用粉煤灰配制自密实混凝土的试验研究

鄢朝勇，黎雪兰，邓晓民

(1.湖北文理学院建筑工程学院，湖北襄阳441053;2.中国建材集团有限公司，北京100000)

自密实混凝土(Self－Compacting Concrete，简称SCC)，指混凝土拌合物不需要外力振捣仅依靠自重即能充满模板空间、包裹钢筋，并能够保持不离析和均匀性，达到充分密实和获得最佳的性能，具有高流动性、均匀性和稳定性的混凝土，属于绿色高性能混凝土的一种。由于近年来混凝土工程不断向大规模化、复杂化、高层化发展，钢筋混凝土体内配筋越来越复杂，施工难度很大，许多情况下由于混凝土振捣困难造成工程质量难以保证;同时城市建筑物施工因混凝土振捣引起的噪音也越来越成为需要解决的重要问题。为解决上述问题，特别需要开发施工中无需振捣成型的自密实高性能混凝土[1]。

自密实混凝土是在较低水胶比条件下，通过复合高效外加剂，合理使用粉煤灰等活性掺合料，优化混凝土集料的级配而配制出的比一般高流态混凝土的流动性更好，具备更良好的流动性、穿越钢筋能力及抵抗分离能力的新型材料[2]。

自密实混凝土因其卓越的工作性和独特的优越性，在工程领域得到广泛应用，但其自密实特性对新拌混凝土的流变性能却提出了严格的要求。因此，要达到自密实的要求除了需加入高效减水剂外，还需掺入粉煤灰等优质的矿物掺合料，它成为自密实混凝土必不可少的组分之一。粉煤灰作为一种性能卓越的矿物掺合料，在混凝土中所起的作用已经得到普遍认可。它的活性效应、形态效应、微填充效应，对改善混凝土的工作性能、力学性能及耐久性能都起着十分重要的作用。优质粉煤灰对自密实混凝土拌合物的和易性的影响可简述如下[3]:

(1)粉煤灰的减水效应 粉煤灰对混凝土流变性的影响，不应单纯理解为增加了浆体的浓度和集料周围浆体的厚度，更重要的是还有粉煤灰的减水作用。粉煤灰在混凝土中的减水作用，一是玻璃微珠所起滚珠效应，二是粉煤灰微粒的“解絮”作用，即如化学减水剂那样吸附于水泥颗粒的表面，使水泥浆体中水泥颗粒均匀分散。在一定稠度的条件下，要降低需水量，就必须减少混合颗粒之间的空隙。影响混合颗粒间的空隙率的最重要的因素，主要来自集料。集料的来源不同，空隙的变化很大，在实际工作中很难加以控制，最常用的办法是提高水泥用量和砂率来解决空隙率问题。这样可以在一定程度上减少用水量，或者借助减水剂或引气剂等表面活性剂来改善新拌混凝土的流变性能，也可达到减水的目的。但在自密实混凝土中，由于要求的流动度非常大，而减水剂作用的程度又有限，当水泥浆体中的絮凝结构被完全破坏并分散后，进一步掺加减水剂的作用就微乎其微。此时在混凝土中掺加粉煤灰，其微粉颗粒可填充空隙并置换出填充水，借助滚珠润滑作用取得增大坍落度和减水的效果，从而改善新拌自密实混凝土的流变性。

(2)粉煤灰对自密实混凝土的泌水性和离析现象的影响 新拌混凝土的泌水是指固体颗粒下沉而水分上升到表面的现象。在自密实混凝土中，坍落度一般都在220mm以上，所以泌水现象尤为突出，导致混凝土表面浮浆和浮灰，严重影响表面质量。有些泌水进入混凝土上层，损害表层混凝土的耐久性;有些泌水被截留在钢筋和粗集料的底部，降低了与砂浆的粘结力。粉煤灰掺入混凝土中，可弥补混凝土中水泥用量和细集料中细粉部分的不足，增强新拌混凝土的保水能力，还可阻塞泌水通道以减少泌水量，降低泌水率，延缓泌水速度，从而抑制泌水现象发生。自密实混凝土的离析有两种形式:一种是稠度过稀，浆体从混合料中流淌出来;另一种是粘聚性较差，粗集料从混合料中分离出来。粉煤灰的加入，增加了混凝土中的粉料，也增加了浆体的体积，有利于改善基准混凝土的粘聚性。掺加粉煤灰改善混凝土离析的效果对自密实混凝土尤为明显。

