅酸盐水泥

要强。矿渣水泥的抗硫酸盐性又随矿渣掺量的增加及矿

渣中 Al2O3含量的降低而提高。

但火山灰水泥的抗冻性和大气隐定性不高，掺加火

山灰质混合材料的水泥也不能抵抗含酸或镁盐的溶液

侵蚀，在掺入烧黏土类火山灰质混合材料时，由于活性

Al2O3含量较高，抗硫酸盐能力反而可能变差。

为保证水泥的正常水化，通常拌和用水量要大大超

过理论上水化所需水量。当残留水分蒸发或逸出后，会

留下相同体积的孔隙，这些孔的尺寸、形态、数量及其

分布，是硬化水泥浆体的重要特征。

硬化浆体中的孔分为毛细孔和凝胶孔两大类。由于

在水化过程中，水不断被消耗，同时本身产生蒸发，使

原来充水的地方形成空间，这些空间被生长的各种水化

产物不规则地填充，最后分割成形状极不规则的毛细

孔，其尺寸大小一般在 10μm 至 100nm 的范围内。另

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·13·

理论研究

外，在 C-S-H 凝胶所占据的空间中存在凝胶孔，其尺

寸更为细小，用扫描电子显微镜也难以分辨。关于其具

体尺寸大小，各研究者观点尚未统一。

还有人将凝胶孔分为胶粒间孔、微孔和层间孔三

种，孔的尺寸在极为宽广的范围内变化，孔径可从 10

μm到 0.0005μm。实际上，孔的尺寸具有连续性，很

难明确地划分界限。对于一般的硬化水泥浆体，总孔隙

率常常超过 50%，因此，它就成为决定水泥石强度的重

要因素。尤其当孔半径大于 100nm 时，就成了强度破

坏的主要原因。但一般在水化 24h 以后，硬化浆体大部

分（70%～80%）的孔径已在 100nm 以下。

由于水化产物，特别是 C-S-H 凝胶的高度分散性，

其中又包含有数量如此众多的凝胶孔，所以硬化水泥浆

体具有极大的内表面积，巨大的内表面积必然处于高能

状态，而表面能减小等趋势产生的表面效应，成了决定

水泥浆体性能的一个重要因素。

8 理论系统总结

8.1 国内外研究概况

8.1.1 国内研究状况

混凝土是我国建筑行业中用途最广、用量最大的建

筑材料之一，全国每年就有数十亿立方米混凝土的需

求，而且随着国家基础建设的加大投入，每年的混凝土

用量仍呈递增趋势。伴随混凝土用量的增长，混凝土专

业技术人员的增加，混凝土整体质量逐年提升，但和国

外相比还存在较大差距，主要体现在混凝土的和易性和

耐久性上。这是因区域的不同用于混凝土生产的原材料

质量千差万别，而为了应付生产，找不到适合的原材料

只能以次充好，就以混凝土胶凝材料来说，目前大量用

于混凝土生产的胶凝材料是通用硅酸盐水泥中的普通

硅酸盐水泥，众所周知，普通硅酸盐水泥是指由硅酸

盐水泥熟料、5%-20%的混合材料及适量石膏磨细

制成的水硬性胶凝材料，而混合材是降低水泥材料

成本的唯一途径，所以有些水泥厂为了追求水泥利

润，加大混合材的掺加量，远超过 20%混合材的限

制，而这样的水泥运到混凝土搅拌站后在生产过程

中还要掺加矿物掺合料，对于混凝土搅拌站来说，

并不清楚水泥厂所掺加的混合材的种类和数量，于

是就形成了生产混凝土经常出现的质量问题，如水泥

和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，混凝土开裂、碳化加剧等等，大大增加了

混凝土生产过程质量控制的难度。从 2000 年以来，国

内多家混凝土咨询单位开始了利用高强度的硅酸盐水

泥代替矿渣水泥和复合水泥配制预拌混凝土降低成本

的技术研究，具体思路就是做配合比试验，在试验室利

用高强度的硅酸盐水泥代替矿渣水泥和复合水泥配制

了不同强度等级的预拌混凝土，技术效果明显，降低成

本的作用比较理想，而一旦投入使用，配制混凝土时使

用的同等级水泥的用量就会增加，降低成本的目标就会

受挫。最近几年这项技术的研究处于停滞状态。

8.1.2 国外研究状况

在国外，欧美国家属于发达国家，由于大多数地区

处于发达状态，建筑行业处于相对稳定的循环经济状

态，建设总量较小，由于国外没有矿渣硅酸盐水泥和复

合硅酸盐水泥，使用的水泥主要为纯硅酸盐水泥，因此

不存在利用高强度的硅酸盐水泥代替矿渣水泥和复合

水泥配制不同强度等级预拌混凝土的应用技术问题，所

以没有这方面的研究。

8.2 本项目的创新点

8.2.1 建立配制单位强度混凝土所需水泥量的计算公

式

水泥强度的检验采用标准胶砂试验的方法，当标准

养护的水泥胶砂试件破型检验时，标准砂并没有破坏，

水泥浆体被压力破坏，因此我们认为纯水泥浆的强度大

于胶砂的标准养护强度。水泥水化形成的强度等于胶砂

标准养护强度除以水泥浆在标准胶砂中的体积比。确定

了水泥强度与混凝土配制强度之间直接的对应关系计

算公式，建立配制单位强度混凝土所需水泥量的计算公

式，这些计算公式在国内外属于首创，具体包括以下几

部分：水泥胶砂中水泥体积比的计算公式 1；水泥胶砂

中水泥水化形成的强度计算公式 2；水泥胶砂中水泥浆

体密度的计算公式 3；提供 1MPa 强度所需水泥量的计

算公式 4；配制强度为 fcuo的混凝土基准水泥用量的计算

公式 5。

计算公式 1-------------0

C0C0

0 0 0

C0 S0 W0

CρV C S W

ρ ρ ρ

=+ +

混凝土技术 Concrete Technology

·14·

计算公式 2------------- 280

C0

Rσ =V

计算公式 3-------------

0C0

00

C0

Wρ 1100ρ W1 ρ

100000

⎛ ⎞+⎜ ⎟⎝ ⎠=

+ ×

计算公式 4------------- 0

0

ρCσ

=

计算公式 5------------ 01 cu,pC C f= ×

8.2.2 建立掺合料活性和水泥取代系数的准确计算公

式

建立掺合料活性和水泥取代系数的准确计算公式，

这些计算公式在国内外属于首创，具体包括以下五个计

算公式：矿渣粉活性系数的计算公式 6；粉煤灰活性系

数的计算公式 7；硅粉活性系数计算公式 8；硅粉填充

系数的计算公式 9。

计算公式 6----------- 2 0K

0

R 0.5Rα0.5R−

=

计算公式 7----------- 1 0F

0

R 0.7Rα0.3R−

=

计算公式 8----------- 4 0Si

0

R 0.9Rα0.1R−

=

计算公式 9----------- Si Si4

C C

ρ Suρ S

=

8.2.3 建立胶凝材料合理用水量的计算公式

为了改善混凝土的耐久性，胶凝材料的最佳水胶比

为标准稠度用水量对应的水胶比，凝固后浆体形成的孔

结构最合理，建立了胶凝材料合理用水量的计算公式

10，这些计算公式在国内外属于独创。 计算公式

10--------- ( ) 0F K Si

WW C β F β K β Si100

= + + + ×

8.2.4 外加剂的调整方法

外加剂的调整以标准稠度为基准，外加剂的掺量以

净浆流动扩展度达到 220---240mm 为基准，配制的混

凝土在拌合物状态下，可以保证混凝土拌合物不离析不

泌水。这种复合胶凝材料需水量与外加剂检验的科学方

法，解决了外加剂与水泥适应性之间的矛盾；这种方法

在国内外属于独创，通过以上调整方法对外加剂的调

整，将水泥、掺合料、外加剂、水分与混凝土的工作性、

强度、耐久性紧密结合起来。

8.3 技术经济效益的取得

8.3.1 混凝土的配制方法

创立了多组分混凝土配合比设计方法，包括水泥用

量的确定方法，掺合料的分配方法，拌合水量的确定方

法，耐久性的改善原理，合理砂率的确定方法；使混凝

土的配合比设计更加合理、科学、实用，单方混凝土平

均降低成本 4 元。这种设计方法的使用在国内外属独

创。

8.3.2 节约能源

在水泥生产过程中，大多数企业采用将熟料和混合

材分别粉磨后均化的工艺，然后将水泥出售到混凝土生

产企业，这样混合材经历了由供应商运输到粉磨厂粉

磨，再与熟料混合均化后形成水泥，将水泥销售到混凝

土企业，混合材经历了二次运输，提高了综合运输成本。

采用本项研究的技术原理与工艺，我们在混凝土生产中

使用 P·II 硅酸盐水泥，将掺入水泥中的混合材改变为

混凝土的矿物掺合料，由供应商运输到粉磨厂粉磨后，

直接销售到混凝土企业，其技术效果不变，但可以减少

一次运输，每方混凝土降低了综合运输成本 1元，节约

了燃油，减少了环境污染。这种技术原理和工艺设计方

法的推广使用在国内属独创。

以上技术提高了搅拌站对混凝土质量控制的稳定

性与混凝土配合比设计的合理性，同时降低了企业的生

产成本。

8.4 结论

多组分混凝土强度及配合比设计计算理论解决了

利用硅酸盐系列水泥配制预拌混凝土的技术难题，实现

了利用硅酸盐系列水泥配制不同强度等级的预拌混凝

土时水泥用量的准确计算方法，技术效果明显，降低成

本的作用比较理想，为这项技术的推广应用奠定了坚实

的理论基础。

本项技术理论的研究成功对水泥行业、混凝土行业

与外加剂行业的发展具有重大的指导意义。对合理使用

水泥、矿物掺合料、砂、石和外加剂，特别是对推广应

用硅酸盐系列水泥配制预拌混凝土，合理使用掺合料，

减少运输量，解决外加剂的适应性，降低企业生产成本，

节约社会资源，起到了技术桥梁的作用。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·15·

理论研究

碱矿渣水泥的能谱 EDS分析 孙 宇，杨元奎

（中铁九局集团工程检测试验有限公司，辽宁 沈阳 110025）

摘 要：本文采用能谱分析（EDS）的现代分析手段，对水玻璃激发矿渣水化过程中胶凝材料的微观形貌及矿物相的形成规律

进行了较系统的研究。

关键词：碱激发；矿渣；微观形貌

Microstructure of alkali slag cement and energy spectrum analysis of EDS

SUN Yu，YANG Yuankui

（China Railway NO.9 Engineering Testing CO. LTD，Shenyang 110025，China）

Abstract：The microstructures of the hydration products were studied by means of equipping with energy dispersive X-ray analysis（EDS）.

Keywords：alkali-activated；coagulation materials；Microstructure

0 引言

在材料的研究中，常常要把显微结构分析与化学成

分分析结合起来。虽然对这方面的成分分析己有多种方

法，但采用这些方法却只能测定被分析试样的平均成

分，而无法得到微区范围内的成分分布情况。利用电子

探针 X 射线显微分析能测定试样表面微米级区域内的

成分，结合显微图象分析，可找出微观性质对材料宏观

性能的影响因素。电子探针 X射线显微分析仪（EPA）

简称电子探针。它一般分为X射线波长色散谱仪（WDS）

和 X射线能量色散谱仪（EDS）两种，两者分析原理基

于莫塞莱关系式。

本实验中，我们采用扫描电镜附带的 X 射线能量

色散谱仪（EDS），通过水玻璃激发矿渣胶凝材料不同

水化龄期，水化 30min、初凝（89min）、终凝（206min）、

ld、3d、7d 和 28d 时对胶凝体微区的元素成分进行分析。

原材料组成具体见《几种缓凝物质对碱矿渣水泥影响效

果的研究》[1]。

1 样品制备

在前期实验的基础上，综合考虑各配比下试样的强

度、凝结时间等因素确定掺 3%的生石膏试样进行水玻

璃激发矿渣胶凝材料水化过程微观形貌的观察。按照所

设计的配合比配制物料，将配制好的物料以标准稠度用

水量调合，在水泥净浆搅拌机上拌制成标准稠度的浆体

成型后，再在 20℃、90%相对湿度标准养护条件下，养

护至 30min、89min（初凝）、206min（终凝）、1d、3d、

7d、28d 时，敲碎后取其芯部，用无水乙醇溶液终止水

化，制成扫描电镜所需的测试样品，放入 80℃的烘干

箱内烘干半小时后，选取较平整的小块样品固定在导电

胶上，在抽真空状态下进行喷金制样。

2 结果分析

本实验中，我们采用扫描电镜附带的 X 射线能量

色散谱仪（EDS），通过水玻璃激发矿渣胶凝材料不同

水化龄期，水化 30min、初凝（89min）、终凝（206min）、

ld、3d、7d 和 28d 时对胶凝体微区的元素成分进行分析。

对不同水化龄期的水玻璃激发矿渣胶凝材料进行 EDS

分析。结果如图 1。

混凝土技术 Concrete Technology

·16·

（a） 水化 30min

（b） 水化 89min

（c） 水化 206min

（d） 水化 1d

（e） 水化 3d

（f） 水化 7d

（g） 水化 28d

图 1 不同水化龄期的EDS线

上图为胶凝体中各元素的质量百分比随着水化时

间的增加的变化趋势，分析可知：终凝前各个元素的质

量百分比变化剧烈，起伏很大，从 ld 开始至水化到 28d

时变化不大，趋于稳定。其中钙元素质量百分比在水化

ld 前变化最为明显，在水化 ld 后开始减小，至水化后

期变化较小。这说明各元素参与了水化反应，随着水化

的进行，各元素的质量百分比趋于稳定，说明己形成稳

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·17·

理论研究

定的水化产物。

通过对水化过程中水玻璃激发矿渣胶凝材料在不

同龄期时的矿渣表面以及形成胶凝体中各主要元素的

变化情况，分析水化不同时期的矿渣玻璃体的解体状况

以及胶凝体的生成，分析最终所形成的水化产物的大致

元素组成。

图 2 为胶凝体中 Ca/Si 比随水化时间的变化趋势，

可知水化早期（ld 之前）Ca/Si 比变化明显；水化中期

（ld～7d）Ca/Si 比变化不大：水化后期至 28d 时 Ca/Si

比稳定在 1.4 左右。这说明：最终以 Ca、Si 元素为主的

水化产物应接近这一稳定值。

0 10000 20000 30000 40000

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0

Ca/Si质

量比

水 化 时 间

30min

89min

206min

1d

3d

7d 28d

图 2 胶凝体元素Ca/Si 分析

图 3为絮凝体中 Ca/（Si+Al）比随水化时间的变化

趋势，可知在水化至终凝时，Ca/（Si+Al）比变化剧烈；

终凝到 3d 时变化缓慢，3d～28d 时变化极小且趋于稳

定。水化后期 Ca/（Si+Al）比大约维持在 1.0 左右。说

明有 Ca、Si、Al 所组成的水化产物存在。

图 4为胶凝体中 Na/（Si+Al）比随水化时间的变化

趋势，可知在水化至 ld 时，Na/（Si+Al）比大致呈直线

上升趋势；ld～7d 变化减缓；7d～28d 趋于稳定且 Na/

（Si+Al）比稳定在 0.3 左右。这证实了最终钠离子参与

了反应，由 Na/（Si+Al）的趋于稳定表明：所形成的含

有钠、硅、铝的水化产物，Na/（Si+Al）比接近 0.3。

0 10000 20000 30000 40000

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

水 化 时 间

Ca/(Si+Al)质

量比

30min

89min

206min

1d

3d

7d 28d

图 3 胶凝体元素Ca/（Si+Al）分析

0 10000 20000 30000 40000

0.10

0.15

0.20

0.25

0.30Na/(Ca+Al)质

量比

水 化 时 间

30min

89min

206min 1d

3d7d 28d

图 4 胶凝体元素Na/（Si+Al）分析

3 小结

水化过程中 EDS 分析表明：依据对不同龄期下的

能谱 EDS 进行分析可得胶凝体中 Ca/Si、Ca/（Si+Al）、

Na/（Si+Al）的质量比比值趋于稳定可知，水玻璃激发

碱矿渣已形成稳定的水化产物。水化产物中各元素质量

比值于此值越接近者，其在水化产物中所占的含量就越

多，反之愈少。

参考文献

[1] 孙彦生， 孙宇等. 几种缓凝物质对碱矿渣水泥影响

效果的研究. 混凝土技术. 2012. 2：31～34

混凝土技术 Concrete Technology

·18·

作者简介：邓宗才（1961-），博士，教授，博士生导师，主要从事结构加固及现代工程材料耐久性研究。

通讯地址：北京朝阳区平乐园 100 号北京工业大学建筑工程学院，邮编：100124

E-mail：dengzc@bjut.edu.cn

袁常兴（1987-），硕士研究生，北京工业大学建筑工程学院，主要从事水泥基复合材料结构研究工作。

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E-mail：547853285@qq.com

钢筋与活性粉末混凝土粘结性能研究进展 邓宗才，袁常兴

（北京工业大学城市与工程防灾减灾省部共建教育部重点实验室，北京 100124）

摘 要：根据国内外关于钢筋与活性粉末混凝土粘结性能的试验研究成果，介绍了钢筋与活性粉末混凝土粘结滑移性能的研究

发展和现状，详尽概括了试验方法、粘结性能的影响因素、粘结强度计算、钢筋锚固长度和粘结滑移本构关系的研究成果，对

现有研究的不足及将来的研究方向进行了综合分析和比较，讨论了钢筋与活性粉末混凝土粘结性能研究的思路。

关键词：钢筋；活性粉末混凝土；粘结性能；锚固长度；本构关系

Boding properties between rebar and reactive powder concrete

DENG Zongcai，YUAN changxing

（The Key Laboratory of Urban Security and Disaster Engineering，Ministry of Education，Beijing University of Technology，

Beijing 100124，China）

Abstract：Based on the researches conducted about bonding between rebar and RPC bond-slip properties and developments have discussed.

A detailed summary of test methods，factors influencing bonding properties，calculation of bonding strength calculation and rebar anchorage

length. Conducted a comprehensive comparison and analysis of the shortcomings and challenges facing present research methods and

possible solutions for future researches. Guidelines for the testing of bonding properties between rebars and RPC have been suggested.

Keywords：high strength rebar；reactive powder concrete；bond capability；critical anchorage length；bond-slip models

0 引言

钢筋混凝土结构依然是目前工程应用最广泛的结

构。但是钢筋混凝土自重大，抗裂性差，强度增长缓慢，

特别是耐久性差对钢筋混凝土的进一步的使用造成了

限制。高强钢筋的推广使用，也对混凝土的性能提出了

更高的要求。活性粉末混凝土简称RPC（Reactive Powder

Concrete）[1-2]，亦称作超高性能混凝土，简称 UHPC

（Ultra-High Performance Concrete），是过去三十年中

最具创新性的水泥基复合工程材料，其超高强度、高韧

性、高耐久性等优良特点被工程界广泛关注。活性粉末

混凝土的逐步应用，不仅能消除传统混凝土的多种弊

端，并且其超高强度，高韧性、高耐久性、良好体积稳

定性与钢筋的组合更加协调，能够充分发挥钢筋的优异

性能。钢筋和活性粉末混凝土的粘结是钢筋与外围 RPC

之间一种复杂的相互作用，借助这种作用来传递两者间

的应力，协调变形，保证共同工作。目前钢筋混凝土的

力学计算中，近似认为混凝土不能承担拉应力，但 RPC

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·19·

理论研究

不但具有比普通混凝土高的极限抗拉强度，而且具有更

好的峰值后软化特性，由于这些特性对粘结性能有较大

影响，因此过去用于普通钢筋混凝土的粘结性能规律并

不适用于 RPC 这种新型材料，因此众多学者对其粘结

性能重新进行研究。目前对于 RPC 与钢筋粘结性能的

研究方法主要集中在试验研究当中，理论研究相比较

少。

1 试验方法

RPC 与钢筋的粘结性能试验方法主要分为拉拔试

验（中心拉拔，偏心拉拔），梁式试验，钢筋内贴片试

验等。

1.1 拉拔试验

拉拔试验试件的制作和试验都较简易，造价较低，

能够简便确定临界锚固长度（钢筋屈服而不被拔出的最

小埋置长度），以做钢筋锚固设计参考。由于拉拔试验

的标准各国尚不统一，如试件尺寸、保护层厚度、钢筋

埋入长度等都有差异，所以针对 RPC 与钢筋的拉拔试

验试件尺寸也不尽相同，在我国这类试验当中，多参考

了《混凝土结构试验方法标准》（GB50152-92）[3]。拉

拔试验中试件多为立方体，钢筋埋设在截面中心，如北

京交通大学安明喆教授[4]的 RPC 拉拔试件为边长

150mm 的立方体，钢筋埋置在试件截面中心。但由于

中心拉拔试验一般情况下钢筋的保护层厚度较大，难以

模拟真实构件，有学者将钢筋埋置到试件一侧或是角

部，如北京市政研究院的司金燕[5]将钢筋放到 RPC 试件

的一侧，构成偏心拉拔，客观模拟了真实的保护层厚度。

而在普通钢筋混凝土中，Soudki、张伟平[6-7]等将钢筋布

置在试件角部，用来减小钢筋的保护层厚度。试验时，

试验机夹持钢筋加载端施加拉力，直到钢筋拉断、屈服，

或者钢筋被拔出。

1.2 梁式试验

在钢筋混凝土结构中，钢筋锚固区除了受到拉力

外，还通常承受弯矩和剪力的作用，而拉拔试验无法模

拟这一复杂受力情况，因此人们采用梁式试验，如图 1

所示，用以更好地模拟钢筋在梁端部的粘结锚固情况，

其方法以 ACI408.2R-92[8]的方法为代表，试件分为两

半，钢筋在加载端和支座端各有一段无粘结区，中间粘

结长度为 10d，试验的钢筋位于梁的受拉区。相对拉拔

试验，梁式试验能更好地模拟实际钢筋混凝土结构中钢

筋在混凝土中粘结锚固性能但制作成本高、试验复杂，

常用于确定梁纵筋的延伸长度等构造要求。

图 1 梁式试验示意图

贾方方[9-10]通过采用梁式粘结试验研究活性粉末混

凝土与钢筋的粘结性能，发现活性粉末混凝土梁式试验

中的粘结破坏呈现钢筋拔出破坏、钢筋拔出与 RPC 劈

裂破坏共同发生等两种破坏形式。活性粉末混凝土与钢

筋的极限黏结强度及所对应的滑移值分别约为普通混

凝土的 2倍左右。保护层厚度及埋长对钢筋粘结锚固特

征值也有一定的影响。

1.3 钢筋内贴片试验

通过拉拔试验或者梁式试验，可以得到钢筋与 RPC

之间的平均粘结应力，但并不能反映不同粘结锚固位置

处的粘结应力，而粘结应力沿钢筋锚固长度是变化的。

为了量测粘结应力沿锚固长度的分布，徐有邻[11]等研究

者在混凝土的研究中采取了在钢筋内开槽，钢筋切割成

两半，内部铣出一浅槽，布置电阻应变片精确量测各位

置钢筋应力，然后按相邻电测点的钢筋应力差计算相应

的粘结应力，进而得粘结应力沿钢筋整个埋长的分布。

这种试验方法常用于确定粘结-滑移曲线与本构关系。

王晓慧[12]通过钢筋内贴片，研究了钢筋通过钢筋内

贴应变片式拔出试验研究了各级荷载下钢筋与活性粉

末混凝土之间的粘结应力在粘结区域内的分布形式和

变化趋势，并建立了钢筋与活性粉末混凝土的粘结滑移

本构关系。林产工业规划设计院的赵北祥[13]通过钢筋内

贴应变片式拔出试验研究了各级荷载下钢筋与活性粉

末混凝土之间的粘结应力在粘结区域内的分布形式和

变化趋势。通过对所测自由端、加载端滑移量与相应荷

载进行回归分析，得到各个试件粘结滑移本构关系，并

确定了光圆钢筋与变形钢筋的锚固长度。

混凝土技术 Concrete Technology

·20·

2 粘结性能影响因素

试验研究RPC与钢筋粘结性能主要考虑五个方面，

分别是 RPC 强度、钢筋锚固长度、RPC 保护层厚度、

纤维掺率、钢筋直径和外形。

1.1 RPC 强度 cf

RPC 强度提高，抗拉强度亦提高，延迟了拔出试件

的内裂和劈裂应力，提高了极限粘结强度与粘结刚度。

1.2 钢筋锚固长度 l

极限粘结强度随着钢筋锚固长度增加而降低，因为

锚固长度越大，钢筋受力后沿钢筋锚固长度的粘结应力

分布越不均匀，试件破坏时的平均粘结强度与实际最大

粘结应力比值越小。北京交通大学的安明喆[4]通过实验

分析了活性粉末混凝土与钢筋的极限粘结应力随着钢

筋直径的增加而下降，钢筋直径相同时随着锚固长度的

增加而降低。Muhammad Azhar Saleem[14]教授针对

UHPC-HSS 动载桥面，通过不同直径和不同埋长的长方

体中心拔出试验与梁式弯曲试验，研究了高强钢筋与超

高性能混凝土（活性粉末混凝土）的粘结性能，研究发

现 T型梁中，直径 10mm与 22mm的高强钢筋延伸长度

分别为其直径的 12 倍与 18 倍，拔出试验较梁式试件粘

结强度较大。钢筋直径越大，埋置越长，试件破坏较为

严重，其拉拔试件破坏形态见图 2。图中 bd表示钢筋

直径，#表示钢筋型号，中间数字为埋置长度。

图 2 拉拔试件破坏形态图

1.3 RPC 保护层厚度c 一般来说，增大 RPC保护层厚度，加强了外围RPC

的抗劈裂能力，提高了钢筋与 RPC 的粘结应力，由于

RPC 较高的抗劈裂强度，当保护层厚度超过钢筋直径 2

倍以后，拉拔试件将不发生劈裂破坏。

1.4 钢纤维掺率ω

钢纤维加入混凝土中后，可以阻止和延缓混凝土裂

缝的发生和发展，使混凝土的抗拉强度明显提高。与钢

纤维混凝土相似，钢纤维掺量提高，增强了 RPC 的抗

拉强度，提高了 RPC的韧性，加大了钢筋与 RPC 的粘

结力，钢筋拔出时，曲线下降变缓，极限粘结应力增大。

Mahesh Maroliya[15]通过圆柱体中心拔出试验，分析了钢

纤维掺量与养护方法不同的 RPC 与钢筋的粘结性能，

试验表明，钢纤维加强了试件的抗劈裂能力，防止拉拔

过程中大裂缝的产生，粘结-滑移曲线下降段较缓慢，

试件破坏 RPC 没有碎裂，整体性较好。试件在养护中，

高温加压养护能够提高 RPC 的致密性与均匀性，试件

抗压强度劈裂强度较高，与钢筋的粘结强度更大。RPC

添加钢纤维同时采取高温加压养护，能大大提高 RPC

与钢筋的粘结性能。其各类型 RPC与钢筋粘结-滑移曲

线见图 3，图中 RPC-1—为钢纤维加温加压养护，

RPC-2—未加钢纤维常温养护，RPC-3—加钢纤维加温

加压养护，RPC-4—加钢纤维常温养护。

图 3 各类型 RPC与钢筋粘结-滑移曲线

湖南大学的黄政宇认为钢纤维的掺入可以显著提

高碳纤维筋与 RPC 的粘结强度。但是，钢纤维的增强

效果与掺量并不是呈线性增加关系。综合经济性及粘结

强度 2个方面考虑，钢纤维的最佳掺量为 2%。贾方方[9-10] 通过研究发现钢纤维的加入可以阻止裂缝的出现

和发展，使试件的破坏形式由脆性破坏转变成明显的塑

性破坏，随着钢纤维掺量的增加，钢筋的极限黏结应力

及其对应的滑移值增大，钢纤维掺量较小（=0.5%）时，

影响较小，当钢纤维掺量由 0.5%增至 2%时，影响较大。

1.5 钢筋直径 d和外形

钢筋的粘结面积与截面周界长度成正比，而拉应力

与截面面积成正比，二者的比值（4/d）反应了钢筋的

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·21·

理论研究

相对粘结面积。钢筋直径越大，相对粘结面积越小，不

利于极限粘结强度的提高。北京建筑工程学院的汤浩[16]

研究认随着钢筋直径的变大，极限拉力在变大，粘结强

度在变小．且 RPC试件在钢筋拔出时发生裂纹。

变形钢筋和光圆钢筋的主要区别是钢筋表面具有

不同形状的横肋或斜肋，变形钢筋受拉时，肋的凸缘挤

压周围RPC，大大提高了机械咬合力，改变了粘结受力

机理。余自诺[17]等通过研究发现变形钢筋与光圆钢筋相

比，滑移量大于 0105mm 后粘结应力快速提高，相同直

径条件下变形钢筋与光圆钢筋的平均极限粘结应力均

随钢筋粘结长度、钢筋直径的增加而降低，但变形钢筋

的降幅大于光圆钢筋。变形钢筋的锚固长度为光圆钢筋

的 0136 倍。

3 粘结强度计算

确定粘结强度是确定钢筋的锚固长度的基础，也是

研究活性粉末混凝土与钢筋粘结性能的重要意义之一。

安明喆[4]通过不同直径和不同埋长的普通热轧变形钢筋

（HRB335）活性粉末混凝土的中心拔出试验，以保护

层 c 与钢筋锚固长度 l为变量，得出粘结强度 uτ 的公式：

6.53 0.74 8.09uc ld d

τ = − + （1）

相关系数 0.99， [ ]3.5,5.0cd∈ ， [ ]2.0,8.0l

d∈ ，式

中 d为钢筋直径。

针对光圆钢筋（HPB300）：

1.23 0.27 6.0uc ld d

τ = − + （2）

相关系数 0.98， [ ]3.5,5.0cd∈ ， [ ]2.0,8.0l

d∈ 。

北京市政研究院的司金艳[5]对 HRB500 的高强钢筋

与活性粉末混凝土的粘结强度公式也做了研究：

1.28 (3.26 0.03 )(0.54 1.38 )u tc l fd d

τ = × + + （3）

贾方方[9-10]粘结试验研究活性粉末混凝土与钢筋的

粘性能，计算出梁式试验 HRB335 钢筋与 RPC 的粘结

强度为：

11.741 4.462 43.195uc ld d

τ = − + （4）

初始滑移强度 0τ ：

0 =5.987+0.898 ld

τ （5）

滑移加速强度 sτ ：

=26.171+5.136sld

τ （6）

国外研究中[18-19]，钢筋与 RPC 的粘结强度较高， uτ

达到了 30MP 到 45MP，较国内粘结强度提高了大约

35%，这应该是由于国内外的研究方法不同，钢筋级别

不同造成的，且研究较少，没有找到粘结强度的计算公

式。

4 临界锚固长度

将钢筋达到屈服强度而自由端滑移量为零时的埋

长称为临界锚固长度 al ，对于直钢筋来说锚固失效指的是强度失效，见图 4，对于带弯钩钢筋来说锚固失效指

的是刚度失效。

图 4 钢筋锚固模型

钢筋屈服时的拉力值为： 2

y 4y s ydF f A fπ

= = （7）

临界锚固长度时的总粘结力为：

m a uF dlπ τ= （8）

由 y mF F= 得临界锚固长度 al 为：

4y

au

f dl

τ= （9）

式中 yf 为钢筋屈服强度； sA 为钢筋面积； mF 为

临界锚固长度时的总粘结力 al 为临界锚固长度； uτ 为粘结强度。

引入外形系数 / 4t ufα τ= 。安明喆[4]研究认为对

于变形钢筋，钢纤维掺量在体积参量为 2%时条件下，

混凝土技术 Concrete Technology

·22·

抗拉强度为 23.3 MPa，极限粘 28.94~37.07MPa 范围内。

由此算得α 为 0115~0120，基于安全α 取 0120。对于光圆钢筋，其中系数α 在钢纤维掺量为 140~160 kg/m3范围时，可取 0.45。不同钢纤维掺量的活性粉末混凝土

