高石粉机制砂C60自密实混凝土的制备与应用

王远春

宏祥混凝土有限公司

1 原材料

水泥：P·O42.5。主要技术指标：标准稠度用水量：26.7%、比表面积：340m2/kg、凝结时间：初凝：133min；终凝：268min、抗折强度：5.8MPa（3d）和8.2MPa（28d）、抗压强度：23.7MPa（3d）和45.6MPa（28d）。

粉煤灰：采用Ⅰ级粉煤灰。技术指标：细度（0.045mm 筛余）：8.2%、需水量比：97%、SO3：0.2%、Loss：2.15%。

矿粉：磨细矿粉级别：S95 级，其具有420m2/kg 的比表面积，7d 条件下的胶砂活性指数值为：78.1%、28d 条件下的胶砂活性指数值为：96.9%。

硅灰：具体特性：22010m2/kg的比表面积、含有87.9%的二氧化硅、同时在7d条件下活性指数值为：104.9%。

细集料：将石灰岩经过技术破碎后，可配置机制砂，并且其中含有8.1%的石粉。JGJ/T 283—2012《自密实混凝土应用技术规程》中规定：当强度不小于C60，石粉含量应该不高于5%。主要技术指标为：表现密度：2680kg/m3、堆积密度：155 kg/m3、含泥/石粉量（＜0.075mm）：8.1%、细度模数：2.7、亚甲蓝MB值：1.1g/kg。

粗集料：具有5mm～16mm 连续级配玄武岩碎石和8.19%的压碎值。

外加剂：将聚羧酸高性能减水剂作为本次试验的外加剂。

2 高石粉机制砂C60自密实混凝土的制备

2.1 机制砂C60自密实混凝土工作性能提升技术

相比于普通混凝土，制备自密实混凝土所需的胶凝材料较高、水胶比低。自密实混凝土由机制砂制备，当机制砂中石粉量为适当值时，可以将混凝土的润滑性能和增黏保水性能达到最佳，同时将会是混凝土离析、泌水性能提高，并且将胶凝材料用量较低到理想值，使得整体性能提高。但是石粉量过高将显著降低混凝土工作性能和力学性能。硅灰超细粉与高效减水剂双掺技术可有将石粉量高导致的工作性能不良的问题解决，胶凝材料颗粒级配可在最大程度上提高硅灰的“微填充效应”和“形貌效应”，并且在混凝土拌和物流动性这方面得以增强。在“分散效应”的影响下，胶凝材料颗粒和石粉间的“絮凝结构”分散部分石粉可以的得到有效的粉碎，一定程度的提高混凝土整体性能。

2.2 机制砂C60自密实混凝土配合比优化设计

2.2.1 胶凝材料组成的影响

在制备自密实混凝土过程中，胶凝材料成分的不同可以严重的影响到自密实混凝土的工作性能和力学性能，并且针对C60自密实混凝土时，胶凝材料成分的不同可造成较大的性能差别。石粉含量为8.1%的机制砂，采用总量为550kg/m3、0.27的水胶比胶凝材料，并且在去除部分水泥的同时，等量的将硅灰掺入其中，保证总量不变，在试验过程中找出配比值性能最佳的胶凝材料，再通过微调外加剂掺量，进而保证混凝土的工作性能。

保证用水和外加剂掺量不变，同时不掺加硅灰，石粉量为8.1%的机制砂，则混凝土的扩展度仅为590mm。混凝土坍落度和扩展度在硅灰替代水泥掺量分别为15、25kg/m3时增大，经过数据表明：在胶凝浆体中掺入4.5%的硅灰时，此时的硅灰含量为：25kg/m3，扩展度在可视范围上得到明显增长。当继续硅灰含量在胶凝浆体占比时，选取占比值为6.4%，尽管提高了用水量和外加剂掺量，与占比为4.5%时相比，也会降低混凝土坍落度和扩展度，并且将占比提高到8.2 时，便显著的降低了混凝土坍落度和扩展度。比表面积大和粒径极小的硅灰影响下，颗粒级配会由于胶凝材料中加入适量的硅灰在很大程度上得以改善，提高整体性能，混凝土的需水量会因为高石粉机制砂而增加，机制砂中含有一部分石粉，因硅灰的特性，可适量的在其中掺入2.7%～4.5%的硅灰，有效的分散部分石粉，同时可以影响到机制砂的颗粒填充性、减水分散性和润滑浆体的“流化”性。当继续提高到的硅灰掺量，选取掺入量为6.4%～8.2%的数据进行观察时，会得到比表面积更大的胶凝材料，显著增大浆体所需水量，削弱了硅灰的减水作用，降低了混凝土的流动性。

