粉煤灰自密實混凝土的配制與性能

李洪峰

( 黑龍江省慶達水利水電工程有限公司，哈爾濱150080)

自密實混凝土( 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成型的混凝土。隨著目前我國大型工程建設的增多，混凝土工程日趨規模化和復雜化，對新拌混凝土性能的要求日益增多，自密實混凝土的誕生不但滿足了復雜狀況下混凝土施工的需要，而且為復雜結構混凝土的耐久性提供了技術保障。本文試驗表明，一直作為工業廢料的粉煤灰對自密實混凝土的配制卻起著相當積極的作用。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、利于環境保護，在保障混凝土優良性能的基礎上也同時節約了成本。

1 自密實混凝土配制要點

由于自密實混凝土的成型和密實過程是同時發生的，既有高度流動度，又不離析，具有均勻性、穩定性，并且是依靠混凝土料自身的高流動性來填充外部與內部的空隙，所以配制自密實混凝土就要求混合料必需具備較低的屈服剪切應力和塑性黏度，混合料才能具備高流動性以達到無需振動即能填充自身空隙; 而另一方面，混合料在密實成型的過程中必需保持均勻，無離析、泌水現象發生。眾所周知，采用傳統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可改善混合料的流動性，但當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到自密實的效果。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定性。

粉煤灰作為摻合料，其顆粒多數為球形玻璃體，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晶發生火山灰反應，不僅生成具有凝膠性質的產物( 與水泥中硅酸鹽的水化產物相同) ，而且加強了薄弱的過渡區，對改善混凝土的各項性能有顯著作用。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( 質量好的粉煤灰含大量玻璃微珠) ，因此能填充得更密實，在水泥用量較少的混凝土里尤其顯著。當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。這些優勢都決定了優質粉煤灰是用于自密實混凝土的首選摻合料。

2 粉煤灰自密實混凝土配制方法

本文以工程中最常用的C30 級自密實混凝土為例，自密實混凝土的配合比設計除了應該滿足硬化混凝土的強度及耐久性之外，還應滿足流動性、間隙通過性等要求。自密實混凝土配合比設計多用絕對體積法，單方混凝土水泥用量≤450 kg，砂宜采用細度模數較大的中砂，其對粗集料的要求較高，對有配筋要求的混凝土結構，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。粉煤灰可以根據本地的情況選用需水量≤1 的Ⅰ級或Ⅱ級粉煤灰。本試驗配合比選用P.O32.5 水泥，Ⅰ級粉煤灰，外加劑選用減水率23%的以UNF－5 為主要成分的復配以引氣、增稠作用的復合外加劑，配合比見表1。

表1 C30 自密實混凝土配合比 kg/m3

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

3 粉煤灰自密實混凝土的性能

3.1 新拌混凝土性能

粉煤灰自密實混凝土的新拌混凝土性能見表2。

表2 粉煤灰自密實混凝土新拌混凝土性能

由表2 數據可見，摻粉煤灰自密實混凝土具有高流動性，經時2 h后混凝土坍落度基本無缺失，擴展度損失也很小，不僅具有優異的流動性能，而且具有很好的保持流動性的能力，從而為實現混凝土的自密實提供了保證。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部摩擦，降低了混凝土內部的剪應力，而改善了其流動性。由混凝土的泌水率可見無泌水現象發生，表明粉煤灰混凝土具有很好的勻質性，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，其力學性能直接受材料本身密實程度的影響，如自身密實性不好的混凝土會有孔縫產生，而孔縫的引入會引起混凝土內部應力集中，這會嚴重影響其力學性能指標，所以檢測硬化后混凝土的力學性能可以直觀地反映出自密實混凝土內部結構的密實程度。本次試驗同時成型了粉煤灰混凝土自密實成型試件和振動成型試件，其硬化后的性能指標分別見表3。粉煤灰自密實混凝土的收縮性能見表4。

表3 粉煤灰自密實混凝土硬化性能指標 MPa

表4 粉煤灰自密實混凝土的收縮性能

由表3 數據可以看出，粉煤灰混凝土自密實成型試件和振動成型試件各齡期抗壓強度比值均＞98%，這表明未振搗試件與振搗試件的強度幾乎相當，對于強度而言振搗的貢獻幾乎為零，說明粉煤灰密實混凝土完全可以依靠自身的重力及高流動性達到密實成型的要求。這其中很大一部分原因是由于在硬化混凝土結構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，提高了結構的致密程度，更重要的是粉煤灰可以與水泥水化產物Ca( OH)2進一步發生反應，生成更致密的凝膠，填充于孔隙之中，使混凝土結構更加密實。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量相對減少，可以起到限制收縮的作用，粉煤灰自密實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度增高，抵抗收縮的能力增強，收縮漸趨平緩。

4 結 語

自密實混凝土的有效地解決了狹窄區域混凝土施工的難題，其應用量也日益增多，粉煤灰作為自密實混凝土的摻合料以其自身優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性能和耐久性。經與同樣配合比振動成型的混凝土比較，各項性能指標均很理想。由于粉煤灰自密實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，為密集配筋結構工程設計的實現提供了可靠的技術依據。粉煤灰自密實混凝土的應用不但消除了振搗噪聲，減弱了工人的勞動強度，還有效地避免了由于振搗不密實而帶來的施工隱患，加快了施工進度，保證了工程質量。粉煤灰自密實混凝土配制技術和應用提高了文明施工和現代化施工管理水平，更是節能環保、節約成本，實現雙贏的最好體現。

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