的α ，需要通过其抗拉强度试验确定。

5 本构关系

在对钢筋 RPC 构件或结构进行数值分析时，需要

考虑钢筋粘结破坏的强度准则和粘结滑移本构关系，粘

结滑移可以由连接（界面）单元模拟。在相关已发表成

果中，安明喆教授通过连续多项式对钢筋与活性粉末混

凝土的本构关系进行了研究。

（1）安明喆[4]通过中心拉拔试验，选择影响无横向

配筋拔出试件粘结应力的 2个主要变量，即相对保护层

厚度和相对有效粘结长度，其HRB335 变形钢筋与活性

粉末混凝土 -sτ 关系式为：

2= 0.344 -0.293 + 55.074 -23.842 s- 130.227 -84.079 sc l c l c ld d d d d d

τ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

3 4+ 121.947 -92.016 s - 39.371 -32.223c l c l sd d d d

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

（10）

（2）HPB300 光圆钢筋与活性粉末混凝土[17]式为：

2= 0.456 -0.132 + 15.895 -4.139 s- 45.621 -14.615 sc l c l c ld d d d d d

τ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠

3 4+ 60.179 -21.806 s - 30.154 -11.831c l c l sd d d d

⎛ ⎞ ⎛ ⎞⎜ ⎟ ⎜ ⎟⎝ ⎠ ⎝ ⎠

（11）

6 存在的问题与展望

对于钢筋与活性粉末混凝土的粘结性能，国内外进

行了相关的试验和理论研究，但研究成果还较少，且国

内外存在较多的不统一的研究成果，未能形成一套完整

的钢筋活性粉末混凝土粘结滑移理论。存在的主要问题

如下：

（1）对钢筋与活性粉末混凝土粘结机理的认识尚

需深化。钢筋与活性粉末混凝土之间的粘结强度主要由

化学胶着力、摩擦力和机械咬合力三部分组成，对于它

们受何因素的影响、在粘结作用中所占比重等问题尚缺

乏了解。

（2） 钢筋与活性粉末混凝土组合结构虽具有较大

的性能优势，但距离大面积推广应用还需要做进一步的

工作，特别是在配合比上降低造价，结构设计理论能够

进一步完善，预计此组合结构将在重要部位首先应用，

所以需要在承受低周反复荷载、疲劳荷载、冲击荷载等

荷载作用下研究其粘结性能。

（3） 从钢筋与 RPC粘结-滑移曲线发现，两者粘

结具有较好的塑性特征，结构的抗震耗能与滞回特性可

作为将来重点的研究方向。

（4）由于钢筋与活性粉末混凝土界面处的内部滑

移难以测定，目前多利用平均粘结应力与试件加载端或

自由端的滑移绘制的关系曲线，并得到钢筋与混凝土的

粘结-滑移本构关系。安明喆教授通过多项式函数连续

曲线模式给出了普通钢筋与 RPC 的粘结-滑移本构关

系，由于其曲线仅有上升段，并不能反映粘结滑移沿钢

筋锚固长度变化的规律，也不能描述粘结滑移刚度退化

的现象。因此，应研究随不同位置变化的钢筋与混凝土

的粘结滑移性能和规律。

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信息速读：

建筑外墙保温之混凝土发泡保温板系统施工规定

混凝土发泡保温板是以普通硅酸盐水泥、粉煤灰、发泡剂、外加剂等为材料，经复合、搅拌、发泡、切割

等工艺制成的轻质气泡状绝热材料，其突出特征是在混凝土内部形成。下面我们介绍一下关于混凝土发泡保温

板系统的一些施工规定：

1、混凝土发泡保温板进场后，应远离火源。露天存放时，应采用不燃材料完全覆盖。

2、需要采取防火构造措施的外保温材料，其防火隔离带的施工应与混凝土发泡保温板的施工同步进行。

3、可燃、难燃保温材料的施工应分区段进行，各区段应保持足够的防火间距，并宜做到边固定保温材料

边涂抹防护层。未涂抹防护层的混凝土发泡保温板高度不应超过 3层。

4、幕墙的支撑构件和空调机等设施的支撑构件，其电焊等工序应在保温材料铺设前进行。确需在保温材

料铺设后进行的，应在电焊部位的周围及底部铺设防火毯等防火保护措施。

5、不得直接在可燃保温材料上进行防水材料的热熔、热粘结法施工。

6、混凝土发泡保温板施工用照明等高温设备靠近可燃保温材料时，应采取可靠的防火保护措施。

7、混凝土发泡保温板施工现场应设置室内外临时消火栓系统，并满足施工现场火灾扑救的消防供水要求。

8、混凝土发泡保温板外保温工程施工作业工位应配备足够的消防灭火器材。

混凝土技术 Concrete Technology

·24·

作者简介：智艳飞，男（1986-），中国建筑股份有限公司技术中心环境与材料工程研究所，工程师

单位地址：北京市顺义区林河工业开发区林河大街 15 号（101300）

E-mail：zhiyanfei@cscec.com.cn

复掺石灰石粉在高强混凝土中的应用研究 智艳飞，霍 亮，张 涛，蔺喜强，李国友，孙成辉

（中国建筑股份有限公司技术中心，北京 顺义 101300）

摘 要：本文采用复掺石灰石粉法，通过比表面积，掺加方式，掺量的不同分析对高强混凝土工作性能和力学性能的影响。高

强混凝土中取代水泥掺加石灰石粉的掺量宜控制在 10%左右。外掺石灰石粉比表面积越大，对高强混凝土强度发展的贡献越大。

通过 SEM分析可知，石灰石粉在一定掺量范围内，可以提高高强混凝土的强度，其增强效应是物理与化学作用的共同结果。

关键字：石灰石粉；高强混凝土；工作性能；力学性能；SEM

Application research on blending limestone powder in high strength concrete

ZHI Yanfei，HUO Liang，ZHAO Tao，LIN Xiqiang，LI Guoyou，SUN Chenghui

（China State Construction Engrg.Corp.LTD Technical Center，Shunyi Beijing，101300）

Abstract：Based on the complex with limestone powder，through the specific surface area，adding way，different dosage of high strength

concrete analysis to the working performance and mechanical performance. High strength concrete to replace cement mixed with limestone

powder of dosage should be controlled at about 10%. The greater specific surface area，with additive limestone powder，the greater

contribution to high strength concrete strength development. Through the SEM analysis shows that the limestone powder in a certain dosage

range，can improve the strength of high strength concrete，the enhancement effect is a physical and chemical action of common results.

Keywords：limestone powder；high strength concrete；working performance；mechanical performance；SEM

随着现代混凝土技术的发展，混凝土组分的多元化

已成为一种趋势。除水泥、粗细骨料及水外，还包括两

种重要的外掺物，一种是化学外加剂，一种是矿物掺合

料。实际上在现代混凝土中矿物掺合料已经成为混凝土

中的第五或第六组分，成为不可或缺的部分[1]。矿物掺

合料的利用还在于混凝土中吸纳了大量的工业废渣，减

少了废渣引起的环境污染及土地占用等问题，降低了混

凝土的制造成本，减少了水泥生产造成的环境污染及能

源消耗；最为关键的是这些矿物掺合料在某些方面弥补

了水泥混凝土的性能缺陷，满足了现代混凝土工程的设

计及工艺要求，大幅度延长了现代混凝土工程的服务年

限。

石灰石作为重要的建筑材料有着悠久的开采历史，

是制造水泥、石灰、机制砂的主要原料。石灰石粉最主

要的应用是在水泥生产领域，作为一种水泥混合材使用

的。石灰石粉还是优良的混凝土矿物掺合料，石灰石粉

比表面积很小不但能补充混凝土的细颗粒，而且能增大

固体的比表面积对水体积的比例，从而减少泌水和离

析。更为重要的是，石灰石粉能与水泥和水形成柔软的

浆体，即增加混凝土的浆量，从而改变了混凝土和易性。

如果要保持相同的坍落度，则掺石灰石粉的用水量可减

少，从而改善了混凝土的诸多性能[2-4]。

在配置高强高性能混凝土时选择适当的矿物掺合

料，可以降低温升，改善工作性，增进后期强度，并可

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·25·

理论研究

以改善混凝土内部结构，提高抗腐蚀能力。这种混合材

料成为辅助胶凝材料，是高强高性能混凝土不可缺少的

组分。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

硅酸盐水泥，河北钻牌 PO42.5。比表面积为 349

m2/kg。所用的石灰石粉是北京顺义石灰石尾矿经过立

式球磨机粉磨而成，分两个比表面积，比表面积 1730

m2/kg，比表面积 2490 m2/kg。超细矿粉的比表面积是

1150 m2/kg；95 级硅灰的比表面积是 18500 m2/kg，二氧

化硅含量，94.3%。

慕湖聚羧酸减水剂（简称 PC），淡红色粉体，减水

率 35%以上。混凝土用砂为河砂，细度模数是 2.49；石

子是石灰石，两种颗粒级配：10-15mm 和 5-10mm，

压碎指标是 11.6%。

1.2 试验方法

新拌混凝土工作性能测试按照《普通混凝土拌合物

性能试验方法标准》（GB/T 50080-2002）进行测试，混

凝土抗压强度测试参照《普通混凝土力学性能试验方

法》（GB/T 50081-2002）进行测试。

掺石灰石粉的高强混凝土的配合比如表 1所示。胶

凝材料 600，砂率：0.4 水胶比：0.21，外加剂掺量：

1.5% ；水泥：矿粉：硅灰=7：2：1。

表 1 试验中高强混凝土的配合比

胶凝材料（600） 编号

水泥（%） 石灰石粉 水胶比 砂率 外加剂掺量

SF-0 70 0% 0.21 0.4 1.5%

SF-1 65 取代水泥 5% 0.21 0.4 1.5%

SF-2 60 取代水泥 10% 0.21 0.4 1.5%

SF-3 55 取代水泥 15% 0.21 0.4 1.5%

SF-4 50 取代水泥 20% 0.21 0.4 1.5%

SF-6 70 外掺 5% 0.21 0.4 1.5%

SF-7 70 外掺 10% 0.21 0.4 1.5%

SF-8 70 外掺 15% 0.21 0.4 1.5%

SF-9 70 外掺 20% 0.21 0.4 1.5%

SF-11 65 取代水泥 5% 0.21 0.4 1.5%

SF-12 60 取代水泥 10% 0.21 0.4 1.5%

SF-13 55 取代水泥 15% 0.21 0.4 1.5%

SF-14 50 取代水泥 20% 0.21 0.4 1.5%

SF-16 70 外掺 5% 0.21 0.4 1.5%

SF-17 70 外掺 10% 0.21 0.4 1.5%

SF-18 70 外掺 15% 0.21 0.4 1.5%

SF-19 70 外掺 20% 0.21 0.4 1.5%

2 试验结果与讨论

2.1 石灰石粉对高强混凝土工作性能影响的

研究

我们通过用不同比表面积的石灰石粉、不同掺量和

混凝土技术 Concrete Technology

·26·

不同的掺加方法对新拌混凝土的工作性能进行了研究。

图 1 石灰石粉掺量不同对混凝土工作性能的影响

图 2 石灰石粉掺加方式对混凝土工作性能的影响

图 3 石灰石粉比表面积不同对工作性能的影响

图 1中采用了比表面积为1730 m2/kg的石灰石粉等

量取代水泥。从试验结果可以看出，不掺石灰石粉的高

强混凝土拌合物坍落度比较小，损失比较大。而掺入石

灰石粉的混凝土拌和物坍落度比较大，随着掺量的增

加，新拌高强混凝土拌合物的坍落度增大，而坍落度损

失会变小。

在研究掺加石灰石粉对新拌高强混凝土工作性能

的影响中采用了两种不同的掺加方法：一种是用石灰石

粉等量的取代水泥；一种是水泥用量不变的情况下再加

入一定量的石灰石粉。在图 2 中 SF-6 与 SF-0 相比，

外掺 5%石灰石粉的新拌高强混凝土的坍落度和坍落度

损失反而降低，SF-7 与 SF-0 相比，外掺 10%的石灰石

粉新拌高强混凝土的坍落度和坍落度损失变化不大。

SF-1 和 SF-2 的坍落度和坍落度损失要好于 SF-0，这

是由于粉体材料过多调大水胶比所致。

图 3中采用两种不同比表面积石灰石粉：比表面积

为 1730m2/kg 和 2490m2/kg。从图 3中可以看到在五组新

拌高强混凝土中，SF-2 的坍落度最大，坍落度损失最

小。比表面积越大的两组与未掺石灰石粉的相比，坍落

度反而变小，损失比较小。

2.2 石灰石粉对高强混凝土力学性能影响的研究

在本试验中采用石灰石粉取代水泥和外掺的方法

研究其对高强混凝土力学性能的影响，以及石灰石粉比

表面积对高强混凝土的力学性能的影响。

2.2.1 石灰石粉取代水泥对高强混凝土力学性能的影

响

从图 4 中可以看出，石灰石粉掺量为 10%的 SF-2

的 28 天和 56 天强度最高，并且均高于没有添加石灰石

粉的 SF-0，7 天强度低于 SF-1，后期强度发展要高于

其他几组。石灰石粉掺量为 5%的 SF-1 的 7 天和 28 天

强度均略高 SF-0，其水胶比减小是原因之一。石灰石

粉掺量为 15%和掺量为 20%的高强混凝土的强度略低

于 SF-0 组。从以上分析可知用比表面积 1730m2/kg 的

石灰石粉取代水泥在高强混凝土中使用，当用量在 10%

左右时混凝土的强度发展最好。

磨细90min石灰石粉掺量对高强混凝土强度的影响

80

90

100

110

120

130

140

7 28 56

龄期（d）

抗压强

度（Mpa）

SF-1 SF-2 SF-3 SF-4

图 4 磨细 90min 石灰石粉不同掺量的抗压强度

磨细180min石灰石粉掺量对高强混凝土强度的影响

90

95

100

105

110

115

7 28 56

龄期（d）

抗压

强度

（Mpa）

SF-11 SF-12 SF-13 SF-14

图 5 磨细 180min 石灰石粉不同掺量的抗压强度

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·27·

理论研究

从图 5 中可以看出掺 5%和 10%的混凝土强度以及

15%和 20%的混凝土 28 天强度相差无几，相比较而言石

灰石粉掺量为 5%和 10%的混凝土 28 天强度高，无论是

早期还是后期强度都高于掺加石灰石粉15%和20%的。

从图 4和图 5对比可以看出，石灰石粉的掺入使高

强混凝土的水胶比降低，从而使高强混凝土的抗压强度

提高。当石灰石粉的掺量过多时，对高强混凝土的抗压

强度有降低的作用。所以在高强混凝土中掺加石灰石粉

的掺量不宜过大。

2.2.2 石灰石粉外掺对高强混凝土力学性能的影响

磨细90min石灰石粉外掺对高强混凝土强度的影响

60

75

90

105

120

135

7 28 56

龄期（d）

抗压强度

（Mpa）

SF-6 SF-7 SF-8 SF-9

图 6 磨细 90min 石灰石粉外掺时的抗压强度

磨细180min石灰石粉外掺对高强混凝土强度的影响

85

93

101

109

117

125

7 28 56

龄期（d）

抗压

强度（

Mpa）

SF-16 SF-17 SF-18 SF-19

图 7 磨细 180min 石灰石粉外掺时的抗压强度

从图 6可以看出，在采用石灰石粉外掺到高强混凝

土中，提高高强混凝土早期强度的作用不是很明显，

SF-6的高强混凝土的7天的抗压强度是28天的50%左

右。在石灰石粉掺量达到 20%时，高强混凝土的 28 天

和 56 天强度都要比掺量低的高。

从图 7中可以知道，随着石灰石粉的掺量的增加，

混凝土的抗压强度反而降低。掺量为 5%的 SF-16 的高

强混凝土比其他掺量的高强混凝土28天和56天强度要

高，但是掺加 10%的石灰石粉的 SF-17 的 7 天抗压强

度比较高，而且后期强度发展也比较高。

从图 6和图 7对比可以看出，外掺石灰石粉对高强

混凝土的强度影响规律是：外掺比表面积大的石灰石

粉，掺量越小强度发展越好。外掺石灰石粉比表面积越

大，对高强混凝土强度发展的贡献越大。

2.2.3 石灰石粉比表面积对高强混凝土力学性能的影响

掺5%的石灰石粉的高强混凝土抗压强度

70

80

90

100

110

120

130

7 28 56

龄期（d）

抗压强度

（Mpa

）

SF-1 SF-6 SF-11 SF-16

图 8 掺 5%不同比表面积石灰石粉的抗压强度

掺10%的石灰石粉的高强混凝土抗压强度

70

80

90

100

110

120

130

140

7 28 56

龄期（d）

抗压强度（Mpa）

SF-2 SF-7 SF-12 SF-17

图 9 掺 10%不同比表面积石灰石粉的抗压强度

从图8和图9中比表面积不同的石灰石粉的高强混

凝土强度发展可以看出，比表面积小的在 7 天的强度

低，比表面积大的混凝土的后期强度增大。这说明石灰

石粉不仅促进水泥前期的水化，对混凝土后期的强度增

长也有贡献。

2.3 掺石灰石粉的高强混凝土胶凝材料水化

产物 SEM 分析

含石灰石粉胶凝材料的水化产物的组成特征，利用

SEM 就水化产物的形貌特征进行相关研究与分析。由

于 SEM 观察到的只是水化产物的微区形貌，某些微区

的组成及形貌特征并不一定能完全反映出水化产物的

普遍组成与形貌特点。

在 SEM 测试时，先在低倍数下观察每个样品的总

体形貌特征，然后在高倍数下尽可能好的选择较多的微

区进行观察，并将最有代表性的水化产物形貌特征拍下

进行形貌分析。图 10 和图 11 是 SF-0 水化 28d 放大

1000 倍和 3000 倍的 SEM图；图 12和图 13 是 SF-1 水

化 28d 放大 1000 倍和 3000 倍的 SEM图；图 14 和图 15

是 SF-2 水化 28d 放大 1000 倍和 3000 倍的 SEM图。

混凝土技术 Concrete Technology

·28·

综合分析试样在水化 28 天龄期的 SEM形貌特征，

可以得到以下认识[5]：石灰石粉在水泥水化硬化浆体中

多以方解石的形式存在，方解石的表面平整光滑。部分

方解石的表面附着有少量的碎屑状的水泥水化产物，水

泥浆体在水化的过程中，不仅以未水化的熟料为晶核生

长，而且以粒状方解石为中心产生聚合生长，产生所谓

的“晶核效应”。

从水泥硬化浆体的 SEM 图中可以看到，存在少量

的小层片状的水化产物。水化后期仍有大量的完整颗粒

状的方解石存在，多数方解石晶粒被水泥浆体严实包

裹，形成较为致密的结构。这体现了石灰石粉在水泥浆

体中的“填充效应”，级配良好的石灰石粉弥补了水泥

浆体中的各级孔隙，有助于水泥浆体形成连续的、致密

的固化体。

图 10 SF-0 水化 28d 放大 1000 倍的 SEM图

图 11 SF-0 水化 28d 放大 3000 倍的 SEM图

图 12 SF-1 水化 28d 放大 1000 倍的 SEM图

图 13 SF-1 水化 28d 放大 3000 倍的 SEM图

图 14 SF-2 水化 28d 放大 1000 倍的 SEM图

图 15 SF-2 水化 28d 放大 3000 倍的 SEM图

3 结论

1、用石灰石粉取代水泥的新拌高强混凝土坍落度

比较大。随着石灰石粉掺量的增加，坍落度增大，坍落

度损失减小。石灰石粉的掺入，可以提高高强混凝土的

抗压强度。在高强混凝土中取代水泥掺加石灰石粉的掺

量宜控制在 10%左右。

2、外掺比表面积大的石灰石粉，掺量越小抗压强

度发展越好。外掺石灰石粉比表面积越大，对高强混凝

土强度发展的贡献越大。

3、石灰石粉在一定掺量范围内，可以提高混凝土

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·29·

理论研究

的强度，其增强效应是物理与化学作用的共同结果。石

灰石粉颗粒比水泥颗粒小，一方面填充在水泥颗粒之

间，改善了胶凝材料的颗粒级配，另一方面填充在界面

的空隙中，使水泥石结构和界面结构更为致密，提高了

水泥石强度和界面强度。

参考文献：

[1] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道

出版社，1999：14-19.

[2] 刘数华，阎培渝.石粉作为碾压混凝土掺合料的利用

和研究综述[J].水力发电，2007（1）： 69-71.

[3] 陈剑雄，李鸿芳，陈寒斌.石灰石粉超高强高性能混

凝土性能研究[J].施工技术， 2005， 34（4）： 27-28.

[4] 陈剑雄，李鸿芳，陈寒斌，等.掺超细石灰石粉和钛

矿渣粉超高强混凝土研究[J].建筑材料学报， 2005，

8（6）：672-673.

[5] 杨华山，方坤河，涂胜金，等.石灰石粉在水泥基材

料中的作用及其机理[J].混凝土， 2006，（6）： 32-33.

信息速读：

科技最前沿：能够自动修复的混凝土

混凝土是一种有用的材料，但是它也有不足之处。它最大的一个不足之处就是它的抗侵蚀性不如石头。盐蚀和

冰蚀通常会让它的结构发生细微的断裂，进而造成孔洞。这又会让水浸入其中，最终导致建筑物的损毁。因此，管

理部门需要定期派遣大量的工人对混凝土建筑物进行修复，在孔洞刚刚形成时就把它们填补起来；这是一项繁重而

昂贵的任务。如果混凝土能够进行自我修复，那情况就好多了。韩国延世大学（Yonsei University）的研究员郑灿文

（Chan-Moon Chung）在《应用材料与表面》报告中表示，他希望能够研究出这样的新型混凝土。

具备自我修复功能的混凝土并不是一个新的设想。早在 2009 年的时候，荷兰代尔夫特理工大学（Delft

University of Technology）的一个研究小组就表示过，将能够释放出修复裂缝所需的化学物质的特殊细菌混合到

混凝土材料中，然后再将混凝土浇筑成建筑物，这是可行的。 这些特殊的细菌可以保证混凝土材料的健康，

但是只有在细菌存活的状态下才行。但是试验表明，那些细菌只能存活一年左右的时间。

郑博士提出的解决方案利用的是化学原理，而非生物学原理。他和他的同事们通过实验室试验得知，如果

在日光照射的情况下将名为“双-3-甲基丙烯基氧丙基化四甲基二硅氧烷（methacryloxypropyl-terminated

polydimethylsiloxane）”和“苯偶姻异丁基醚（benzoin isobutyl ether）”的两种物质混合在一起，它们就会发生反

应而形成一种可以紧紧附着在混凝土表面的防水高聚物。 最大的问题是如何安全地保管好这些化学品，然后

在需要使用时再把它们释放出来。他们想到的方法是将这些具有修复功能的化学品注入由树脂和甲醛制成的微

小胶囊中。 这样就可以将这些化学品安全地储存在混凝土内部，当它们附近的混凝土出现裂缝时，胶囊就会

破裂，将里面的化学品释放出来。

在制作胶囊时，他们先用水、树脂、氯化铵和一种名为“间苯二酚”的苯衍生物调制出一种溶液，然后将

双-3-甲基丙烯基氧丙基化四甲基二硅氧烷、苯偶姻异丁基醚和甲醛添加进去，然后在 55 摄氏度的环境下熬制

4 个半小时。 这个过程可以让树脂和甲醛发生反应，形成微小的胶囊，而那两种能够修复混凝土的化学品则

会被包裹在胶囊之中。

在使用这种胶囊时，郑博士将它们混合到一种液态聚合物之中，然后将混合物喷洒到一些混凝土块的表面，

最终形成一层坚固的薄膜。 然后他将每个混凝土块敲裂，让在太阳下暴晒 4 个小时。正如他所希望的那样，

混凝土上的裂缝中被填满了包含那些细小胶囊的高分子膜，某些胶囊已经破裂开来，释放出了其中的化学物。

然后在阳光暴晒的情况下，这些化学物质发生反应变成了一个隔水层。实际上，他还将一些混凝土块浸入了水

中，证实了那些化学物质的防水性能。

24 个小时候，他重新称量了那些混凝土块的重量，以计算混凝土块吸入了多少水分。平均而言，未经过

处理的混凝土块会吸收 11.3 克的水。喷洒了不带胶囊的高聚物溶液的混凝土块吸收了 3.9 克的水。而喷洒了带

有胶囊的高聚物溶液的混凝土块只吸收了 0.4 克的水。 正如郑博士所希望的那样，裂缝自动修复了。

混凝土技术 Concrete Technology

·30·

作者简介：黄凤会（1989 年），女，硕士研究生，山东省人，研究方向：新型建筑材料及工业固体废弃物的综合利用

通讯地址：山东省济南市济微路 106 号济南大学西校区材料学院（研 1101 班），

Email：huangfh1989@126.com

绿色碱激发胶凝材料的发展及应用 黄凤会，周宗辉，程 新

（山东省建筑材料制备与测试技术重点实验室，教育部先进建筑材料工程中心，济南大学 济南 250022）

摘 要：碱激发胶凝材料是指各类硅、铝硅酸盐矿物及工业废渣，添加固体或液体化学激发剂，加适量水后成为塑性浆体，可

以在空气中或水中硬化的胶凝材料。与传统硅酸盐水泥相比，化学激发胶凝材料具有特殊优良的性能，如强度高、耐腐蚀，其

抗渗性、抗冻性和耐火性都优于普通硅酸盐水泥；碱激发胶凝材料无需高温煅烧，能利用各种工业废渣，减少环境污染，是一

种新型的绿色环保型胶凝材料，具有比较广阔的应用发展前景。

关键词：胶凝材料；碱激发；发展；应用

Development and application of green alkali-activated binding material

HUANG Fenghui，ZHOU Zonghui，CHENG Xin

（Shandong Provincial Key Laboratory of Preparation and Measurement of Building Materials，Engineering Center of Advanced Building

Materials of Ministry of Education，School of Materials Science and Engineering，University of Jinan，Jinan 250022，China）

Abstract：Alkali-activated binding material refers to all kinds of silicon， aluminum silicate minerals and industrial waste residue，adding

a solid or liquid chemical excitation agent，adding right amount water after become a plastic paste，can be in the air or the water hardening

binding material. Compared with the traditional Portland cement，chemical excitation binding material with special excellent properties，

such as high strength，corrosion resistance，permeability resistance，frost resistance and fire resistance are better than ordinary Portland

cement；Alkali excitation binding material without high temperature calcination，can use all kinds of industrial waste residues，reduce

environmental pollution，which is a new type of green environmental protection binding material，and it has a more broad application

prospects.

