礦物摻合料對自密實混凝土收縮性能影響

付 妍，付 嬋

(1.華北水利水電大學，河南 鄭州 450045；2.河南華森建設有限公司，河南 鄭州 450018)

0 前 言

隨著混凝土技術的不斷發展，人們對混凝土的要求越來越高。大量使用礦物摻合料既可以提高混凝土的性能，又能減少水泥的用量，即減少了水泥生產時CO2、SO2等有害氣體的排放，由于礦物摻合料大多是工業廢料，如粒化高爐礦渣粉、粉煤灰、硅灰等，可以節約水泥，保護環境，并且改善混凝土的耐久性。磨細礦渣活性好，對強度、耐久性、降低水化熱甚至工作性能都有利。粉煤灰具有火山灰活性，能降低初期的水化熱，減少干縮，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期強度，顯著提高混凝土的耐久性。硅灰可以改善混凝土拌合物的粘聚性及流變性，并可顯著提高混凝土的強度和耐久性，高強混凝土都必須摻加硅灰。除此之外自密實中的礦物摻合料還有石灰石粉、沸石粉等。沸石粉可以提高SCC的粘聚性、保水性。石灰石粉提高了SCC的工作性能，同時能有效降低混凝土的自收縮性能[1]。但是大摻量礦物摻合料又導致了SCC的收縮變形較大，從而導致開裂，嚴重影響SCC的耐久性，故對礦物摻合料的摻量有一定的要求，過高或過低都會對混凝土收縮有影響[2]。

1 單摻礦物摻合料對SCC收縮性能影響

由于自密實混凝土要求流動度大、和易性好，故選擇單摻礦物摻合料時，一般選擇粉煤灰和石灰石粉這種能改善混凝土和易性的礦物摻合料，容易保持自密實混凝土良好的工作性能。

1.1 單摻粉煤灰對SCC收縮性能影響

胡瑞等[3]研究了粉煤灰摻量不同時對SCC收縮變形的影響，通過進行180 d的干燥收縮試驗。試驗結果表明：粉煤灰摻量越高，SCC的干燥收縮值就越小，粉煤灰對SCC的干燥收縮有抑制作用。

祝雯等[4]通過進行28 d的自由收縮及砂漿橢圓環約束開裂試驗研究了粉煤灰摻量不同時對SCC早期收縮開裂的影響。試驗結果表明：粉煤灰的摻入顯著延長了SCC砂漿早期干燥條件下的初始開裂時間，大大降低了其早期開裂敏感性及自由收縮速率及收縮量。

楊玉紅[5]通過非接觸早齡期自收縮試驗以及硬化混凝土孔隙結構測定儀和壓汞儀進行混凝土微觀孔結構的分析，研究了粉煤灰摻量不同時對SCC早期自收縮的影響。試驗結果表明：粉煤灰的摻入能降低SCC的早期自收縮，且摻量越高效果越顯著，自密實混凝土的早期自收縮與微觀結構關系復雜，主要是0～5 nm的孔隙量增加造成的。

綜上所述，粉煤灰表面光滑需水量少，在水膠比相同的情況下漿體中保留了更多的自由水，從而降低SCC的自收縮量，另一方面，粉煤灰等量替代水泥導致水泥水化反應減弱自收縮降低。

1.2 單摻石灰石粉對SCC收縮性能影響

林燕妮[6]通過進行90 d干燥收縮試驗，研究了石灰石粉摻量不同時對SCC收縮性能的影響。試驗結果表明：適量的石灰石粉摻量 (10%) 可以減少自密實混凝土的干燥收縮, 當石灰石粉摻量超過20%時, 混凝土的干燥收縮大于不摻石灰石粉的混凝土且隨著石灰石粉摻量的增加而增大。

曹鵬飛[7]通過進行28 d自收縮試驗，研究了石灰石粉摻量不同時對SCC自收縮性能的影響。試驗結果表明：摻石灰石粉的自密實混凝土能減少自密實混凝土的自收縮, 其自收縮值僅為，摻粉煤灰自密實混凝土的30%，石灰石粉摻量以13%～18%為宜。

