粉煤灰自密實(shí)混凝土的配制與性能

李洪峰

( 黑龍江省慶達(dá)水利水電工程有限公司，哈爾濱150080)

自密實(shí)混凝土( self－compacting concrete) 是指依靠混凝土自身的流變性能無需振搗而自密實(shí)成型的混凝土。隨著目前我國大型工程建設(shè)的增多，混凝土工程日趨規(guī)模化和復(fù)雜化，對新拌混凝土性能的要求日益增多，自密實(shí)混凝土的誕生不但滿足了復(fù)雜狀況下混凝土施工的需要，而且為復(fù)雜結(jié)構(gòu)混凝土的耐久性提供了技術(shù)保障。本文試驗(yàn)表明，一直作為工業(yè)廢料的粉煤灰對自密實(shí)混凝土的配制卻起著相當(dāng)積極的作用。因粉煤灰可一定量的取代水泥，低水泥用量的混凝土配制成為可能，它的加入不僅使得粉煤灰變廢為寶、利于環(huán)境保護(hù)，在保障混凝土優(yōu)良性能的基礎(chǔ)上也同時節(jié)約了成本。

1 自密實(shí)混凝土配制要點(diǎn)

由于自密實(shí)混凝土的成型和密實(shí)過程是同時發(fā)生的，既有高度流動度，又不離析，具有均勻性、穩(wěn)定性，并且是依靠混凝土料自身的高流動性來填充外部與內(nèi)部的空隙，所以配制自密實(shí)混凝土就要求混合料必需具備較低的屈服剪切應(yīng)力和塑性黏度，混合料才能具備高流動性以達(dá)到無需振動即能填充自身空隙; 而另一方面，混合料在密實(shí)成型的過程中必需保持均勻，無離析、泌水現(xiàn)象發(fā)生。眾所周知，采用傳統(tǒng)的增加單位用水量以及使用超塑化劑的方法在一定范圍內(nèi)可改善混合料的流動性，但當(dāng)塑性黏度降低到一定程度時，粗集料便會聚集使得混合料的流動性降低而不能達(dá)到自密實(shí)的效果。此時，摻合料的存在顯得尤為重要，它可以對水泥粒子起著分散作用，防止其凝聚，對流動性起著穩(wěn)定作用，另外，也可以提高新拌混凝土的黏度，增加硬化混凝土的體積穩(wěn)定性。

粉煤灰作為摻合料，其顆粒多數(shù)為球形玻璃體，其活性SiO2含量為45% ～60%，具有一定的火山灰活性。粉煤灰和富集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng)，不僅生成具有凝膠性質(zhì)的產(chǎn)物( 與水泥中硅酸鹽的水化產(chǎn)物相同) ，而且加強(qiáng)了薄弱的過渡區(qū)，對改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用。粉煤灰還可填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層，由于粉煤灰的容重只有水泥的2/3 左右，而且粒形好( 質(zhì)量好的粉煤灰含大量玻璃微珠) ，因此能填充得更密實(shí)，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著。當(dāng)混凝土水膠比較低時，水化緩慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。這些優(yōu)勢都決定了優(yōu)質(zhì)粉煤灰是用于自密實(shí)混凝土的首選摻合料。

2 粉煤灰自密實(shí)混凝土配制方法

本文以工程中最常用的C30 級自密實(shí)混凝土為例，自密實(shí)混凝土的配合比設(shè)計(jì)除了應(yīng)該滿足硬化混凝土的強(qiáng)度及耐久性之外，還應(yīng)滿足流動性、間隙通過性等要求。自密實(shí)混凝土配合比設(shè)計(jì)多用絕對體積法，單方混凝土水泥用量≤450 kg，砂宜采用細(xì)度模數(shù)較大的中砂，其對粗集料的要求較高，對有配筋要求的混凝土結(jié)構(gòu)，粗集料最大粒徑≥25 mm，要有減水率較高的外加劑( 一般減水率要求≥22%) ，因此其用水量一般也＜200 kg/m3。粉煤灰可以根據(jù)本地的情況選用需水量≤1 的Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰。本試驗(yàn)配合比選用P.O32.5 水泥，Ⅰ級粉煤灰，外加劑選用減水率23%的以UNF－5 為主要成分的復(fù)配以引氣、增稠作用的復(fù)合外加劑，配合比見表1。