Key words：binding material；alkali-activated；development；application

0 前言

一个多世纪以来，硅酸盐水泥一直是使用最为广泛

的 建 筑 材 料 ， 该 胶 凝 材 料 的 化 学 组 成 为

CaO-Al2O3-Fe2O3-SiO2 体系，主要的矿物相为高钙含量

的 C3S、C2S、C3A、C4AF 矿物。硅酸盐水泥具有许多优

良的性能，但同时也有一些缺点：合成硅酸盐水泥熟料

中的高钙矿物要消耗大量燃料，并排放大量 CO2气体；

硅酸盐水泥混凝土建筑的耐久性仍然存在很大问题。随

着化石能源的日渐枯竭和全球气候变暖问题的出现，硅

酸盐水泥生产过程中的高能耗、高排放、高污染问题越

来越受到入们关注。与此同时，入们意识到延长建筑的

服役时间、提高建筑的使用寿命也是减少建筑材料制造

能耗和温室气体排放的一个有效途径。因此，寻找 低

能耗、低排放和耐久性优良的替代建筑材料，一直是当

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·31·

综 述

前建筑材料研究的热点。

1 碱激发胶凝材料简介

1.1 碱激发胶凝材料的发展历程

1939 年 Feret 将矿渣用于硅酸盐水泥生产中，1940

年 Purdon 最先提出了 NaOH 激发高炉矿渣，可将矿渣

中的 Si、Al 和 Ca 解聚并形成水化产物。公认的碱激

发胶凝材料的开创者当属前苏联的 Glukhovsky[1，2]，他

通过对古罗马和埃及古建筑的研究，总结出这些古建筑

材料都由水化铝硅酸钙组成，与硅酸盐水泥中的一个水

化产物相似，是一种天然岩石的结晶相—方沸石，具有

良好的耐久性。Glukhovsky 由此开发出了一种新型的胶

凝材料，称为土壤水泥，由磨细的铝硅酸盐和含碱的工

业废渣混合而成。

1960 年在前苏联已进行碱矿渣水泥和混凝土生产

性试验，1962 年投入使用，1964 年开始工业化生产，

1965 年制定了土壤水泥技术规范，1972 年投入大规模

生产，并在 1976 年获得该材料的专利，目前乌克兰共

和国仍然继续研究开发这种水泥并取得进展[3]。

随后，欧美各国也相继开发碱激发胶凝材料，法国

的 Davidovits[4]以煅烧过的高岭土和石灰石或白云石为

原料，用碱化合物为激发剂或者加一定量的矿渣和石灰

用水调和成砂浆，在 20℃水化 4h 后，其抗压强度可达

20MP，28d 抗压强度可达 70～100MPa，并在 1979 年获

得了专利，称之为“地质聚合物”。

我国自 20 世纪 80 年代介绍高强碱矿渣水泥以来，

从很多方面展开研究并取得了许多成果，开发出石膏矿

渣水泥、少熟料矿渣水泥和矿渣硅酸盐水泥等水泥品

种，并对碱–矿渣–粉煤灰、碱–矿渣–钢渣和碱–矿渣–

氧化镁等胶凝材料体系进行了大量研究，许多研究成果

已进入实用阶段[5]。

1.2 碱激发胶凝材料的原材料

这类材料所用的主要原料是一些工业排放的废渣、

尾矿、黏土等和不同类型的含碱物质，有的需要添加少

量的含钙物质。碱性物质尤其是强碱性物质对这类材料

是必不可少的，它的作用不仅在于激发原料使之具有胶

凝性，同时还将参与反应形成新的含碱的水化产物。在

硅酸盐水泥中对碱含量要求严格控制，而在这类新材料

中却是要求有一定的碱含量，并成为主要的原料组成之

一。因此，可以把它们统称为碱胶凝材料或碱激发胶凝

材料。

其次，不论是硅酸盐水泥还是铝酸盐水泥都是以石

灰石即碳酸钙为主要的原料，最终都要求形成含钙的胶

凝性矿物。而在碱胶凝材料所用的大多数原料中本来就

含有一定量的钙（矿渣），即使含少量（粉煤灰）或甚

至不含钙（黏土、钾长石）同样也可以形成胶凝性[6]。

1.3 碱激发胶凝材料的分类

硅酸盐水泥的名称表明其主要组成是硅酸盐，目前

国内所谓的五大品种，只不过在硅酸盐水泥熟料的基础

上，加入不同类和量的混合材料。至于其它品种，多数

是它的派生物，其分类有从它们所具有的特性划分，如

低热水泥、膨胀水泥、耐硫酸盐腐蚀水泥、耐火水泥等；

若按它们使用场合的不同则又有油井水泥、水工水泥、

道路水泥等；还有可以按它的色彩、性能、发展的速度

（早强、超早强、快凝）来分，这些是水泥界都非常熟

悉的。

而碱胶凝材料的种类，目前没有很明确的分类，因

为就连碱胶凝材料也没有正式定名，从已有文献报道的

名称看，基本上是从所用的主要原料来命名的[7]。

（1）碱—铝硅酸盐玻璃体类

这一类是以工业废渣，如矿渣、粉煤灰、磷渣、赤

泥、煤砰石等为主要原料均是以铝硅酸盐的玻璃体或无

定形物质为主体，因废渣产生的工业源不同，组成变化

较大，一般还可以分为：①钙含量较高的，如矿渣、磷

渣等；②钙含量较低的，如粉煤灰、煤矸石等；所以如

此划分是基于废渣的不同组成和其玻璃体结构的关系，

它们又直接影响到活性及激发的措施，并且按所用原料

又形成不同的碱胶凝材料。

碱一矿渣水泥，是以不同的高炉矿渣磨细后为原

料。根据前苏联的研究，即使是酸性矿渣也可以获得较

好的胶凝材性，某些情况下甚至优于碱性矿渣，这一品

种是国内研究较早和较多的，性能好也有较多的应用。

碱一粉煤灰水泥，粉煤灰和矿渣的最大区别在于

CaO 的含量少，因此玻璃体的结构中[SiO4]4-四面体处于

较高的聚合态，活性难以激发，一般要用较强的碱。赤

泥也基本上属于这一类，赤泥中 CaO 的含量虽然较粉

混凝土技术 Concrete Technology

·32·

煤灰高，但大部分形成了含钙的化合物，如 C2S、C2AS。

因此玻璃体或无定形物中的[SiO4]4-四面体聚合态与粉

煤灰类似。

（2）碱—烧黏土类

以黏土经适当温度锻烧后形成偏高岭石作原料，经

碱的激发而形成的胶凝材料。它们的组成中几乎不含钙

（有的报导为在它们制备过程中加入一定数量的

CaO），所以水化过程和产物也完全不同（不仅与硅酸

盐水泥而且和上面一类也有差别）。这类材料是法国

Davidovits 教授在上世纪 70 年代开发的，他取名为

Geopolymer，我国学者分别译为土聚水泥、地聚水泥、

土壤聚合水泥等。

（3）碱—矿石尾类

主要是碱激发钾长石尾矿，它和烧黏土类有相似

处，即钙含量少。目前对这

类水泥的研究还不多，但也是一个新的原料来源[8]。

上述碱一烧黏土类有时也归于这类碱矿物胶凝材料。

（4）碱—碳酸钙类

近年由华南理工大学报导的，是从碱一硅酸盐反应

（碱骨料发应）得到启发，由于集料中含有一定的粘土

杂质，同时要加入一定的硅砂质原料，它的主要组成中

钙含量应属于最高的。

2 碱激发胶凝材料的反应机理

玻璃体在受碱作用时，涉及到 Si—0—Si，Al—0—

Al，Si—0—Al 等多种键的性质。如在[SiO4]4-中的 Si 原

子与 O原子结合时，可以形成 SP3、SP2和 SP 三种杂化

轨道，形成 �键，而O 原子已填满的 P轨道可以作为

施主与 Si 原子全空的 3d 轨道形成 dπ-pπ键、π键和

� 键叠加，使 Si—O 键加强，键长度减小。Si—0—Si

桥氧结构中，O 的2P电子和Si 的3d 轨道结合为π键，

当 OH-与之作用时，Si4+可以把 O 拉向它的周围，从而

使 Si—O键断裂，其作用过程如下式：

Al3+有两种状态，一种是 X 型，它的四个氧结合键

均与 Si 相连，当受 OH-的侵蚀将转变为 Y 型，后者受

水的作用，并同时使OH-再生，而且Y 型 Al3+与水反应

是加速的，OH-是控制反应的因素。因此矿渣与水作用

时，其液相 pH 值应当高于 12[3]。

3 碱激发胶凝材料的水化产物

多数学者认为碱矿渣水泥的水化产物主要有 C—S

—H凝胶、铝酸钙等与硅酸盐水泥相似的水化产物。禹

尚 仁 [9] 还 发 现 存 在 水 化 铝 硅 酸 钙 CaO · Al2

O3·xSiO2 ·yH2O 凝胶，并认为这是促使硅酸钠矿渣水

泥产生凝结和高强的原因，但未涉及碱离子的状态和分

布。有些学者则证实碱激发胶凝材料的水化产物有：

沸石类：方钠石 Na2O·Al2 O3 ·4SiO2·2nH2O，钠

沸 石 Na2O · Al2O3 · 3SiO2 · 2H2O ， 杆 沸 石

Na2O·4CaO·5Al2O3·10SiO2·12H2O；霞石、长石类：

水 霞 石 R2O · Al 2O3 · 2SiO2 · nH2O ， 钠 云 母

R2O·3Al2O·6SiO2 ·nH2O：碱土一铝硅酸盐水化物和

碱一碱土铝硅酸盐水化物：CaO·A12O3 ·2SiO2 ·nH2O

混合的 R2O—CaO 水化铝硅酸盐和水化石榴子石；低碱

性 C—S—H凝胶，一般 C/S 比≤1左右，甚至生成硅酸。

由此可以看出其中不存在硅酸盐水泥或高铝水泥

的水化产物，诸如游离 Ca（OH）2、水化铝酸钙、钙矾

石或低硫型铝酸钙以及高碱 C—S—H 凝胶．而且其水

化产物比硅酸盐水泥更复杂。上述化合物的细微晶体具

有很高的强度，不仅在热力学上极为稳定而且是极难溶

于水的。这些矿物从古代建筑物埃及金字塔、入面狮身

像、罗马竞技场中均可以找到。

4 碱激发胶凝材料的性能

4.1 力学性能

碱胶凝材料所用的原料不同，在形成硬固体以后的

力学性能差别较大，但它的强度，尤其是抗拉强度比硅

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·33·

综 述

酸盐水泥浆体高得多。如经改性或加入一些补强剂以

后，强度更高，有的甚至可以高于玻璃和陶瓷。

至于抗压强度除有较高的最终强度外（ 有报导称

某碱胶凝材料的最终强度可达 650MP），尤其是它的早

期强度高，如 Palomo A 在报告中指出，这类水泥在凝

结后 4h 的强度可达 15-20MPa，乌克兰实验室测定一试

块的强度高达 120MPa。

4.2 耐久性

硅酸盐水泥的弱点之一是耐久性不够好，因此常常

需要以改变其矿物组成或掺加一定的补强剂或用非硅

酸盐水泥（如硫酸盐水泥）来改善，包括耐水、耐盐、

耐酸侵蚀、渗透、耐冻，碱一集料反应等。而碱胶

凝材料却具有特别良好的较全面的耐久性。在 1999 年

乌克兰第二届国际碱水泥和混凝土会议，Krivenko 就作

了有关碱水泥和混凝土耐久性的报告。

首先是耐酸和盐的腐蚀性，由于水化产物中不含有

钙矾石和氢氧化钙，所以对硫酸盐的耐腐蚀性很好。

其次是它的抗渗透性较好，根据 Krivenko 报导，他

对碱矿渣水泥和硅酸盐水泥作了比较后发现，就总空隙

率看两者基本上一样，分别为 43.8%和 43.5%，其中毛

细孔隙率是 27.7%和 29.0%，但是孔径分布则有较大的

差别，碱矿渣水泥的细小孔（3—8）x10-7mm 范围在

16.6 %，而硅酸盐水泥仅 3.4%，所以碱矿渣水泥的抗

水渗透性优于硅酸盐水泥。同时由于细小孔比例大，对

耐冻性亦有利。

4.3 碱集料反应问题

这是众多水泥工作者对碱胶凝材料最关心的也是

最可怀疑之处。在硅酸盐水泥生产标准中规定水泥熟料

中 R2O 的含量不得超过 0.6%，而在碱胶凝材料中，碱

又是重要组分之一，往往 R2O 在材料中含量高达 3%，

甚至更高，这确实是值得注意的问题。

Davidovits[10]最早指出过，碱—烧粘土水泥不会与活

性集料产生反应，龚春明[11]在论文中将碱一赤泥一矿渣

水泥和硅酸盐水泥作了对比，发现前者在活性集料存在

时也有膨胀，但比硅酸盐水泥小的多。杨长辉、蒲心诚

等用石英玻璃为活性集料研究了碱种类、含量、活性集

料的加入比例、矿渣的种类等对碱矿渣水泥砂浆膨胀的

影响，同时还用硅酸盐水泥作对比。结果同样证明，碱

矿渣水泥中当碱含量（Na2O%）高时，如达 4%以上将

发生可观的膨胀，但是它的膨胀值仍低于同条件下硅酸

盐水泥砂浆试体。碱矿渣水泥加活性集料砂浆的膨胀随

集料加入量增多而增大，而且与碱的种类也有关。当加

入同样量的碱（以 Na2O%计）加 Na2CO3砂浆的膨胀值

小于水玻璃，其中一组数据如下：当两种水泥加入的碱

都是 4%，加 5%玻璃的砂浆膨胀值很接近，都在 0.01%

左右；但当两种矿渣水泥 Na2O 为 5%，玻璃加入也为

5%时，加水玻璃的砂浆膨胀值陡升至 0.04%，而加

Na2CO3的砂浆只有以 0.02 %，如果提高玻璃的掺入量，

加水玻璃的膨胀值也远高于加 Na2CO3 的试体。他们还

试验了不同性质的矿渣，得到很有意思的结果，用酸性

矿渣的试体膨胀值远远小于碱性矿渣的试体，尤其是养

护长时间（至 180d） 用酸性矿渣的试体膨胀值变化很

小，当活性玻璃加入 10 %时，只有 0.02%，而加碱性

矿渣的试体，从开始到 60d 的膨胀值达到了 0.12 %，

是碱性矿渣的 6 倍。以上的研究和数据可以得到碱矿

渣水泥对活性集料是安全的初步概念[12]。

此外，碱胶凝材料还具有耐高温性，导热系数为

0.24-0. 38w/（m·k），水化热低、收缩小，与硅酸盐水泥

比较，碱胶凝材料7d 的收缩为0. 2%，8d 为 0. 5%，而

硅酸盐水泥却分别达1.0%和3.3%。当然，碱胶凝材料也

存在一些缺点，如有的材料凝结太快，有的在某一龄期会

发生强度倒缩，而后再增高，同时还会有泛碱现象等。

5 应用及前景

对于这种性能特异的新一类碱胶凝材料，应当充分

地利用它们的特点，目前尚不能取代硅酸盐水泥，但可着

重应用于硅酸盐水泥较难以取得满意的工程上，或者是利

用其胶凝性开发新的产品，拓宽原水泥的应用范围。

5.1 高强度的应用

碱胶凝材料的力学性能除表现为强度，尤其是抗拉

和抗弯强度很高外，弹性模量也很高，碱胶凝材料的弹

性模量为 50GPa，介于普通水泥 20GPa 和玻璃 70GPa

之间。将它用作结构材料也是可行的，如俄罗斯列别茨

克市于 1989 年从基础、墙体、楼板到屋面材料全部用

碱矿渣水泥建了一栋22 层大楼，建筑面积达5105.2m2，

即使在 25 ℃低温下[13]，还可以施工；美国在 70 年代

混凝土技术 Concrete Technology

·34·

末用碱激发火山灰胶凝材料，商品名为 pyrament，用于

军事工程[14] （快速修路、建临时机场等）。

5.2 用于固封材料

由于碱胶凝材料不仅强度高，而且致密性好，同时

有的材料硬固体中还含有三维网状笼形结构的沸石，因

此它是固化各种化工废料、固封有毒金属离子及核放射

元素的有效材料。如法国在碱胶凝材料中加人非晶态金

属纤维制造了核废料容器；波兰曾报导成功地用碱矿渣

水泥固封硫磺井（用硅酸盐水泥失败后）；高致密性的

水泥混凝土更可用于做地下工程，如隧道、地铁等，比

硅酸盐水泥有更好的效果。

5.3 用于海水工程、强酸腐蚀环境地工程

这是碱胶凝材料十分独特之处，由于它耐腐蚀性能

好，用于海港建筑、码头、某些化工厂的酸性储罐等。

在乌克兰曾用碱矿渣水泥建筑了敖得萨海港，建筑马厩

（腐蚀性强）等。我国胡恒等[15]用碱性矿渣粉煤灰水泥

混凝土建筑硫酸池，使用两年后，外观良好，其中钢筋

完好，耐腐蚀系数为 0.88。硅酸盐水泥制得的管子外观

则严重腐蚀，钢筋腐蚀严重，耐腐蚀系数仅为 0.25。

5.4 为开发大西北作贡献

党中央执行开发大西北的宏伟计划，牵动了各行各

业。要建设必然需要大量的建筑材料。在各类工程建筑

时均涉及到地基的加固，由于西北地区土地盐碱性较

强，一般的水泥混凝土难以耐久，而碱胶凝材料优良的

耐久性对克服盐碱土地却是可以大有作为的。

6 结语

开发一种新的材料并使它能够得到推广，必须要有

综合的和科学的发展观，也就是要注重“人口、资源、

环境、发展”四位一体的总协调观点。就工业来看，

原材料、能源、水的消耗、对环境污染排放强度、

劳动生产率都是应当综合考虑的。碱胶凝材料的生产原

料均可取于工业废渣或尾矿，将废弃物转化为有用的资

源，消耗资源极少；无须高温加工，大大节约了能源；

生产过程简单，劳动生产率提高；对环境污染的排放负

荷小，而且可以再生，应该说是符合上述发展观点的。

参考文献：

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challenges technology classification ， aspect of

durability [J]. Cement and Concrete Research，1999，

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2013年第 5期 Number 5 in 2013

·35·

原材料

无热源法生产氨基磺酸盐系高效减水剂的研究 曾 军

（无锡福顺建材有限公司，江苏 无锡 214112）

摘 要：系统地研究了苯酚的低温贮存方法和氨基磺酸盐系高效减水剂的生产工艺，变化合成过程中物料的浓度，并且充分利

用合成过程中释放出的反应热满足合成反应对温度的需求，最终实现无需依靠热源来生产氨基磺酸盐系高效减水剂，能耗大大

降低，同时无苯酚气味挥发，提高了操作的安全性。

关键词：减水剂；低温贮存；反应热；无热源

No heat production of amino sulfonate superplasticizer

ZENG Jun

（Wuxi Fushun Building Materials Co.，Ltd. Jiangsu Wuxi 214112）

Abstract：Systematic study of low-temperature storage methods of phenol and amino sulfonate superplasticizer production processes，

changes in the concentration of the material in the synthesis process，and make full use of the synthesis process of the reaction heat released

to meet the needs of the synthesis reaction temperature，ultimately need to rely on a heat source to produce amino sulfonate superplasticizer，

energy consumption greatly reduced，while non-volatile phenol odor，improve operational safety.

Keywords：water reducer reaction heat no heat cold storage

1 引言

氨基磺酸盐系高效减水剂是国内近几年应用的一

类新型混凝土外加剂，由于其减水率高、提高混凝土后

期强度、与水泥的适应性强、并且具有生产工艺简单、

生产周期短，基本上无三废及化学污染排出，这种外加

剂值得大力推广应用。

本文探讨一种无热源法生产氨基磺酸盐系高效减

水剂的方法，既简单、快捷、环保，又能节省能耗、降

低成本，适合于南方零下 6℃的地区，极大地方便了生

产，无需锅炉、管道蒸汽或电加热。本方法主要解决了

两个难点，一是原材料苯酚的低温贮存问题，二是合成

过程中所需的加热问题。

2 原材料苯酚的低温贮存

2.1 苯酚的外观与性状：

白色结晶，有特殊气味，化学式：C6H5OH，熔点

（℃）：40.6，相对密度（水=1）：1.07

苯酚对皮肤、粘膜有强烈的腐蚀作用，可抑制中枢

神经或损害肝、肾功能。急性中毒：吸入高浓度蒸气可

致头痛、头晕、乏力、视物模糊、肺水肿等。

2.2 苯酚的低温贮存方法

苯酚的低温贮存一直是氨基磺酸盐系高效减水剂

厂家一件很麻烦的事情，一是油桶的存放、搬运过程中

易造成泄漏中毒，二是水浴或蒸汽加热要 1个半小时左

右才能熔化，浪费了大量的能源，三是水浴苯酚的现埸，

温度高，苯酚蒸汽容易挥发，操作人员很容易吸入中毒，

若采用贮罐保存，要添加加热装置，苯酚的用量又不是

很大，需要长期用电，能耗也大不合算。

因此我们结合氨基磺酸盐的合成工艺，可以在苯酚

中预先加入不同比例的水、液碱、助溶剂，通过不同气

温下试验，得出了在零下 6℃的低温下长期保存苯酚不

结晶的方法，并且这种保存苯酚的方法环保、不需要能

混凝土技术 Concrete Technology

·36·

耗、密闭性高，且不易造成工人中毒，特别适合于南方 的氨基磺酸盐系高效减水剂生产厂家。 表 1 苯酚的低温保存实验

0℃ -6℃ 编号 水（%） 液碱（%） 助溶剂（%）

结晶 分层 结晶 分层

1 10 -- -- 结晶 -- -- --

2 20 -- -- 不结晶 有水相分层 -- --

3 10 10 -- 不结晶 均一 结晶 --

4 10 20 -- 少量结晶 不均一 -- --

5 10 10 3 不结晶 均一 不结晶 均一

注：水、液碱及助溶剂的加入比例都是以苯酚的量

计

由表 1知，混合液中加入的水太多，水相和油相易

分层，加入的碱太多，可能是 PH值太高，破坏了溶液

的电解质平衡，有少量的结晶体，我们通过多次的实验，

编号 3配方的苯酚溶液可以在 0℃以上保存，编号 5配

方的苯酚溶液可以在-6℃以上不结晶，并且混合溶液贮

存稳定、均一不分层。

3 氨基磺酸盐系高效减水剂无热源合成工艺

传统的氨基磺酸盐系高效减水剂合成工艺[1] [2]，是

先加入水、对氨基苯磺酸钠、熔化好的苯酚，开动搅拌，

用液碱调节好 PH 8-9，然后把釜内的物料升温，滴加

一定量的甲醛，滴加的过程中打开夹套冷却水，滴加温

度控制在 82±3℃，滴加完毕后打开蒸汽阀，再升温到

95℃保温 4-5 小时，得产品 ASP。

目前国内外专家学者主要是通过优化工艺或产品

的改性，尽可能地降低产品的合成成本，但很少有无需

热源生产氨基磺酸盐系高效减水剂的合成工艺，经本人

多次实验研究是可行的。

相比无热源法生产脂肪族高效减水剂，无热源生产

氨基磺酸盐系高效减水剂反应放出的热量要小得多，控

制不好的话就不足以达到反应所需要的温度，严重影响

到产品的质量。因为做小试量小，没有特别好的保温措

施，热量散发快，温度上不来达不到要求。本人尝试了

多次的中试到大生产试验，通过把原材料对氨基苯磺酸

钠替换成对氨基苯磺酸（粗品）和变化物料浓度化二个

方面的改进，达到了工艺的要求，简述如下：

3.1 试验所用原材料

对氨基苯磺酸（粗品）， 含量≥97%， 石家庄

华东化工有限公司 ， 工业级;苯酚，含量≥99%，张家

港保税区三林国际贸易有限公司;甲醛， 含量 36.5%宜

兴，三木集团 ;液碱，含量≥30%，格林艾普化工股份

有限公司。

3.2 氨基磺酸盐系高效减水剂无热源合成工艺

在釜内加入水（水温 5℃左右，加水量以物料浓度

48%为宜）、对氨基苯磺酸、计量好的液体苯酚、一定

量的液碱（PH 调到 9--10），拧紧人孔盖，开动搅拌

30 分钟，通过酸碱反应放热后，物料温度从水温 5℃上

升到 35℃左右，开始滴加总量三分之二的甲醛，2小时

滴加完毕，主要通过羟甲基化和部分二元缩合反应放

热，物料温度可以自升到 75±5℃（不要开夹套冷却

水），然后再半个小时内滴加完剩余的甲醛，并且加入

一定量的水，调节物料浓度到 37-38%，过 1个小时后

通过缩合反应放热，物料温度自升到 95℃左右，保温 5

个小时出料，得产品DWASP。

3.3 合成工艺参数的确定

3.3.1 反应物料浓度的影响

无热源生产氨基磺酸盐系高效减水剂合成工艺的

物料浓度变化控制是至关重要的，我们把整个工艺的浓

度分为两段，即反应物料的起始浓度和加完甲醛后的缩

合浓度--两段浓度法，选择不同的物料浓度做实验，产

品的性能比较如下：

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·37·

原材料

表 2 两段浓度法产品水泥净浆流动度实验结果

编号 起始浓度 缩合浓度 净浆流动度（mm） 物料状态

1 56 37 210 稠、发粘

2 48 37 240 粘性适中

3 37 37 200 稀、粘性低

注：水泥为天山 P.O42.5 级，掺量 C×1.0%，用水

量 87g

由上表得知，物料的起始浓度和缩合浓度都为 37%

时，因为物料里的水多，第一次滴加完甲醛反应温度上

升得慢，达不到预期温度，分子量小，最终产品粘性明

显低，净浆流动度差，若起始浓度为 56%时，物料的水

少，反应的温度上升快，不便于控制，最后反应的物料

稠、粘性高，说明产品的分了量太大，不利于水泥颗粒

的分散，因此我们选择起始浓度 48%和缩合浓度 37%

做为最佳合成浓度，反应易于控制，在不加热的条件下

满足了工艺对温度的要求，产品的分子结构合理，各方

面性能最好。

3.3.2 催化剂 PH的影响

作为芳香族磺酸甲醛缩合物，其聚合度以及分子链

结构、所含基团等直接影响其性能，经多次实验 PH碱

性过低，反应慢时间长，反应又不容易进行，做出来的

产品分子量低，性能不是很好。因为无热源工艺起始反

应温度低，催化剂 PH 在 9-10 较为合理，反应速度适

中易于控制，产品的分子结构达到理想，流动性能好，

减水率高。

4 与传统工艺产品的混凝土性能比较实验

水泥：溧阳金峰牌 P.O42.5 级

砂子：中砂，细度模数 2.4

石子：5-31.5mm 连续级配

水：自来水

表 3 不同合成工艺产品的混凝土坍落度及强度实验

坍落度（mm） 强度（MPa） 产品编号

初始 1h 后 7d 28d

ASP 1# 210 180 26.4 39.2

ASP 2# 205 175 27.3 40.0

DWASP 1# 205 170 25.9 38.9

DWASP 2# 205 180 26.7 40.5

注：配合比 W：C+F：S：G=180：300+60：800：

1050，掺量 1.0%

由上表可以看出，无热源法工艺与传统工艺产品的

混凝土坍落度和强度基本一样，说明无热源法生产氨基

磺酸盐高效减水剂工艺是完全可行的，并且产品的成本

低，对水泥颗粒分散性好，各方面性能达到了要求，是

一种高性能绿色环保产品。

5 结论

（1）无热源法生产氨基磺酸盐系高效减水剂的主

要合成条件是反应起始浓度为 48%，缩合浓度为 37%，

PH值为 9-10，缩合保温温度 95℃，时间为 5个小时，

产品性能最佳。

（2）深入优化合成工艺，采用了苯酚的低温贮存

无毒全封闭系统，充分利用化学反应中释放的热量，最

终实现无需热源来生产氨基磺酸盐系高效减水剂，产品

质量稳定，既环保又大大节省能源，加上用粗品对氨基

苯磺酸代替对氨基苯磺酸钠，总的产品成本可以降低

200 元左右，企业效益可观。

参考文献：

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研究[J].化学建材，2003，19（1）：42-45

混凝土技术 Concrete Technology

·38·

粉煤灰低密度油井水泥的研制 祝佳民，薛佳宏，吴宝君

（抚顺水泥股份有限公司，辽宁 抚顺 113015）

摘 要：通过在水泥中加入一定量粉煤灰和激发剂满足低密度水泥的需求。

关键字：低密度、粉煤灰、激发剂

Development of low-density oil well cement fly ash

ZHU Jiamin，XUE Jiahong，WU Baojun

（Fushun Cement Company Limited Liaoning Fushun 113015）

Abstract：By adding a certain amount of cement fly ash and activators to meet the needs of low-density cement.

Keywords：density；fly ash；activator

1 前言

随着大庆调整井、开发井的数量越来越多，使得长

封井，低渗透井的固井数量日益增加，为了保障固井质

量，除了改进完善固井工艺技术外，还应用低密度水泥

浆，降低水泥浆对地层的压力。然而，低密度水泥浆体

系所掺加作为减轻材料的漂珠，却因人们对环境保护的

日益重视和热电厂对除尘设施的改造，使得漂珠产量骤

减，质量下降。而且，近两年大庆油田大部分长封井，

易漏、低渗透井应用的低密度水泥浆密度范围控制在

1.60～1.70g/cm3，为了能够更好的满足固井需要，降低

漂珠的使用量，确保固井施工的正常进行，因此提出此

项目的开发研究。

1 研制难点

目前低密度水泥浆体系主要可分两种，一种是泡沫

水泥浆，另一种是加入适量的外掺料作为减轻剂控制水

泥浆密度。国内常用的低密度减轻材料分别为膨润土、

水玻璃、漂珠、泡沫等，尤以漂珠低密度水泥浆体系和

泡沫低密度水泥浆体系为主。目前由于大部分热电厂采

用新型静电除尘设备，漂珠产量骤降，价格不断上涨，

造成生产成本增加；然而粉煤灰这种热电厂废料却是不

可避免存在的，使用粉煤灰作为减轻材料的低密度水泥

可以通过掺加合适的激活剂来激活粉煤灰的活性，用于

提高低密度水泥浆的各项性能。不仅解决了目前固井施

工对漂珠的需求，也合理利用了粉煤灰这种热电厂废

料，进而减轻了粉煤灰对环境的再次污染。因此，以新

型减轻材料粉煤灰替代现有减轻材料漂珠，开发新型低

密度水泥浆体系迫在眉睫，然而应用粉煤灰作为外掺料

技术在水泥性能上有影响，要消除影响，必须通过外加

剂的辅助才能达到使用要求。

2 研制过程

2.1 不同种类粉煤灰对水泥石抗压强度的影响

以粉煤灰水泥浆密度为 1.60g/cm3 为例，选用粗粉

煤灰（Y1）、细粉煤灰（Y2）和增钙粉煤灰（Y3）三种

粉煤灰样品。实验采用 API 规范所规定的方法制备水泥

浆，水灰比为 1.2，实验温度为 38℃。将制备好的水泥

浆装入强度试模后，在实验温度条件下置入常温常压养

护箱中进行养护。在养护龄期到达前大约 45min，从水

浴中取出试模并拆模，将试块立即放入水温（27±3℃）

的水浴中继续养护，直到试块破型。实验数据如表 1

所示。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·39·

原材料

表 1 不同种类粉煤灰对水泥石抗压强度的影响

实验方案号 原浆 粉煤灰 激活剂 抗压强度，MPa/38℃/24h

1 A Y1 J3 4.0

2 A Y2 J3 2.1

3 A Y3 J3 5.8

由表中可见，粉煤灰样品 Y3，即增钙粉煤灰的抗

压强度最大。因而，我们选择增钙粉煤灰作为研究的主

要材料。

2.2 激发剂的选择

激发剂种类不同机理就不同，效果也不同，我采用

硫酸盐激发剂效果明显。

我国粉煤灰中的 A12O3 含量普遍较高，通常大于

30%。在粉煤灰中引入硫酸盐激发剂，可以促使水化铝

酸钙转化，生成更稳定的强度高的钙矾石。有些硫酸盐

（如 Na2SO4）水解后还可提高溶液中的 OH—浓度，促

使粉煤灰玻璃网状结构的破解，加速其水化反应。因此

引入硫酸盐激发剂是必要的，也是非常有利的。它是粉

煤灰活性激发的充分条件，作用可概括为：

1）硫酸盐激发粉煤灰、石灰系统主要活性 SiO2产

生水化反应生成型 CSH 凝胶是对粉煤灰活性进行碱性

激发和硫酸盐激发。由于硫酸盐和 Ca（OH）2共同存在，

粉煤灰同时受碱和硫酸盐双重界面激发反应除生成

CSH凝胶类外，生成水化硫铝酸钙类物质，粉煤灰的活

性 A12O3得到有效激发；

2）硫酸盐激发粉煤灰一石灰系统时 SO42-离子在

Ca2+的作用下与夹杂在粉煤灰颗粒表面的凝胶以及溶解

于液相中的 AlO2－直接生成钙矾石。钙矾石最终在粉煤

灰颗粒表面形成纤维状或网状结构的包裹层，其紧密度

小，有利于离子的扩散渗透，使粉煤灰活性激发得以继

续进行；

3）SO42-离子能置换 CSH凝胶中的部分 SiO44-离子，

被置换出的 SiO44-离子游离出来，与包裹层外的 Ca2+反

应又生成 CSH凝胶，使粉煤灰活性激发得以继续进行；

同时活性氧化铝在SO44-离子存在下溶解度将明显增大，

促进活性氧化铝的水化。

硫酸盐对粉煤灰活性的激发主要是 SO42-在 Ca2+的

作用下，与溶解在液相中的活性 A12O3反应生成水化硫

铝酸钙AFt，即钙矾石。反应式为：

A12O3 ＋ Ca2+ ＋ OH — ＋ SO42- →

3CaO·A12O3·3CaSO4·32H2O

部分水化铝酸钙也可与石膏反应生成钙矾石

（Aft）：

3CaO·A12O3·6H2O＋3（CaSO4·2H2O）＋20H2O →

3CaO·A12O3·3CaSO4·32H2O

2.3 粉煤灰的活化能

粉煤灰作为掺合料掺入水泥中，其活性组分 Al2O3、

SiO2能分别与水泥水化过程中析出的 Ca（OH）2发生火

山灰反应，生成类似于水泥水化产物的低钙型水化硅酸

钙凝胶体和水化铝酸钙，从而表现出化学活性。并可将

具体反应过程简化，并用下列方程式表示：

粉煤灰活性成分＋Ca（OH）2 → 可溶于酸的产物

根据活化能理论，反应速率常数随温度的变化和该

反应的活化能有关，这种关系可用阿仑尼乌斯

（Arrhenius）公式表示：

k＝Aexp（-E0/RT）

或者 lnk＝1nA－E0/R T

其中：A为频率因子；E为表观活化能；T为反应

温度；R为气体常数。

根据各粉煤灰的反应速率 k与温度 T的关系曲线，

即以 lnk 对 1/T 作图，便可求得各粉煤灰的表观活化能。

按阿仑尼乌斯公式求出的表观活化能 E0，对反应来说，

具有两层含义：第一是峰能的意义。也就是说，若某过

程随温度变化的关系符合阿仑尼乌斯方程，则可认为该

过程是一个需要翻越过能量为 E0 那么高的能峰才能发

生的过程。所以在一定温度下，活化能 E0 越大，化学

反应就越慢，即反应速率常数 k也越小；第二对于活化

能不同的反应，当温度变化时反应速率如何变化。根据

阿仑尼乌斯公式，如果反应的活化能越高，则随温度的

升高，反应速率增加得越快，即升高温度对活化能大的

反应有利；反之降低温度对活化能小的反应有利。粉煤

灰火山灰反应的活化能的高低，也反映了粉煤灰参与火

山灰反应难易与快慢程度，因此，活化能的大小也可以

作为评价粉煤灰化学活性高低的一个重要指标。通过对

混凝土技术 Concrete Technology

·40·

大量粉媒灰的动力学实验测定，粉煤灰的表观活化能一

般为 50～70KJ/mo1。通常化学反应的活化能大致在

40～400KJ/mol 之间，一般说来，若活化能 E0<40KJ/mol，

则 该 反 应 在 室 温 下 即 可 迅 速 完 成 反 应 ； 若

E0>100KJ/mol，则该反应需要进行适当的加热才能进

行，E0越大，对温度的要求也越高。从粉煤灰的活化能

值的大小可以看出，粉煤灰的火山灰反应属于比较容易

进行的反应。

3 水泥成品验证

通过调节粉煤灰激活剂的加量，制得三个生产样品

进行实验，实验养护温度为 38℃，同时加入一定量的

降失水剂 ZC-11，将水泥试块放入 38℃的恒温水浴中

养护，分别测定养护 24h 和 48h 的水泥石抗压强度和相

应的稠化时间。

表一

实验序号 24h 抗压强度，MPa 48h 抗压强度，MPa

1 5.5 10.1

2 5.9 10.8

3 6.5 11.5

表二

实验序号 初稠 Bc 稠化时间 min

（35MPa，55℃）

失水量 ml

（6.9MPa，45℃）

1 13 175/184 295

2 13 163/176 315

3 15 147/159 273

通过以上两表，可知样品 3满足生产需求。

4 结论

（1）粉煤灰低密度油井水泥完全可以替代其它类

型低密度油井水泥。

（2）通过采用粉煤灰制造低密度油井水泥降低了

生产成本。

（3）生产粉煤灰低密度油井水泥可以有效利用粉

煤灰，为环保做出了贡献。

信息速读：

发泡混凝土可以做田径跑道

用作挡土墙。主要用作港口的岩墙。泡沫混凝土在岸墙后用作轻质回填材料可降低垂直截荷，也减少了对

岸墙的侧向载荷。这是因为泡沫混凝土是一种粘结性能良好的刚性体，它并不沿周边对岸墙施加侧向压力，沉

降降低了，维修费用随之减少，从而节省很多开支。泡沫混凝土也可用来增进路堤边坡的稳定性，用它取代边

坡的部分土壤，由于减轻了质量，从而就降低了影响边坡稳定性的作用力。发泡混凝土 http://www.njfuhao.com

修建运动场和田径跑道。使用排水能力强的可渗性泡沫混凝土作为轻质基础，上面覆以砾石或人造草皮，

作为运动场用。泡沫混凝土的密度为 800-900kg/m3 此类运动场可进行曲棍球，足球及网球活动。或者在泡沫

混凝土上盖上一层 0.05m 厚的多孔沥青层及塑料层，则可作田径跑道用。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·41·

工程应用

重庆环球金融中心超高层混凝土生产及泵送技术 秦泽海，孙 锦，邹松岭

（重庆永固新型建材有限公司，重庆 400020）

摘 要：根据配制超高层混凝土的具体指标，就超高层混凝土配合比设计进行论述，并从混凝土搅拌生产、泵送、施工等方面

阐述了超高层混凝土的生产和泵送质量控制，从而使混凝土可泵性得到提高。

关键词：超高层；混凝土；坍落度；可泵性；质量控制

Concrete Producing and Pumping Technology about the Super High-rise Building of Chongqing WFC

QIN Zehai，SUN jin，ZOU Songling

（Chongqing Unicorn New Building Materials Co.，Ltd.，Chongqing 400020）

Abstract：discussing the concrete mix proportionof high-rise building according to the authorized specific index，and elaborating the

concrete producing and pumping quality control of high-rise building in concrete mixing、pumping and construction so as to higher pumping

possibility of the concrete.

