浅谈高性能混凝土的配制机理及应用前景

湛影超 李桂凤

（河北省水利工程局 石家庄 050021）（岗南水库管理局 石家庄 050021）

1 概 述

2 粉煤灰的作用机理和性能

大量的实践证明：掺用粉煤灰的混凝土，其长期性能得到大幅度的改善，对延长结构物的使用寿命有重要意义。硬化混凝土是一种复杂的、多相的复合材料，它的结构主要包括三个相——骨料、硬化水泥浆体以及二者之间的过渡区。粉煤灰主要有以下几方面的作用：

a.填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重只有水泥的2/3左右，而且粒形好（质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土中尤其显著。

b.对水泥颗粒起物理分散作用，使其分布得更均匀。当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。

c.粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅生成具有胶凝性质的产物，而且加强了薄弱的过渡区，对改善混凝土的各项性能有显著作用。

d.粉煤灰延缓了水化速度，减小了混凝土因水化热引起的温升，对防止混凝土产生温度裂缝十分有利。

掺入粉煤灰的混凝土早期强度降低，但强度增长期长，后期强度高。掺入大量粉煤灰的混凝土不仅强度发展效果良好，而且各种耐久性能也十分优异。由于能够明显降低水化温升，也大大减小了混凝土早期出现开裂的危险。可以说，若非早期强度要求非常高，掺粉煤灰混凝土能够满足各种工程条件，尤其是对侵蚀性严酷的环境要求，它是一种高性能混凝土。

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在使用大掺量粉煤灰混凝土时，需要注意以下施工条件和事项：

a.配制混凝土的骨料级配良好，以减小空隙率，利于水胶比降低，保证使用效果。

b.必须采用强制性搅拌机拌和这种混凝土，以保证其均匀性，由于它比较粘稠，在出机口、罐车进料口、入泵口以及摊铺过程要采取相应措施。

c.混凝土坍落度应控制得比普通混凝土小；浇筑后要及早喷洒养护剂或覆盖外露表面，但一般情况下无需喷雾或浇水养护。

d.气温过低时，要采用保温养护措施，且适当延缓拆模时间，使混凝土硬化和强度发展满足施工需要。

3 矿粉的作用机理和性能

矿粉是以高炉水淬矿渣为主要原料经干燥、粉磨处理而制成的超细粉末材料，是制备高性能水泥和混凝土的优质混合材，因其来源稳定，故化学成分也相应比较稳定，矿粉疏松多孔，化学成分与普通硅酸盐水泥非常接近，如含 CaO30%～42%、SiO235%～38%、Al2O310%～18%、MgO5%～14%，它自身具有水硬性，当有硅酸盐水泥激发时，其活性得到更充分的发挥。下面以鼎新P.O42.5水泥配制C35120±30泵送混凝土为例说明矿粉对混凝土强度的影响。

配方1：掺30%矿粉，配方2：掺20%矿粉，配方3：不掺矿粉。具体配方见表1。

表1 配方组成单位：kg

由配方1、配方2、配方3得到的混凝土试块在不同养护条件、不同龄期的抗压强度见表2。

从表2可以看出，前期强度不掺矿粉比掺矿粉的要高，后期则低于掺矿粉的混凝土；而且掺30%矿粉的混凝土不管是标准养护还是同条件养护，龄期的抗压强度值均高于掺20%矿粉的混凝土，矿粉混凝土强度发展对养护温度比较敏感，温度越低对其强度发展越不利。

表2 各配方的各龄期混凝土强度 单位：MPa

矿粉作为混凝土的掺合料，具有以下优点：

a.混凝土掺用矿粉可降低水泥用量，节约成本，降低水化热，减少由于水化热而产生的温度裂缝，这在大体积混凝土中尤为突出。

b.掺入矿粉可延长混凝土的凝结时间，使坍落度损失小，对夏季施工有利。

c.掺矿粉可以增加拌和物的粘聚性和流动性，不易分层离析，可塑性好。

d.使混凝土的结构更密实，从而提高抗渗性及抗海水酸及硫酸盐等的化学侵蚀能力，还具有抑制碱－集料反应的效果等。

e.混凝土掺用矿粉可以利用工业废料，有益于保护环境。

4 羧酸系高效减水剂的作用机理和性能

以不同强度等级混凝土配比及不同的外加剂掺量来说明萘系高效减水剂DH3和羧酸系高效减水剂DH13对混凝土强度和成本的影响，见表3。

4.1 C15混凝土配比性能、成本分析

C15混凝土配比中，应用聚羧酸的成本比用萘系的要高，在此不再讨论。

4.2 C25混凝土配比性能、成本分析

C25混凝土各成本配比强度发展曲线见图1（图中，横坐标为3天、7天、28天龄期，纵坐标为各龄期抗压强度达到设计强度的百分比。图2同）。

在C25混凝土配比中，应用聚羧酸成本“结果4”为211.18元，配比的3天、7天强度比萘系配比高1%，28天强度高5%，水泥用量减少44kg，成本比萘系减少了4.20元；结果3成本215.70元的配比强度比萘系的3天高5%，7天高10%，28天高20%，水泥用量减少26kg，初始坍落度增大了10mm，而总成本仅上升了0.32元。

表3

图1 C25混凝土各成分配比强度发展曲线

4.3 C35混凝土配比性能、成本分析

C35混凝土各成本配比强度发展曲线见图2。

图2 C35混凝土各成分配比强度发展曲线

C35混凝土中，应用聚羧酸结果成本227.30元的配比，其成本比萘系配比低3.04元，其3天强度与萘系的基本一致，7天和28天强度则高2%左右，水泥用量减少45kg，初始坍落度增大了30mm；结果8成本为229.98元的配比，各龄期强度均比萘系配比高，28天则高出20%，水泥用量减少34kg，初始坍落度增大了25mm，可操作性显著提高，而成本比萘系的减少了0.36元。

由此可得出以下结论：

a.与萘系相比，聚羧酸系高效减水剂具有更小的掺量、更大的混凝土减水率和更高的强度提高幅度。

b.聚羧酸系高效减水剂完全可以替代萘系减水剂，做出更好性能的混凝土。

c.JRC—A型聚羧酸系高效减水剂与粉煤灰等掺合料的匹配性很好，可以在掺聚羧酸系减水剂的混凝土中更多量地使用活性优质的矿物掺合料。

d.不只在高强度等级混凝土中使用，还要在中低强度等级混凝土中推广应用，以充分发挥聚羧酸系减水剂的优势。

5 结 语

通过对粉煤灰、矿粉、羧酸系减水剂的性能分析可知：只要把它们按一定比例组合起来，就可配制成用于特定场合下的高性能混凝土，以满足工程施工的需要。粉煤灰、矿粉、羧酸系减水剂不只用于配制高强度混凝土，还可以在不增加成本的前提下配制高性能的低强度等级混凝土，提高性价比，这种低强度等级混凝土将有更好的应用范围和前景。