复合超细粉配制自密实混凝土耐久性试验

张爱玲，陈晓霞

(安阳工学院土木与建筑工程学院，河南安阳455000)

0 前言

当今，混凝土已成为使用最广泛的建筑材料，混凝土耐久性问题也已成为工程界研究的热点。自密实混凝土耐久性不尽人意，其根本原因在于其本身的内部结构。自密实混凝土是依靠自身重力就能自动密实的混凝土，其具有良好的流动性(高流态)、充填性、间隙通过性［1－2］。这些性能能够使混凝土顺利通过仓面密集的钢筋和各种予埋件填充到各个角落。自密实混凝土的孔隙率很高，约占水泥石总体积的25% ～40%［3］，特别是其中的毛细孔占了相当大的部分。毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其他有害物质进入混凝土内部的通道，可以说毛细孔是引起混凝土耐久性不足的根本原因。研究表明:在混凝土中适当加入活性掺合料可以大大提高其密实性，是提高混凝土耐久性的有效方法。而粉煤灰和磨细矿粉目前已作为最经济的活性掺合材料成功地应用于生产中，成为有效改善混凝土力学和耐久性能的重要组成部分。超细粉煤灰能更好地分散、填充在水泥熟料颗粒之间，起到密实填充作用，使水泥颗粒能更好地参与水化;超细矿粉较小的粒径也有助于其参与水化，生成更多的水化产物，使得浆体结构更加致密，浆体强度进一步提高［4］。由于超细粉煤灰的形态效应、微集料填充效应和火山灰活性，可明显提高混凝土的强度、抗渗性及抗冻性，减少混凝土的收缩［4－5］。本文对单掺粉煤灰、单掺超细矿粉及复合超细粉混凝土的工作性及耐久性进行了研究，试验结果表明:复合超细粉混凝土的流动性、抗压强度均优于单掺其中一种材料的混凝土，且具有更好的抗渗性、抗冻性和抗碳化性，耐久性得到了明显改善，可为超细粉煤灰和超细矿粉在混凝土中混合掺配使用提供理论依据。

1 试验用原材料

1.1 复合超细粉

将磨细的超细矿渣和超细粉煤灰按1∶1的比例混合均匀即为复合超细粉。超细矿渣、超细粉煤灰、复合超细粉的化学成分及技术指标见表1。

表1 化学成分(质量分数)及细度

1.2 其他材料

水泥:安阳胡波42.5级普通硅酸盐水泥;粗骨料:安阳水冶5～30 mm石灰石碎石，表观密度2 680 kg/m3，堆积密度1 690 kg/m3，针片状含量4.1%，含泥量0.5%;细骨料:邯郸邢台中砂，表观密度2 620 kg/m3，堆积密度1 580 kg/m3，细度模数2.46，含泥量1.2%;拌和水:饮用水;外加剂:FDA-330A 高效减水剂，掺量2.5%，减水率27%。

2 试验方法与数据分析

2.1 试验方法

采用对比的方法，在混凝土中分别掺加超细矿渣、超细粉煤灰及复合超细矿粉，标准养护到一定龄期后分别进行抗压强度、抗渗性、抗化学腐蚀性以及抗冻融性试验。本研究采用了3种强度混凝土［6］，配合比见表2。

表2 混凝土配合比 kg/m3

表3 和易性与抗压强度

表4 耐久性

2.2 试验结果与分析

2.2.1 混凝土和易性与抗压强度

混凝土和易性与抗压强度结果见表3。从表3可以看出:对于3个强度等级的混凝土，掺入复合超细粉的混凝土拌合物的流动性要比单独掺入一种的流动性大，无论3 d、7 d，还是28 d的抗压强度都有明显提高。

2.2.2 耐久性

混凝土抗渗性采用渐增水压法，每 4 h 增加 0.1 MPa，直到 2.5 MPa，然后劈开试件测平均渗透深度［7－8］;混凝土抗冻融性采用标养28 d棱柱体试件进行快速冻融200次，计算耐久性系数DF;混凝土不同龄期的碳化深度用混凝土碳化试验箱测出。

从表4可以看出:对于同强度等级的混凝土，掺入复合超细粉配制的混凝土抗渗透高度数值比单掺一种配制的混凝土低，耐久性系数高，而且抗渗性和抗冻性随强度等级提高也增强。同强度等级的碳化深度无明显变化，但抗碳化性能随混凝土强度等级而提高;在标准养护条件下，随着龄期的延长，3种混凝土的碳化速度都呈下降趋势，但复合超细粉混凝土碳化速度明显低于另外两种。

2.3 耐久性分析

2.3.1 影响自密实混凝土耐久性的因素

众所周知，混凝土的工作性能包括流动性、黏聚性和保水性三方面，三者和谐才能得到均匀密实的混凝土，并保证其良好耐久性。自密实混凝土存在大流动性与黏聚性难匹配、强度不稳定、收缩值大等性能缺陷［2］，在荷载作用和侵蚀作用下微裂缝和孔隙会逐渐连通，成为水、氧气、二氧化碳及其他有害物质进入混凝土内部的通道。最终导致混凝土膨胀、钢筋锈蚀、碱骨料反应、强度降低等一系列耐久性问题。可以说成型不致密是引起自密实混凝土耐久性不足的主要原因。