Key words：high-rise building；concrete；collapse degree；pumping possibility；quality control

0 前言

商品混凝土采用泵送施工已广泛用于建筑工程中，

但西部地区重庆对于高度大于 300m的超高层泵送，因

泵送压力过高，所用混凝土强度高、粘度大，使用混合

砂，泵送尤其困难，给泵送施工带来一系列有待探讨的

技术难题。随着泵送混凝土的普及推广和迅猛发展，不

断研究混凝土的超高层泵送技术，对于提高超高层建筑

施工质量及施工效率具有相当的实用价值和经济意义。

重庆环球金融中心位于重庆市渝中区，解放碑“十

字金街”核心，建筑总高 339 米，为目前中国西部地区

在建第一高楼，共 78 层，其中地下 6层，地上 72 层，

使用楼层最高为 70F，占地面积：5800 平方米，建筑面

积 20.47 万平方米，建筑防火类别：一类超高层公共建

筑，地震基本烈度：6度，建筑结构：框架核心筒（现

浇混凝土叠合柱—核芯筒体系），集 6S 国际超甲级写字

楼、国际名品购物中心、顶级私人会所为一体的地标性

超高层建筑。建成后的“重庆环球金融中心”必将成为

中国西部的世界级城市地标和总部经济基地。此工程混

凝土使用量大，日需求量多，混凝土技术难度较高。

1 混凝土配合比

1.1 原材料

此工程项目混凝土所用原材料为重庆当地原材料。

1.1.1 水泥

选用拉法基水泥有限公司 PO42.5R 水泥各项性能

检验结果见表 1。

表 1 水泥各项性能检验结果

生产厂家 重庆拉法基水泥有限公司 品种、强度等级 42.5R 级普通水泥

凝 结 时 间 安 定 性 抗压强度（MPa） 项 目

比表面积

m2/kg 初凝 终凝 饼法 雷氏法 3d 28d

结 果 345 145min 220min 未见裂纹

未见翘曲 / 31.0 49.3

混凝土技术 Concrete Technology

·42·

1.1.2 粉煤灰 选用珞璜电厂Ⅱ级粉煤灰，各项性能检验结果见表2。 表 2 粉煤灰各项性能检验结果

检验项目 细度（﹪） 需水量比（﹪） 烧失量（﹪）

检验结果 18.4 98 5.2

1.1.3 磨细矿渣粉

选用腾辉建材有限公司 S95 级磨细矿渣粉， 各项

性能检验结果见表 3。

表 3 磨细矿渣粉各项性能检验结果

活性指数（﹪） 检验项目 比表面积（㎡） 流动度比（﹪） 烧失量（﹪） 密度（g/cm3））

7 28

检验结果 445 97 2.38 3.03 76 99

1.1.4 细骨料

选用混合砂：水洗卵石机制砂，细度模数 3.2，含

泥量 1.8；长江砂细度模数 0.8，含泥量 2.7；C40 机制

砂与长江砂比例为 60﹪：40﹪，C55 机制砂与长江砂比

例为 70﹪：30﹪。

1.1.5 粗骨料

选用江北玉蜂山石厂的碎石，为防止碎石级配不合

理，两级配搭配使用，比例为 5-10mm：5-25mm=5：5，

针片状含量 5.0﹪，压碎指标 9﹪，表观密度 2680kg/m3，

紧密密度 1650kg/m3。

1.1.6 外加剂

选用三圣特种建材有限公司萘系减水剂，减水率为

20﹪。

1.2 超高层混凝土配合比

在采用常规材料的水泥混凝土中掺入一定量的矿

物掺合料和专用复合外加剂，在施工时采取严格的质量

控制措施制备满足力学性能要求并具有较高的可泵性

的混凝土。

表 4 混凝土配合比

每方混凝土用量（kg/m3） 强度等级 总胶材（kg）

水泥 粉煤灰 矿粉 砂 碎石 外加剂 水

C40 435 304 109 22 720 1080 9.57 175

C55 530 380 86 64 661 1079 13.25 165

2 混凝土试验结果 2.1 混凝土力学性能

表 5 混凝土力学性能

平均强度（MPa） 抗压强度（MPa） 强度等级

28d 最高值 最低值

C40 48.7 50.8 45.1

C55 63.9 68.3 58.7

2.2 混凝土可泵性能

表 6 混凝土可泵性能

检验项目 初始坍落度

（mm） 扩展时间 T50（s）

坍落度扩展值

（mm） 混凝土保水性

混凝土经时 2h 损失坍落度/

扩展值（mm）

拌合性能 250 12 650 无泌水现象 230/580

3 混凝土主要施工难题及采取措施

3.1 施工难题

3.1.1 泵送最大高度 339m，对施工安全、可靠性、

环境保护和自动化程度要求都高，交通管制（3小时）

混凝土中段停止泵送 3小时，又给混凝土泵送施工带来

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·43·

工程应用

很大难度。

3.1.2 水胶比小，使得混凝土拌合物出现粘度过大

的问题。

3.2 采取措施

3.2.1 输送泵

此工程分两次施工，采用两台三一重工的 HBT90

超高压混凝土输送泵，同时布置了两套同样管道，两台

泵可同时泵送。在 339m高度的泵送过程中混凝土泵液

压系统的工作压力为 24～25MPa，混凝土出口压力

16MPa，每分钟换向 10～11 次，输送量约 40m3/h。

3.2.2 设备的泵送能力

设备最大泵送能力应有一定的储备，以保证输送顺

利、避免堵管。在本次 339m 高度的泵送过程中，混凝

土泵的液压系统工作压力为 24～25MPa，混凝土出口压

力 16MPa，而 HBT90CH超高压混凝土泵的液压系统工

作压力可达 35MPa 混凝土出口最高压力可达 22MPa，

这也是 HBT90CH 顺利完成 400m 超高层泵送的至关因

素。

3.2.3 设备配置的可靠性

设备的配置应以可靠性为首要原则，超高层混凝土

输送合理的布置管道至关重要，一旦因设备故障而中止

泵送 2h 以上时，混凝土在输送管内会出现泌水、离析，

将使整个管道系统内混凝土报废而严重影响施工质量。

三一HBT90CH 泵采用两台发动机，既可同时工作以提

高工作效率，也可单独作业，即使 1台发生故障仍有备

用发动机继续工作，大大提高了施工过程的可靠性。此

外，两套独立的泵和管道系统也是顺利施工强有力的保

障。

3.2.4 耐超高压的管道系统

在进行超高压泵送时，管道内压力最大可达到

22MPa，纵向将产生 27t 的拉力，必须采用耐超高压的

管道系统。此外常规的连接与密封方式也不能满足要

求，需采取下述解决方案。

1）采用壁厚为 9.5mm 以上的超高压管道，保障管

道的抗爆能力。

2）管道间的连接用螺杆强度级别保证，纵向拉力

由螺杆承受，使接头处得到可靠保障。

3）带骨架的超高压混凝土密封圈能防止混凝土在

22MPa 的高压下从管夹间隙中挤出，确保密封长久可

靠。

4）输送管管径越小则输送阻力越大，但过大的输

送管抗爆能力差，而且混凝土在管道内流速慢、停留时

间长，影响混凝土的性能，最好选用直径为 125mm 的

输送管。

3.2.5 合理布管

布管应根据混凝土的浇注方案设置并少用弯管，尽

可能缩短管线长度。本工程管道沿楼地面或墙面铺设，

在混凝土地面或墙面上用膨胀螺栓安装一系列支座，每

根管道均由两个支座固定。为了减少管道内混凝土反压

力在泵的出口布置了 100m的水平管及若干弯管，取得

了较好的效果。

3.2.6 合理适用的混凝土配合比

配合比设计的原则是既满足强度、又要经济合理、

具有良好的可泵性，因此除通常须考虑的因素外必须处

理好如下几个方面。

1）水泥用量

适用于超高层泵送混凝土的水泥用量必须同时考

虑强度与可泵性，水泥用量少强度达不到要求，过大则

混凝土的粘性大、泵送阻力增大则增加泵送难度，而且

降低吸入效率。本例中水泥用量为 304Kg，在施工中取

得了很好的效果。

2）粗骨料

常规的泵送作业要求最大骨料粒径与管径之比不

大于 1∶3；在超高层泵送中因管道内压力大易出现离

析，此比例宜小于 1∶5，而其中尖锐扁平的石子要少，

以免增加水泥用量。

3）坍落度

重庆地区混凝土的入泵坍落度在 240mm 左右最利

于泵送，坍落度偏高易离析、低则流动性差。在超高层

泵送中为减小泵送阻力，坍落度宜控制在240～250mm，

同时防止混凝土离析及泌水。

4）粉煤灰及外加剂

粉煤灰和外加剂复合使用可显著改善混凝土拌和

物的和易性。外加剂掺量比普通泵送混凝土偏底，适当

增加用水量，改善混凝土的粘度和流动性，其最佳用量

应通过试验来确定。

3.2.7 保证混凝土的连续供给

混凝土技术 Concrete Technology

·44·

针对混凝土粘性好、凝结快的特性，为保证混凝土

的均质性，搅拌车在向泵机喂料前反向高速转动 20～

30s，泵送过程应迅速连续进行并不停地搅拌，避免因

混凝土在泵送过程中滞留过长而造成凝结堵管现象，在

交通管制时间发 3 车混凝土在施工现场每 30 分钟泵送

一次。

3.2.8 保证混凝土的顺利泵送

1）压送前应用水湿润泵的料斗、泵室、输送管道

等与混凝土接触的部分，检查管路无异常后方可采用水

泥砂浆润滑压送。

2）开始泵送时泵机应处于低速运转状态，注意观

察泵的压力和各部分工作情况，待顺利泵送后方可提高

到正常运输速度。

3）当混凝土泵送困难、泵的压力突然升高时会导

致管路产生振动，可用槌敲击管路、找出堵塞的管段，

采用正反泵点动处理或拆卸清理，经检查确认无堵塞后

继续泵送，以免损坏泵机。

4）施工时采用由远至近的退管法与二次布管法，

本工程混凝土浇注方向与泵送方向相同。

3.2.9 其它注意事项

1）不得使用产生裂缝和表面凹陷的管道，管箍必

须紧牢，防止爆管伤人；

2）及时进行故障处理和更换必要的易损件；

3）停机后应及时清洗并注意泵机的保养。

4 混凝土生产质量控制

4.1 混凝土生产供应

4.1.1 生产调度昼夜 24h 小时值班，保证全天候与

工地联络畅通，以确保生产供应。

4.1.2 为了能及时解决生产供应中出现的问题，两

位调度主任轮流值班。

4.1.3 根据现场情况，随时向工地派出现场工长负

责前场协调及技术服务工作。

4.1.4 为保证混凝土的连续供应，确定两条及以上

的行车路线：

4.2 混凝土质量控制

混凝土配合比可根据不同施工部位及不同施工温

度段的配合比，以达到高层混凝土的可泵性、凝结时间

及其他性能指标的要求。

4.2.1 水泥选用重庆拉法水泥有限公司生产的

42.5R 级旋窑水泥，并按批抽检。

4.2.2 掺和料采用珞璜电厂粉煤灰和（或）腾辉新

型建材有限公司生产的 S95 级磨细矿渣粉，并按批抽

检。

4.2.3 砂石进场时按批抽检。砂采用细度模数不小

于 0.8 的长江砂，细度模数 3.2 左右的优质机制砂；碎

石选用公称粒径为 5~25mm石灰岩碎石，岩石抗压强度

满足设计要求。

4.2.4 外加剂选用江北特种建材有限公司生产的

FDN-OR 高效缓凝减水剂，由外加剂厂配制专用外加

剂。

4.2.5 建有完善的电脑局域网，对整个生产流程进

行网络控制。每个环节、每个人员都只能以唯一的实名

和密码进入系统，系统对每次进入的资料都有详实的记

载。

4.2.6 试验室人员昼夜 24h 值班，进行原材料检测、

施工配合比调整、坍落度控制、出厂检验。

4.2.7 控制室严格按配合比配料计量，各种原材料

计量严格控制在规范要求的允许范围内（如下），每盘

混凝土计量原始数据都将进行保存，以备查阅。

水泥、磨细矿渣粉、膨胀剂：±1.0%

水、外加剂： ±1.0%

砂、石 ：±2.0%

4.2.8 坍落度控制

严格按照施工要求控制混凝土入泵坍落度 T=T0±

△T ㎜，站内设专人控制出厂坍落度。（T0 为施工方要

求坍落度、△T为坍落度经时损失）

4.2.9 混凝土凝结时间

通常情况下，混凝土的初凝时间在 16 小时左右，

保证混凝土泵送施工要求。

4.3 应急处理

4.3.1 若因客观原因不能继续搅拌混凝土，立即联

络事先预约的后备站及同业协作单位继续生产供应，避

免断料。

4.3.2 搅拌站随时预备 1 台混凝土泵，若因泵机故

障，40 分钟内可赶到现场，以保证结构施工要求。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·45·

工程应用

4.3.3 设备科下属的机修组和汽修组，全天候派人

值班，负责保证搅拌、运输、泵送设备的正常运转和应

急抢修。

4.3.4 随车携带一定数量的同品种外加剂原液，当

混凝土坍落度损失较大时，以外加剂原液或外加剂原液

与水按 1：4稀释后调节坍落度以满足施工要求。

4.3.5 当现场车辆积压过多，可能会影响后面的混

凝土正常浇筑时，立即控制发车数量并与施工单位协

商，及时对积压车辆进行疏散，避免因混凝土在现场停

留时间过长而造成质量隐患。

5 结语

随着西部大规模建设的开展，房屋建筑结构越来越

复杂，建筑高度也不断的被超越，同时对混凝土多种性

能提出更高的要求。混凝土供应单位应不断创新混凝土

技术，以适应时代的发展。具体工程实践表明，只要施

工单位和混凝土供应单位密切配合，针对难题结合当地

混凝土原材料特性，混凝土工程质量完全可以保证。

参考文献：

[1] 预拌混凝土 GB/T14902-2003

[2] 预拌混凝土生产与施工质量控制规程 DBJ

50-038-2005

[3] 曹文达.新型混凝土及其应用.北京：金盾出版社

[4] 赵志缙，赵帆.混凝土泵送施工技术.北京：中国建

筑工业出版

[5] 易晓刚.香港特殊的混凝土及其泵送分析.筑路机械

与施工机械化

信息速读：

泡沫混凝土砌块设备是中小投资者的最佳选择

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混凝土技术 Concrete Technology

·46·

作者简介：贾有权，1979 年 7月，毕业于东北大学土木工程，本科，中铁九局桥梁分公司总工程师，工程师；110013

CRTS III 型板高性能混凝土抗压强度试验研究 贾有权 1，王洪刚 2

（1.中铁九局桥梁分公司，辽宁 沈阳 110013；2.北京交通大学土建学院，北京 100044）

摘 要：针对我国自主研究的 CRTS III 型无砟轨道板，应用正交试验、基于极差分析法进行了混凝土强度的影响因素分析。在

此基础上，首次明确了水胶比、参合料掺量、砂率等主要因素对高速铁路无砟轨道高性能混凝土在不同时期强度的影响，如对

于 3d 抗压强度，参合料掺量是显著因素，水胶比和砂率为不显著因素；对于 7d 抗压强度，参合料掺量、水胶比是显著因素，

砂率为不显著因素；对于 28d 抗压强度，水胶比是显著因素，参合料掺量、砂率为不显著因素。

关键词：CRTS III 型板；高性能混凝土；抗压强度试验；影响因素

CRTS III high performance concrete compressive strength test of template

JIAYouquan1，WANG Honggang2

（1.China Railway NO.9 Engineering bridge Branch Liaoning Shenyang 110013；

2.Beijing Jiaotong University，School of Civil Engineering Beijing 100044）

Abstract：In our own research CRTS III-type non-ballasted track panels，orthogonal test，variance analysis method based on the strength

of the concrete influencing factors. On this basis，for the first time defined the water-cement ratio， the participation ash materials，sand and

other major factors on the rate of high-speed railway non-ballasted track performance concrete strength at different times，such as the

compressive strength of the 3d，the participation is expected dosage significant factor，water-cement ratio and sand was not significant

factors；for 7d compressive strength，the Senate combined material dosage，water-cement ratio is a significant factor，the sand was not

significant factors；for 28d compressive strength，water-cement ratio is significantly factors，the participation ash material，sand was not

significant factors.

Keywords：CRTS III plate；performance concrete；compressive strength test；influencing factors

1 引言

CRTS III 型板是我国自主研发的具有完全自主知

识产权的一种无砟轨道结构形式。根据工程实践，抗压

强度是轨道板混凝土性能的重要指标之一，混凝土的其

它性能也都与混凝土的抗压强度有着密切的内在联系[1-2]。

通过试验发现，CRTSIII 型板混凝土强度的发展及

影响其变化规律的条件与相同强度的传统混凝土不尽

相同，所以对抗压强度相关影响因素做理论分析和试验

研究是十分必要的[3-4]。基于此，本文主要采用极差法分

析水胶比、砂率、复合掺合料掺量对 CRTS III 型轨道板

混凝土强度的影响，为生产出技术经济性优良的 CRTS

III 型板提供试验依据[5]。

2 正交试验原理及方案

2.1 正交试验设计原理

正交试验设计是数理统计学的一个重要的分支。多

数数理统计方法主要用于分析已经得到的数据，而正交

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·47·

工程应用

试验设计却是用于决定数据收集的方法[6]。正交试验设

计方法主要讨论如何合理地安排试验以及试验所得的

数据如何分析等。

使用正交表 Lp（nm）试验的 p个结果为 y1，y2，⋯

yp，记为

∑=

=P

iiyT

1

，PTy

py

p

ii == ∑

=1

1 ， ∑=

−=P

iiT yyS

1

2)(

ST 为试验的 p个结果的总变差：

PTT

rPT

rTrS

n

jj

n

j

Pj

2

1

22

1

1−=⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛ −= ∑∑

==

Sj 为第 j 列上安排因素的变差平方和，其中 r=p/n。

∑=

=n

jir SS

1

即总变差为各列变差平方和之和，且 ST 的自由度

为 p-1，Sj 的自由度为 n-1。当正交表的所有列没被排

满因素时，即有空列时，所有空列的 Sj 之和就是误差

的变差平方和 Se，这时 Se 的自由度 fe 也为这些空列自

由度之和，当正交表的所有列都排有因素时，即无空列

时，取 Sj 中的最小值作为误差的变差平方和 Se。

从上述分析可知，在使用正交表 Lp（nm）的正交

试验方差分析中，对正交表所安排的因素选用的统计量

为：

e

e

j

fS

nS

F 1−=

对所研究的因素进行 F 检验，当因素作用不显著

时，F服从 F（n-1，fe）分布。

2.2 试验方案制定

设计考虑了影响混凝土强度的三个因素：水胶比、

掺合料掺量、砂率。对三个因素取三个水平，正交试验

设计见下表 1所示。

表 1 正交试验设计

影响因素

因素 A 因素 B 因素 C 编

号水胶比 砂率（%） 掺合料掺量（%）

1 0.27 37 8

2 0.27 38 12

3 0.27 39 10

4 0.29 37 12

5 0.29 38 10

6 0.29 39 8

7 0.31 37 10

8 0.31 38 8

9 0.31 39 12

3 试验结果分析

3.1 龄期为 3d 抗压强度分析

因素 A（水胶比）：依据上述公式得：

SA=1/3 × [ （ 156.02 ＋ 151.82 ＋ 144.62 ） ] －

452.42/9=22.16

Se1=1/3 × [ （ 151.22 ＋ 152.12 ＋ 149.12 ） ] －

452.42/9=1.58

FA=22.16/1.58=14.03

因素 B（砂率）：

SB=1/3×[（151.22＋152.12＋149.12）]－452.42/9=1.58

Se2=1/3×[（151.22＋152.12＋149.12）]－452.42/9=1.58

FB=1.58/1.58=1.00

因素 C（掺合料掺量）：

SC=1/3 × [ （ 144.72 ＋ 149.52 ＋ 158.22 ） ] －

452.42/9=31.22

Se3=1/3×[（151.22＋152.12＋149.12）]－452.42/9=1.58

FC=31.22/1.58=19.76

查表可知 F分布临界值当α=0.01 时，F0.01（2，2）

=99.01；当α=0.05 时，F0.05（2，2）=19.00，因此方差

分析结果如表 2所示。

表 2 3d 强度方差分析表

方差因素 平方和 Sj 自由度 均方 F 值 F 分布临界值

水胶比（A） 22.16 2 11.08 14.03 F0.01（2，2）=99.01

砂率（B） 1.58 2 0.79 1.00 F0.05（2，2）=19.00

掺合料掺量（C） 31.22 2 15.61 19.76

误差 1.58 2

混凝土技术 Concrete Technology

·48·

依据统计学原理规定，当 F>F0.01时，为非常显著因

素；当 F0.05＜F≤F0.01时，为显著因素；当 F≤F0.05时为

不显著因素。通过我们得出的数据来看：FB＜FA＜F0.05

＜FC＜F0.01。因此可以判定，对于影响轨道板混凝土的

3d 抗压强度的三个因素来说，掺合料掺量是显著因素，

水胶比和砂率为不显著因素，即：III 型板混凝土早期

强度的主要影响各因素为掺合料用量。对 3d 强度的影

响曲线如图 1~图 3所示。

图 1 水胶比与强度关系图

图 2 砂率与强度关系图

图 3 掺合料与强度关系图

通过上面的图表我们可以得出以下结论：

①本文研究的影响Ⅲ型板混凝土 3d 抗压强度（早

期强度）三个因素的影响效果按主次排列为：掺合料掺

量＞水胶比＞砂率。

②复合掺合料影响混凝土的早期强度，其强度随着

掺量在 8%至 12%范围内呈增长趋势，其主要原因是因

为复合掺合料中含有活性较高、水化较快的硅砂粉，其

比表面积在 20000m2/kg 左右，细度远大于水泥及矿渣

粉。掺入适当该类的复合掺合料对混凝土的 3d 强度（早

期强度）有显著的提高。

③砂率对混凝土的早期强度影响极为不显著，其主

要作用是改善混凝土的工作性，提高混凝土的施工性，

水胶比对早期强度起到一定的作用，随着水胶比的提高

混凝土呈下降趋势。

3.2 龄期为 7d 抗压强度分析

混凝土龄期为 7d 的抗压强度方差分析，方法同 3d

抗压强度，方差分析结果如表 2。 表 2 7d 强度方差分析表

方差因素 平方和 Sj 自由度 均方 F 值 F 分布临界值

水胶比（A） 11.42 2 5.71 32.94 F0.01（2，2）=99.01

砂率（B） 0.35 2 0.17 1.00 F0.05（2，2）=19.00

掺合料掺量（C） 11.53 2 5.76 33.25

误差 1.07 2

依据统计学原理规定，当 F>F0.01时，为非常显著因

素；当 F0.05＜F≤F0.01时，为显著因素；当 F≤F0.05时为

不显著因素。通过我们得出的数据来看：FB＜F0.05＜FA

＜FC＜F0.01。因此可以判定，对于影响轨道板混凝土的

7d 抗压强度的三个因素来说，掺合料掺量、水胶比是

显著因素，砂率为不显著因素，即：Ⅲ型板混凝土 7d

强度的主要影响各因素为掺合料用量及水胶比。对 7d

强度的影响曲线如图 4~图 6 所示。

图 4 水胶比与强度关系图

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·49·

工程应用

图 5 砂率与强度关系图

图 6 掺合料与强度关系图

通过上面的图表我们可以得出以下结论：

①本文研究的影响 III 型板混凝土 7d 抗压强度（早

期强度）三个因素的影响效果按主次排列为：掺合料掺

量＞水胶比＞砂率。

②复合掺合料继续影响混凝土的 7d 强度，其强度

随着掺量在 8%至 12%范围内呈增长趋势，但水胶比与

复合掺合料的影响程度已相差无几，说明在龄期为 7d

时，掺合料掺量及水胶比对强度双重影响且影响程度基

本相同。

③砂率对混凝土的 7d 强度影响极为不显著，及砂

率对Ⅲ型板混凝土的强度影响较少。

3.3 龄期为 28d 抗压强度分析

混凝土龄期为 28d 的抗压强度方差分析，方法同

3d 抗压强度，方差分析结果如表 3所示。

表 3 28d 强度方差分析表

方差因素 平方和 Sj 自由度 均方 F 值 F 分布临界值

水胶比（A） 18.74 2 9.37 66.39 F0.01（2，2）=99.01

砂率（B） 0.28 2 0.14 1.00 F0.05（2，2）=19.00

掺合料掺（C） 1.98 2 0.99 7.00

误差 1.07 2

依据统计学原理规定，当 F>F0.01时，为非常显著因

素；当 F0.05＜F≤F0.01时，为显著因素；当 F≤F0.05时为

不显著因素。通过我们得出的数据来看：FB＜F0.05＜FA

＜FC＜F0.01。因此可以判定，对于影响轨道板混凝土的

28d 抗压强度的三个因素来说，水胶比是显著因素，掺

合料掺量、砂率为不显著因素，即：Ⅲ型板混凝土 28d

强度的主要影响各因素为水胶比。对 28d 强度的影响曲

线如图 7~图 9 所示。

图 7 水胶比与强度比例图

图 8 砂率与强度关系图

图 9 掺合料掺量与强度关系图

通过上面的图表可以得出以下结论：

①本文研究的影响Ⅲ型板混凝土 28d 抗压强度（早

混凝土技术 Concrete Technology

·50·

期强度）三个因素的影响效果按主次排列为：水胶比＞

掺合料掺量＞砂率。

②水胶比影响混凝土的 28d 强度，其强度随着水胶

比的增加而减少，并且，在对混凝土的 28d 强度的影响

因素中占据主导作用，掺合料掺量对Ⅲ型板混凝土的

28d 强度影响较少，说明其仅对混凝土的早期强度产生

较大影响。

③砂率对混凝土的 28d 强度影响极为不显著，说明

砂率对Ⅲ型板混凝土的各龄期强度影响均较少。

4 结论

结合我国高速铁路建设，对 CRTS III 型板高性能混

凝土的抗压强度进行了极差分析，得出如下结论：

（1）从龄期 3d 至 28d 时，水胶比由不显著因素变

为显著因素，说明水胶比对 28d 龄期混凝土的强度影响

较为明显。

（2）从龄期 3d 至 28d 时，掺合料掺量由显著因素

变为不显著因素，说明其仅对 CRTSⅢ型板混凝土早期

强度产生明显影响，对后期强度影响较小。

（3）从龄期 3d 至 28d 时，砂率一直为不显著因素，

说明其仅对 CRTSⅢ型板混凝土的强度影响较小。

参考文献：

[1] 张恩龙，谢素芳，高春勇等.CRTSⅡ型轨道板混凝

土技术[J].混凝土与水泥制品，2009，（3）：20-22，

25.

[2] GB50010-2002，混凝土结构设计规范[S].北京：中

国建筑工业出版社，2004.

[3] 马雪英.高性能混凝土在京津城际轨道交通工程中

的应用[J].混凝土，2007.12：95~97.

[4] 赵秀丽.CRTS Il型轨道板高性能混凝土性能试验研

究[J].混凝土世界，2011.5：80~84.

[5] 张勇，杨富民.我国高速铁路高性能混凝土的应用与

展望[J].施工技术，2009，38（11）：94~96.

[6] 中国科学院数学研究所统计组.正交试验设计[M].

天津有机染料公司，1975.

信息速读：

新型墙体材料业务亏损海南瑞泽变更募投项目

因新型墙体材料业务亏损，公司将变更募资用途，将新型墙体材料生产网点建设项目 8199.46 万元资金，

变更为投入商品混凝土示范生产基地及总部基地项目，剩余 4661 万元永久补充流动资金。同时，还将压缩琼

海新型墙体材料厂生产规模及筹备搬迁新址。

在这 1.29 亿元募集资金中，原计划新型墙体材料生产网点儋州新型墙体材料厂投入 5788 万元，澄迈新型

墙体材料厂投入 6374 万元。截至 2013 年 5 月 31 日，儋州、澄迈已投资募集资金 1334 万元，公司将用自有资

金予以替换补足。

公告显示，公司变更项目商品混凝土示范生产基地及总部基地项目建成后，预计每年建筑景观装饰混凝土

生产 2万立方米、高性能砼和特种砼生产 3万立方米、普通砼生产 30 万立方米。

此外，由于经营规模扩大，公司将在三亚市崖城镇创意产业园新建总部基地，因此公司拟将技术研发中心

建设项目实施地点变更至该产业园。

数据显示，海南瑞泽今年一季度实现净利润 749 万元，同比下降 8.68%。公司表示，因面临新型墙体材料

产品继续亏损的局面，预计今年 1-6 月份净利润将同比下降 20%-30%。

另外，海南瑞泽拟发行不超过人民币 3.3 亿元（含 3.3 亿元）公司债的申请获得证监会发审委审核通过。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·51·

工程应用

作者简介：金中朋（1980-），男，中交一航局第四工程有限公司工程师，2003 年毕业于沈阳建筑工程学院，黑龙江双城人，

从事工程管理工作。

曹永波（1980-），男，中交一航局第四工程有限公司工程师，2004 年毕业于长沙理工大学，吉林白山人，从事工程管理

工作。

溶洞发育区桩基施工探讨 金中朋，曹永波

（中交一航局第四工程有限公司，天津 300456）

摘 要：本文通过高速铁路土建工程在 DK1205+534.81～DK1206+454.32 段溶洞发育区的桩基施工实例，分析了灰岩溶洞区的

地层情况，确定了有效的施工技术方案。

关键词：嵌岩桩施工；灰岩溶洞；钻进斜孔处理；钻孔漏浆

Explore the cave developed area Pile Foundation Construction

JIN Zhongpeng，CAO Yongbo

（In CCCC Fourth Engineering Co.，Ltd.，Tianjin 300456）

Abstract：In this paper，high-speed railway civil engineering in DK1205 +534.81 ~ DK1206 +454.32 segment cave developed area of pile

construction examples，analyzes limestone cave formations district，determine the effective construction technology solutions.