混凝土的倒坍时间、T500以及浆体黏度会随着硅灰掺量的增加而先降低后增大。大量的石粉存在与机制砂中，会导致混凝土的需水量大，同时使浆体黏度增加，一定程度上也使得T500和倒坍时间增加，使其性能降低，由于硅灰的良好特性，在制备时掺入硅灰可有效的降低影响，提高性能。提取不掺入硅灰时的试验数据与之比较。掺入2.7%和4.5%的硅灰，浆体黏度性可以被大大降低，倒坍时间被缩短了1.8s和3.0s。导致这种情况的主要原因是在胶凝材料及其石粉颗粒中掺入比表面积为22010m2/kg的硅灰，硅灰像“滚珠”一样作用在胶凝材料中，颗粒间多余的水分被释放，颗粒滚动时摩擦力大大降低，使得浆体塑性黏度被大大降低。浆体黏度在掺入6.4%和8.2%的硅灰时，其呈现增大趋势。与掺入4.5%的硅灰相比，明显延长了T500和倒坍时间，主要原因为：硅灰量的增加，使得固体颗粒间具有更大的接触点的、颗粒间也会具有更大的静摩擦力，进而浆体的屈服应力值得以增大、使混凝土不具有良好的流动性、黏度性能增强。

混凝土抗压强度随着掺入硅灰量的增加而缓慢增大，主要是因为硅灰的某些特性减小了浆体孔隙结构，在制备过程中Ca（OH）2可转化为硅酸钙水化产物量，骨料的周围将会由于水化产物的增加被致密的无定形C-S-H 凝胶所充满，粗集料和水泥石的界面过渡区将更加优良。混凝土的用水量和外加剂掺量随着掺入的硅灰量超过4.5%、到6.4%、再到8.2%而上升，但是降低了抗压强度增大幅度，且严重的影响了混凝土的工作性能，泵送施工难以实现。因此，把硅灰掺入量控制在4.5%左右可使高石粉机制砂C60自密实混凝土达到最佳效果。

2.2.2 砂率的影响

虽然胶凝材料的不同会对混凝土的性能产生较大影响，但其中有一定的规律可寻。胶凝材料选择硅灰掺量为25kg/m3、总用量为550kg/m3，水胶比保持不变，微调外加剂掺入量。

机制砂中所含石粉量为8.1%，砂率应控制在较小的范围。

当砂率为41%时，混凝土的黏聚性和流动性得到小量的降低，220mm的坍落度、630mm的扩展度以及4.3s的倒坍时间。

当提高砂率至42%时，将增大扩展度和坍落度、明显改善了工作性能、增强了流动性，与砂率为41%相比。降低了0.9s的倒坍时间。

当砂率值为43%和44%时，由于砂率值不高，较多的富余浆体依然充满机制砂混凝土中，使得粗骨料润滑的砂浆量被减少，大大增加了粗骨料之间的摩擦阻力，拌和物流动性能降低，进而降低了混凝土工作性能，延长倒坍和T500时间。砂率值较高时，变具有了总表面积大和空隙率大的骨料。保持胶凝浆体量为定值时，砂浆层不能完好的包裹粗骨料，降低了拌和物流动性。并且混凝土中的石粉含量会随着砂率的提高而增加，同时会增大浆体所需水量，导致浆体不易流动。因此，将砂率定位在42%时，可有效高石粉机制砂C60自密实混凝土的各项性能指标。

2.2.3 机制砂石粉含量的影响

通过试验数据得出，当机制砂中石粉含量控制在8.1%，保持其他数据不变时，混凝土的黏聚性和保水性得到了显著的提高，各项性能指标良好，适量的石粉可有效的改善混凝土易离析泌水和包裹性较差的问题。当石粉量继续增大时，混凝土的各项性能指标显著降低，严重时将无法泵送。

3 高石粉机制砂C60自密实混凝土的工程应用

当机制砂中石粉量为8.1%时，可制备出性能良好的C60 自密实混凝土，其具有优良的流动性和黏聚性。该混凝土的初始坍落度：250mm、扩展度：695mm、J环扩展度：680mm。在实际应用过程中，可有效的提高工作效率，经济性能良好，可最大程度的满足工程施工要求。

4 结论

通过试验数据可得出：当胶凝浆体中掺入占总量4.5%的硅灰时，高石粉机制砂混凝土所具有的流动性能被最大程度的提高，浆体黏度性也被降低，将表现出更加优异的工作性能。而掺入更多的硅灰时，将会对高层泵送施工带来一定的困难。同时确定了最佳配合比参数：含有8.1%石粉的机制砂、550kg/m3的胶凝材料总用量、4.5%的硅灰掺入量、42%的砂率。该试验数据在实际施工过程，可具有一定程度上的指导意义。