超細粉制備大體積混凝土的試驗研究

白琴琴，劉志強，唐榮，石毅博，鄧瑞，袁育哲

（西安高科新達混凝土有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引言

現代建筑中時常涉及到大體積混凝土施工，如高層樓房基礎、大型設備基礎、水利大壩等。我國 GB 50496—2018《大體積混凝土施工標準》里規定：混凝土結構物實體最小幾何尺寸不小于 1m 的大體量混凝土，或預計會因混凝土中膠凝材料水化引起的溫度變化和收縮而導致有害裂縫產生的混凝土，稱之為大體積混凝土。大體積混凝土的特點是結構厚實、混凝土量大、工程條件復雜、施工技術要求高，由于水泥水化產生熱量，大體積混凝土內部散熱慢而表面散熱快，從而造成內外溫差過大，其產生的溫度應力會使混凝土開裂，影響結構安全和正常使用。在大體積混凝土的制備過程中可以摻入減膠劑降低水泥用量，從而降低水化熱，減少大體積混凝土的開裂，另外加入乙酸鈉和聚酰胺纖維可以有效減緩混凝土的凝結時間，給大體積混凝土的內部散熱提供時間，有利于混凝土內部熱量的釋放，降低內外溫差，減小溫度應力，降低對大體積混凝土的破壞。

1 研究方法和步驟

1.1 試驗原材料

（1）水泥：采用堯柏（實豐）P·O42.5 水泥，技術指標見表 1。

表1 P·O42.5 水泥技術指標

（2）粉煤灰和超細粉煤灰：采用陜西正元Ⅱ級粉煤灰和超細粉煤灰，技術指標見表 2。

表2 粉煤灰和超細粉煤灰技術指標

（3）減膠劑：采用基業長青生產的減膠劑，技術指標見表 3。

表3 減膠劑的技術指標

（4）砂子：采用天然中粗砂，技術指標見表 4。

表4 砂子技術指標

（5）石子：采用涇陽采石廠提供的 5～25mm 連續級配碎石，技術指標見表 5。

表5 石子技術指標

（6）外加劑：采用陜西渤海化工有限公司提供的聚羧酸泵送劑，其技術指標見表 6。

表6 聚羧酸泵送劑技術指標

1.2 試驗結果

配制 C40 和 C50 兩種強度等級的混凝土，配合比如表 7 所示。混凝土的工作性能和力學性能見表 8。

表7 混凝土試驗配合比 kg/m3

由表 8 和圖 1、2 可知，與不使用超細粉的混凝土相比，C40 和 C50 編號 2 的混凝土和易性更好且強度更高。超細粉能夠替代部分水泥，摻入混凝土中，可降低混凝土用水量、增大混凝土流動性、提高混凝土強度以及耐久性。這是由于在制備大體積混凝土時加入超細粉煤灰與加入普通粉煤灰相比，超細粉更細，比表面積更大，活性更高，有利用粉煤灰火山灰效應的發揮。另外超細粉中的微細顆粒均勻分布在水泥漿中，填充孔隙和毛細孔，有改善混凝土孔結構和增大密實度的效應。對改善混凝土的和易性、保水性、流動性，提高強度及長期耐久性都有極為重要的作用。

圖1 混凝土工作性能

表8 混凝土性能檢測結果

圖2 混凝土力學性能

編號 3 與編號 2 相比，水泥用量減少，但是混凝土的強度提高，這是由于在混凝土中約有 20%～30% 的水泥未參與水化反應，只起到填充作用，不能有效發揮水泥強度，這部分水泥在混凝土應用中是最大的成本浪費，混凝土減膠劑則可以進一步分散這些未參與水化反應的水泥顆粒，增加這些顆粒與水的接觸面積，從而提高水泥的水化程度，有效改善混凝土的工作性，力學性能和耐久性。

編號 4 與編號 3 相比混凝土強度提高，這是由于乙酸鈉加入混凝土中與水泥中的堿類物質中和反應，進而延緩水泥的凝結硬化，延長水泥的水化反應時間，使得水泥的水化反應更加充分，有利于提高混凝土的強度。

編號 5 與編號 3 相比混凝土強度提高，這是由于聚酰胺纖維在混凝土拌和過程中能均勻分散于混凝土漿體中，能有效提高膠凝材料和其他骨料的粘結力，減少混凝土在硬化過程中收縮開裂的問題，提高混凝土硬化后的強度。編號 5 與編號 4 相比混凝土強度略有提高，單獨加入聚酰胺纖維與單獨加入乙酸鈉相比對混凝土的強度增強效果略差；在制備大體積混凝土時單獨加入乙酸鈉或聚酰胺纖維都能增強混凝土的強度；編號 6 與編號4、5 相比混凝土強度有所提高，當制備大體積混凝土時同時加入乙酸鈉和聚酰胺纖維時，能夠獲得更高的混凝土強度。

2 總結

（1）超細粉煤灰具有較強的活性，從而促進粉煤灰水化反應的進行，在中后期生成更多的水化物，從而提高水泥的強度。

（2）在混凝土中減膠劑可以分散水泥顆粒，從而提高水泥的水化程度。

（3）乙酸鈉可以延緩水泥的凝結硬化，延長水泥的水化反應時間。

（4）聚酰胺纖維能均勻分散于混凝土漿體中，能有效提高膠凝材料和其他骨料的粘結力，減少混凝土在硬化過程中收縮開裂的問題，提高混凝土硬化后的強度。