Keywords：rock-socketed pile construction；limestone caves；slant-hole drilling process；drilling slurry leakage

1 工程概况

京沪高速铁路土建工程在 DK1205+534.81～

DK1206+454.32 段为岩溶地区嵌岩桩桥梁基础，上接承

台、墩柱，该区段内承台 27 个，嵌岩桩 268 根，最小

嵌岩深度 5.0m。

2 工程地质条件

2.1 岩土特征

地质勘探报告揭示，岩土自上而下为黏土、粉土、

粉砂、黏土、粉土、粉质粘土、黏土、灰岩。岩土物理

力学参数见表 1。

表 1 岩土物理力学参数表

序号 名称 岩土状态 平均厚

度m

承载力 fak（KPa）

压缩模量

Es（MPa）

凝聚力 C

（KPa）

内摩擦角

Φ（度）

介于高程

m

（2）1 黏土 硬塑 5.1 150 5.13 47.47 12.44 4.70~-0.40

（3）1 粉土 饱和 4.7 100 5.43 16.5 18.83 -0.40~-5.10

（3）2 粉砂 饱和 2.1 100 5.87 14.46 12.38 -5.10~-7.20

（4）1 黏土 软塑 5.2 100 4.83 18.38 11.13 -7.20~12.40

（5）1 粉土 饱和 1.4 100 6.06 15.43 13.27 -12.40~-13.80

（6）1 粉质粘土 软塑 9.5 100 4.69 19.34 10.75 -13.80~-23.30

（8）2 黏土 硬塑 3.8 180 7.29 50.76 13.16 -23.30~-27.10

（9）2 灰岩 强风化 1.3 400 -27.10~28.40

（9）3 灰岩 弱风化 600 -28.40m 以下

2.2 不良地质现象 地质报告揭示，该区段在 20.5～62.9 米以下钻探揭

混凝土技术 Concrete Technology

·52·

露基岩为三叠系中下统灰岩、白云质灰岩，岩溶较早发

育，岩溶形态主要为溶洞、溶孔等，深度规模 0.25～

9.20m；一般均有不同程度的充填，充填物为黏性土混

角砾等，部分溶洞为空洞。其中 DK1206+126.99 处分布

三叠系下统砂岩，岩芯呈砂土状，偶夹强风化碎块，厚

约 7.8m；DK1206+487.16～DK1206+528.30 段覆盖层约

44～58.1m，下伏泥盆系上统砂岩，岩石风化程度不均

匀，岩体完整性较差。

2.3 地下水

地下水类型有孔隙潜水、基岩裂隙水。地下水位埋

深一般在 0.4～5.0m，局部埋深大于 10m，大气降水为

地下水的主要补给来源。

3 桩基方案的选定和溶洞处理

3.1 桩基方案的选择

根据上述岩土特性和岩溶溶洞以及含岩溶裂隙承

压地下水等因素，灌注桩要完整成形，必须将岩溶溶洞

回填密实或护筒跟进，但是本工程埋深洞介于在-23m

至-51m，深度较大，护筒打入很困难，而且不经济，

现有的施工方法只有冲击钻成孔工艺满足要求。

本工程桩基选用冲击钻孔灌注桩，采用正循环冲击

成孔。

3.2 溶洞处理

施工前，现场准备好回填用的块石和粘土。施工中，

成孔接近溶洞顶板，要采用小冲程冲击，以免大面积击

穿溶洞顶板而卡钻。一旦出现孔内漏浆，说明溶洞顶板

已经击穿，要及时、反复回填块石和粘土，利用冲击钻

头将溶洞填满并挤密，在溶洞内构筑人工土石墙来形成

孔壁。

3.3 斜坡岩溶层的处理

冲机钻头在冲斜坡岩时，会产生较大的侧向冲击

力，使钻头冲击挤压斜坡岩坡下方向的岩土而产生变

形，导致孔壁偏位发生偏钻和桩端嵌岩不到位等质量问

题；同时会导致钻头不能有效冲岩，从而影响桩端嵌入

基岩。

由于斜坡岩上为呈硬塑状态的粘土，侧向不能抗钻

头冲击；因此在冲击斜坡岩之前，采用了投入片石挤密

斜坡岩上的粘土层（高度约 2m），以期达到固结孔洞侧

壁岩土，防止钻头冲击斜坡岩发生偏钻。当冲机钻头到

达斜坡岩标高时，分次投入片石（每次投入片石 2m高

度），然后用钻头冲击块石，使其挤入孔洞侧壁，形成

孔壁（见下图示一）。

块石挤密土洞壁

斜坡岩溶

冲机钻头

冲机钻头

斜坡岩溶

块石挤密土洞

（示意图一）

4 工程实例

4.1 穿越溶洞

90-10#桩设计桩顶标高2.16m，桩底标高－37.84m，

标高-31.15m 处入岩，-31.55m 至-32.85m 之间有溶洞，

溶洞高度 1.3m。施工选用冲击钻型号为 GK-6，采用∮

1.0m 底部带球弧面十字形铸钢实体钻头（钻头重量为

3.6t）、正循环冲击钻进、泥浆护壁成孔工艺。

钻至-31.1m 标高时进入岩层，进入岩层后，冲程

控制在 2m，冲击频率为 10-15 次/min，进尺为 0.07m/h

左右。施工时应注意孔内的水位变化及进尺情况。

钻进至-31.5 处遇到溶洞。立即将冲击锤提出孔口，

然后回填块石和粘土至泥浆溢出孔口，用高频率、低冲

程的方法冲击钻进，边破岩边钻进向溶洞内挤入块石和

粘土，在溶洞内构筑人工土石墙来形成孔壁。回填共进

行了 7次，回填块石 22 m3，回填粘土 13 m3。每次回填

的高度控制在溶洞口上部 2m，然后进行复打。总复打

时间为 27h50min。待泥浆面不再下降后， 冲程控制在

2~2.5m，冲击频率为 10~15 次/min，继续冲击钻进。

4.2 穿越斜坡岩

95-1#桩，桩长为 36m，桩顶标高 2.66m，桩底标

高－33.34m，-19.2m 处入岩。

钻至-19.2m 标高时进入岩层，进入岩层后，冲程

控制在 2.0m，冲击频率为 10-15 次/min，进尺为 0.15m/h

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·53·

工程应用

左右。在-20.9m 处出现冲锤倾斜和卡钻现象。将冲击

锤提出孔口，判明原因为： 在-20.9m 处存在岩石风化

不均或存在不规则岩面。回填块石至-18m 处，使孔底

出现平台，用高频率、低冲程的方法冲击，回填块石

3m3。

5 溶洞地区桩基施工需注意的几个问题

5.1 全面综合分析地质情况

每根桩的具体情况均不同。因此在桩基施工前，应

该认真分析、研究每根桩的地质资料，定出每根桩的施

工方案。但有时地质资料并不一定完全可靠，它只能做

参考。特别在岩溶区不仅要求有具体详细的地质资料，

更要认真分析、研究其纵横向联系，准确对地质结构层

做出判断，为桩基施工提供更有利的保障，采取更有利

的措施。

5.2 发育裂隙、延续溶洞的处理

在处理裂隙、延续溶洞时还存在一些技术技巧：a

首先必须使泥浆比重始终保持在 1.4 以上（指终孔清孔

前）；b 在即将进入溶洞前不能反浆，可以依锤的重量

保持尽可能厚的沉渣，这样一旦打穿溶洞顶板，沉渣可

以充填溶洞，在冲锤的拍打下，部分沉渣可以封堵洞内

的裂隙或溶沟；c 进入溶洞后，回填块石、黏土后，采

取低冲程慢速冲进，进尺要慢，尽量封堵溶洞部分的孔

壁，以防清孔时再次漏浆；d合理把握反浆时间，宜在

穿过溶洞 1—2m 后才反浆，如果不漏浆，则可按正常

速度冲进，如果出现漏浆，则宜再次回填黏土、块石，

然后冲进，确保溶洞部位孔壁的稳固。

5.3 冲锤的加工

从实际施工情况来看，岩溶地区桩基施工中很容易

出现“石笋”或掉锤齿现象，给施工带来了极大的困难。

为了防止出现这种现象，须对冲锤进行防护：I 在冲锤

底部点焊接钢筋箍（至少螺纹 22），这样可通过判断钢

筋箍是否变形来判断孔壁是否光滑。及时发现问题并解

决；II 为防止掉锤齿打捞的困难，在锤的中部还要用钢

丝绳予以固定。这样一旦断齿，所断的齿可以连同锤一

起提出孔外。同时如果卡锤，对于锤的打捞、提出也有

帮助。

5.4 泥浆控制

终孔后清孔时泥浆比重不得低于 1.2，这样不致由

于泥浆太稀而使裂隙或溶洞重新敞开。

6 结束语

通过上述冲孔灌注桩在溶洞、斜坡岩、裂隙岩溶溶

洞地质的施工技术处理与控制，顺利完成了该区段内

112 根冲孔灌注桩的施工；经对桩基进行的小应变、静

载试验及超声波检测，112 根桩桩身完整，无明显桩身

缺陷，均评定为 I类桩，为京沪高速铁路的安全运行奠

定了基础。

信息速读：

西安禁止施工现场搅拌混凝土和砂浆

工地二次扬尘污染对环境的影响非常大，为此，西安市近日下发通告，要求禁止在建设工程施工现场搅拌

混凝土和砂浆，违者将被处罚。通告指出，新城区、碑林区、莲湖区、雁塔区、灞桥区、未央区、阎良区、临

潼区、长安区城市建成区范围内（含各开发区）的建设工程项目和地下轨道等大型基础设施工程的场站建设工

程项目均在禁止范围内。

同时，凡尚未通过施工图设计文件审查或尚未申领施工许可证的新建工程项目，应委托原设计单位在设计

说明中明确使用预拌混凝土及预拌砂浆的品种及型号，开工建设后要使用预拌混凝土及预拌砂浆。凡在建工程

尚未进行墙体砌筑、抹灰施工的建设项目，建设单位应当与原设计单位沟通，经施工图审查机构确认后调整使

用预拌砂浆。对违反规定者将给予处罚。

混凝土技术 Concrete Technology

·54·

室内装修中地热采暖相关技术参数及设计施工中的技术要点 王成佳

（辽宁省装饰工程总公司，辽宁 沈阳 110015）

摘 要：本文针对室内装修中的地热采暖在设计和施工中的一些技术参数进行分析，通过施工经验的积累，指出地热采暖出现

的系列问题及解决方法。

关键词：地热采暖；盘管；介质；絮凝；分集水器；热反射层；沿程阻力；热损失；粘滞性。

Interior decoration geothermal heating related technical parameters and design and construction of technical points

WANG Chengjia

（Liaoning Province Decoration Engineering Corporation，Liaoning Shenyang 110015）

Abstract：In this paper，the interior decoration of geothermal heating in the design and construction of some of the technical parameters

were analyzed by the construction of experience，that the series appearing geothermal heating problems and solutions.

Key words：geothermal heating；coil；media；flocculation；manifolds；thermal reflective layer；resistance along the way；heat loss；

viscosity.

1 前言

地热采暖早在上世纪七十年代，就在欧美日韩等地

得到广泛应用与发展。在我们国家是近些年才发展起来

的一种新的采暖方式。经过时间与使用验证，其科学，

节能，保健等采暖优点，被广泛接受。许多技术参数和

设计施工中的要点，尚须不断总结与完善，材料与产品

的研发仍有较大上升空间。

2 地热采暖的组成

2.1 热源

它是地热采暖系统中，热源进入盘管前的门卫，防

止介质中的杂质及颗粒悬浮物，进入管路系统中，絮凝

造型系统堵塞，流水不畅。过滤器是一个经常清洗的部

件。清洗比较简单，在设计及施工中不可将此部件遗漏。

2.2 分集水器

它是将采暖介质合理分配输送和回收的装置，它的

设计选型和施工有严格的技术要求。材质一般由铜或者

铜镀铬而成。分水端和集水端均应设置阀门。

2.3 盘管

盘管是输送和传导热量的载体，它的设计选型和施

工有严格的技术要求，材质有 PP-R 管材；PE-XC 管材；

PE-RT 管材等。

2.4 热反射层

一般是无纺布基铝箔材料，具有单项传热保温和防

水的功能。

2.5 保温层

一般要求厚度不小于 30mmYX 泡沫混凝土，或厚

度不下于 10mm挤塑板、苯板作为保温隔热层。

2.6 砾石导热层

一般采用φ10~30mm 的鹅卵砾石作为固定地热管

线，均匀辐射热量避免局部温度过高。7、水泥砂浆填

充层或保护层：犹如普通房间的水泥砂浆地面20-30mm

厚。

3 地热采暖的设计要点

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·55·

工程应用

3.1 合理科学确定回路

地热采暖回路的选择，一般是根据室内采暖的面

积，供水管路的压力，供回水管路压差所决定的。大多

数采暖进户管线均为一寸或六分的，压力在 3KG/cm2，

压差在 0.05~0.2KG/cm2 不等，系统主要靠压差来循环。

回路越多就需要更多的水量和压差来确保系统的循环。

当压差与水流量不变时，回路越多循环就越差，远端回

路压差会更小，对于系统不平衡的地热系统更是如此。

一般来讲，集分水器的回路设置在 2~8 路之间。低于 2

路不经济，大于 8路系统循环有问题。目前市场所能见

到的积分水器就在 2~8 路之间。

3.2.1 每个回路盘管长度如何确定

每个回路的管长由设计供回水管温度和房屋结构

热损失能力来确定。

3.2.2 管路的沿程阻力损失来确定

管路的沿程阻力损失来确定，管路的沿程阻力损失

h=λhL。式中 h为沿程阻力；λ为沿程阻力损失系数；

L为盘管长度。因为供回水管路压差在 0.05~0.2KG/cm2，

所以管路沿程阻力损失 h≤0.05~0.2KG/cm2，由此可计

算出管路长度 L。经过长期的工作经验得出地暖管每个

回路长度应相等，误差不应大于 2米，每个回路的长度

应在 50~90m 为宜。如果出现个别房间保温性能不好热

损失较大时，那么对该管路长度的选择要区别于其他回

路。因为该回路热损失较大造成管内水温迅速降低，介

质的粘滞性增加，管路阻力损失变大，造成水流不畅或

停滞，使整个系统平衡被破坏，务必引起注意，一定要

使该回路的管长较其他回路变短。具体短多少视房间热

损失情况而定。

3.2.3 合理选择集分水器

集分水器的选择应根据所确定的回路和进回水总

管的管径来确定。一般来讲，集分水器的路数应比管路

铺设回路多一路（以备用）。集分水器的管径应大于等

于进回水总管的管径。

3.2.4 地热盘管铺设间距的确定

地热盘管铺设间距由房间的热负荷；供回水管温

度、保温层厚度、填充层厚度、装饰面层厚度等一系列

因素决定，设计时必须综合考虑，一般控制在

100~300mm之间是比较节能经济的。

4 地热采暖的施工

我们国家已经制定出施工规范及标准各地所选用

的地方材料略有差异，在此不做详述。

信息速读：

诸城市质监局开展商品混凝土产品专项整治

近日，为有效提高建筑质量，维护群众生命财产安全，诸城市质监局针对商品混凝土产品开展专项整治活

动。

为保证专项整治活动出实效，诸城市质监局以学习为抓手，了解专业知识，了解混凝土生产企业存在的常

规违法问题，有的放矢，达到事半功倍的效果。

一是吃透标准，做好技术准备。诸城市质监局邀请水泥厂、混凝土厂技术人员，为执法人员讲解了混凝土

的设计、生产控制、验收等国家标准，如 JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》、GB50164-2011《混凝土

质量控制标准》、GB50204-2002《混凝土结构工程施工质量验收规范》等标准，吃透文本内容，做好技术准备。

二是请教同行，做好执法准备。向从参与过混凝土产品执法、检查的同行请教，了解混凝土生产企业存在

的常规违法问题，如未严格执行产品出场检验制度、伪造产品质量证明材料、检验报告数据与原始记录不一致

等情况，同时还从违法事实准确定性、选择适用法律条文等方面进行交流学习，做好执法准备。

混凝土技术 Concrete Technology

·56·

作者简介：吴宝志（1973-），男，陕西西安人，西安市地下铁道有限责任公司工程师。

王永红（1984-），男，甘肃陇西人，陕西天石实业有限责任公司助理工程师。

预拌混凝土实验室管理之三控两管两协调 吴宝志 1，王永红 2

（1. 西安市地下铁道有限责任公司，陕西 西安 710016；2. 陕西天石实业有限责任公司，陕西 西安 710021）

摘 要：混凝土实验室管理是混凝土企业管理的重要组成部分。以预拌混凝土实验室常规管理为例，可以通过健全成本、质量

和工作进度的控制，完善安全和信息的管理，加强内外部的协调来改善实验室管理，这条路子可以概括为“三控两管两协调”。

关键词：混凝土；实验室；管理；控制；协调

Three Controls，Two Managements，and Two Coordinations：Path of Premixed Concrete Lab Management

WU Baozhi1，WANG Yonghong2

（1. Xi’an Metro Co.，Ltd.，Xi’an 710016；2. Shaanxi Tianshi Industrial Co.，Ltd.，Xi’an 710021，China）

Abstract：Concrete lab management is an important part of the concrete enterprise management. Take routine management of premixed

concrete lab as example，it can be improved by the controls on cost， quality and work schedule，the managements on security and

information，the coordinations on interior and exterior.The method can be summarized as “three controls，two managements and two

coordinations”.

Keywords：concrete；lab；management；control；coordination

前言：混凝土实验室是混凝土企业的重要部门，承

担着企业的技术和质量两方面的管理，为加强预拌混凝

土实验室的质量管理，提高混凝土产品质量，严格执行

法律法规及国家、行业和地方标准，结合企业的实际，

进一步发展、规范实验室应该做到：控制质量、控制成

本、控制工作进度、安全管理、信息管理、内外部协调。

1 成本控制

在日常工作中对生产经营所消耗的人力资源、物质

资源等费用开支进行指导、监督、调节和控制，把各项

费用控制在计划成本范围内，以保证成本目标的实现。

1.1 直接成本

包括实验人员的工资；实验仪器设备、计量器具、

办公用品的购置费用；部分委托检验费用等。

1.2 间接成本

包括人员培训差旅费用；仪器设备维修保养、鉴定

费用；新配合比设计、新技术研发、试用费；事故处理

费用（如安全事故、质量事故、环保事故）等。

1.3 控制措施

控制成本额度、严格审批制度。把控原材料质量成

本、优化配合比，减少浪费损失等。

2 质量控制

致力于满足顾客对产品质量要求，通过采取一系列

的措施、方法和手段来保证产品质量达到合同、设计文

件、规程规范的标准要求。混凝土的质量控制必须做到

事前、事中、事后控制，层层把关，坚持“预防为主，

以纠为辅”原则，排除“人、机、料、法、环”五方面

的干扰因素，保证优质的混凝土生产。

2.1 原材料控制

配置混凝土的原材料在采购、运输、贮存与堆放等

环节必须按照国家标准进行检验，检验合格后方可用于

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·57·

技术管理

生产。

2.1.1 监督采购部门选择具有相应资格的合格供

方，不得采购无准用证的原材料。严格按照原材料质量

标准均衡组织进货。实验室建立并保存合格供方的档

案；采购合同应经审批，以保证所采购的原材料符合规

定要求；督促采购部门根据原材料准备的难易程度，在

能保证正常生产的前提下，保持合理的原材料贮存量。

2.1.2 按批取样、检验，坚持“先检验，后使用”

的原则，不得使用不合格原材料并对进场材料实施分类

管理，建立《综合台帐》。砂、石进厂，材料供应科应

进行含泥量、细度、级配等初步目测，如明显不合格应

当时退货，另有疑问通知试验室进行取样检验。其他原

材料进厂时，每车必须携带质量保证资料（包括：质量

合格证、送货单、检验报告）。

2.1.3 各原材料应按品种、规格、生产厂家分别堆

放，标有醒目标志，指示铭牌，标明品种和规格等产品

信息，避免混杂。堆料场应在碎石和机制砂中间设置隔

离，且不能超过规定的堆放高度。司磅员必须检查资料

齐全后方可称重，过磅时根据试验室要求做好水泥、粉

煤灰、矿粉取样，并指定位置卸货。粉料和外加剂贮存

时保持密封、干燥、防止受潮。对存放期超过三个月的

水泥、外加剂、掺合料，使用前应重新检验，并按检验

结果使用。液体外加剂更换生产企业或品种时，应对储

存容器进行清洗。

2.1.4 混凝土实验室和原材料生产供应单位必须在

材料进场时共同取样封存，封存的样品数量应能满足检

测的需要，封条应注明生产企业名称、样品编号、样品

品种、规格、生产日期、批号及代表数量、封存日期。

样品由实验室和所供材料生产方的管理代表或生产方

书面委托的人员双方签名或盖章后封存。封存样存放时

间应符合国家有关规定，存放期内封条应完整无破损或

揭换。

2.2 实验室配置

2.2.1 参与企业设置质量体系组织机构制定质量体系文件 结合企业的实际情况，采用 GB/T19000-2000 族标

准健全质量管理体系文件，制定可行的质量管理体系文

件，编制文件控制程序、质量记录控制程序、不合格控

制程序、内部审核程序、纠正措施程序预防措施程序等

一系列程序文件，确保有效运行，实行质量否决权。

试验室负责原材料、生产用混凝土配合比、成品质

量的检验和统计工作。质量检验，按照顾客需求（合同

要求）和有关标准及规定，对原材料、生产过程控制、

出厂混凝土进行检验和试验，出具检验报告，按规定做

好记录、标识和台帐，及时提供准确可靠的检验数据，

掌握质量动态，保证必要的可追溯性；原材料进场和出

厂产品确认、验证，严格按照合同要求和有关标准对原

材料进场和产品出厂进行确认，按相关标准和供需双方

合同的规定进行交货验收。有原材料进场和产品出厂否

决权。质量统计，用正确、科学的数理统计方法，及时

进行质量统计并做好分析汇总，寻找解决现存问题的方

法，提高企业的工作效率和决策的有效性，促进质量管

理体系的持续改进。

2.2.2 试验室人员、设备、场地的配置 根据质量管理体系文件制定岗位职责及要求和作

业指导书。试验室应配备主任，熟悉预拌混凝土生产工

艺，具备较丰富的质量管理经验和良好职业道德，能坚

持原则，熟知有关的各项标准和质量法规。检验人员：

具有良好职业道德，责任心强，熟知本岗位的操作规程

及检验方法，经专业培训，取得相应的上岗证。

试验室应在混凝土、水泥、集料、外加剂和掺合料

检测领域的相关应用指南规定配置试验、检测、计量仪

器设备，制定作业指导书，并按要求做好试验仪器设备

的管理工作，形成设备维护、保养、书面记录。

为了确保检验数据的准确性和复演性，试验室对各

级检验人员要组织抽查和操作考核。实验室组织的相关

检测项目与试验室间比对，比对检验内容包括原材料、

混凝土配合比和混凝土性能。

2.3 配合比控制

混凝土设计必须符合《普通混凝土配合比设计规

程》（ JGJ 55 ）、《混凝土强度检验评定标准》

（GB/T50107）、《混凝土质量控制标准》（GB50164）、《预

拌混凝土》（GB/T14902）和其他有关标准、规范的规定。

当出现合同有要求时；原材料的产地或品种有显著变化

时；生产大方量混凝土时；根据统计资料反映的信息，

混凝土质量出现异常时；该配合比的混凝土生产间断半

年以上时，应对混凝土配合比重新进行设计。

生产用混凝土配合比必须经过试验室试配，并有试

配记录及其他相关资料。应根据生产实际情况，储备一

定数量的混凝土配合比及相关资料，其中可包括：不同

混凝土强度等级、不同坍落度、不同水泥品种和强度等

级、不同集料粒径或细度模数、不同掺合料品种、不同

混凝土技术 Concrete Technology

·58·

外加剂品种。

混凝土配合比在使用过程中，应根据混凝土质量的

动态信息，以及原材料的变化情况，及时调整，并做好

记录。应将设计完成的混凝土配合比统一编号，汇编成

册，每年应根据上一年度的实际生产情况和统计资料结

果，对各种混凝土配合比设计进行确认、验算或设计，

并重新汇编成册。

2.4 混凝土质量生产过程控制

混凝土工作性能的好坏是保证工程质量的关键条

件之一，必须切实做好混凝土生产前的准备工作，加强

质量管理，确保混凝土的生产质量。

工程开工时试验室必须提前按设计要求进行综合

评审分析，采用现场原材料再一次做好混凝土的试配试

拌工作，复核检查混凝土拌合物质量及混凝土其他方面

性能。对有特殊要求的混凝土，在试配过程中必须严格

检查和测定混凝土的各方面性能，如混凝土的含气量、

和易性、缓凝时间、强度、抗渗能力、混凝土的收缩率

等等，同时对试配所用的原材料也要进行严格检验，验

证合格后的配比，方可用于生产。

在混凝土生产前，预拌混凝土的生产主要设备必须

符合《混凝土搅拌站（楼）技术条件》（GB10172）和

《混凝土搅拌机技术条件》（GB9142）的规定，控制室

有关人员必须严格地对生产设备进行检修、保养、调试，

加强进行计量器具的检查、校准，确保原材料计量的准

确度。调试合格后才能进行生产，生产时必须严格按配

合比进行下料，严格控制计量偏差在允许范围内。

施工过程中应根据每天砂、石材料含水量和粗细等

变化、坍落度、含气量，及时调整施工配合比；根据混

凝土质量的动态信息，进行及时调整。特别是当雨天含

水率有显著变化时，应增加测定次数，依据检测结果及

时调整用水量和骨料用量，并根据骨料含水量的变化，

及时调整用水量。必须密切注意观察混凝土流动性、保

水性、 粘聚性、砂率、混凝土的含气量、混凝土拌合

物经时损失及混凝土的凝结时间等等。以确保砼的最优

性。在施工过程中，不得随意改变配合比。

混凝土搅拌时间在规定范围内，搅拌完毕后，应根

据实际情况检测拌合物的各项性能；混凝土坍落度检

验、试件的留样制作须按国家标准，并做好检测记录。

2.5 混凝土的运输

司机要经常对车辆进行检查、保养，使车辆保持良

好的技术状况，并对发现的问题协助本项目部汽车修理

工一同认真处理，严禁隐瞒车辆故障而进行装料。装料

前必须对车辆进行一些常规检查，如油料是否足够、轮

胎是否完好、拌筒里的清洗水是否倒干净等。司机要经

培训熟识混凝土性能，运输途中不得私自载客和载货，

行使路线须以工作目的地为准，尽量缩短运输时间。

在运输过程中，确保混凝土运至浇筑地点后，不离

析、不分层、 组成成分不发生变化，并能保证施工所

必需的坍落度。如混凝土拌合物出现离析或分层现象，

应对拌合物进行二次搅拌。

混凝土浇筑前后，不得随意加水。混凝土运到浇筑

地点后，应检测其坍落度，所测坍落度应符合设计要求

和国家有关标准，且其允许偏差符合有关规定；

混凝土从搅拌时间起至卸料结束，一般要求在 1.5h

内完成，运输时间不宜超过 2h；严格控制搅拌运输车

的工作转速。

2.6 混凝土质量跟踪与技术服务

现场试验员必须密切监督施工现场混凝土质量，试

验员在混凝土浇注前必须进行外观质量检查，每车混凝

土在浇灌前必须搅拌 5分钟左右，然后观察其和易性及

坍落度情况，以避免到现场卸料时才发现而造成的混凝

土不合格；当混凝土拌合物质量出现少量波动时，必须

及时如实地向生产现场的质检员反映混凝土情况，及时

调整，出现问题及时解决，确保混凝土的质量；

在混凝土施工过程中，当班试验员必须注意检查混

凝土拌合物质量。当出现异常情况，如混凝土坍落度过

大而超过试配允许范围内；混凝土拌合物出现离析现

象；由于种种原因造成混凝土已出现初凝、假凝迹象等

时，为保证混凝土工程质量起见，现场试验员必须阻止

该车混凝土使用，并作报废处理，同时及时向有关负责

人反映，造成的经济损失，结合实际情况，再对有关当

事人进行处理。严禁故意隐瞒实际而使不合格的混凝土

用于工程中。

现场试验员应督促施工人员进行正确的浇筑、振

捣、养护等工序，混凝土施工现场的坍落度检验、试件

的留样制作须按国家标准。

2.7 混凝土的质量检验及强度检定

混凝土试件的取样，试件的制作、养护和试验，质

量检验及强度评定按《预拌混凝土》（GB/T14902）、《混

凝土的强度检验评定》（GB/T50107）、《普通混凝土拌合

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·59·

技术管理

物性能试验方法标准》（GB/T50080）、《普通混凝土力学

性能试验方法标准》（GB/T50081）等标准的规定。

如：取样位置、留样批次、最少试样量、试件的制

作、养护、破型的加荷速度、标准评定、非标准评定等。

2.8 不合格品的控制

2.8.1 混凝土原材料不合格控制与纠正 材料部对进场的原材料，必须及时通知试验室有关

人员严格按国家有关标准进行检测。一旦发现不合格的

原材料时，试验室必须及时通知材料部有关人员进行处

理，立即进行标识，予以隔离，防止误用，并做好不合

格品的评审和处理记录，保存好有关记录备查；

对不合格的原材料，材料部应坚决给予退场处理。

严禁把未经处理的不合格的原材料直接用于生产，并且

试验室有权制止，否则造成混凝土质量问题将追究有关

当事人的责任；

当发现不合格的原材料，材料部必须及时通知供应

商，避免下一批材料进场再出现不合格的现象。

2.8.2 混凝土拌合物不合格品的控制与纠正 在混凝土生产过程中，主要由试验室负责对混凝土

的质量监控，造成的混凝土质量问题应负主要责任；施

工现场的试验人员应负责监督混凝土拌合物质量。当混

凝土出现异常现象，如混凝土离析、混凝土坍落度过大

或过小等现象，试验人员应采取一些有效措施进行处

理。当对质量已无法补救时，应坚决作退料处理。严禁

把不合格的混凝土用于工程中。

2.8.3 混凝土不合格的控制与纠正 在混凝土生产过程中，试验室应加强混凝土的强度

检测工作。

在混凝土抗压试件中，当某个试块强度出现不合格

时，应试件的抗压数据进行分析，对可疑试件进行取舍。

当对混凝土试件强度的代表性有怀疑时，可采用非破损

检验方法，按有关标准的规定对结构或构件中的混凝土

的强度进行推定。

不合格批混凝土制作的结构或构件，应进行鉴定，

对不合格的结构或构件必须及时处理。

3 工作进度

依据企业计划、质量体系文件编制实验室进度计

划，在实施之前，必须事先制定一个切实可靠的科学的

进度计划。在制定工程进度计划时要有一定的预见性和

前瞻性，使进度计划尽量符合变化后的实施条件。在了

解和熟悉工作流程的基础上，根据企业要求编好工程进

度计划。根据进度计划配置人数、机械设备和材料，使

投入的人力、设备、材料确保工作进度。为了确保总的

目标，编制各个阶段进度计划，实行分段控制，制订月

计划、季度计划，用季度计划保月计划，用月计划保总

计划，制订计划时一定要留下余地。

4 安全管理

4.1 实验室人员必须进行安全教育，以预防为主。

安全教育主要内容：（1）．贯彻党和国家关于施工

安全的方针、政策、法令的规定。（2）．企业安全管理

规定。（3）．各设备的技术操作规程。（4）．牢记在安全

工作中的经验教训及预防措施。（5）．尘毒危害的防护。

（6）．执行入伍教育、现场教育、岗位教育，三级安全

教育制度。经安全、职能考试合格后方能录用。接受教

育者人人均需签名报到，不得遗漏。如有遗漏要进行补

课。未接受教育及考试不及格者，不得安排上班。 （7）

特殊岗位实验人员必须参加主管部门的培训班，经考试

合格后持证上岗。严禁无证上岗作业。

4.2 由检测方法、标准、规范规程结合实验室和环

境设备技术特性导出的对实验室和环境设备的计量要

求内容主要包括（不限于）：温湿度要求、温湿度调节

措施等。

4.3 属于危险品的部分试验试剂有专人管理，形成

发放制度。

5 信息管理

指对实验室活动中所产生的信息进行收集、加工、

整理、储存、传递与应用等一系列工作的总称。信息管

理的目标通过有组织的信息流通，使决策者能及时的获

得相应的信息，以便于做出正确的决策。包括各项文档

资料的收集、分类、整编、归档、保管等工作，保证资

料的完整性、真实性、规范性和统一性，并对部分信息

资料在有效范围内共享。

5.1 试验检测资料和技术资料的管理

5.1.1 原始记录资料 原始记录是检测，试验结果的真实记录，不允许随

意更改，不允许外单位借阅。原始记录必须现场填写完

整；记录控制要有再现过程溯源、信息足够、当时记录、

规范更改。

测试人员对所记录的数据的可靠性负责签字。检测

混凝土技术 Concrete Technology

·60·

数据的有效位数与被检测项目的规定精度相适应，不足

部分以"0"补齐；实验室主任审核签字、批准。

原始记录应在保存期内妥善保管，归档备查。

5.1.2 试验检测报告 试验检测报告应填写完整，签名齐全，文字简洁，

字迹清楚，数据准确。检测报告数据，一律采用法定计

量单位；

检测结果由检验人员填写，经校核人校对后交试验

室主任审核。 在审查过程中如发现报告有错误，不得

自行更改，应由原填写人重新填写。

5.1.3 技术资料管理 应长期保存的资料有：A.国家、地区部门有关试验、

检测工作的政策、法规文件国家标准 ISO 标准等；B.

试验、检测规程、规范、细则、仪器设备的操作规程和

方法；C.仪器设备的说明书、检定合格证及其它的技术

档案；D. 仪器设备的明细资料；

检测人员须借阅资料时办理借阅手续，未经试验室

领导同意，不得随意复制试验，检测报告，原始记录；

资料员应严格遵守技术保密制度，未经同意，不得向与

试验检测无关的人员借出技术资料；

超过保存期的资料须填写“技术资料销毁登记表”，

经批准后才能销毁。

5.2 试验检测数据的整理与分析

将每次的检测资料整理后，建立相应完备的档案资

料，并妥善保存，作为施工单位验收文件的组成部分。

根据检测数据，运用质量管理方法对混凝土生产中取得

的大量质量数据加以统计分析，随时控制和掌握生产过

程中的质量动态，针对生产中出现的质量问题，及时查

找原因，采取相应措施和对策，及时解决，保证公司质

量处于受控状态，保持生产的稳定性，同时不断地改进

测试手段，提高公司生产质量的预控水平。为保证质量，

节约成本，提高经济效益打下良好基础。

5.3 文件的控制

其目的是为了确保实验室使用的所有文件现行有

效；实验室须建立文件控制清单或文件控制表并对其进

行定期审核；对文件的发放进行登记；作为文件的软件

应定期进行审核确认；受控文件的范围至少应包括：管

理手册、程序文件、作业指导书、报告及记录表式、法

律法规及规范性文件、人员档案、检测试验方法标准、

仪器设备标准。

6 协调

协调是指协调与施工进度有关的单位、部门、和工

作队之间的进度关系。组织协调就是联结、联合、调和

所有活动及力量，其目的就是促使各方协同一致，调动

一切积极因素，以实现预定目标，协调工作贯穿整个项

目建设的全过程中 。制定了统一标准，妥善解决了各

阶段、各环节工作衔接的问题，增强了实验室工作的整

体性、规范性和可操作性。

6.1 内部协调

实验室上传下达根据要求协调内部各岗位之间完

成各项试验、检验、统计工作确保工作进度及时有效。

6.2 外部协调

包括上级质检、环保、协会以及客户之间的相关检

查、考察和企业内部各部门之间的协调、沟通、配合工

作。

如：监督采购部完成优质的原材料采购、配合生产

部确定混凝土施工方案、协助客户现场施工、养护混凝

土；积极迎接上级部门的检查等。

7 结语

质量是企业的生命，混凝土的质量关系到建筑安

全，息息相关人民的生命和财产安全。实验室的管理是

一个系统工程，需要各部门的配合，企业领导应以质量

为核心，管理为主线，做好实验室的管理工作为预拌混

凝土企业提供强有力的保证，使企业立足市场，稳定健

康持续发展。

参考文献：

[1] 杨绍林.预拌混凝土生产企业管理实用手册[M].中国建筑工业出版社，2008.