表1 C30 自密實(shí)混凝土配合比 kg/m3

按此配合比進(jìn)行試拌，測得新拌混凝土坍落度為265 mm，流動度為659 mm。

3 粉煤灰自密實(shí)混凝土的性能

3.1 新拌混凝土性能

粉煤灰自密實(shí)混凝土的新拌混凝土性能見表2。

表2 粉煤灰自密實(shí)混凝土新拌混凝土性能

由表2 數(shù)據(jù)可見，摻粉煤灰自密實(shí)混凝土具有高流動性，經(jīng)時2 h后混凝土坍落度基本無缺失，擴(kuò)展度損失也很小，不僅具有優(yōu)異的流動性能，而且具有很好的保持流動性的能力，從而為實(shí)現(xiàn)混凝土的自密實(shí)提供了保證。這是由于粉煤灰有圓球狀的形貌，這種球狀的粉煤灰微粒在混合料體系中起著滾動軸承的作用，減少了顆粒之間的內(nèi)部摩擦，降低了混凝土內(nèi)部的剪應(yīng)力，而改善了其流動性。由混凝土的泌水率可見無泌水現(xiàn)象發(fā)生，表明粉煤灰混凝土具有很好的勻質(zhì)性，不會離析。

3.2 硬化混凝土性能

硬化后的混凝土是一種多孔的固體材料，其力學(xué)性能直接受材料本身密實(shí)程度的影響，如自身密實(shí)性不好的混凝土?xí)锌卓p產(chǎn)生，而孔縫的引入會引起混凝土內(nèi)部應(yīng)力集中，這會嚴(yán)重影響其力學(xué)性能指標(biāo)，所以檢測硬化后混凝土的力學(xué)性能可以直觀地反映出自密實(shí)混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實(shí)程度。本次試驗(yàn)同時成型了粉煤灰混凝土自密實(shí)成型試件和振動成型試件，其硬化后的性能指標(biāo)分別見表3。粉煤灰自密實(shí)混凝土的收縮性能見表4。

表3 粉煤灰自密實(shí)混凝土硬化性能指標(biāo) MPa

表4 粉煤灰自密實(shí)混凝土的收縮性能

由表3 數(shù)據(jù)可以看出，粉煤灰混凝土自密實(shí)成型試件和振動成型試件各齡期抗壓強(qiáng)度比值均＞98%，這表明未振搗試件與振搗試件的強(qiáng)度幾乎相當(dāng)，對于強(qiáng)度而言振搗的貢獻(xiàn)幾乎為零，說明粉煤灰密實(shí)混凝土完全可以依靠自身的重力及高流動性達(dá)到密實(shí)成型的要求。這其中很大一部分原因是由于在硬化混凝土結(jié)構(gòu)中加入適量的粉煤灰后，粉煤灰顆粒不僅以微集料的形式填充在大顆粒之間，提高了結(jié)構(gòu)的致密程度，更重要的是粉煤灰可以與水泥水化產(chǎn)物Ca( OH)2進(jìn)一步發(fā)生反應(yīng)，生成更致密的凝膠，填充于孔隙之中，使混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)。從表4 中也可以看出，作為微集料的粉煤灰的加入在很大程度上取代了水泥，使收縮值較大的水泥凝膠的數(shù)量相對減少，可以起到限制收縮的作用，粉煤灰自密實(shí)混凝土的收縮在初期增長較快，但隨著齡期的增長混凝土強(qiáng)度增高，抵抗收縮的能力增強(qiáng)，收縮漸趨平緩。

4 結(jié) 語

自密實(shí)混凝土的有效地解決了狹窄區(qū)域混凝土施工的難題，其應(yīng)用量也日益增多，粉煤灰作為自密實(shí)混凝土的摻合料以其自身優(yōu)異的性能提高了新拌混凝土的流動性和保坍性，同時提高了硬化混凝土的力學(xué)性能和耐久性。經(jīng)與同樣配合比振動成型的混凝土比較，各項(xiàng)性能指標(biāo)均很理想。由于粉煤灰自密實(shí)混凝土能夠在自重下自動穿越鋼筋密集處并保持混凝土的均勻性，為密集配筋結(jié)構(gòu)工程設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)提供了可靠的技術(shù)依據(jù)。粉煤灰自密實(shí)混凝土的應(yīng)用不但消除了振搗噪聲，減弱了工人的勞動強(qiáng)度，還有效地避免了由于振搗不密實(shí)而帶來的施工隱患，加快了施工進(jìn)度，保證了工程質(zhì)量。粉煤灰自密實(shí)混凝土配制技術(shù)和應(yīng)用提高了文明施工和現(xiàn)代化施工管理水平，更是節(jié)能環(huán)保、節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)雙贏的最好體現(xiàn)。

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