2.3.2 超细粉煤灰、超细矿粉对自密实混凝土耐久性的影响

粉煤灰在混凝土中的基本效应可归结为活性效应，微集料效应。活性效应是混凝土中粉煤灰的活性成分所产生的化学效应。微集料效应是指粉煤灰颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，就像微细的集料一样。在新拌混凝土阶段，粉煤灰的形态效应决定着混凝土的和易性、需水量和泌水性，并最终影响混凝土结构形成。在硬化中期阶段，粉煤灰能有效地减少混凝土内部温升，减少硬化初期的收缩，并促使耐久的混凝土材料结构的形成。在硬化阶段，粉煤灰的活性效应和微集料效应将使化学性质不稳定的氢氧化钙形成水硬性的胶凝物质，这样既能细化孔隙和堵塞毛细孔道，又能提高抗拉应变能力，能使混凝土强度在后期有所提高，耐久性提高。磨细的粉煤灰要比原始颗粒形状的粉煤灰更有利于增加活性效应和微集料效应，但会减小新拌混凝土的流动性。粉煤灰由于密实填充作用及二次水化反应，可以提高混凝土密实程度，能有效减少混凝土中大孔含量，进一步改善混凝土的孔结构［9－10］。

矿渣颗粒为多棱角、无规则外形颗粒，在其磨到一定细度后其外形得到很大程度的改善［11］，因此超细矿渣磨细能增大混凝土流动度。矿渣自分散性能好，在混凝土中有物理减水作用，在较大的掺量范围内都有较稳定的性能。

当超细粉煤灰与超细矿粉复合时，混凝土总孔隙率和毛细孔隙率较单掺混凝土能进一步降低，起到了一定优势互补的作用，从而进一步增强了混凝土密实度［12－13］。从试验结果看，复合超细粉配制的混凝土表现出较好耐久性。

3 结论

通过对复合超细粉配制自密实混凝土的试验研究，得出以下结论:

(1)掺入复合超细粉的混凝土拌合物的流动性要比单掺一种的流动性大，无论3 d、7 d，还是28 d的抗压强度都有明显提高。

(2)在标准养护条件下，随着龄期的延长，3种混凝土的碳化速度都呈下降趋势，但复合超细粉混凝土碳化速度明显低于另外两种。

(3)复合超细粉配制自密实混凝土的抗渗性、抗冻性优于单掺混凝土，抗碳化性能也随混凝土强度等级而提高，耐久性能优越。

本文是对超细粉煤灰和超细矿渣粉按1∶1的比例拌制的混凝土进行的研究，发现复掺的混凝土具有上述优良性能。由于复合超细粉比例的不同会导致混凝土耐久性的变化，因此，要确定最合适的粉煤灰及矿粉的混合比例，还需进一步深入研究。

［1］朱海燕，李四金.自密实混凝土及其性能试验研究［J］.云南水力发电，2008，24(5):90－93.

［2］宿万.自密实混凝土的性能和检验［J］.现代商贸工业，2007，19(9):268－271.

［3］张天一.高性能绿色混凝土的耐久性试验研究［J］.水泥与混凝土，2009，18(4):48－53.

［4］李庚英.双掺超细活性混合材对高强混凝土性能的影响［J］.四川建筑科学研究，2003，29(4):57－65.

［5］朱晓文，吕恒林.双掺高性能混凝土抗氯离子渗透性试验研究［J］.粉煤灰综合利用，2006(5):31－33.

［6］张粉芹，彭一春，王起才.不同类型C40及C50混凝土耐久性的试验研究［J］.兰州交通大学学报，2009，28(1):37－40.

［7］王律，陆文雄，乔燕.新型复合矿物掺合料对混凝土耐久性影响的研究［J］.混凝土，2007(5):66－68.

［8］陈剑雄，石宁.高掺量复合矿物掺合料自密实混凝土耐久性研究［J］.混凝土，2005(1):24－26.

［9］刘伟，邢锋，谢友均.水灰比、矿物掺合料对混凝土孔隙率的影响［J］.低温建筑技术，2006(1):9－11.

［10］陈智.原材料对混凝土耐久性的影响［J］.隧道建设，2009，29(6):650－652.

［11］李作良，李一帆，王国欣.灰渣混凝土砌块干燥收缩特性试验［J］.河南科技大学学报:自然科学版，2009，30(5):57－59.

［12］李爱武，王琮，杨崎，等.复合超细粉提高混凝土耐久性的研究［J］.低温建筑技术，2004(4):10－11.

［13］于奎峰，韩玉海，姜福香，等.双掺高性能混凝土配合比试验研究［J］.铁道建筑，2009(5):116－119.