[2] 戴会生，等. 预拌混凝土企业试验室管理[J].混凝土，2009（12）：87-90.

[3] GB/T 19000-2000，质量管理体系 基础和术语[S]. [4] GB/T19004-2000，质量管理体系业绩改进[S]. [5] JGJ/T50164-2011，混凝土质量控制标准[S]. [6] JGJ 55-2011，普通混凝土混合比设计规程[S]. [7] GB/T50107-2010，混凝土强度检验评定标准[S]. [8] GB/T14902-2012，预拌混凝土[S].

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·61·

技术管理

作者简介：王瑶法（1970.6），男，宁波大学工学院教授，高级经济师

E-mail：mingfeng@zjmingfeng.com

商品砼远程监控管理系统开发和设计的探讨 王瑶法，何宏建

（明峰建材集团，浙江 杭州 310013）

摘 要：利用信息管理系统、数字测控技术和数字化建模等现代科技手段，将工业领域流水线管理思想引入到建筑生产管理领

域，将属于不同经济主体的混凝土生产、销售模拟成严谨的流水线生产体系；通过对该信息管理系统平台的开发，实现了对混

凝土生产企业通过系统的数据采集，为混凝土相关各方提供了统一的信息采集和处理平台，各主管部门、行业协会等可以准确

实时地掌握全市混凝土生产状态，主动采取管理措施；通过系统的统计分析，可以准确发现、判断及预测问题产品和问题企业，

从而将混凝土生产监管的严格可控成为可能。

关键词：混凝土；网络；监控管理；数据采集

Commodity Tong remote monitoring and management system development and design

WANG Yaofa，HE Hongjian

（MINGFEN BUILDINGGROUP，Zhejiang Hangzhou，310013）

Abstract：Information management system，digital measurement and control technology and digital modeling and other modern means of

science and technology，industrial field line management is introduced to the field of building production management，belonging to different

economic agents concrete production，sales modeled as strict assembly line production system; through theplatform for the development of

the information management system，the data acquisition system for concrete production enterprises，and provides a unified information

collection and processing platform for the concrete-related parties，the competent departments，industry associations and other real-time

and accurate grasp of the city's concrete productionstate，active management measures; through the statistical analysis of the system，you

can accurately find，judgments and projections and problems enterprises，which strictly controlled concrete production supervision becomes

possible.

Key words：The concrete；network；monitoring and management；data acquisition

0 引言

目前对于多个商品混凝土生产企业联合网络管理

方面的系统还没有，而随着计算机网络和安全方面的发

展，综合各个生产企业的情况，开发一套多厂家的网络

生产管理系统是今后发展的趋势。利用数字化建模技

术，通过混凝土生产企业信息完整实时采集、上传，建

立全地区混凝土动态跟踪信息的数字化数据仓库。

1 应用背景

商品混凝土被国家建设部已经列为九五计划重点

推广应用的十项新技术之首项，并规定到 2005 年底，

全国中等以上城市必须使用商品混凝土。现在每个县级

市一般都有 5个以上的商品砼的生产厂家。现在每个县

级市一般都有一个混凝土协会，迫切需要及时了解各个

混凝土技术 Concrete Technology

·62·

生产企业的产量、配方等各种信息，以提高商品混凝土

质量和产量，统一管理。通过网络对各混凝土生产企业

生产过程的网络控制、全程监控、材料消耗及生产成本

控制的全程监控、质量控制体系的全程跟踪、企业生产

状况同步动态分析等，提高整个行业的生产效率和生产

质量， 提高全员劳动效率，加强管理与监督 ，对商品

砼的生产和管理具有重大的意义。

2 解决的主要问题

该管理系统主要为了完善混凝土数据的获取途径，

通过数据采集系统自动接入塔楼控制系统获取原始真

实数据，然后通过网络传送到混凝土动态监管系统中，

达到实时自动采集获取真实生产数据的目的。

（工作流程图）

3 可行性分析

将信息管理系统、数字测控技术和数字化建模等现

代科技手段引进到了混凝土控制领域：信息管理系统的

开发为混凝土相关各方提供了统一的信息采集和处理

平台，保证了管理工作的协同可控；数字测控技术的引

入实现了混凝土搅拌站监测数据的实时采集和上传，保

证了原始数据的真实性；数字化建模技术的引入，在通

过数字编码将不同经济主体的混凝土搅拌及监督等环

节模拟成严谨的流水线生产体系的同时，也为各类监管

数据的统计和分析通过了可靠的数学分析模型，为协会

管理提供了有效的辅助决策手段。

4 系统设计方案总体介绍

4.1 设计目标

（1）符合 GB 8566-88 软件开发规范；

（2）各个混凝土企业的数据格式能转换成统一标

准；

（3）数据在公网上传送能达到数据机密性、数据

完整性、数据源认证，拒绝重放；

（4）在中心站点上能定时刷新最新的数据；

（5）在中心站点上能对各个混凝土进行监视和控

制；对生产配方和调度的网络控制。

（6）能通过 PC、手机和掌上电脑（需要相应功能）

对中心站点上的数据进行最新的查询和数据的发布。

4.2 设计方案概述

本项目将设一个中心站点，每个生产厂家通过网络

及时、准确的将各个厂家的数据传到中心站点，然后通

过中心站点进行各种控制和管理。本项目主要研究各个

混凝土厂家的数据格式统一转换和采集、基于高级加密

标准 AES 的加密上传、生产调度、产品质量保证和管

理信息平台。

图 1.1 项目总体结构

5 各企业原始数据共享

由于各个混凝土企业的生产数据和管理数据采用

的数据库格式不一致，总共有 10 几种情况（主要

有.dbf、.db、.mdb 和 SQL SERVER等几种数据格式），

我们要对各种数据进行定时分析采集和格式转换成我

公司设计开发的统一的 SQL SERVER 数据库的形式。

6 基于 VPN 的 AES 方式的数据加密传递

将中心协会和各个混凝土企业都接入到 Internet 公

网中，通过网络实现信息共享，但在公网中存在着诸多

的安全隐患，数据可能会丢失或被破坏，申请专线费用

又太高，因此我们将采用虚拟专网VPN 技术来保证数

据在公网上的安全传输。考虑到用硬件 VPN 设备成本

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·63·

技术管理

比较高，下面各个站点需要上传的数据量不大，所以我

们采用专门开发的软件 VPN 的方法来处理，该软件和

应用程序一起，安装简单，无需特别维护，对用户来说

是透明的。软件 VPN 技术采用 IPSec 的 ESP 的隧道模

式，加密采用 AES 算法。

7 基于.net 的软件系统

整个软件系统由现场监测子系统、服务器子系统、

远程客户端子系统组成。

（1）现场监控系统

现场监控系统主要实现两个功能，其一是实现常规

监控系统功能的现场监控软件，通过监控软件采集商品

砼实时生产数据；另一功能是作为远程监控代理，它接

受远程客户的命令和参数，并对这些命令进行解释执

行，将远程客户的控制命令作用于现场设备。

（2）服务器子系统

服务器子系统处于整个监控系统的第二层，主要由

Web 服务器、数据库服务器等共同组成。Web 服务器

是一个提供远程监控服务功能的网站服务器，在这台服

务器上放置若干能对商品砼现场生产过程和设备进行

远程操作的 Web 页面，当远程用户需要进行远程操作

时，登陆相应的页面，就可以进行远程操作了。由于监

控现场子系统的数据很复杂，包括图形、曲线数据，还

有各种实时数据，并要求实时数据能进行动态刷新，还

要求有一定的实时性。

（3）客户端子系统

客户端子系统是用户直接与商品砼监控管理系统

交互的部分，使用浏览器与Web 服务器进行交互。

8 管理平台系统使用

网络数据采集和监控系统设计

图 3.1 网络拓扑图

该方案中，我们考虑采用 Internet 接入方式，将中

心站点和各分厂都接入到 Internet 公网中，通过网络及

时、准确的将各个分厂重要站点的数据及时正确的传到

中心站点的电脑上，中心站点可以实时监视每个站点的

数据，同时具有报警功能。

根据目前规划及今后的发展，我们设定一个中心站

点，可以实时监视数据和数据保护。中心站点上都安装

网络数据采集和监控软件，对各个站点的数据实时监

控。

本软件包括数据采集、数据导入、统计报表预览与

打印、数据库备份等基本功能，同时报表类型也多种多

样，如明细报表、日报表、月报表、年报表、日图表、

月图表、年图表、砼产量报表和公司砼产量图表。

软件主要分为两种形式：数据网络客户端采集软件

和监控管理中心信息平台软件。

数据网络客户端采集软件是安装在各个混凝土生

产企业，该软件的主要功能是：网上采集各个混凝土生

产企业的实时生产数据。

中心信息平台软件是安装在混凝土协会的中心站

的，软件的主要功能：1、实时生产数据的网上导入、2、

数据查询、3、报表显示打印、4、图表显示分析。监控

管理中心信息平台软件的简单流程图如下。

网上数据采集

登 陆

数据导入 报表预览

报表打印

数据库备份

图 3.2 中心信息平台软件流程

9 监控管理系统主要功能简介

9.1 混凝土搅拌台数据自动采集系统（客户端）

数据网络采集端软件是安装在各个混凝土生产企

业，实时采集各混凝土公司的生产、销售数据，并通过

网络的方法，将采集到的数据上传给中心站点的监控管

理中心信息平台软件系统。图 4.1 是网络客户端采集界

面，提示客户端正在向中心站点发送数据。

混凝土技术 Concrete Technology

·64·

图 4.1 网络客户端采集界面

9.2 混凝土监控管理中心信息平台系统（服务器端）

监控管理信息系统平台的主要功能，业务处理菜单

下内容：导入数据、备份数据库、修改密码，退出；统

计报表：显示报表，可以根据不同的条件显示不同内容

的报表，以及图表。操作按钮可以方便调用系统主要功

能：导出数据（数据采集）、导入数据、统计报表和备

份数据库。

报表类型：明细报表：商品砼明细单，详细显示了

混凝土公司销售混凝土的详细资料：包括 1、混凝土公

司、2、工程名称、3、日期、4、砼品种 5、方数五个

方面，供详细查看。

10 结论

该信息系统的开发为混凝土相关各方提供了统一

的信息采集和处理平台，保证了管理工作的协同可控；

数字测控技术的引入实现了混凝土搅拌站相关生产及

检测数据的实时采集和上传，保证了原始数据的真实

性；为各类监管数据的统计和分析通过了可靠的数学分

析模型，为协会提供了有效的辅助决策手段。

通过该系统的应用，实现了对全市预拌混凝土生

产、使用、监测等全过程状态的及时和准确了解、统计

分析；其推广应用将有助于加大对预拌混凝土生产企业

以及工程建设各责任主体质量行为的监管力度，强化工

程项目实体监管的科学性和实效性，显著提高监管水

平，规范建筑市场，促进预拌混凝土行业的健康发展。

本系统在浙江兰溪、余姚混凝土专业协会使用情况下的

版本升级，在混凝土协会、质检站、各混凝土企业及建

设局有关部门都进行了安装使用，反映效果较好。

参考文献：

[1] 国家标准 GB8566-88《计算机软件开发规范》

信息速读：

屋面及地面建筑保温全轻混凝土的产品优势分析

全轻混凝土是以超轻陶粒、水泥、矿物掺合料、外加剂、拌和用水按照一定配合比经搅拌、浇注、养护而

成的轻质混凝土，也称多孔集料全轻混凝土。屋面、地面建筑保温全轻混凝土用于地面、屋面节能工程的水泥

类基层及整体面层，该构造层兼有保温功能。合理施工厚度为 30-50mm。屋面及地面建筑保温全轻混凝土的

产品优势：

1、全轻混凝土保温性能优：导热系数为 0.16-0.22 W/（M K），热阻约为普通混凝土的 5-10 倍。

2、全轻混凝土隔音效果佳：全轻混凝土中包含大量的轻集料，且分布均匀，吸音能力为 0.15-0.32%，是

普通混凝土的 3倍，具备有效隔音的功能。

3、全轻混凝土整体性好：现场浇注施工，与主体工程结合紧密。

4、全轻混凝土密度低：干体积密度为 950- 1050 kg /m3，是普通混凝土密度的 1/3-1/5，可减轻建筑物整

体荷载，提高结构的抗震性能。

5、全轻混凝土抗压强度高：抗压强度大于 15MPa，符合楼地面混凝土的使用要求。

6、全轻混凝土抗冻性好：因为陶粒的孔性以及与水泥石良好的整体性，使其具有良好的抗冻性能。

7、全轻混凝土变形性能好：轻集料混凝土的变形性能良好，弹性模量较低，与同标号的普通混凝土相比，

全轻混凝土的弹性模量约低 40~65%。

8、全轻混凝土寿命长：与主体工程寿命相同。

9、全轻混凝土施工工序简单：与泵送混凝土施工方法一致，无需其他找平层。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·65·

制 品

碱矿渣水泥制备的绿色环保混凝土路面砖的性能研究 王艳伟

（中铁九局集团工程检测试验有限公司，辽宁 沈阳 110025）

摘 要：试验研究了利用碱矿渣水泥制备的绿色环保混凝土路面砖的制备方法。首先通过正交试验进行混凝土路面砖配合比设

计，以抗压与抗折强度作为主要性能指标，分析碱矿渣水泥用量、水胶比、粗骨料等因素对混凝土路面砖性能的影响，确定混

凝土路面砖的最优配合比。然后研究了混凝土路面砖的成型方法，提出了振动成型的工艺流程图。最后依据 JC/T 446—2000《混

凝土路面砖》对生产出的路面砖进行了外观质量、尺寸偏差、物理力学性能检测。

关键词：碱激发；矿渣；路面砖；配合比

Concrete pavement brick on the use of alkali activated slag cement preparation were studied

WANG Yanwei

（China Railway NO.9 Engineering Testing CO. LTD，Shenyang 110025，China）

Abstract：An experimental study on manufacturing method of recycled aggregate concrete pavement bricks was carried out. Firstly，

Orthogonal experiment was designed to optimize the mixture ratio by using compressive and flexural strengths as test indices. The influences

on performance of concrete from unit cement content，water-bind ratio，coarse aggregate to natural coarse aggregate and so forth were

analyzed in terms of difference method. Secondly，a flow chart for manufacturing recycled aggregate concrete pavement bricks was put up

based. Then their properties such as appearance of road quality，size bias，physical and mechanical performance were tested according to

China code”Precast Concrete Paving Units”（JC/T 446—2000）.

Keywords：alkali-activated；coagulation materials；pavement brick；mixture ratio

0 引言

混凝土路面砖一般是以硅酸盐水泥、集料和水为主

要原料，经搅拌、成型、养护等工艺生产的用于路面和

地面工程的砖、板等混凝土制品。而绿色环保混凝土路

面砖用碱矿渣水泥取代硅酸盐水泥， 并掺入碎石、砂

子等原材料生产出的纯绿色环保路面砖。突破了国内混

凝土路面砖必须以水泥作为胶凝材料的技术要求，利用

高炉炼铁的副产品粒化高炉矿渣磨细的矿渣粉作为胶

凝材料。粒化高炉矿渣粉一般为生铁产量的 25%-50%，

据此估计国内矿渣年产量近 7000 万吨。绿色环保砖使

用大量工业废渣，具有重大的社会效益。

1 绿色环保混凝土路面砖的制备

1.1 原材料

（1）碱矿渣水泥：按照《几种缓凝物质对碱矿渣

水泥影响效果的研究》[1]采用石膏掺量为 3%的配比，其

物理性能检测结果见表 1。

表 1 碱激发水泥物理性能

凝结时间 抗压强度 抗折强度 安定性

初凝 终凝 3d 28d 3d 28d

合格 89 206 7.5 26.4 9.5 46.8

（2）粗骨料：采用粒径 5～15mm的碎石，含泥量

为 0.5%，泥块含量为 0.3%，针片状含量为 3%。

（3）细骨料：细度模数为 2.4，级配优良，属Ⅱ区

中砂，堆积密度为 1400～1450kg/m3，表观密度为 2600～

混凝土技术 Concrete Technology

·66·

2630kg/m3，含泥量小于 3%，不含泥块，符合建筑用啥

（GB/T 14684—2011）的要求。

（4）水：采用沈阳市内饮用水。

1.2 设备

（1）搅拌机：单卧轴试验混凝土搅拌机，电机功

率 1.5kW。

（2）振动台：振动功率（50±3）Hz，振动力 5～

9kN。

（3）模具：试验用模具采用木模板加工而成，模

板表面光滑，拼接处严密。

1.3 正交试验设计

根据《混凝土路面砖》JC/T 446—2000 中对于合

格品的要求：抗压强度不小于 30MPa，抗折强度不小于

3.5MPa，磨坑长度不大于 35.0mm，保证率为 95%，坍

落度要求 3～5mm。主要考察 3个因素：单位立方米水

泥用量、水胶比、砂率。试验选用 L9（34）正交试验，

运用极差分析法[2]对其结果进行分析，其因素水平表见

表 2。 表 2 正交试验因素水平表

因素 水平

单位立方米水泥用量 水胶比 砂率 X（空列）

1 360 0.36 38 —

2 380 0.38 40 —

3 400 0.40 42 —

九组试验结果见表 3。 表 3 L9（34）正交试验表及试验结果

试验序号 单位立方米水泥用量 水胶比 砂率 X（空列） 28d 抗压强度/MPa 28d 抗折强度/MPa

1 360 0.36 38 — 32.1 3.9

2 360 0.38 40 — 30.2 3.6

3 360 0.40 42 — 28.1 3.6

4 380 0.36 40 — 34.2 6.1

5 380 0.38 42 — 33.5 4.7

6 380 0.40 38 — 32.4 4.8

7 400 0.36 42 — 38.1 6.9

8 400 0.38 38 — 36.4 5.8

9 400 0.40 40 — 34.7 5.0

由表 4 可以看出：对混凝土路面砖抗压强度和抗折

强度影响的因素为：单位立方米水泥用量＞水胶比＞砂

率。根据平均值 k分析，随着单位立方米水泥用量的增

大，抗压、抗折强度也随之增大；随着水胶比的增大，

抗压、抗折强度随之降低；随着砂率的增长，抗压强度

先降低后增长，但抗折强度一直增加。抗压强度和抗折

强度的最优方案为：单位立方米水泥用量取 400 kg/m3，

水胶比取 0.36，砂率取 42%。根据路面混凝土路面砖配

合比设计要求，结合工作性要求及实际情况，最终确定

混凝土路面砖的配合比为：单位立方米水泥用量取 380

kg/m3，水胶比取 0.36，砂率取 42%，测得其 28d 抗压

强度为 38.2 MPa，抗折强度为 6.3 MPa。 表 4 28d 抗压、抗折强度分析表

28d 抗压强度/MPa 28d 抗折强度/MPa 因素

单位立方米水泥用量 水胶比 砂率 单位立方米水泥用量 水胶比 砂率

K1 90.4 104.4 99.9 11.1 16.9 14.5

K2 101.1 100.1 99.1 15.6 14.1 14.7

K3 108.2 95.2 100.7 17.7 13.4 15.2

1K 30.1 34.8 33.3 3.7 5.6 4.8

2K 33.7 33.4 33.0 5.2 4.7 4.9

3K 36.1 31.7 33.6 5.9 4.5 5.1

R 6.0 3.1 0.3 2.2 1.1 0.3

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·67·

制 品

2 绿色环保混凝土路面砖的成型工艺及性能研究

绿色环保混凝土路面砖主要用于人行道的铺设，参

照 JC/T 446—2000《混凝土路面砖》[3]选取路面砖的规

格尺寸为 250mm×250mm×50mm、300mm×300mm×

50mm 两种。采用振动成型工艺自然养护而成，待 28d

后对路面砖进行抽样检测，通过对检测结果和试验中现

象的分析，总结了绿色环保混凝土路面砖振动成型工艺

中应当加以控制的要点。

2.1 成型工艺

2.1.1 成型工艺流程

（1）混凝土路面砖制备：将各材料按配合比要求

称重后，遵循水泥裹砂石法[4]操作流程依次投入搅拌机。

先将全部砂、石和水玻璃倒入搅拌机，搅拌 10～20s，

将砂和石表面湿润，再倒入碱矿渣水泥进行造壳搅拌

80～100s，如有需要可加入外加剂，再搅拌 180s。

（2）装模、振动成型：将搅拌好的绿色环保混凝

土装入模具后，放上振动台振动，要求连续装料至规定

高度的转厚度50mm，待振动出浆后用刮板将砖面抹平。

在振动过程中采用与模具尺寸大致相当钢板压在混凝

土上，此操作方法有利于混凝土出浆，有利于控制路面

砖的厚度，因为在振动力的作用下多余的混凝土会从钢

板四周溢出。

2.1.2 成型工艺特点

（1）在平板式振动台上振动成型，生产工艺简单、

易于操作。

（2）可改变模具样式，使得路面砖表面花式品种

多样。

（3）与压制成型工艺相比，振动成型工艺节省投

资，密实度好，强度高，产品裂纹少。

（4）试验中采用人工操作，消耗人力少，生产效

率高。

2.1.3 路面砖养护

（1）带模养护：将成型后的路面砖带模置于养护

室，保证平均气温高于 5℃，并保持环境湿润，等到凝

结硬化 3～4d 脱模[5～6]。

（2）成品养护：将脱模后的路面砖放置于室外的

存放场所，浇水养护 28d 后方可使用。冬季生产应放置

于室内养护，保证其足够的温度和湿度。

2.1.4 成型工艺控制要点

针对试验中出现的问题，提出绿色环保路面砖振动

成型控制要点：

（1）应尽可能使用钢模，木模遇水膨胀，变形较

大，不利于控制路面砖的尺寸和外观质量。

（2）脱模剂的涂刷要均匀、适量，不能淤积。

（3）尽量排除混合料中的气泡，使其内部结构密

实，确保路面砖强度。

（4）混凝土在模具中均匀铺展，保证厚薄均匀，

不可堆积一处。

（5）向模具中装料要连续，避免时间间隔较长造

成层间破坏。

综上所述，绿色环保混凝土路面砖的成型工艺流程

可归纳，如图 1所示。图 2为中铁九局在大连金州一条

日本生产线上以碱激发水泥作为胶凝材料试生产的米

石砖的制备过程。

图 1 生产成型工艺流程

（a）投料

混凝土技术 Concrete Technology

·68·

（b）搅拌 （c）成型

（d）脱模 （e）装饰

图 2 绿色环保混凝土路面砖的制备过程

2.2 性能研究

上述制备的路面砖正面黏皮及缺陷的最大投影尺

寸、缺棱掉角的最大投影尺寸、非贯穿裂纹长度最大投

影尺寸、分层、贯穿裂纹、色差和杂质，以及路面砖的

尺寸偏差（长度、宽度、厚度、厚度差、平整度、垂直

度）的数据详见表 5。绿色环保混凝土路面砖经外观质

量和尺寸偏差检测符合要求，在此基础上主要研究其力

学性能和物理性能。

2.2.1 力学性能 （1）抗压强度

a. 试验设备：万能试验机，120mm×60mm垫压板。

b. 试件：试件数量为 5 块；试件两个受压面应平

行、平整，否则应对受压面磨平或用水泥净浆抹面找平

处理，找平层厚度小于等于 5mm。

c. 试验步骤：清除试件表面的粘渣，毛刺，放入

室温水中浸泡 24h；将试件从水中取出用拧干的湿毛巾

擦去表面附着水，放置在试验机下压板的中心位置，然

后将垫压板放在试件的上表面中心对称位置；启动试验

机，匀速连续的加荷，加荷速度为 0.4～0.6MPa/s，直

至试件破坏，记录破坏荷载。

d. 结果计算与评定：将破坏荷载除以试件上垫压

板面积即得路面砖抗压强度；结果以 5块试件抗压强度

的平均值和单块最小值表示，计算精确至 0.1 MPa。

此绿色环保混凝土路面砖的抗压强度平均值为

34.5MPa，单块最小值为 25.9MPa，试验数据见表 5。

（2）抗折强度

a. 试验设备：万能试验机，支座的两个支撑棒和

加压棒的直径为 40mm。

b. 试件：试件数量为 5块。

c. 试验步骤：清除试件表面的粘渣，毛刺，放入

室温水中浸泡 24h；将试件从水中取出用拧干的湿毛巾

擦去表面附着水，顺着长度方向外露表面朝上置于支座

上，抗折之距为试件厚度的 4倍，在支座及加压棒与试

件接触面之间应垫有 3～5mm厚的胶合板垫层；启动试

验机，匀速连续地加荷，加荷速度为 0.04～0.06MPa/s，

直至试件破坏，记录破坏荷载。

d. 结果计算与评定：抗折强度按22

3bhPlR f = 计算，

式中 P为破坏荷载，N；l 为两支座间的中心距离，mm；

b 为试件宽度，mm。h 为试件厚度，mm。结果以 5 块

试件抗折强度的平均值和单块最小值表示，计算精确至

0.01 MPa。

此绿色环保混凝土路面砖的抗折强度平均值为

4.2MPa，单块最小值为 3.3MPa，试验数据见表 5。

2.2.2 物理性能 （1）耐磨性

①磨坑长度

a. 试验设备：钢轮式耐磨试验机；量程为 0～

125mm、分度值为 0.02mm 的游标卡尺；筛孔尺寸为

0.3mm 的方孔筛。

b. 磨料：采用符合 GB/T 2478—1996 规定的粒度

为 36# 的磨料，其最大含水率应不大于 1.0%。磨料可

重复使用 5 次，每次使用之前必须用试验筛筛分，除

去粒径小于 0.3mm 的部分。

c. 试件：

试件尺寸：试件外形尺寸应不小于 100mm×100mm

×样品厚度。

试件处理：试件应在 105°C~110°C 烘至恒重；

试验前用硬毛刷清理试件表面。为了利于测量磨坑尺

寸，可在试件测试表面涂上水彩涂料；如果试件表面有

突出的坚硬装饰纹理时，应将纹理妥善处理，保证试件

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·69·

制 品

表面平整。

试件数量：每次试验以 5 块试件为一组。

d. 试验步骤：将试验用磨料装入磨料料斗中，再

使其流入导流料斗；将试件固定在夹紧滑车上，使试件

表面平行于摩擦钢轮的轴线，且垂直于托架底座。并使

摩擦钢轮侧面距离试样边缘的距离至少 15mm。检验摩

擦钢轮转速是否符合的规定，调节阀门使磨料应以

1L/min 的流速从导流料斗长方形下料口均匀落在摩擦

钢轮上。在配重作用下，使试件表面与磨擦钢轮接触。

启动电动机，打开料斗调节阀，并开始计时。当摩擦钢

轮转动 2min 后，关闭电动机、调节阀门，移开夹紧滑

车，取下试件。在试件表面上用 6H 的铅笔画出磨坑的

轮廓线，再用游标卡尺测量试件表面磨坑两边缘及中间

的长度，精确至 0.1mm，取其平均值。

e. 结果计算与评定：试验结果以 5 块试件平均磨

坑长度值进行评定。

此绿色环保混凝土路面砖的磨坑长度 33.4mm，试

验数据见表 5。

②耐磨度

a. 试验设备：滚珠轴承式耐磨试验机。

b. 试件：试件的受磨面应平整，无凹坑和突起，

其直径应不小于 100mm。每组试件为 5 个。

c. 试验步骤：将试件受磨面朝上，水平放置在耐

磨试验机的试件夹具内，调平后夹紧之。将磨头放在试

件的受磨面上，使中空转轴下端的滚道正好压在磨头

上。中空转轴的位置，应调整到试验全过程中在垂直方

向处于无约束状态。开启水源，使水从中空转轴内连续

流向试件受磨面，并应足以冲去试验过程中磨下的碎

末。启动电机，当磨头预磨 30 转后停机，并测量初始

磨槽深度。然后，磨头每转 1000 转，停机一次，测量

磨槽深度。直至磨头转数达 5000 转或磨槽深度（测得

的磨槽深度一初始磨槽深度）达 1.5mm 以上时，试验

结束。磨槽深度采用百分表测量，将磨头转动一周，在

相互垂直方向上各测量一次，取四次测量结果的算术平

均值，精确至 0.01 mm。测量并记录磨头转数和最终磨

槽深度。

d. 结果计算与评定：每个试件的耐磨度按PRI =a

计算，式中：Ia 为耐磨度，精确至 0.01；R为磨头转数，

千转；P为磨槽深度（最终磨槽深度一初始磨槽深度），

mm。每组试件中，舍去耐磨度的最大值和最小值，取

三个中间值的平均值为该组试件的试验结果，精确至

0.1。

此绿色环保混凝土路面砖的耐磨度为 1.3，试验数

据见表 5。

（2）吸水率

a. 试验设备：：称量 10kg，感量 5g 的天平；：能使

温度控制在 105℃±5℃的烘箱。

b. 试件：试件数量为 5 块，取整块路面砖。当质

量大于 5kg 时，可从整块路面砖上切取（4.5±0.5）kg

的部分路面砖。

c. 试验步骤：将试件置于温度为 105℃±5℃的烘

箱内烘干，每间隔 4h 将试件取出分别称量一次，直至

两次称量差小于 0.1%时，视为试件干燥质量（m0）。将

试件冷却至室温后侧向直立在水槽中，注入温度为 20

℃±10℃的洁净水，将试件浸没水中，使水面高出试件

约 20mm。浸水 24 h，将试件从水中取出，用拧干的湿

毛巾擦去表面附着水，分别称量一次，直至前后两次称

量差小于 0.1%时，为试件吸水 24h 质量（m1）。 d. 结果计算与评定：吸水率按式

1000

01 ×−

=m

mmω 计算：式中：w为吸水率，%；

m1为试件干燥的质量，g。m0为试件干燥的质量，g。结

果以 5块试件的平均值表示，计算精确至 0.1%。

此绿色环保混凝土路面砖的吸水率为 6.4%，试验

数据见表 5。

（3）抗冻性

a. 试验设备：装有试件且能使冷冻箱（室）内温

度保持在-15 ℃范围以内的冷冻箱（室）；装有试件后

能使水温度保持 20℃±10℃范围以内的水槽。

b. 试件：试件数量为 10 块，其中 5块进行冻融试

验；5块用作对比试件。

c. 试验步骤：试件应进行外观检查，将缺损、裂

纹处作标记，并记录其缺陷情况。随后放入温度为 20

℃±10℃的水中浸泡 24h。浸泡时水面应高出试件约

20mm。从水中取出试件，用拧干的湿毛巾擦去表面附

着水，即可放入预先降温至-15 ℃的冷冻箱（室）内，

试件间隔不小于 20mm。待温度重新达到-15℃时计算

冻结时间，每次从装完试件到温度达到-15℃所需时间

不应大于 2h。在-15℃下的冻结时间按试件厚度而定：

厚度小于 60mm 的试件为不少于 3h；厚度大于或等于

混凝土技术 Concrete Technology

·70·

60mm 的试件为不少于 4h。然后，取出试件立即放入

20℃±10℃水中融解 2h。该过程为一次冻融循环。依

此法进行 25 次冻融循环。完成 25 次冻融循环后，从水

中取出试件，用拧干的湿毛巾擦去表面附着水，检查并

记录试件表面剥落、分层、裂纹及裂纹延长的情况。然

后按本标准附录 A或附录 B进行强度试验。 d. 结果计算：冻融试验后强度损失率按式

100×−

=ΔRRRR D （2）计算：式中：△R 为冻融循环

后的强度损失率，%； R 为冻融试验前，试件强度试

验结果的平均值，MPa； RD为按照 6.3 冻融试验后，

试件强度试验结果的平均值，MPa；试验结果计算精确

至 0.1%。

此绿色环保混凝土路面砖的强度损失率为 18.3%，

试验数据见表 5。 表 5 绿色环保混凝土路面砖的性能

（1） 外观质量

正面粘皮及缺损的最大投影尺寸（mm） 4.0 缺棱掉角的最大投影尺寸（mm） 12.5

非贯穿裂纹长度最大投影尺寸（mm） 5.5 分层 无 裂纹

贯穿裂纹 无 色差、杂质 不明显

（2） 尺寸偏差

理论尺寸（mm） 实际测量尺寸（mm） 尺寸偏差（mm） 试件

编号 长度 宽度 厚度 长度 宽度 厚度 长度 宽度 厚度 厚度差 平整度 垂直度

1 300 300 50 299.5 300.0 49.0 -0.5 0.0 -1.0 1.5 0.0 0.5

2 300 300 50 299.0 299.5 49.5 -1.0 -0.5 -0.5 0.5 0.5 1.5

3 300 300 50 298.5 298.5 50.0 -1.5 -1.5 0.0 2.5 0.5 0.5

4 300 300 50 299.0 299.5 50.5 -1.0 -0.5 +0.5 1.5 1.5 0.0

5 300 300 50 298.0 300.5 48.5 -2.0 +0.5 -1.5 1.0 1.0 1.5

6 300 300 50 300.0 299.5 50.5 0.0 -0.5 +0.5 0.5 0.5 0.5

7 300 300 50 300.5 298.0 51.0 +0.5 -2.0 +1.0 1.0 0.0 0.5

8 300 300 50 299.5 299.5 49.5 -0.5 -0.5 -0.5 1.5 0.5 0.0

9 300 300 50 299.0 299.0 48.0 -1.0 -1.0 -2.0 2.5 1.0 1.5

10 300 300 50 298.0 298.5 50.0 -2.0 -1.5 0.0 2.0 1.5 0.5

（3） 抗压强度

受压面尺寸（mm） 抗压强度（MPa） 试件

编号 长 宽 受压面积 A （mm2） 破坏荷载 P（N）

单值 Rc 平均值 最小值 Rmin

1 120 60 7200 280090 38.9

2 120 60 7200 228970 31.8

3 120 60 7200 186470 25.9

4 120 60 7200 264250 36.7

5 120 60 7200 280810 39.0

34.5 25.9

（4） 抗折强度

抗折强度（MPa） 试件

编号

支座间中心距

离 l（mm）

试件宽度 b

（mm）

试件厚度 h

（mm） 破坏荷载 P（N）

单值 Rf 平均值 最小值 Rfmin

1 200 298.5 50.0 11194 4.5

2 202 299.5 50.5 8823 3.5 4.2 3.5

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·71·

制 品

3 194 300.5 48.5 9230 3.8

4 202 299.5 50.5 11596 4.6

5 204 298.0 51.0 11399 4.5

（5） 耐磨性

磨坑长度（mm） 耐磨度 试件

编号 试件表面磨坑两边缘及中间长度 平均值 磨头转数（千转）磨槽深度

（mm） 单值 平均值

1 33.9 4 1.54 1.30

2 32.4 4 1.58 1.27

3 32.7 4 1.62 1.23

4 33.8 4 1.59 1.26

5 34.1

33.4

4 1.53 1.31

1.3

（6） 吸水率

吸水率 w（%） 试件

编号 试件干燥质量m0（g） 试件吸水 24h 质量 m1（g）

单块值 平均值

1 11625 12425 6.4

2 11635 12405 6.2

3 11630 12415 6.3

4 11620 12440 6.6

5 11615 12405 6.4

6.4

（7） 抗冻性

受压面尺寸（mm） 冻后强度（MPa） 试件

编号

试件冻融后出表面剥

落、分层、裂纹及裂纹

延长情况 长 宽

受压面积

A （mm2）

破坏荷载

P（N） 单值 Rc 平均值

强度损失率

（%）

1 符合要求 120 60 7200 214570 29.8

2 符合要求 120 60 7200 192230 26.7

3 符合要求 120 60 7200 209530 29.1

4 符合要求 120 60 7200 182870 25.4

5 符合要求 120 60 7200 215290 29.9

28.2 18.3

3 小结

利用碱矿渣水泥制备的绿色环保混凝土路面砖达

到了《混凝土路面砖》（JC/T 446—2000）规定的合格品

的要求，如果采用严格的工业化生产模式，振动成型质

量好，是可以达到一等品、乃至优等品的要求的。绿色

环保混凝土路面砖以其绿色、环保、节能而极具发展潜

力，且采用振动工艺自然养护成型，设备简单，易于操

作，生产出的路面砖强度高，模具形式多样，可依据实

际场所定制路面砖。

参考文献：

[1] 孙彦生， 孙宇等. 几种缓凝物质对碱矿渣水泥影响

效果的研究. 混凝土技术. 2012. 2：31～34

[2] 朱平华， 陈华建等. 绿色高性能混凝土的性能研究

[J]. 混凝土. 2003（1）：19～21

[3] JC/T 446—2000，混凝土路面砖[S]

[4] 郭振兴. 土木工程施工[M]. 北京：东南大学出版社.

