復(fù)合超細(xì)粉配制自密實(shí)混凝土耐久性試驗(yàn)

張愛(ài)玲，陳曉霞

(安陽(yáng)工學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院，河南安陽(yáng)455000)

0 前言

當(dāng)今，混凝土已成為使用最廣泛的建筑材料，混凝土耐久性問(wèn)題也已成為工程界研究的熱點(diǎn)。自密實(shí)混凝土耐久性不盡人意，其根本原因在于其本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。自密實(shí)混凝土是依靠自身重力就能自動(dòng)密實(shí)的混凝土，其具有良好的流動(dòng)性(高流態(tài))、充填性、間隙通過(guò)性［1－2］。這些性能能夠使混凝土順利通過(guò)倉(cāng)面密集的鋼筋和各種予埋件填充到各個(gè)角落。自密實(shí)混凝土的孔隙率很高，約占水泥石總體積的25% ～40%［3］，特別是其中的毛細(xì)孔占了相當(dāng)大的部分。毛細(xì)孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)、氧氣、二氧化碳及其他有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道，可以說(shuō)毛細(xì)孔是引起混凝土耐久性不足的根本原因。研究表明:在混凝土中適當(dāng)加入活性摻合料可以大大提高其密實(shí)性，是提高混凝土耐久性的有效方法。而粉煤灰和磨細(xì)礦粉目前已作為最經(jīng)濟(jì)的活性摻合材料成功地應(yīng)用于生產(chǎn)中，成為有效改善混凝土力學(xué)和耐久性能的重要組成部分。超細(xì)粉煤灰能更好地分散、填充在水泥熟料顆粒之間，起到密實(shí)填充作用，使水泥顆粒能更好地參與水化;超細(xì)礦粉較小的粒徑也有助于其參與水化，生成更多的水化產(chǎn)物，使得漿體結(jié)構(gòu)更加致密，漿體強(qiáng)度進(jìn)一步提高［4］。由于超細(xì)粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)、微集料填充效應(yīng)和火山灰活性，可明顯提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性及抗凍性，減少混凝土的收縮［4－5］。本文對(duì)單摻粉煤灰、單摻超細(xì)礦粉及復(fù)合超細(xì)粉混凝土的工作性及耐久性進(jìn)行了研究，試驗(yàn)結(jié)果表明:復(fù)合超細(xì)粉混凝土的流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度均優(yōu)于單摻其中一種材料的混凝土，且具有更好的抗?jié)B性、抗凍性和抗碳化性，耐久性得到了明顯改善，可為超細(xì)粉煤灰和超細(xì)礦粉在混凝土中混合摻配使用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)用原材料

1.1 復(fù)合超細(xì)粉

將磨細(xì)的超細(xì)礦渣和超細(xì)粉煤灰按1∶1的比例混合均勻即為復(fù)合超細(xì)粉。超細(xì)礦渣、超細(xì)粉煤灰、復(fù)合超細(xì)粉的化學(xué)成分及技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 化學(xué)成分(質(zhì)量分?jǐn)?shù))及細(xì)度

1.2 其他材料

水泥:安陽(yáng)胡波42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥;粗骨料:安陽(yáng)水冶5～30 mm石灰石碎石，表觀密度2 680 kg/m3，堆積密度1 690 kg/m3，針片狀含量4.1%，含泥量0.5%;細(xì)骨料:邯鄲邢臺(tái)中砂，表觀密度2 620 kg/m3，堆積密度1 580 kg/m3，細(xì)度模數(shù)2.46，含泥量1.2%;拌和水:飲用水;外加劑:FDA-330A 高效減水劑，摻量2.5%，減水率27%。

2 試驗(yàn)方法與數(shù)據(jù)分析

2.1 試驗(yàn)方法

采用對(duì)比的方法，在混凝土中分別摻加超細(xì)礦渣、超細(xì)粉煤灰及復(fù)合超細(xì)礦粉，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)到一定齡期后分別進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗化學(xué)腐蝕性以及抗凍融性試驗(yàn)。本研究采用了3種強(qiáng)度混凝土［6］，配合比見(jiàn)表2。

表2 混凝土配合比 kg/m3

表3 和易性與抗壓強(qiáng)度

表4 耐久性

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.2.1 混凝土和易性與抗壓強(qiáng)度

混凝土和易性與抗壓強(qiáng)度結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可以看出:對(duì)于3個(gè)強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，摻入復(fù)合超細(xì)粉的混凝土拌合物的流動(dòng)性要比單獨(dú)摻入一種的流動(dòng)性大，無(wú)論3 d、7 d，還是28 d的抗壓強(qiáng)度都有明顯提高。

2.2.2 耐久性

混凝土抗?jié)B性采用漸增水壓法，每 4 h 增加 0.1 MPa，直到 2.5 MPa，然后劈開(kāi)試件測(cè)平均滲透深度［7－8］;混凝土抗凍融性采用標(biāo)養(yǎng)28 d棱柱體試件進(jìn)行快速凍融200次，計(jì)算耐久性系數(shù)DF;混凝土不同齡期的碳化深度用混凝土碳化試驗(yàn)箱測(cè)出。