聶虎[8]通過進行28 d自收縮試驗，研究了超細石灰石粉摻量不同時對SCC自生體積變形的影響。試驗結果表明：超細石灰石粉等量取代膠凝材料可以降低高強自密實混凝土早期自生體積變形, 隨著摻量的增加, 這一作用愈發明顯,且當摻入不超過10%可以顯著改善自密實混凝土工作性, 而對長期抗壓強度幾乎沒有不利影響, 同時其可以有效降低混凝土自身體積變形, 抑制收縮開裂風險。

綜上所述，一方面石灰石粉活性相對水泥、粉煤灰等膠凝材料較低有關, 其等量取代膠凝材料后, 養護過程中, 絕大多數顆粒并未水化, 而是以惰性填料形式存在于水泥漿體中, 體積不發生變化, 因此自密實混凝土自收縮降低。另一方面，隨著石灰石粉摻量的不斷增加, 混凝土的水灰比也在不斷增大, 而水泥水化所需要的水分又是固定, 因此混凝土中多余的水分增多, 干燥收縮會增大。

2 復摻礦物摻合料對SCC收縮性能影響

張鳴等[9]研究了粉煤灰與礦渣粉復摻時對SCC收縮變形的影響，固定礦物摻合料替代水泥40%不變，改變粉煤灰與礦渣粉的摻和比例，通過進行35 d的干燥收縮。試驗結果表明：選擇合理的礦物摻合料復摻比例有利于提高SCC的收縮性能。粉煤灰和礦渣粉與水泥水化生成的Ca(OH)2發生二次水化反應生成CHS凝膠和更多的鈣礬石有效地補償了混凝土的收縮，并使得水泥石與骨料的界面過渡區粘結力增強，界面層的結構得到了改善，增強了混凝土的抗收縮能力。

王成啟等[10]通過進行72 h的自收縮和180 d的干燥收縮試驗，研究了粉煤灰與礦渣粉、粉煤灰與石灰石粉、礦渣粉和石灰石粉、礦渣粉和硅灰、粉煤灰與硅灰復摻時對SCC收縮變形的影響。試驗結果表明：粉煤灰和石灰石粉復摻可以有效降低自密實混凝土的干燥收縮和自收縮，配制出高性能混凝土。

樓瑛等[11]通過進行70 d的自收縮試驗，研究了粉煤灰與礦渣粉復摻以及粉煤灰單摻時對SCC收縮變形的影響。試驗結果表明：單摻粉煤灰的SCC的自收縮呈現持續增長的趨勢，粉煤灰可以有效減少SCC的自收縮，在一定的比例范圍內復摻粉煤灰與礦粉可以顯著降低混凝土的自收縮，當摻和比例降低到一定的范圍時，由于礦渣粉比粉煤灰的潛在活性更高促進水化反應，混凝土內部自由水減少，反而導致SCC自收縮變大。

董榮珍等[12]通過進行水中養護，澆水養護和自然養護狀態下60 d的干燥收縮試驗，研究了粉煤灰與礦渣粉復摻與膨脹劑復合時對SCC收縮變形的影響。試驗結果表明：水養護條件下，礦物摻合料能有效地促進膨脹劑對自密實混凝土的補償作用，澆水養護和自然狀態下，礦物摻合料的摻入對SCC的收縮有抑制作用存在臨界值，當摻量大于30%時，對收縮的抑制作用較弱且有增大收縮的趨勢。

周磊[13]通過進行下35 d的干燥收縮試驗，研究了粉煤灰與礦渣粉復摻、粉煤灰單摻、礦渣粉單摻對SCC收縮變形的影響。試驗結果表明：粉煤灰可顯著改善混凝土的收縮性,并且摻量越大,收縮越小；礦渣粉雖然也可以改善混凝土的收縮,但效果不及粉煤灰；礦渣與粉煤灰復摻只有在適宜的范圍時,抗收縮性能才優于單摻。特別提醒單摻礦渣粉自密實混凝土的工作性能達不到要求。

3 結 語

隨著自密實混凝土越來越廣泛的使用，其具有高流動性、均勻性和穩定性，無需振搗的優點也十分突出，但也不能忽視由于摻加大量礦物摻合料導致其體積收縮嚴重，合理地選用礦物摻合料至關重要。

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