大流动性粉煤灰轻骨料混凝土的工作性

马先伟，杨 欢，武双磊

(1.河南城建学院土木工程学院，河南平顶山467036;2.浙江大学材料系，浙江 杭州310027)

大流动性混凝土要求混凝土的坍落度大于180 mm。流动性增加通常通过增加减水剂的用量来实现，尤其是水灰比较低时，减水剂的用量会更高。同时，由于混凝土自重较大，对模板产生较大的侧压力，增大了对模板质量的要求。采用轻骨料可以解决这一问题。然而，轻骨料混凝土在施工中发现拌合物抗离析性很差，很容易堵塞管道。目前的做法有预湿处理、控制陶粒的最大粒径、提高水泥浆体的粘度、选择合适的颗粒粒型、掺加适量的引气剂等［1－4］。

由于石子的比重比陶粒大，通过调整石子与轻骨料的比例是否可以使混凝土拌合物的抗离析性得到改善，本文将以此为研究重点，通过粉煤灰对水泥的取代量、陶粒对石子的取代量两个方面来分析混凝土工作性的变化。

1 试验

1.1 原材料

水泥采用大地水泥有限公司生产的P.O 42.5级的水泥，0.080 mm筛余量为0.8%，标准稠度加水量为142 g，初凝时间为65 min，终凝时间为8.5 h;减水剂采用的是北京德昌公司生产的聚羧酸系减水剂，白色粉末，0.3 mm方孔筛筛余量4%，掺量1.0%时，减水率29.9%;碎石粒径为5～25 mm，堆积密度为1.41×103 kg/m3;粉煤灰陶粒粒径为5～25 mm，24 h吸水率为16.0%，堆积密度为5.40×103 kg/m3;粉煤灰用姚孟电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，0.080 mm筛余量为0.8%。

1.2 混凝土的初始配合比

混凝土的初始配合比设计参照CCES 02－2004《自密实混凝土设计与施工指南》(见表1)。陶粒被浸水24 h后，晾干到饱和面干状态再使用。

表1 混凝土的初定配合比

1.3 相关性能测试方法

为了更好表征混凝土拌合物的均匀性，本文实验采用的是倒坍落度法，主要测试指标有混凝土从倒置的坍落度筒中流空的时间、落下后的坍落度、扩展度、中边差以及泌浆宽度。混凝土的强度按照通常的立方体抗压强度测试方法进行测量。

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰掺量的影响

当粉煤灰取代量分别为25%、30%、35%和40%时，混凝土的工作性能见表2和图1～图4。坍落度主要反映了混凝土的流动性能和黏聚性能;流动时间主要反映拌和物的塑性粘度η，同时也部分反映了屈服值τ0的大小;扩展度则量化了混凝土在自重作用下克服屈服应力下的流动状态;中边差反映了石子在砂浆中的悬浮游动能力和抗离析性，其值越小表明这些性能越好;泌浆宽度过大表示混凝土有泌水离析现象。

表2 粉煤灰取代量对混凝土工作性能的影响

图1 粉煤灰与坍落度的关系

图2 粉煤灰与扩展度的关系

图3 粉煤灰与倒坍时间的关系

图4 粉煤灰与中边差及泌浆宽度的关系

由图1～4可以看出:掺加粉煤灰后，混凝土自身的坍落度和扩展度都有所提高，在30%时达到最大，超过30%后，随着掺量增加，坍落度和扩展度都逐渐减小。粉煤灰掺加小于35%时，缩短了拌合物的倒坍时间和中边差，增加了泌浆宽度。这与水泥量减少而引起拌合物的粘性减小有关。

粉煤灰掺量与混凝土的强度的关系如表3和图5所示。

表3 粉煤灰掺量与混凝土的强度的关系 MPa

当粉煤灰掺量小于35%时会提高混凝土的强度，特别是28 d强度，在30%时3 d和28 d强度相对较高，可能是由于其形态效应改善了混凝土的流动性，致使成型后混凝土结构比较密实;当粉煤灰掺量大于35%时会降低混凝土3 d和28 d强度。

综上所述，当粉煤灰取代水泥质量的30%时，所配置出的混凝土的工作性和强度相对较高。因此，本文采用粉煤灰30%取代量做进一步分析。

2.2 轻骨料掺量的影响

在粉煤灰等量取代水泥质量30%的基础上，陶粒对石子采用等体积取代，取代量分别为30%、50%和100%，混凝土的工作性能如表4所示。

图5 粉煤灰掺量对自密实混凝土强度的影响

表4 轻骨料取代量对混凝土工作性能的影响

图6 陶粒掺量与坍落度的关系

图7 陶粒掺量与扩展度的关系

图8 陶粒掺量与倒坍时间的关系

图9 陶粒掺量与中边差及泌浆宽度的关系

由图6～图10可以看出:在全陶粒时，坍落度和扩展度达到最大，但由于混凝土抗离析性能较差，导致泌浆宽度很大(见图10a);陶粒等体积取代石子50%时，混凝土的坍落度和扩展度最小，因为此时陶粒和石子的分布不均匀，做坍落度时中部石子堆积(见图10b)，也致使倒坍时间很短，中边差较大;陶粒等体积取代石子30%时，石子对陶粒的抑制作用比较明显，各组分分布相对均匀(见图10c)。

陶粒的掺加明显降低了混凝土的强度(见图11)，陶粒的掺量越大，石子对陶粒上浮的阻碍作用越小，混凝土的强度越低。陶粒取代量为50%时，由于陶粒上浮形成薄弱层(见图12)，造成混凝土28 d强度降低到28.9 MPa;当陶粒取代量为100%的全轻骨料时，混凝土强度只有12.8 MPa(见表5)。

图10 拌合物扩展情况

表5 自密实混凝土的强度 MPa

2.3 陶粒对混凝土的表观密度和比强度的影响

试块成型后，在自然养护期间对标准混凝土试块(150 mm×150 mm×150 mm)进行3 d、7 d、14 d和28 d的质量统计，发现混凝土试块养护14 d后的质量基本稳定。由于轻骨料的掺加，应考虑其表观密度和比强度(见表6)。

轻骨料混凝土的干表观密度一般要求不大于1 950 kg/m3，而符合要求的陶粒掺量为50%和100%。相对而言，陶粒取代量为50%时，混凝土的比强度相对较高，但是，陶粒上浮现象严重，仍然需要着重考虑。

图11 陶粒掺量对自密实混凝土强度的影响

图12 陶粒上浮

表6 各掺量陶粒自密实粉煤灰混凝土的表观密度和比强度

3 结论

当粉煤灰取代水泥质量的30%时，所配置出的混凝土的工作性和强度都相对较好。当陶粒等体积取代石子时，造成混凝土均匀性变差，在取代量为50%时，强度相对较高，但拌合物抗离析性很差，泌水和上浮现象严重，需要采取一定的措施进行控制。

［1］ 詹镇峰，李从波，甘伟.大流动度陶粒混凝土的配制与应用［J］.混凝土，2012(6):114－116.

［2］ 王军，高育欣，胡国付，等.大流态泵送轻骨料混凝土的配制及其在高层建筑施工中的应用［C］//超高层混凝土泵送与超高性能混凝土技术的研究与应用国际研讨会论文集［J］.2008.2008:186－190.

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