從表4可以看出:對(duì)于同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，摻入復(fù)合超細(xì)粉配制的混凝土抗?jié)B透高度數(shù)值比單摻一種配制的混凝土低，耐久性系數(shù)高，而且抗?jié)B性和抗凍性隨強(qiáng)度等級(jí)提高也增強(qiáng)。同強(qiáng)度等級(jí)的碳化深度無(wú)明顯變化，但抗碳化性能隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)而提高;在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，隨著齡期的延長(zhǎng)，3種混凝土的碳化速度都呈下降趨勢(shì)，但復(fù)合超細(xì)粉混凝土碳化速度明顯低于另外兩種。

2.3 耐久性分析

2.3.1 影響自密實(shí)混凝土耐久性的因素

眾所周知，混凝土的工作性能包括流動(dòng)性、黏聚性和保水性三方面，三者和諧才能得到均勻密實(shí)的混凝土，并保證其良好耐久性。自密實(shí)混凝土存在大流動(dòng)性與黏聚性難匹配、強(qiáng)度不穩(wěn)定、收縮值大等性能缺陷［2］，在荷載作用和侵蝕作用下微裂縫和孔隙會(huì)逐漸連通，成為水、氧氣、二氧化碳及其他有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道。最終導(dǎo)致混凝土膨脹、鋼筋銹蝕、堿骨料反應(yīng)、強(qiáng)度降低等一系列耐久性問(wèn)題。可以說(shuō)成型不致密是引起自密實(shí)混凝土耐久性不足的主要原因。

2.3.2 超細(xì)粉煤灰、超細(xì)礦粉對(duì)自密實(shí)混凝土耐久性的影響

粉煤灰在混凝土中的基本效應(yīng)可歸結(jié)為活性效應(yīng)，微集料效應(yīng)。活性效應(yīng)是混凝土中粉煤灰的活性成分所產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)。微集料效應(yīng)是指粉煤灰顆粒均勻分布于水泥漿體的基相之中，就像微細(xì)的集料一樣。在新拌混凝土階段，粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)決定著混凝土的和易性、需水量和泌水性，并最終影響混凝土結(jié)構(gòu)形成。在硬化中期階段，粉煤灰能有效地減少混凝土內(nèi)部溫升，減少硬化初期的收縮，并促使耐久的混凝土材料結(jié)構(gòu)的形成。在硬化階段，粉煤灰的活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)將使化學(xué)性質(zhì)不穩(wěn)定的氫氧化鈣形成水硬性的膠凝物質(zhì)，這樣既能細(xì)化孔隙和堵塞毛細(xì)孔道，又能提高抗拉應(yīng)變能力，能使混凝土強(qiáng)度在后期有所提高，耐久性提高。磨細(xì)的粉煤灰要比原始顆粒形狀的粉煤灰更有利于增加活性效應(yīng)和微集料效應(yīng)，但會(huì)減小新拌混凝土的流動(dòng)性。粉煤灰由于密實(shí)填充作用及二次水化反應(yīng)，可以提高混凝土密實(shí)程度，能有效減少混凝土中大孔含量，進(jìn)一步改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)［9－10］。

礦渣顆粒為多棱角、無(wú)規(guī)則外形顆粒，在其磨到一定細(xì)度后其外形得到很大程度的改善［11］，因此超細(xì)礦渣磨細(xì)能增大混凝土流動(dòng)度。礦渣自分散性能好，在混凝土中有物理減水作用，在較大的摻量范圍內(nèi)都有較穩(wěn)定的性能。

當(dāng)超細(xì)粉煤灰與超細(xì)礦粉復(fù)合時(shí)，混凝土總孔隙率和毛細(xì)孔隙率較單摻混凝土能進(jìn)一步降低，起到了一定優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的作用，從而進(jìn)一步增強(qiáng)了混凝土密實(shí)度［12－13］。從試驗(yàn)結(jié)果看，復(fù)合超細(xì)粉配制的混凝土表現(xiàn)出較好耐久性。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)復(fù)合超細(xì)粉配制自密實(shí)混凝土的試驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論:

(1)摻入復(fù)合超細(xì)粉的混凝土拌合物的流動(dòng)性要比單摻一種的流動(dòng)性大，無(wú)論3 d、7 d，還是28 d的抗壓強(qiáng)度都有明顯提高。

(2)在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，隨著齡期的延長(zhǎng)，3種混凝土的碳化速度都呈下降趨勢(shì)，但復(fù)合超細(xì)粉混凝土碳化速度明顯低于另外兩種。

(3)復(fù)合超細(xì)粉配制自密實(shí)混凝土的抗?jié)B性、抗凍性?xún)?yōu)于單摻混凝土，抗碳化性能也隨混凝土強(qiáng)度等級(jí)而提高，耐久性能優(yōu)越。

本文是對(duì)超細(xì)粉煤灰和超細(xì)礦渣粉按1∶1的比例拌制的混凝土進(jìn)行的研究，發(fā)現(xiàn)復(fù)摻的混凝土具有上述優(yōu)良性能。由于復(fù)合超細(xì)粉比例的不同會(huì)導(dǎo)致混凝土耐久性的變化，因此，要確定最合適的粉煤灰及礦粉的混合比例，還需進(jìn)一步深入研究。

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