2007

[5] 李相国，梁文泉等. 彩色混凝土路面砖生产与施工

工艺研究[J]. 混凝土. 2002（8）：52～53

[6] 王兴亮. 光泽型彩色混凝土路面砖的生产与应用[J].

生产与应用技术. 2000（4）：21～23

混凝土技术 Concrete Technology

·72·

作者简介：主红香（1986—），女，山东莒南人，在读硕士，研究方向：混凝土结构与砌体结构基本理论及其应用

（E-mail:sjgzhx@126.com）;

逄鲁峰（1964―），男，山东济南人，教授（导师），博士，主要从事结构安全性分析与控制（E-mail: panglufeng@sdjzu.edu.cn）

郭庆亮（1988―），男，山东泰安人，在读硕士，主要从事混凝土结构与砌体结构基本理论及其应用（E-mail: guoql_1223@163.com）

王广义（1988―），男，山东阳谷人，在读硕士，主要从事建筑物加固改造与软弱地基加固处理及深基坑支护（E-mail:

sjgwgy@126.com）

复合保温外墙条板节能分析 主红香，逄鲁峰，郭庆亮，王广义

（山东建筑大学 土木工程学院，济南 250101；）

摘 要：为贯彻落实 2013 年 1月 1号国务院同意并颁布了发展改革委、住房城乡建设部提议的《绿色建筑行动方案》，本文主

要对一种复合保温外墙条板进行了保温节能分析。依据山东省居住建筑节能设计标准这种复合墙板可以达到节能 70%的目标。

关键词：复合保温外墙条板；热阻值；建筑节能

中图分类号：TU55+1 文献标识码：A

Energy saving analysis article compound heat preservation exterior wall panel

ZHU Hongxiang，PANG Lufeng，etal

（College of civil engineering of Shandong Jianzhu University，Ji'nan，250101）

Abstract：For implementation on January 1，2013 the state council agreed and issued by the nation development and reform commission，

housing urban-rural development proposed action plan for green buildings，in this paper，article of a composite heat preservation exterior

wall panel are analyzed in heat preservation and heat insulation. On the basis of residential building energy efficiency design standard in

shandong province this composite wallboard can achieve saving target of 70%.

Key words：compound heat preservation exterior wall panel；thermal resistance；building energy efficiency

0 引言

由于我国能源的日益紧张，节约能源的问题具有

十分重要的意义。在能源消耗中，建筑能耗占总能耗的

27.6%【1】。而且，随着人们对居住环境质量要求的不断

提高，这一比例也会随之上升。建筑节能理念已受到人

们的普遍关注。有研究表明：建筑物通过外墙体散失的

热量占建筑总热耗的 35%-49%。由此，加强外围护结

构的节能措施尤为重要【2】。目前我国对建筑物外围护结

构采取的节能措施主要有：外墙外保温；外墙内保温；

复合保温墙体。对于不同的保温墙体各自都有不同的优

缺点，本文主要对一种新型的复合保温墙体从墙体的构

造、选材等方面进行研究，进而计算了墙体的热阻值，

依据山东省居住建筑节能设计标准确定了该墙体所能

达到的节能目标。

1 复合保温外墙条板构造

该复合墙板是采用断桥连接杆作为骨架，两侧浇筑

与混凝土 C40 等强度的纤维水泥砂浆，其内各配Φ2＠

40mm的双向钢丝网片由断桥连接杆拉结，中间填充高

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·73·

制 品

性能 EPS 保温材料，并由工厂内机械化生产的复合保

温墙板，如图 1所示。墙板包括标准板、窗上板、窗下

板、窗侧板、拐角板等规格。整体采用装配式工艺，将

墙板通过预埋件与框架梁、柱、板牢固连接在一起，是

建筑墙体实现节能结构一体化、保温与建筑同寿命的节

能技术体系。

图 1 复合保温墙板示意图

2 复合保温外墙条板选材

2.1 水泥砂浆材料

复合墙板的内、外面墙板采用掺有纤维素醚的水泥

砂浆，从复合墙板的工业化生产、运输、安装过程中，

要求水泥砂浆的凝结时间要适当，抗折、抗压强度高。

根据纤维素醚【3】的结构特点，及大量的实验研究表明：

纤维素醚能显著改善砂浆的保水性，延长砂浆的凝结时

间，但同时又降低了砂浆拌合物的密度和硬化体的强

度。因此在配制预拌砂浆时，要控制好纤维素醚的掺量，

协调好砂浆工作性能与力学性能间的关系。

2.2 夹芯保温材料对比优选

目前市场上墙体保温材料种类颇多，该复合墙板芯

板的选材，主要是依据保温材料：导热系数小，容重轻，

吸湿性小，加工性能好，温度变化时线膨胀系数小，使

用寿命长，经济性好等特性，对以下各种材料：

进行综合分析最后确定选用聚苯乙烯板（EPS），

芯板的厚度也可根据不同地区的保温节能的要求设置

不同的厚度。聚苯乙烯板（EPS）也有自身的缺点耐火

性差、易吸潮，为了保证 EPS 芯板在正常的工况下保

证其良好性能的发挥，在墙板的边缘部位采用 30mm厚

酚醛防火板，见图 1，酚醛防火板【4】具有优异的防火性

能、优良的绝热耐热性能，耐腐蚀抗老化。

2.3 内外板连接件选材

对于复合墙板如何将内、外墙板链接起来，也是一

个值得研究的问题，起初进行墙板设计时采用钢筋连

接，钢筋连接杆与墙板两侧钢丝网片形成整体网架受力

均匀、结构安全。但是忽略了一个重要的问题，由于钢

筋连接杆导热性能好，钢筋连接杆在复合墙板内极易形

成“冷（热）桥”，严重影响了墙板的保温性能。经过

多方面研究最终确定采用新型 FRP 连接杆代替钢筋。

FRP 即纤维强化塑料，具有如下特性：（1）轻质高强，

相对密度在 1.5~2.0 之间，其比强度可以与高级合金刚

相比。（2）电性能好，是优良的绝缘材料。（3）耐腐蚀

性能好（4）热性能良好，FRP 热导率低，是良好的绝

热材料。这也是选用 FRP 作为连接杆的重要原因。

3 复合保温外墙条板热工计算

3.1 规范热阻值计算公式

根据《民用建筑热工设计规范 GB50176-93》附录

二 建筑热工设计计算公式及参数：

（1）单一材料的热阻应按下式计算：

R dk

=

式中： R ----材料层的热阻（m2*K/W）

d ----材料层的厚度（m）

k ----导热率（w/m*K）

（2）多层围护结构的热阻应按下式计算：

1 2 3 ...... nR R R R R= + + + +

式中： 1 2 3 ...... nR R R R+ + + + ---隔层材料的热阻

（m2*K/W）。

3.2 复合保温外墙条板热工计算

依据复合保温墙板选定的材料，确定每种材料的传

热系数：

水泥沙浆 k=2.12w/m*K，

EPS 泡沫材料 k=0.038w/m*K ，

防火酚醛树脂 k=0.025w/m*K

由于复合保温墙板在其横截面上材料组成不同，即

做了三个截面分别进行热工计算，最后墙板的热阻值采

用加权平均值。见图 2。

混凝土技术 Concrete Technology

·74·

图 2 复合保温墙板横截面

1-1 截面： 水泥砂浆：

wkmkd /.0283.0

12.206.0R 2

1 ===

EPS 泡沫材料： 22

0.119 3.13 . /0.038

dR m K wk

= = =

则板在 1-1 截面的阻热值：

wkRR /.m16.313.30283.0R 221 =+=+=′

2-2 截面：

水泥砂浆： wkmkd /.029.0

12.2062.0R 2

1 ===

EPS 泡沫材料： wkmkd /.711.1

038.0065.0R 2

2 ===

则板在 2-2 截面的阻热值：

wkRR /.m74.1711.1029.0R 221 =+=+=′′

3-3 截面：

水泥砂浆： wkmkd /.033.0

12.2070.0R 2

1 ===

防火酚醛树脂： wkmkd /.28.2

025.0057.0R 2

2 ===

则板在 3-3 截面的阻热值：

wkRR /.m313.228.2033.0R 221 =+=+=′′′

整体板的加权平均热阻值：

7913.016.359960

59965

599474R ×=×′′′+×′′+×′= RRR

1.0313.2109.074.1 ×+×+

wkm /.922.22313.0190.0501.2 2=++=

3.3 复合保温墙板节能分析

根据《民用建筑热工设计规范GB50176-93》第4.1.1

条 设置集中采暖的建筑物，其围护结构的传热阻应根

据设计经济比较确定，且应符合国家有关节能标准的要

求，其最小传热阻应按下式【5】计算确定：

1 10.min

( )[ ]

et t nRRt

−=

式中： R0.min----围护结构最小传热阻（m2*K/W）；

t1---冬季室内计算温度（℃），一般居住建筑，取

18℃；高级居住建筑，医疗、托幼建筑，取 20℃；

te ---围护结构冬季室外计算温度（℃），按本规

范第 2.0.1 条的规定采用；

n ---温差修正系数，应按表 4.1.1-1 采用；

R1----围护结构内表面换热阻（m2*K/W），应按

本规范附录二附表 2.2 采用；

[Δt]----室内空气与围护结构内表面之间的允许

温差（℃），应按表 4.1.1-2 采用。

依据上面计算公式：针对该复合墙板

R0.min=（ti-te）nRi/[Δt]

=（18+14）*1.0*0.11/6.0

=0.587 m2*K/W≤R=2.922 m2*K/W，满足国标要求。

4 结语

随着我国的城市化建设水平的提高，民用建筑规模

也会越来越大。倡导绿色建筑，提高建筑能源利用率，

是减少我国能源消耗的一个重要的举措。在本文中介绍

的复合墙板就能达到节能的效果，同时这只是一个方

面，要使我国的建筑物整体达到节能的 70%的标准也是

一项艰巨的任务，需要我们不断的研究与创新。

参考文献：

[1] 钱峰.住宅外墙的保温节能技术.住宅科技.2012，03.

[2] 栗新.预制复合保温外墙板设计研究与应用.建筑节

能.2010.

[3] 詹镇峰，李从波，陈文钊.纤维素醚的结构特点及对

砂浆的性能影响.混凝土. 2009.

[4] 亓波，郑超，吕虎.酚醛树脂在外墙保温防火方面性

能研究与应用. 工程塑料应用. 2012.

[5] GB50176-93，《民用建筑热工设计规范》.北京，中

国建筑工业出版社，1993.

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·75·

制 品

掺合料掺量对泡沫混凝土基本性能的影响 蔡 鹏 1，陈彦文 2，胡英泽 3

（1.沈阳新世界混凝土有限公司，沈阳 110004；2. 沈阳建筑大学 材料科学与工程学院，沈阳 110168；

3.辽宁省有色地质局勘查总院，沈阳 110013）

摘 要：本文通过试验研究高炉矿渣粉、粉煤灰以及两者同时掺入后对泡沫混凝土基本性能的影响，试验结果表明：矿渣的活

性较高，提高混凝土后期强度；粉煤灰使泡沫混凝土质轻，可降低其表观密度。同时掺入矿渣和粉煤灰，当矿渣：粉煤灰比例

为 6：4时，抗压强度最高。

关键词：泡沫混凝土；矿渣；粉煤灰；掺量

Admixture content on basic properties of foam concrete

CAI Peng 1，CHEN Yanwen2，HU Yingze3

（1.Shenyang New World Concrete Ltd.，Shenyang 110004；

2. Shenyang Shenyang Architectural University，College of Materials Science and Engineering，Shenyang 110168；

3.Liaoning Provincial Bureau of Nonferrous Geological Exploration General Hospital，Shenyang 110013）

Abstract：In this paper，experimental study blast furnace slag，fly ash，and after incorporation of both the basic properties of foam concrete，

test results showed that：the higher the activity of slag，improve late strength of concrete； fly ash quality of the foam concrete light，can

reduce the apparent density. While incorporation of slag and fly ash，when the slag：fly ash ratio of 6：4， the highest compressive strength.

Keywords：foam concrete；slag；fly；dosage

0 引言

泡沫混凝土内部含有大量气泡，与普通混凝土相

比，硬化泡沫混凝土具有轻质、保温、隔热、隔音等特

殊性能[1]，既可生产砌块又能现场浇注，近年来，在建

筑中得到了广泛应用。为了达到节能和提高混凝土性能

的目的，通常掺入矿渣、粉煤灰等混合料。本试验研究

不同掺合料等量取代水泥后对泡沫混凝土的性能影响。

1 原料与试验方法

1.1 原料

水泥：快硬硫铝酸盐水泥 42.5 级，河北唐山北极

熊建材有限公司生产；

矿渣：高炉矿渣粉，鞍山钢铁股份有限公司生产；

表1 矿渣的主要化学成分 %

w（CaO） w （SiO2） w （Al2O3） w （Fe2O3） w （MgO） w （V2O5）

30.86 43.87 15.10 3.43 7.56 0.17

粉煤灰：Ⅰ级粉煤灰，沈阳沈海热电厂；

细集料：苯粒，沈阳龙信泡沫厂；

发泡剂：松香皂，气泡稳定剂。

1.2 试验方案

生产泡沫混凝土的配合比：水泥 1000kg，苯粒

20kg，发泡剂按照 1ml/kg 定量加入（2%），气泡稳定剂

少量，水料比 0.50，掺入矿渣和粉煤灰分别替代水泥，

替代率分别为 10%，15%，20%，25%，30%，以替代

率最优者进行两者复配，矿渣：粉煤灰比例为 8：2，7：

3，6：4及 5：5，制备泡沫混凝土试样。

混凝土技术 Concrete Technology

·76·

2 试验结果及分析

2.1 高炉矿渣粉对泡沫混凝土性能的影响

磨细的矿渣潜在活性高，在碱性环境下发生水化硬

化而产生强度[2]，一般细度都在 400m2/kg 以上，不同掺

量的矿渣对泡沫混凝土性能的影响试验结果见表 2，图

1和图 2。

700

710

720

730

740

750

760

770

780

790

800

0 10 20 30 40

掺量（%）

表观

密度

（kg

/m3 ）

图 1 矿渣掺量-表观密度曲线

表 2 矿渣掺量对泡沫混凝土基本性能的影响

抗压强度/MPa 掺量/% 表观密度/kg/m3

7d 28d 60d 90d

0

10

15

20

25

30

765

748

757

752

757

763

1.78

2.03

2.08

2.13

1.97

1.64

2.23

2.34

2.31

2.47

2.25

1.87

2.43

2.71

2.67

2.98

2.58

2.34

2.56

2.80

2.90

3.13

2.68

2.48

1.5

1.7

1.9

2.1

2.3

2.5

2.7

2.9

3.1

3.3

0 5 10 15 20 25 30

掺量（%）

抗压强

度（

MPa）

7d28d60d90d

图 2 矿渣掺量-抗压强度曲线

按不同矿渣掺量进行试验，泡沫混凝土表观密度变

化不大。矿渣掺量为 15%~20%时，强度有所增长，但

是掺量超过 20%时，会带进更多的惰性组分，使强度有

所降低。矿粉掺量为 20%时各龄期强度均都略有提高，

90d 强度比空白组实验提高 22%。

2.2 粉煤灰对泡沫混凝土性能的影响

粉煤灰系燃煤电厂废弃物，近几年来粉煤灰在建材

领域的利用率大增，但是如何能利用粉煤灰作保温材

料，是近几年科研工作者一直致力研究的一项课题。粉

煤灰是由各种颗粒机械混合而成的群体，其中多为球形

玻璃体，比表面积较大[3]，是具有火山灰活性的掺合材

料，具有较好的潜在活性。通过实验研究，粉煤灰掺量

对泡沫混凝土性能的影响见表 3，图 3和图 4。

表 3 粉煤灰掺量对泡沫混凝土基本性能的影响

抗压强度/MPa 掺量/% 表观密度/kg/m3

7d 28d 60d 90d 0 10 15 20 25 30

757 748 741 732 730 724

1.88 1.77 1.73 1.69 1.63 1.60

2.21 2.10 2.04 1.96 1.92 1.84

2.44 2.40 2.35 2.27 2.11 2.05

2.51 2.44 2.41 2.36 2.23 2.140

700

710

720

730

740

750

760

770

780

790

800

0 5 10 15 20 25 30 35掺量（%）

表观

密度

（kg

/m3 ）

图 3 粉煤灰掺量-表观密度曲线

1.5

1.7

1.9

2.1

2.3

2.5

2.7

0 5 10 15 20 25 30

掺量（%）

抗压

强度

（kg

/m3 ）

7d28d60d90d

图 4 粉煤灰掺量-抗压强度曲线

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·77·

制 品

由上面图表看出，与矿渣相比，随着粉煤灰掺量的

增加，混凝土的表观密度和抗压强度均逐渐降低。因为

粉煤灰的密度小于水泥的密度，等量取代时会降低试样

的表观密度。因此，可以选用部分粉煤灰取代水泥以满

足其轻质的特性。本试验使用的是快硬硫铝酸盐水泥，

早强及快速凝结性能尤为突出，在该系统中对粉煤灰活

性的激发最终起作用的是 Ca（OH）2，Ca（OH）2对粉

煤灰活性的激发既提供破解 Si-O、Al-O 键的 OH-，又

提供使粉煤灰水化生成水硬性胶凝材料所需要的

Ca2+[4]，所以在泡沫混凝土中掺入一定量的粉煤灰对混凝

土的后期强度有益。

2.3 粉煤灰-矿渣对泡沫混凝土性能的影响

将矿渣和粉煤灰进行复合后掺入泡沫混凝土中，按

照矿渣：粉煤灰比例为 8：2，7：3，6：4 及 5：5制备

混凝土试样，选取掺量占胶凝材料总量的 15%，泡沫混

凝土各龄期表观密度及抗压强度见表 4和图 5所示。

表 4 矿渣-粉煤灰比例对泡沫混凝土基本性能的影响

抗压强度/MPa 比例 表观密度/kg/m3 导热系数/w/（m·k）

7d 28d 60d 90d

8：2

7：3

6：4

5：5

755

748

744

739

0.16

0.15

0.11

0.13

1.79

1.78

1.86

1.69

2.14

2.17

2.20

1.96

2.24

2.23

2.26

2.27

2.25

2.28

2.30

2.36

1.9

2

2.1

2.2

2.3

2.4

2.5

龄期/d

抗压强度

/MPa

8;2

7;3

6;4

5;5

图 5 不同矿渣-粉煤灰比例与抗压强度的关系

矿渣与粉煤灰两者同时掺入后，既可以降低泡沫混

凝土的表观密度，又能够提高其抗压强度，从图 5可知，

两者掺量比例的变化在矿渣：粉煤灰=6：4 时，泡沫混

凝土的抗压强度值在各龄期均较高。这是矿渣和粉煤灰

在水泥水化生成的 Ca（OH）2激发作用下，其活性 SiO2、

A12O3与 Ca（OH）2反应生成胶凝物质，增加了混凝土

内部胶凝物质的数量，减少了对混凝土不利 Ca（OH）

2 浓度于局部富集现象，有效改善了界面结构，并且促

进了水泥的水化，形成更多的 C-S-H 凝胶，降低了 C/S

比，从而提高泡沫混凝土的强度[5]。在有快硬硫铝酸盐

水泥的情况下，早强促进水泥水化产生更多的 Ca（OH）

2 加速了矿渣和粉煤灰的活化反应，使活性组份反应大

大加快，从而大幅提高了泡沫混凝土的抗压强度。

3 结语

（1）泡沫混凝土由于在混凝土中含有大量气泡，

使其密实度降低，导致泡沫混凝土抗压强度显著下降。

由于使用快硬硫铝酸盐水泥。

（2）泡沫混凝土中加入矿渣能提高泡沫混凝土的

抗压强度，尤其使用了快硬硫铝酸盐水泥，但如果矿渣

掺入过多，惰性组分增加，反而会降低强度。而掺入粉

煤灰后，泡沫混凝土的表观密度降低，随着掺量的增加，

混凝土的表观密度和抗压强度均逐渐降低。

（3）按不同比例同时掺入矿渣和粉煤灰，随着粉

煤灰比例的增加，泡沫混凝土的表观密度降低，在矿渣：

粉煤灰比例 6：4 时，抗压强度最高，导热系数 0.11w/

（m·k）。

参考文献：

[1] 张喜，吴勇生等，泡沫混凝土的掺合料研究，混凝

土，2011（2）：131-133

[2] 扈士凯，李应权等，矿物掺合料对泡沫混凝土基本

性能的影响，新型墙材，2009（11）：27-29

[3] 王少武，提高泡沫混凝土抗压强度的研究，[硕士论

文]

[4] 谢明辉，大掺量粉煤灰泡沫混凝土的研究，[硕士论

文]

[5] 赵云雁，提高泡沫混凝土抗压强度的研究，中国科

技信息，2005（15）：134-135

混凝土技术 Concrete Technology

·78·

作者简介：乌品正（1986-）， 男， 助理工程师，本科学士

E-mail：wpz_darren@yahoo.com.cn

CRTS I 型板式无砟轨道水泥乳化沥青砂浆试验检测技术 乌品正

（大连市建材产品质量监督检验站，辽宁 大连 116031）

摘 要：从 CA 砂浆的型式检验、原材料进场检测、性能检测、现场检测、工艺性试验这五个方面对 CA 砂浆的试验检测技术

及其要点进行总结和探讨，供类似工程参考。

关键词：板式无砟轨道；水泥乳化沥青砂浆；试验检测技术

Detection technology of CRTS I slab track emulsified asphalt cement mortar test without

WU Pinzheng

（Dalian city building materials product quality supervision and inspection station of Liaoning, Dalian 116031）

Abstract：From the CA mortar type testing，raw and processed material Incoming testing，performance testing，scene testing, process testing

for the five aspects of CA mortar test technology and its key points are summarized and discussed, To offer a reference for similar

engineering.

Key words：Slab ballastless track；Emulsified asphalt cement mortar；Test Technology

