硅灰摻量對高強自密實混凝土性能的影響研究

侯茜茜，陳華

（深圳市公路交通工程試驗檢測中心，廣東 深圳 518112）

0 引言

隨著工程建筑要求的不斷提高，高性能混凝土的研發(fā)和使用已經(jīng)成為混凝土技術(shù)的熱點話題。自密實混凝土指在較低水灰比條件下，通過摻入復(fù)合高效外加劑，合理使用活性摻合料，優(yōu)化混凝土集料的級配而配制出的混凝土，在沒有外力作用下，僅依靠自重就能夠流動，在澆筑時不需要振搗，并能保持良好勻質(zhì)性的一種混凝土[1-3]。其拌合物具有良好的流動性、粘聚性和保水性，同時填充性能優(yōu)異，不離析、不泌水且硬化后具有良好的力學(xué)性能，屬于高性能混凝土的一種。

硅灰是硅鐵合金和工業(yè)硅生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，是通過煙道排出的硅蒸汽氧化后收集到的無定型、粉末狀的二氧化硅[4]，屬于一種高活性火山灰摻合料，具有極小顆粒粒徑和極大比表面積[5]。當(dāng)其摻入混凝土中，能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，將高堿水化產(chǎn)物變成低堿水化產(chǎn)物，填充混凝土中的毛細(xì)孔，使得混凝土結(jié)構(gòu)密實化，有效的改善混凝土的強度[6]、滲透性[7]和抗凍性[8]。

當(dāng)前，對于硅灰對高強自密實混凝土的工作性和耐久性能鮮有報道。本論文主要研究不同摻量的硅灰對高強自密實混凝土工作性、強度和碳化性能的研究，對理論研究和工程實踐具有很大的意義。

1 實驗原材料與實驗方法

1.1 實驗原材料

（1）水泥：廣東華潤水泥廠生產(chǎn)硅酸鹽水泥 P·O 42.5R，主要化學(xué)成分如表 1 所示。

表1 水泥化學(xué)成分 wt%

（2）礦物摻合料：粉煤灰：廣東某電廠Ⅰ級粉煤灰，燒失量 2.7%，密度 2580kg/m3，比表面積 590m2/kg，主要化學(xué)成分見表 2。硅粉：選用?？瞎镜墓杌?，其平均粒徑為0.1μm，比表面積為 1. 5×104m2/ kg，化學(xué)成分見表 3。

表2 粉煤灰化學(xué)組成 wt%

表3 硅灰化學(xué)組成 wt%

（3）減水劑：西卡高效聚羧酸減水劑，減水率 35%。

2.2 配合比設(shè)計

混凝土配合比設(shè)計，如表 4。

表4 不同硅灰摻量混凝土配合比 kg/m3

2.3 實驗方法

自密實混凝土工作性試驗按照 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；水泥混凝土抗壓強度是按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的 150mm×l50mm×l50mm 立方體試件，在溫度為 (20±3)℃及相對濕度 90% 以上的條件下，養(yǎng)護(hù)至齡期后，按 GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。碳化深度系數(shù)試驗按照 GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗，測定時用劈裂抗拉夾具在壓力機(jī)上將試件劈開，噴涂 1%酚酞指示劑，用游標(biāo)卡尺分別測量其 3、7、14、28 天碳化深度。

3 結(jié)果與討論

3.1 硅灰對高強自密實混凝土工作性的影響

圖1 反映不同摻量的硅灰對自密實混凝土坍落度和擴(kuò)展度的關(guān)系。

圖1 硅灰摻量與新拌混凝土坍落度和擴(kuò)展度的關(guān)系

研究結(jié)果表明，新拌混凝土的坍落度和擴(kuò)展度隨著硅灰量增大而增大。雖然硅灰的平均粒徑在 0.1μm 左右，比表面積比較大，需水量有所增大，但是在高效減水劑作用下，硅灰顆粒表面覆蓋著強的表面活性離子，使得硅灰與硅灰、硅灰與水泥和水泥與水泥顆粒間存在著靜電作用，增大了新拌混凝土的坍落度和擴(kuò)展度。此外，硅灰形貌是一種細(xì)小玻璃球狀，不但在新拌混凝土漿體中起到滾珠和潤滑的作用， 而且能有效的填充混凝土中的空隙，置換空隙中的自由水，使得新拌混凝土中自由水增多，所以這種填充作用有助于改善其坍落度和擴(kuò)展度。

3.2 硅灰對高強自密實混凝土抗壓強度的影響

圖2 反映了硅灰摻量與自密實混凝土抗壓強度之間的關(guān)系。

圖2 硅灰摻量與抗壓強度的關(guān)系

研究結(jié)果表明，隨著硅灰摻量增大和齡期延長，28d 前自密實混凝土抗壓強度增大幅度比較大，而 28d 后抗壓強度增大幅度很小，幾乎趨于平衡。當(dāng)硅灰摻量由 30kg/m3增大至50kg/m3，28d 抗壓強度增大 8%，180d 抗壓強度增大 15%。硅灰屬于高活性摻和料，能有效與水化產(chǎn)物 CH 發(fā)生反應(yīng)，在骨料周圍生成致密無定形的硅酸鈣水化產(chǎn)物，明顯改善混凝土粗骨料與水泥石之間的過渡區(qū)[9]。此外，由于硅灰顆粒粒徑比較小，在混凝土結(jié)構(gòu)中起到填充空隙的作用，減少了混凝土結(jié)構(gòu)中的孔隙率，減小了混凝土在受力時產(chǎn)生應(yīng)力集中，增大了其抗壓強度。

3.3 硅灰對高強自密實混凝土碳化性能的影響

圖3 反映了硅灰與高強自密實混凝土碳化深度的關(guān)系。

圖3 硅灰摻量與碳化深度的關(guān)系

研究結(jié)果表明，在相同的碳化時間內(nèi)，高強自密實混凝土碳化深度隨著硅灰摻量的增大而減小，當(dāng)硅灰的摻量由30kg/m3增大至 50kg/m3時，其 28d 的碳化深度由 2.7mm 減小至 1.2mm，由于硅灰顆粒粒徑比較小，填充混凝土中的毛細(xì)孔，阻斷毛細(xì)孔的聯(lián)通，阻礙 CO2在混凝土基體中擴(kuò)散，減慢了 CO2對混凝土的侵蝕。此外，隨著碳化時間的延長，高強自密實混凝土碳化速度隨著碳化時間延長而減慢，這是由于隨著碳化時間延長，碳化產(chǎn)物的生成，減小其孔隙率[10-11]，進(jìn)一步阻礙 CO2在混凝土基體中擴(kuò)散速度的結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）隨著硅灰摻量增大，新拌混凝土的工作性得到改善，其坍落度與擴(kuò)展度隨著硅灰增大而增大。

（2）隨著硅灰摻量增大和齡期延長，28d 前自密實混凝土抗壓強度增大幅度比較大，而 28d 后抗壓強度增大幅度很小，幾乎趨于平衡。其中當(dāng)硅灰摻量為 50kg/m3時，28d 抗壓強度增大 11.5%，而 180d 強度增大 13.5%。

（3）高強自密實混凝土碳化速度隨著硅灰摻量的增大和碳化時間延長而不斷減慢。

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