自密实混凝土配制的基本原理是通过外加剂的复合、优质掺合料及粗细骨料的选择与搭配，使混凝土拌合物的屈服应力减小到适宜范围，同时混凝土拌合物具有很高的流动性，可以自流平而充满模型，并且不泌水、不离析，成型后质量均匀，不会产生普通混凝土那样由于振捣不当而造成的蜂窝、麻面和内部空洞等质量缺陷。另外，由于粉煤灰的形态效应和减水效应，掺入粉煤灰还可有效地减小混凝土的坍落度经时损失，并且粉煤灰替代水泥量越大，改善效果越好。目前大掺量粉煤灰自密实混凝土的研究和工程应用还比较少，本文在这方面进行了有关的试验研究工作。

1 试验

1.1 原材料

水泥:华新堡垒牌32.5级复合硅酸盐水泥。粉煤灰:襄樊火电厂干排Ⅱ级灰，密度2100 kg/m3，比表面积350m2/kg。矿粉:武汉钢铁集团冶金渣技术开发公司产 S95级矿渣微粉，密度2900 kg/m3，比表面积400m2/kg。粗骨料:粒径4.75mm～20mm的卵石，表观密度2680 kg/m3。细骨料:市售河砂，表观密度2630 kg/m3。外加剂:JHJ－1聚羧酸高效减水剂。

1.2 试验方法

根据《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T283－2012)[4]，采用绝对体积法计算出C30自密实混凝土的配合比，用高效减水剂和活性矿物掺合料粉煤灰、矿粉等配制出自密实混凝土。由于本次试验混凝土配合比中矿物掺合料掺量超过总胶凝材料用量的50%，因此，设计采用混凝土56d龄期强度。测定该混凝土拌合物的坍落扩展度和扩展时间T500，标准养护7d、28d及56d的混凝土抗压强度，碳化28d后混凝土的碳化深度。

2 试验结果及分析

2.1 试验结果

混凝土配合比及各龄期抗压强度见表1，混凝土拌合物的性能见表2，混凝土的28d碳化试验结果见表3。

表1 混凝土的配合比及抗压强度

表2 混凝土拌合物的性能

表3 混凝土的碳化试验结果 /mm

2.2 试验结果分析

(1)由表2试验结果可知，所配制的自密实混凝土的坍落扩展度和扩展时间T500(s)的测试结果均符合《自密实混凝土应用技术规程》(JGJ/T283－2012)的相关技术指标，可以达到自密实混凝土拌合物的性能要求，具有良好的自密实性能。

(2)由表1试验结果可知，由于本次试验加入了大量的粉煤灰、矿粉等矿物掺合料，混凝土的28d抗压强度比普通混凝土稍低，但56d抗压强度超过了C30混凝土的配制强度，可满足设计的要求。

(3)由表3可计算该混凝土3个试件碳化28d的碳化深度的算术平均值为(14.6+14.3+15.7)/3=14.9mm，此即该组混凝土试件的碳化深度测定值。测试结果表明:所配制的自密实混凝土虽然掺入了大量的粉煤灰和矿粉，降低了混凝土的碱度，但是其自密实性能较好，密实度高，能有效阻挡CO2向混凝土内部渗透的速度，其碳化深度d小于20mm，抗碳化性能较好，一般认为可满足大气环境下50年的耐久性要求[5]。

3 结论

采用大掺量粉煤灰及矿粉等复合掺合料配制自密实混凝土，可改善混凝土拌合物的流变性、粘聚性及保水性，所配制的自密实混凝土的拌合物性能、抗压强度及抗碳化耐久性符合相关规范的技术要求。

[1]廉慧珍，张青，张耀凯.国内外自密实高性能混凝土研究及应用现状[J].施工技术，1999，28(5):1 －3、16

[2]罗素蓉，郑建岚.自密实高性能混凝土在工程中的应用[J].建筑施工，2006(01):54－57

[3]李政，张德思.粉煤灰对自密实混凝土流变性能的影响[J].粉煤灰综合利用，2005(5):3－5

[4]中华人民共和国行业标准.自密实混凝土应用技术规程(JGJ/T283 －2012)[S].北京:中国建筑工业出版社，2012.

[5]中华人民共和国行业标准.混凝土耐久性检验评定标准(JGJ/T193 －2009)[S].北京:中国建筑工业出版社，2010.