大流動性粉煤灰輕骨料混凝土的工作性

馬先偉，楊 歡，武雙磊

(1.河南城建學院土木工程學院，河南平頂山467036;2.浙江大學材料系，浙江 杭州310027)

大流動性混凝土要求混凝土的坍落度大于180 mm。流動性增加通常通過增加減水劑的用量來實現，尤其是水灰比較低時，減水劑的用量會更高。同時，由于混凝土自重較大，對模板產生較大的側壓力，增大了對模板質量的要求。采用輕骨料可以解決這一問題。然而，輕骨料混凝土在施工中發現拌合物抗離析性很差，很容易堵塞管道。目前的做法有預濕處理、控制陶粒的最大粒徑、提高水泥漿體的粘度、選擇合適的顆粒粒型、摻加適量的引氣劑等［1－4］。

由于石子的比重比陶粒大，通過調整石子與輕骨料的比例是否可以使混凝土拌合物的抗離析性得到改善，本文將以此為研究重點，通過粉煤灰對水泥的取代量、陶粒對石子的取代量兩個方面來分析混凝土工作性的變化。

1 試驗

1.1 原材料

水泥采用大地水泥有限公司生產的P.O 42.5級的水泥，0.080 mm篩余量為0.8%，標準稠度加水量為142 g，初凝時間為65 min，終凝時間為8.5 h;減水劑采用的是北京德昌公司生產的聚羧酸系減水劑，白色粉末，0.3 mm方孔篩篩余量4%，摻量1.0%時，減水率29.9%;碎石粒徑為5～25 mm，堆積密度為1.41×103 kg/m3;粉煤灰陶粒粒徑為5～25 mm，24 h吸水率為16.0%，堆積密度為5.40×103 kg/m3;粉煤灰用姚孟電廠生產的Ⅱ級粉煤灰，0.080 mm篩余量為0.8%。

1.2 混凝土的初始配合比

混凝土的初始配合比設計參照CCES 02－2004《自密實混凝土設計與施工指南》(見表1)。陶粒被浸水24 h后，晾干到飽和面干狀態再使用。

表1 混凝土的初定配合比

1.3 相關性能測試方法

為了更好表征混凝土拌合物的均勻性，本文實驗采用的是倒坍落度法，主要測試指標有混凝土從倒置的坍落度筒中流空的時間、落下后的坍落度、擴展度、中邊差以及泌漿寬度?；炷恋膹姸劝凑胀ǔ５牧⒎襟w抗壓強度測試方法進行測量。

2 結果與討論

2.1 粉煤灰摻量的影響

當粉煤灰取代量分別為25%、30%、35%和40%時，混凝土的工作性能見表2和圖1～圖4。坍落度主要反映了混凝土的流動性能和黏聚性能;流動時間主要反映拌和物的塑性粘度η，同時也部分反映了屈服值τ0的大小;擴展度則量化了混凝土在自重作用下克服屈服應力下的流動狀態;中邊差反映了石子在砂漿中的懸浮游動能力和抗離析性，其值越小表明這些性能越好;泌漿寬度過大表示混凝土有泌水離析現象。

表2 粉煤灰取代量對混凝土工作性能的影響

圖1 粉煤灰與坍落度的關系

圖2 粉煤灰與擴展度的關系

圖3 粉煤灰與倒坍時間的關系

圖4 粉煤灰與中邊差及泌漿寬度的關系

由圖1～4可以看出:摻加粉煤灰后，混凝土自身的坍落度和擴展度都有所提高，在30%時達到最大，超過30%后，隨著摻量增加，坍落度和擴展度都逐漸減小。粉煤灰摻加小于35%時，縮短了拌合物的倒坍時間和中邊差，增加了泌漿寬度。這與水泥量減少而引起拌合物的粘性減小有關。

粉煤灰摻量與混凝土的強度的關系如表3和圖5所示。

表3 粉煤灰摻量與混凝土的強度的關系 MPa

當粉煤灰摻量小于35%時會提高混凝土的強度，特別是28 d強度，在30%時3 d和28 d強度相對較高，可能是由于其形態效應改善了混凝土的流動性，致使成型后混凝土結構比較密實;當粉煤灰摻量大于35%時會降低混凝土3 d和28 d強度。

綜上所述，當粉煤灰取代水泥質量的30%時，所配置出的混凝土的工作性和強度相對較高。因此，本文采用粉煤灰30%取代量做進一步分析。

2.2 輕骨料摻量的影響

在粉煤灰等量取代水泥質量30%的基礎上，陶粒對石子采用等體積取代，取代量分別為30%、50%和100%，混凝土的工作性能如表4所示。

圖5 粉煤灰摻量對自密實混凝土強度的影響

表4 輕骨料取代量對混凝土工作性能的影響

圖6 陶粒摻量與坍落度的關系

圖7 陶粒摻量與擴展度的關系

圖8 陶粒摻量與倒坍時間的關系

圖9 陶粒摻量與中邊差及泌漿寬度的關系

由圖6～圖10可以看出:在全陶粒時，坍落度和擴展度達到最大，但由于混凝土抗離析性能較差，導致泌漿寬度很大(見圖10a);陶粒等體積取代石子50%時，混凝土的坍落度和擴展度最小，因為此時陶粒和石子的分布不均勻，做坍落度時中部石子堆積(見圖10b)，也致使倒坍時間很短，中邊差較大;陶粒等體積取代石子30%時，石子對陶粒的抑制作用比較明顯，各組分分布相對均勻(見圖10c)。

陶粒的摻加明顯降低了混凝土的強度(見圖11)，陶粒的摻量越大，石子對陶粒上浮的阻礙作用越小，混凝土的強度越低。陶粒取代量為50%時，由于陶粒上浮形成薄弱層(見圖12)，造成混凝土28 d強度降低到28.9 MPa;當陶粒取代量為100%的全輕骨料時，混凝土強度只有12.8 MPa(見表5)。

圖10 拌合物擴展情況

表5 自密實混凝土的強度 MPa

2.3 陶粒對混凝土的表觀密度和比強度的影響

試塊成型后，在自然養護期間對標準混凝土試塊(150 mm×150 mm×150 mm)進行3 d、7 d、14 d和28 d的質量統計，發現混凝土試塊養護14 d后的質量基本穩定。由于輕骨料的摻加，應考慮其表觀密度和比強度(見表6)。

輕骨料混凝土的干表觀密度一般要求不大于1 950 kg/m3，而符合要求的陶粒摻量為50%和100%。相對而言，陶粒取代量為50%時，混凝土的比強度相對較高，但是，陶粒上浮現象嚴重，仍然需要著重考慮。

圖11 陶粒摻量對自密實混凝土強度的影響

圖12 陶粒上浮

表6 各摻量陶粒自密實粉煤灰混凝土的表觀密度和比強度

3 結論

當粉煤灰取代水泥質量的30%時，所配置出的混凝土的工作性和強度都相對較好。當陶粒等體積取代石子時，造成混凝土均勻性變差，在取代量為50%時，強度相對較高，但拌合物抗離析性很差，泌水和上浮現象嚴重，需要采取一定的措施進行控制。

［1］ 詹鎮峰，李從波，甘偉.大流動度陶?；炷恋呐渲婆c應用［J］.混凝土，2012(6):114－116.

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［3］ 林倫，于新文，董浩，等.大流動性陶粒混凝土應用技術研究［J］.低溫建筑技術，2006(2):15－17.

［4］ 李渝軍，丁建彤.泵送高強輕骨料混凝土的抗離析性能［J］.混凝土，2005(3):42－45.