0 前言

近年来我国高速铁路飞速发展，无砟轨道也得到了

广泛应用。水泥乳化沥青砂浆（CA 砂浆）垫层位于轨

道板和混凝土底座之间，具有支撑调整、缓冲协调、阻

断裂纹、提供弹性的功能，该层结构的成败决定了无砟

轨道系统的成败。结合哈大铁路客运专线 CRTS I 型无

砟轨道水泥乳化沥青砂浆施工检测,总结一些试验检测

技术和经验。

1 CA 砂浆型式检验

型式检验包括原材料型式检验及砂浆性能型式检

验。型式检验应委托具有相应资质的检验单位进行。

2 CA 砂浆原材料进场检测

原材料进场时，应对原材料的质量证明书等进行核

查验收，对原材料性能进行检测。

2.1 水泥

水泥采用强度等级不低于 42.5 级的硅酸盐水泥或

快硬硫铝酸盐水泥，其技术要求应符合 GB 175-2007

的规定。此外，还应进行水泥与乳化沥青的相容性试验。

水泥进场检验项目有细度、凝结时间、安定性和强度。

2.2 乳化沥青

乳化沥青是 CA砂浆最关键的组成材料，它的性质

在很大程度上决定了砂浆的性能。工程应用中，低弹模

量 CA砂浆主要采用阳离子型乳化沥青，其固体含量均

匀要求在 60%左右。乳化沥青现场储罐的容量宜为现场

施工三天的用量以上，需要专人定期进行搅拌，贮存期

间，温度必须严格控制在 5-35℃以内。其进场检验项

目有温度、颗粒极性、恩氏粘度、残留物含量、水泥混

合性、筛上剩余量。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·79·

检测技术

2.3 聚合物乳液

聚合物乳液与乳化沥青混合时，应具有良好的相容

性不得产生凝聚、破乳等现象，其检验项目有密度、不

挥发物、水泥混合性。

2.4 细骨料

细骨料应采用河砂或机制砂，不得使用海砂，应为

最大粒径小于 2.50mm的岩石颗粒，不得包含软质岩、

风化岩石的颗粒。细骨料检验项目有最大粒径、细度模

数、吸水率、含水率、含泥量。

2.5 水

应满足饮用水的标准，应符合 JGJ 63-2006 的相关

规定。在确定水源前必须进行试验室试配以确定水没有

有害影响。

2.6 膨胀剂

膨胀剂作用是在砂浆的塑性阶段产生一定程度的

膨胀，以部分抵消砂浆的干燥收缩，防止砂浆产生开裂。

宜采用硫铝酸钙类膨胀剂，除初凝时间应大于 60min

外，其他性能指标应满足 JC 476-2001 的规定，其细度

要求为 4000～10000cm2/g。

2.7 铝粉

铝粉的作用是在砂浆灌注后数小时之内反应，释放

气体，使砂浆产生一定的体积膨胀，使砂浆填充得更密

实。宜采用鳞片状铝粉，其性能指标满足 GB/T 2085.1

－2007 的规定。

2.8 消泡剂

宜采用有机硅类消泡剂。其作用是消除搅拌时在

CA砂浆中形成的大气泡。

2.9 引气剂

宜采用松香类类引气剂。其作用是向砂浆中引入微

小的气泡，以提高砂浆的抗冻性和耐久性。

2.10 干粉料（干料）

干料是指由水泥、细骨料、铝粉、膨胀剂等按一定

比例经机械搅拌制得的均匀干粉材料。干料的温度控制

在 5～35℃，储存时间不宜大于 1个半月。检验项目有

最大粒径、颗粒级配。

干料的拌制应采用干粉拌和站集中拌和生产，全自

动上料、卸料，采用电子计量，计量允许误差（按质量

计）：水泥、砂和膨胀剂为±1%，铝粉为±0.5%。烘干

后砂子的含水率必须小于 0.5%方可使用。由于铝粉颗

粒细、重量轻，因此施工时应在投料前将铝粉混入称好

的小袋干燥砂中，一起投入搅拌机，降低损失，较小减

小误差，干燥砂投料时应扣除混合铝粉砂用量。

2.11 灌注袋

灌注袋采用聚酯无纺布，灌注袋袋口用材料应采用

尼龙布，其抽检项目有外观质量、外形尺寸、单位面积

质量。

3 CA 砂浆性能检测：

3.1 施工性能

CA 砂浆应为悬浮流变浆体，需满足灌注施工、充

填饱满、均匀稳定的要求。

3.1.1 砂浆温度

砂浆的温度不但影响砂浆的可工作时间，而且还影

响新拌砂浆的稳定性。砂浆的温度主要取决于环境温度

和原材料的温度，这两项温度越高，新拌砂浆的温度就

越高，应严格控制原材料的温度。

3.1.2 流动度

砂浆的流动性用流动度指标来评价，它是容积约为

600mL 的浆体流出圆锥形 J型漏斗所需的时间。所需时

间越小，说明砂浆的流动性越好。新拌砂浆的流动度主

要取决于砂浆中液体（乳化沥青和水）的用量，液体用

量越大，流动度越小。当乳化沥青用量一定时，流动度

主要与用水量有关，可通过调节用水量来调整砂浆的流

动度，但用水量太大，会降低砂浆及其垫层的耐久性和

强度，必要时可以添加合适的减水剂，以获得较低用水

量下的较小流动度。

3.1.3 可工作时间

为使新拌砂浆到达灌注工点时还有良好的流动性，

砂浆应有保持流动性损失较小的能力，该能力用可工作

时间表示，它是砂浆拌制后流动度仍保持在 18～26s 所

经历的时间。影响 CA砂浆可工作时间的主要因素有砂

浆中液体或水的用量、水泥的水化速度、环境与砂浆的

温度。砂浆中液体或水的用量越小、水泥的水化速度越

快、环境与砂浆温度越高，可工作时间会越小。

混凝土技术 Concrete Technology

·80·

3.2 物理性能

3.2.1 含气量

CA 砂浆中含有沥青乳化剂，在搅拌过程中容易产

生一定量的气泡，同时为了改善硬化砂浆垫层的抗冻

性，还添加了少量引气剂，因此砂浆中含有较多气泡。

砂浆中含有一定量和较小孔径的气泡对砂浆的流动性、

抗离析分离性能和硬化砂浆的抗冻性是有益的，而过多

的含气量会降低砂浆的强度，因此要求砂浆的含气量为

8%～12%，但气泡孔径应尽可能小于 0.2mm。

3.2.2 分离度

分离度表征新拌砂浆中固、液和气相分离的程度，

用分段密度法测量硬化后砂浆的圆柱体试件上下两段

的密度差的百分率表征。

3.2.3 膨胀率

采用硅酸盐水泥配制的CA砂浆在凝结硬化中将会

产生体积收缩，为了使砂浆在轨道板与底座版间灌注饱

满充盈，砂浆应具有一定的体积膨胀性，用 24h 的膨胀

率指标评价。砂浆的膨胀率主要与砂浆的组成材料种类

和配比、温度等有关。可通过调整干粉料中铝粉含量来

调整。

3.2.4 泛浆率

泛浆率表征新拌砂浆中液相与固相分离的程度。减

小砂浆泛浆率的措施有：改善乳化沥青与水泥的相容

性、调节液相或水的用量和添加增稠剂来提高液相粘稠

度。

3.3 力学性能

砂浆力学性能主要指强度和弹性模量。砂浆中乳化

沥青与水泥和砂的质量比越大、用水量越少、含气量越

大时其强度和弹性模量越低；水泥的水化速度越快，砂

浆的早期强度（1～7d）会越高，反之亦然。

3.4 耐久性能

CA 砂浆的关键在其耐久性，砂浆的耐久性不但取

决于砂浆的耐久性，而更取决于砂浆的施工性能和力学

性能。

3.4.1 抗冻性

CA 砂浆是一种多孔性材料，饱水状态下受冻融循

环作用会发生类似于水泥混凝土的冻融破坏，因此采用

混凝土快速冻融试验方法检验与评价砂浆的抗冻性。实

际上，由于砂浆中含有较多的弹塑性组分—沥青，其抗

冻性优于水泥砂浆或混凝土。砂浆的抗冻性主要取决于

砂浆的组成与配比、微小气孔含量。

3.4.2 耐候性

由于 CA砂浆中含有较多的沥青，而沥青受光、热、

氧等大气因素的作用，会发生有机组分分解、材质变硬

变脆等老化现象，导致砂浆力学性能发生变化。因此，

砂浆的耐候性主要取决于沥青品种和砂浆中的乳化沥

青用量。耐候性试验是通过模拟自然环境中水—热—光

对砂浆的交替作用，采用人工加速老化的试验方法，对

比正常养护同龄期试样抗压强度降低幅度表征砂浆的

耐候性能。

4 CA 砂浆现场检测

CA 砂浆搅拌应采用 CA 砂浆搅拌车，在灌注施工

地点以间隙方式拌制砂浆。砂浆拌制前应检查水泥或干

料是否结块、沥青乳液是否破乳，记录搅拌设备料仓内

材料和环境温度并对乳化沥青进行回流，以确保料仓内

乳化沥青均匀。

施工配合比的确定基于砂浆的基本配合比，乳化沥

青、干料、聚合物乳液三者比例不能改变，根据施工当

天的气温、工况，初步确定用水与添加剂量，先拌制搅

拌机的最小搅拌量的砂浆，检测新拌砂浆的施工性能指

标是否满足要求，通过用水量调节流动度，必要时可添

加合适的减水剂，获得较好的流动性；

CA 砂浆的具体搅拌速度、搅拌工艺应通过试验确

定。每台 CA砂浆车也不尽相同。砂浆搅拌完毕，从搅

拌罐中取砂浆试样继续砂浆温度、流动度、表观密度、

含气量等测试，测试过程中搅拌机要保持低速搅拌。同

时要对制得砂浆留样进行膨胀率、力学性能以及耐久性

能等检测。

5 CA 砂浆工艺性试验

5.1 CA 砂浆配合比的设计原则：

①利用改性沥青，增加砂浆的抗裂性与抗水性；

②根据使用环境的最低气温，选择改性沥青的型号

和水泥品种，以保证低温抗裂性和凝结硬化性；

③根据力学性能要求，确定砂浆的A/B、W/B 和 S/B

等 3 个主要配合比参数（A-沥青、B-胶凝材料、S-砂）；

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·81·

检测技术

④在 W/B 的可调范围内，通过添加剂的品种与掺

量，满足施工性能，增强砂浆的施工适应性。

5.2 CA 砂浆配合比设计与确定

5.2.1 理论配合比设计

CA 砂浆的配合比应适当选取原材料，通过计算、

试配、调整等步骤选定。选定 CA砂浆配合比应遵循如

下基本规定：

①水泥用量宜在 250kg/m3～300 kg/m3之间；

②水灰比宜不大于 0.90；

③乳化沥青（含聚合物乳液）与水泥的比值不小于

1.40；

④配合比设计时应考虑施工环境温度条件变化对

砂浆拌合性能的影响。

5.2.2 施工配合比的确定

根据理论配合比和当地原材料，通过试验室试配，

得出初始配合比；通过工艺性试验确定基本配合比；根

据施工工况，通过试搅拌，确定当天施工配合比。

5.2.3 砂浆抗冻性及耐候性两项指标的试验时间

较长，一般为 2个月以上，且为型式试验指标，故要求

CA砂浆配合比试验应提前进行。

5.3 工艺性试验内容

工艺性试验中试验检测环节应确定基本配合比，提

出砂浆配比调整范围。并确定砂浆的拌制工艺参数，包

括计量系统的精度、拌合量、拌合速度、拌合时间。

5.4 工艺参数确定

每台CA砂浆车工艺性试验前需进行计量系统精度

校准，计量精度要求为：乳化沥青、聚合物乳液、水泥、

细骨料、拌合用水、膨胀剂或干料为±1%；引气剂、

消泡剂、铝粉为±0.5%。校准结束后记录校准参数。

采用与理论配合比或初始配合比相对应的拌制工

艺参数进行工艺性试验，通过拌合物性能测试和建设单

位组织的揭板检查，并经建设单位试验室的常规检验和

型式检验验证，确定拌制工艺参数。

6 结语

CA 砂浆配制技术新、敏感性强、操作工艺复杂、

质量要求高，施工难度大。我们试验检测人员应熟悉其

性能，掌握其检测方法，不断总结经验，确保新建客运

专线达到设计要求，确保我国高速铁路和客运专线工程

建设质量，为我国经济社会发展服务。

参考文献：

[1]《客运专线铁路 CRTS I型板式无砟轨道水泥乳化沥

青砂浆暂行技术条件》科技基[2008]74号；

[2]《客运专线铁路无砟轨道充填层施工质量验收补充

标准》铁建设[2009]90号

信息速读：

崇钢公司料场棚化自营工程进入混凝土浇筑阶段

崇钢公司料场棚化自营工程自 5 月 22 日动工以来，全体参战人员团结协作，克服种种困难，使工程按照

时间节点稳步推进。目前，已顺利进入混凝土浇筑阶段。

当前正值汛期，再加上连续的高温天气，给料场棚化工程施工带来诸多不便。为保证施工按照时间节点顺

利进行，公司领导多次深入现场，了解项目进度情况，项目指挥部更是每天紧盯现场，协调指挥，并结合施工

方案和现场作业实际，制定了专项安全措施，进一步加大施工现场安全管控力度，切实保障施工人员人身安全

和健康。面对种种困难，全体参战人员发扬不怕苦、不怕累、不怕脏和连轴转的工作精神，战高温、斗酷暑，

加班加点，团结协作。同时，针对许多以前没有干过、也不会干的项目，职工们打破了传统的思维模式，边学

边干，在保进度的同时，确保工作质量，真正实现了“自己的活自己干，自己的饭碗自己端”。

混凝土技术 Concrete Technology

·82·

点评建筑装饰业现状及通病 王成佳

（辽宁省装饰工程总公司，辽宁 沈阳 110015）

摘 要：本文针对国家建筑装饰行业目前现状作出点评。并对建筑业的综合技术规则制定、编制、实施的不足之处进行披露。

关键词：企业资质；挂靠；定额；形态通病；政策通病；

Review architectural decoration industry status and common problem

WANG Chengjia

（Liaoning Province Decoration Engineering Corporation，Liaoning Shenyang 110015）

Abstract：In this paper，the current status of the National Building Decoration Industry to review. And construction of integrated technical

rule-making，preparation，implementation inadequacy of disclosure.

Key words：Qualification；affiliated； fixed；forms a common problem；policy common problem

1 前言

通过对我们国家建筑装饰业的调查了解，发现许多

共性问题。也折射出国家在政策法规上的一些缺陷和教

条。企业的领导人和技术人员，不能拿出百分百的精力

去管理和经营企业。而要拿出大部分精力去应酬各种考

核及资格考试。建筑装饰业呈现出后劲不足，从盛到衰

的怪象。

问题之一：企业所拥有的企业资质与企业的实际情

况不符，这里有深层次的原因。在此不加赘述与评论。

问题之二：企业所拥有的项目经理或一级建造师，

大部分是社会其他单位或个人来有偿兼职挂靠的，企业

自身力量不足。

问题之三：企业所承接的项目大部分是非本企业无

资质的单位或个人承揽挂靠的。

问题之四：有资质的企业基本无能力和无实体去实

施项目，而靠其他单位或个人对项目做具体操作与实

施，据统计，一个拥有独立资质的企业，年产值有百分

之八十是外部挂靠的。

问题之五：【建筑工程预算定额】是专家学者用三

至五年时间研讨，编制，出版发行的。不能真实准确反

映即时现行各种价格费用，有些新材料新工艺发展很

快，定额无法囊括，执行有难度。

问题之六：招投标的方法有待商榷，据了解，低价

中标法损伤许多建设单位和施工单位，由此产生的豆腐

渣工程数量不少，教训深刻。评标专家是如何产生的、

水平如何、值得研究。标书做得很华丽，像一本巨著，

华而不实，资源浪费，教条主义应改正。评标是在短时

间内进行的，有哪位专家去真正看标书的全部内容，只

看预算总额就给定论了。

问题之七：工程项目的决算是一个复杂和繁琐的工

作，要审阅大量图纸和工程量计算，同时还要熟悉施工

工艺，生搬硬套落后的定额。这既是体力活又是脑力活，

年纪大了干不动，年纪小了又没施工经验，只是照书本

生搬硬套。于是有许多不合理的情形发生。这对建设单

位和施工单位都是不公平的。一个项目经过长时间的审

评后出来的结果不能令人信服，于是动用大量的人力精

力，反复论证查找，这是个漫长痛苦的过程，应该改革

了。

问题之八：全国一级建造师考试，是近十年实行的，

据调查了解，教科书编制错误和漏洞太多，误导考生；

各种辅导班的授课老师讲法不一；观点不一。教科书的

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·83·

其 他

编制距今有十年之久，许多新材料及工艺没有纳入，还

在讲已被淘汰的材料与工艺；教科书死记硬背的东西太

多，出现了有经验有阅历的老同志考不上，没经验没阅

历的年轻人容易考上的怪现象。不合理应改革。

问题之九：新技术、新产品的研发，受到一些政策

制约，即使研发出来一些好的技术与产品，靠研发人很

难推广。国家应该在这方面给予政策倾斜，使一些好的

技术产品迅速转化为生产力。落后的生产工艺和落后的

产品，国家应给与迅速淘汰，禁止使用。

问题之十：设计与施工、预算与施工、政策与施工、

法规与施工，不能完美的结合，造成许多不必要重复建

设和浪费，比如修路，为何不一次到位，而要年年去修，

修了坏坏了修，累计投入远远大于一次性投入，并滋生

了腐败土壤。施工企业盲目竞争，将预算价格压得很低，

致使材料设备不得不采购低价残次品。这点不从政策上

根本解决很难控制。

结束语；以上所述问题可谓建筑装饰业的一种形态

通病和正策通病。政策制定者未必是知情者。如何改革，

何时改革，拭目以待。

信息速读：

“生态混凝土护岸”新技术 重现“会呼吸”的河道

浙江日报讯 在金华市金东区八仙溪上，记者看到了重现的“会呼吸”河道。尽管目前是枯水期，但放眼

望去一片绿油油水草，不少白鹭掠水而过。

金东区河道众多，总长 394.8 公里，不仅有东阳江、武义江两条省级河道，还有孝顺溪、航慈溪、赤松溪、

芗溪、王坦溪、曲桥溪、东溪、西溪、山河溪和八仙溪等 10 条县级河道，以前一些河道失修，污染严重，甚

至干枯，该区被划定为全国重点地区中小河流治理区域。2010 年开始，按照建设“浙中水乡”的要求，打造

水绕庭园、山水共融、人水和谐的修筑河道新理念，金东区对所有河道进行治理，在确保防洪安全前提下，注

重保护原有生态、景观功能，河岸护砌尽量采用生态砼、堆石、植物等。通过两年多治理，金东区步入了全国

中小河道治理的先进行列。

金东区水务局运用“生态混凝土护岸”新技术，用圆球状和切块状石块代替传统的方块型条石，球与球、

切块与切块之间留有空隙，便于植被的生长。水位线以下的堤岸，打破传统的水泥光面设计，改成镂空“鱼槽”

状，留足一排排长方形孔，供鱼儿自由出入，有效地保护了河道的生态系统。岭下镇釜章村村民陈小弟说，家

门口的河道，经过整治，水干净了，鱼虾明显多了起来。

溯流而上，记者来到岭下镇严宅村。绿水倒映着蓝天白云，村民严文明正在亲水平台洗凉席。他说，亲水

平台为村民洗衣、洗菜，提供了很大方便。

澧浦镇东溪里郑村段，一群鸭子在溪水与堤岸石缝间，寻找食物。河道经过整治，石头间缝隙，利于透水，

成了一些水生动物的避难所。

金东新城区王坦溪溪边，两岸杨柳轻舞，绿草成荫，郁郁葱葱的绿化苗木丛中，不时有居民闲庭信步。

混凝土技术 Concrete Technology

·84·

提升道路建设维修速度节约工程成本 王成佳

（辽宁省装饰工程总公司，辽宁 沈阳 110015）

摘 要：本文针对城市马路建设及修缮中，存在的问题进行深刻剖析，并指出影响建设工期的真正原因。如何找到一种新的施

工方法，提升道路建设维修速度，节约工程成本。指出应用一种提升式多环井盖的专利技术，淘汰传统落后产品。将给市政建

设带来极大的经济效益。

关键词：提升；多环井盖；检查井；固定圈；交通管制；井盖底座；

Enhance the speed of road construction repair project cost savings

WANG Chengjia

（Liaoning Province Decoration Engineering Corporation，Liaoning Shenyang 110015）

Abstract：In this paper，the construction and repair of roads in the city，profound analysis of the problems and pointed out that the real

reason affecting the construction period. How to find a new construction methods to enhance the speed of road construction maintenance，

saving construction costs. Pointed out that the application of multi-ring covers an elevated patented technology behind the product out of the

traditional. Municipal building will bring great economic benefits.

Key words：upgrade； polycyclic covers；inspection wells；fixed ring；traffic control；covers the base

1 前言

马路中各种传统井盖的设置，直接影响马路建设及

维修速度，一种提升式多环井盖专利技术的出现，将给马

路建设及维修带来一次新的革命，它将极大提高马路建设

及维修速度，解放生产力，大大降低工程成本，改变一个

世纪不变的施工方法。是一种值得推荐的新工艺。

2 问题的提出

在城市道路建设和住宅小区建设中，各种管网埋设

于地下，因此需设置各种检查井。如污水管道井、给水

管道井、消防管道井、热力管道井、雨水管道井、煤气

管道井、电讯电缆管道井等等。这些井的设置遍布城市

的各种马路和小区庭院中，其井盖上表面与地面平齐，

井盖周遍固定圈与混凝土地面和沥青地面接壤并固定

死。市政路面及庭院路面每年都要维修、翻修，有的路

面要整体加厚铺设。我们试想一下，如果路面没有各种

井盖的障碍，那么路面的整体铺设推进速度将是何等的

快。但这是万万做不到的。，半个世纪乃至一个世纪的

施工方法没有改变。修复某路面传统的做法是；1、要

对该路面进行交通管制并封堵禁止车辆通行。【这大大

增加了其他路面的交通负担和出行不便】2、在管道井

周围设置护栏。3、拆除或破坏性拆除井盖底座【由于

底座固定在混凝土井壁上，拆除难度大，效率低下】4、

向各下水井周围堆放沙子，红砖，水泥碎石等建筑材料

【地点分散量小，材料组织成本高】5、依据新路面设

计标高重新砌筑井壁至设计标高【无水源靠拉水施工成

本太高】6、重新安装固定成套井盖底座。7、养护养生

至设计强度。8、铺设路面。9、拆除管道井护栏。整个

工程施工周期都被小小的井盖所占用。据统计井盖施工

工期占总工期的五分之四。而耗时耗力耗材。无法采用

机械化作业。业内人士都都说，马路重新修复的最大障

碍是井盖的重新拆装。它已阻碍市政建设的发展。因此

传统的施工方法必须得到改变。

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·85·

其 他

3 设计观点的提出：

路面修复及重新铺设最棘手的问题就是各种管井

的重新拆装。如果能在不拆除原有井盖系统的前提下，

找到一个合理可行快捷提升井盖的方法，是解决问题的

关键所在。围绕这一点，对井盖这一问题进行了深入系

统研究。终于找到一个在不拆除井盖底座的前提下。快

速提升井盖，而且在不需重新砌筑固定养生的漫长等待

时间。一种提升式多环井盖专利技术代生。

四、路面施工中传统井盖与多环井盖的技术经济比

较：

序号 传统井盖 多环井盖

1 制造成本为 0.75A 制造成本为A

2

路面铺设时需拆除或破坏性拆除井盖固定底座，耗时、耗力、耗材，并

产生大量垃圾，造成路面污染，影响交通，施工直接费用每个约为 400b，

工期为 60c。

无须拆除，卸环费用 b，工期 c。

3

井壁重新砌筑打混凝土至设计标高，养护 72 小时。用材品种多零散（沙

子，水泥，水，红砖等）。材料组织困难，施工点分散，每个井的施工费

用为 500d，工期为 6e。

增设调整螺栓，填充高强度沙浆，操作

简单，每个井费用为 d工期为 e。

4 一次性使用 n+1 次使用

5 安全文明施工难度较大 极易做到安全文明施工

4 提升式多环井盖的专业特点：

提升式多环井盖的概念的提出，不是单一学科，单

一专业，就能所为的。它是集给排水、市政、路桥、机

械制造、铸造、设计施工等多学科知识的集合。单一专

业学者很难体会与思考它的制造与使用，因为它的专业

特征不明显，所以很难达到一种理想和现实的完美结

合。

5 多环井盖的市场和前景分析：

该井盖的问世，将给市政道路建设与庭院路面施工

带来革命性的改变。它将彻底改变道路施工的复杂程序

和烦琐重复的施工，并改变道路建设施工形象。将节约

大量的人力物力才力，大大提高施工速度，缩短工期，

变复杂为简单，变多投入为少投入。这样的产品是当今

科技发展与科学化的施工管理相结合的必然产物，一旦

产品投入使用，将带来极大的社会效益和经济效益。

城市建设离不开各种形式的井，一个中等城市所拥

有的各种形式的井，大约为 50 万左右，市场用量大，

有其广阔的市场空间。一旦形成批量生产，将有很大的

经济发展空间。

信息速读：

印度水泥公司为满足国内需求 减少水泥出口量

据相关媒体报道，印度水泥集团的发言人透露，为了满足印度本国水泥不断增长的需求，2012 年印度水

泥集团出口减少了 84.5%。水泥出口的下降是因为国内水泥需求旺盛，而且水泥生产商也想提高产量来赢得国

内水泥市场，现在水泥生产商将出口的水泥份额都分摊到国内市场销售了。

印度水泥公司为了本国的需求削减其水泥出口量，2012 年的出口量由 60 万吨下降至 10 万吨，公司 2012

年在国内水泥销量达 1790 万吨，与 2011 年 1540 万吨相比，同比增长 12.3%。公司的水泥品牌——Tiga Roda，

2011年该品牌的市场覆盖率约为31.5%，2012年该品牌在国内水泥市场的占有率有所提升，水泥销量上涨32%。

2012 年公司订立新的战略扩张计划，包括在印度建立新的水泥工厂。此外，该水泥生产商还与中国中材

集团达成初步协议，将由中材集团提供设备供应服务。届时，该国的水泥产量将会有较大幅度的提升，以满足

国内需求。

混凝土技术 Concrete Technology

·86·

作者简介：高刚（1987－ ），男, 汉族, 山东东营人. 硕士，研究方向为结构工程

通讯地址：青岛理工大学，邮编 266033

E-mai：75858310@qq.com.

基金项目类别（项目编号）：国家自然科学基金项目（51178232）

冷轧带肋钢筋伸长率的试验研究 高 刚，高立堂，胡海涛

（青岛理工大学 土木工程学院，青岛 266033）

摘 要：本文给出了断后伸长率和均匀伸长率的计算公式，将两种测量伸长率的方法进行了对比，并判断两种测量方法的优劣。

分析得出均匀伸长率能反映钢筋拉断时的平均变形，是钢筋的真实延性指标。对 6根冷轧带肋钢筋进行了伸长率的测试实验，

并判断是否符合有关国际标准。最后对钢筋受拉的矩形截面构件进行受力分析，判断截面延性对钢筋伸长率的要求。

关键词：钢筋；断后伸长率；均匀伸长率；延性

Experimental Study on Elongation of Cold-rolled Ribbed Steel bars

GAO Gang，GAO Litang，HU Haitao

（School of Civil Engineering，Qingdao Technological University，Qingdao 266033，China）

Abstract：This paper gave the calculation formula of elongation and uniform elongation，compared the two methods of measuring the

elongation，and showed the merits and demerits of two kinds of methods. By analysis，it shows that the uniform elongation can reflect the

average deformation of reinforced bars， which is the true ductility index of steel. Six ribbed steel bars were tested experimentally to

measure their elongation，and determine whether they accord with the relevant international standards. At the end，by the force analysis of a

rectangular cross section member，the requirements of reinforcing elongation for section ductility were judged.

Key words：reinforcing bars；elongation；uniform elongation；ductility

钢筋在现代建筑当中是不可或缺的建筑材料，其质

量的好坏直接关系到建筑物的安全。强度、延性、冷弯

性等钢筋材料性能是钢筋最重要的性能指标，其对构件

的影响非常显著。我国的某些地区仍然存在着钢筋拉拔

的现象，虽然钢筋通过拉拔后能大大提高其强度，但却

导致了钢筋延性的降低，从而导致了很多建筑工程存在

安全隐患。因此，钢筋的延性问题必须得到重视。钢筋

进入建筑工地时，应按国家有关标准规定取样进行检

测，其质量达标后方可使用。

1 钢筋伸长率的计算方法

1.1 断后伸长率的计算方法

断后伸长率是指钢筋试样拉断后，标距的伸长值与

原始标距的百分比。断后伸长率可直观的反映钢筋的延

性，是钢筋力学性能中的一项重要指标，钢筋是否合格

与断后伸长率的大小有直接的关系。因此在我国建筑使

用钢筋的伸长率均需根据国家有关标准《金属拉伸试验

方法》GB228 的规定，将钢筋拉伸至断裂以测定其伸长

率，即断后伸长率。现行的断后伸长率计算公式［1］为：

1 0

0

= 100%L LL

δ −× （1）

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·87·

其 他

式中：δ ——钢筋断后伸长率，根据标距的不同有 5δ 、 10δ 、 100δ 三种；

0L ——试件受力前的标距长度（一般取 5d，10d，100d，d 为试件的直径）；

1L ——试件拉断后，断口处标距的实测长度；

1. 2 均匀伸长率计算方法

均匀伸长率是指钢筋在最大拉伸力下的均匀伸长

率g tδ ，指钢筋试件拉至最大力时标距的伸长与原始标

距的百分比，反映钢筋拉断时的平均变形，更能真实的

体现钢筋伸长率的指标。均匀伸长率包含了两部分，一

部分是塑性变形，另一部分是弹性变形，因此钢筋在工

作状况中的应变更加真实的体现出来，对各种规格的钢

筋，均匀伸长率都比较稳定［2］。均匀伸长率的测定方法

为［3］：在钢筋颈缩区 2d 以外取标志长度为 L0进行测量，

然后在塑性应变的基础上加入弹性变形的部分，可以采

用以下公式：

1 0gt

0

= b

s

L LL E

σδ −+ （2）

式中： gtδ ——钢筋的均匀伸长率； 0L ——试件受力前，量测区的原始长度；

1L ——试件受力后，量测区的的实测长度； bσ ——钢筋的极限强度

sE ——钢筋的弹性模量

1.3 断后伸长率与均匀伸长率的分析比较

断后伸长率仅能反映出钢筋颈缩区域的残余伸长，

并不能反映出钢筋的真正变形。相反均匀伸长率体现的

是钢筋拉断时的平均变形，能够代表钢筋的变形能力，

最接近钢筋真实的延性指标。通过对比钢筋断后伸长率

与均匀伸长率的比值，发现不同的测量方法其值往往相

差较大。根据《混凝土结构工程施工质量验收规范》

（GB50204-2002）第 5.3 条，表 5.3.2A 中Ⅱ~Ⅳ级钢筋

的断后伸长率最小限制值为 13%~16%，而均匀伸长率

的限值只有 9%。

现在国际上已经通用均匀伸长率来评价钢筋的延

性大小，因为均匀伸长率能够更好地反映混凝土构件中

钢筋的工作状态，《混凝土结构工程施工质量验收规范》

（GB50204-2002）提出了最大拉伸力下的总伸长率问

题，并且给出了建筑工程用钢筋的均匀伸长率最小限

值。代表这我国已经开始重视钢筋的均匀伸长率，逐渐

采用建筑工程中钢筋的均匀延伸率代替断后伸长率来

评价钢筋的延性。

均匀伸长率与断后伸长率的测量方法是有实质性

区别的，均匀伸长率则是在距夹持区边缘 20mm或直径

大于 20mm钢筋时的钢筋直径长度处做标记，各向内量

测 100mm 后再做标记，钢筋拉断后，测量钢筋断裂处

远端的两个标记之间的距离，计算出其超出 100mm 的

伸长比率，就是最大力下的总伸长率。而断后伸长率是

通过测量断后伸长净值再计算其与试验前标距的比值

而得。

2 钢筋伸长率的测定

为了反映均匀伸长率g tδ 的测量值稳定，受量测影

响较小，本文将 6 根直径为 8mm 的冷轧带肋钢筋分为

两组，前 3根分别在 5d，10d，100d 的标距下，利用万

能材料试验机（图 1）进行拉伸试验测量其断后伸长率。

后3根按GB／T228规定在万能材料试验机上进行拉伸

试验，直至试样断裂，测其均匀伸长率g tδ 。均匀伸长

率的测量简图见图 2。

图 1 材料试验机

图 2 测量简图

混凝土技术 Concrete Technology

·88·

在钢筋上选择 Y 和 V 两个标记，这两个标记之间

的距离在拉伸试验之前至少应为 l00mm。两个标记都应

当位于夹具离断裂点最远的一侧。两个标记离开夹具的

距离都应不小于 20mm或钢筋公称直径 d（取二者之较

大者）；两个标记与断裂点之间的距离应不小于 50mm

或 2d（取二者之较大者）。

拉断后的钢筋见图 3，可以看出钢筋断裂后会出现

明显的颈缩现象，断截面面积明显变小。钢筋的伸长率

的计算结果如表格 1所示。

图 3 钢筋拉断后

前 3根钢筋由于标距的不同，同一种钢筋的断后伸

长率测量值变化较大，而后 3根钢筋的均匀伸长率测量

值比较接近。这充分说明均匀伸长率受标距和测量部位

的影响因素较小，测量值比较稳定，其反映拉断时钢筋

的平均变形，是钢筋的真实延性伸长率指标，能够真正

代表钢筋的变形能力。国际标准对冷加工钢筋的要求是

g tδ 2%［4］，从试验结果中看出 3根冷拉钢筋的均匀伸

长率均没有达到国际标准要求。 表 1 钢筋的均匀伸长率

钢筋编号 伸长率类型 钢筋均匀伸长（%）

1 5δ 8.13

2

3

4

5

6

10δ

100δ gtδ gtδ

gtδ

5.72

4.16

1.63

1.59

1.56

3 钢筋伸长率降低对截面延性的影响

所谓延性，是指受到外力时所选择的结构部分超越

弹性极限后，在没有明显强度或刚度退化的情况下的变

形能力［5］，即在结构受力破坏之前所能承受的最大变

形。地震的反复荷载，基础结构的不均匀沉降以及体积

的变化都会导致建筑结构产生内力和变形，这就要求构

件有足够的变形能力，以抵御上述各种外力所造成的变

形情况，增加建筑物的安全储备。

仅配置受拉钢筋的矩形截面构件的分析如下：

构件截面符合平截面假定，当受力逐渐增大，达到

极限承载力时，由应变可得到以下何关系：

0

cu

cu s

xh

εε ε β

=+

（3）

式中： cu sε ε、 ——顶部混凝土的极限应变及受拉

钢筋应变；

0h ——截面的有效高度； x——截面受压区高度；

y s cf A f bx= （4）

式中： cf ——混凝土的轴心抗拉强度设计值；

sA ——钢筋截面面积； b——矩形截面宽度； 由（4）式解得 x代入（3）式可得：

* 0 1= -1cs cu

y s

h f bf A

βε ε（ ） （5）

式中 *sε ——截面不发生主筋拉断对钢筋延伸率

的最小要求； *

sε ——混凝土极限压应变，当极限压应变计算值

大于 0.0033 时，取为 0.0033［6］.

根据混凝土构件的极限强度理论换算关系，（1）式

也可以写成以下形式：

* 1= -1cs cu

y

ffβε ερ

（ ） 或 * 1= -1s cuβε εξ

（ ）

（6）

式中： ρ ——构件截面配筋率，0

= sAbh

ρ

ξ——截面相对受压区高度

2013年第 5期 Number 5 in 2013

·89·

其 他

由（4）式可以看出影响 *sε （ gtδ ）取值的主要因

素是：当钢筋的抗拉强度值越小而混凝土的强度越高

时，对钢筋伸长率的要求越高。而当截面的配筋率越低

时，对钢筋伸长率的要求也要提高。因此构件截面的相

对受压区高度较小时，要保证受拉区的钢筋不被拉断，

就要提高钢筋的伸长率。

假如寻求 *sε （ gtδ ）的取值范围，先要确定相对受

压区高度的取值范围，而界限相对受压区高度 bξ 是控

制构件适筋破坏和超筋破坏的界限。在构件适筋破坏的

前提下 bξ 是ξ 的取值上限，将 bξ 代入（4）式可得 *sε

（ gtδ ）的下限值，即：

1gt

b

-1 cuβδ εξ

≥（ ） （7）

其中：钢筋有屈服点时 1b

s

=1+ y

cu

fE

βξ

ε

钢筋无屈服点时 1b

s

=0.0021+ y

cu cu

fE

βξ

ε ε+

由上面分析可知：在钢筋的抗拉强度与混凝土的强

度等级一定时，当构件截面的配筋率取最小配筋率时*

sε （ gtδ ）取得上限值，当截面配筋为经济配筋时， *sε

（ gtδ ）即为一般受弯构件截面适筋破坏伸长率的取值

范围。

4 结论

1）与断后伸长率相比，均匀伸长率受标距和测量

部位的影响因素较小，测量值相对稳定，体现的是钢筋

拉断时的平均变形，能够代表钢筋的变形能力，最接近

钢筋真实的延性指标。

2）实测直径为 8mm的冷轧带肋钢筋的均匀伸长率

在 1.56%-1.63%，之间，而国际标准对冷加工钢筋的要

求是 g tδ 2%，所测钢筋的均匀伸长率均未达到国际标

准要求。

3）当钢筋的抗拉强度值越小而混凝土的强度越高

时，对钢筋伸长率的要求越高。而当截面的配筋率越低

时，对钢筋伸长率的要求也要提高。在钢筋的抗拉强度

与混凝土的强度等级一定时，当构件截面的配筋率取最

小配筋率时 *sε （ gtδ ）取得上限值。

参考文献：

[1] 中华人民共和国国家标准，金属拉伸试验方法

（GB228-2002）[S] 2002.

State Standard of the People’s Republic of China，

Method for tensile test of metal （GB228-2002）

[S]2002.

[2] 张达勇.我国混凝土结构用钢筋（丝）基本性能的比

较[D].郑州：郑州工业大学，2000.

ZHANG Da-yong. The Comparison of basic properties

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[D] .Zhengzhou：Zhengzhou Industrial University，

2000.

[3] GB/T5223-2005，预应力混凝土用钢丝 [s]

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[s]

[4] 郑康平，H 型冷轧扭（方棱形）钢筋，《冷轧扭钢

筋应用技术论文集选》，中国建筑工业出版社，

1999，5.

ZHENG Kang-ping，H type of cold-rolled and

twisted bars， 《Application of cold rolled twisted bar

paper》，China Building Industry Press，1999，5.

[5] T·鲍雷，M·普利斯特.钢筋混凝土和砌体结构的

抗震设计[M]. 戴瑞同，等译. 北京：中国建筑工业

出版社，1999.

T·Bolly，M·Priestley. Seismic design of reinforced

concrete and masonry structures [M]. Interpret：

DAI Rui-tong，Beijing：China Building Industry

Press，1999.

[6] GB50010—2010. 钢筋混凝土设计规范[S]

GB50010 — 2010. Code for design of concrete

structures [S]

混凝土技术 Concrete Technology

·90·

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13.2011 年，《混凝土技术》将致力打造“技术论坛”和“企业论坛”栏目，围绕行业及企业关注的热点焦点问题

展开深层次探讨，您最感兴趣的话题是：

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14.您的其他意见和建议是：

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年龄：□20-30 岁 □31-40 岁 □41-50 岁 □51-60 岁 □60 岁以上

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职业：□专家学者 □政府行政人士 □商混企业 □外加剂企业 □水泥企业

□机械制造 □施工企业 □会议会展 □院校学生 □其他

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