淺談高性能混凝土的配制機(jī)理及應(yīng)用前景

湛影超 李桂鳳

（河北省水利工程局 石家莊 050021）（崗南水庫(kù)管理局 石家莊 050021）

1 概 述

2 粉煤灰的作用機(jī)理和性能

大量的實(shí)踐證明：摻用粉煤灰的混凝土，其長(zhǎng)期性能得到大幅度的改善，對(duì)延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物的使用壽命有重要意義。硬化混凝土是一種復(fù)雜的、多相的復(fù)合材料，它的結(jié)構(gòu)主要包括三個(gè)相——骨料、硬化水泥漿體以及二者之間的過(guò)渡區(qū)。粉煤灰主要有以下幾方面的作用：

a.填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤(rùn)滑層，由于粉煤灰的容重只有水泥的2/3左右，而且粒形好（質(zhì)量好的粉煤灰含大量玻璃微珠），能填充得更密實(shí)，在水泥用量較少的混凝土中尤其顯著。

b.對(duì)水泥顆粒起物理分散作用，使其分布得更均勻。當(dāng)混凝土水膠比較低時(shí)，水化緩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顆粒周?chē)臍溲趸}結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng)，不僅生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物，而且加強(qiáng)了薄弱的過(guò)渡區(qū)，對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用。

d.粉煤灰延緩了水化速度，減小了混凝土因水化熱引起的溫升，對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利。

摻入粉煤灰的混凝土早期強(qiáng)度降低，但強(qiáng)度增長(zhǎng)期長(zhǎng)，后期強(qiáng)度高。摻入大量粉煤灰的混凝土不僅強(qiáng)度發(fā)展效果良好，而且各種耐久性能也十分優(yōu)異。由于能夠明顯降低水化溫升，也大大減小了混凝土早期出現(xiàn)開(kāi)裂的危險(xiǎn)?？梢哉f(shuō)，若非早期強(qiáng)度要求非常高，摻粉煤灰混凝土能夠滿足各種工程條件，尤其是對(duì)侵蝕性嚴(yán)酷的環(huán)境要求，它是一種高性能混凝土。

本文根據(jù)嘉興A配送中心的配送站點(diǎn)分布及配送運(yùn)量，對(duì)其配送線路進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)配送中心目前運(yùn)營(yíng)中的突出問(wèn)題，將其優(yōu)化目標(biāo)設(shè)定為路程最短和成本最低。

在使用大摻量粉煤灰混凝土?xí)r，需要注意以下施工條件和事項(xiàng)：

a.配制混凝土的骨料級(jí)配良好，以減小空隙率，利于水膠比降低，保證使用效果。

b.必須采用強(qiáng)制性攪拌機(jī)拌和這種混凝土，以保證其均勻性，由于它比較粘稠，在出機(jī)口、罐車(chē)進(jìn)料口、入泵口以及攤鋪過(guò)程要采取相應(yīng)措施。

c.混凝土坍落度應(yīng)控制得比普通混凝土??；澆筑后要及早噴灑養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋外露表面，但一般情況下無(wú)需噴霧或澆水養(yǎng)護(hù)。

d.氣溫過(guò)低時(shí)，要采用保溫養(yǎng)護(hù)措施，且適當(dāng)延緩拆模時(shí)間，使混凝土硬化和強(qiáng)度發(fā)展?jié)M足施工需要。

3 礦粉的作用機(jī)理和性能

礦粉是以高爐水淬礦渣為主要原料經(jīng)干燥、粉磨處理而制成的超細(xì)粉末材料，是制備高性能水泥和混凝土的優(yōu)質(zhì)混合材，因其來(lái)源穩(wěn)定，故化學(xué)成分也相應(yīng)比較穩(wěn)定，礦粉疏松多孔，化學(xué)成分與普通硅酸鹽水泥非常接近，如含 CaO30%～42%、SiO235%～38%、Al2O310%～18%、MgO5%～14%，它自身具有水硬性，當(dāng)有硅酸鹽水泥激發(fā)時(shí)，其活性得到更充分的發(fā)揮。下面以鼎新P.O42.5水泥配制C35120±30泵送混凝土為例說(shuō)明礦粉對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響。

配方1：摻30%礦粉，配方2：摻20%礦粉，配方3：不摻礦粉。具體配方見(jiàn)表1。

表1 配方組成單位：kg

由配方1、配方2、配方3得到的混凝土試塊在不同養(yǎng)護(hù)條件、不同齡期的抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2。

從表2可以看出，前期強(qiáng)度不摻礦粉比摻礦粉的要高，后期則低于摻礦粉的混凝土；而且摻30%礦粉的混凝土不管是標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)還是同條件養(yǎng)護(hù)，齡期的抗壓強(qiáng)度值均高于摻20%礦粉的混凝土，礦粉混凝土強(qiáng)度發(fā)展對(duì)養(yǎng)護(hù)溫度比較敏感，溫度越低對(duì)其強(qiáng)度發(fā)展越不利。

表2 各配方的各齡期混凝土強(qiáng)度 單位：MPa

礦粉作為混凝土的摻合料，具有以下優(yōu)點(diǎn)：

a.混凝土摻用礦粉可降低水泥用量，節(jié)約成本，降低水化熱，減少由于水化熱而產(chǎn)生的溫度裂縫，這在大體積混凝土中尤為突出。

b.摻入礦粉可延長(zhǎng)混凝土的凝結(jié)時(shí)間，使坍落度損失小，對(duì)夏季施工有利。

c.摻礦粉可以增加拌和物的粘聚性和流動(dòng)性，不易分層離析，可塑性好。

d.使混凝土的結(jié)構(gòu)更密實(shí)，從而提高抗?jié)B性及抗海水酸及硫酸鹽等的化學(xué)侵蝕能力，還具有抑制堿－集料反應(yīng)的效果等。

e.混凝土摻用礦粉可以利用工業(yè)廢料，有益于保護(hù)環(huán)境。

4 羧酸系高效減水劑的作用機(jī)理和性能

以不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土配比及不同的外加劑摻量來(lái)說(shuō)明萘系高效減水劑DH3和羧酸系高效減水劑DH13對(duì)混凝土強(qiáng)度和成本的影響，見(jiàn)表3。

4.1 C15混凝土配比性能、成本分析

C15混凝土配比中，應(yīng)用聚羧酸的成本比用萘系的要高，在此不再討論。

4.2 C25混凝土配比性能、成本分析

C25混凝土各成本配比強(qiáng)度發(fā)展曲線見(jiàn)圖1（圖中，橫坐標(biāo)為3天、7天、28天齡期，縱坐標(biāo)為各齡期抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的百分比。圖2同）。

在C25混凝土配比中，應(yīng)用聚羧酸成本“結(jié)果4”為211.18元，配比的3天、7天強(qiáng)度比萘系配比高1%，28天強(qiáng)度高5%，水泥用量減少44kg，成本比萘系減少了4.20元；結(jié)果3成本215.70元的配比強(qiáng)度比萘系的3天高5%，7天高10%，28天高20%，水泥用量減少26kg，初始坍落度增大了10mm，而總成本僅上升了0.32元。

表3

圖1 C25混凝土各成分配比強(qiáng)度發(fā)展曲線

4.3 C35混凝土配比性能、成本分析

C35混凝土各成本配比強(qiáng)度發(fā)展曲線見(jiàn)圖2。

圖2 C35混凝土各成分配比強(qiáng)度發(fā)展曲線

C35混凝土中，應(yīng)用聚羧酸結(jié)果成本227.30元的配比，其成本比萘系配比低3.04元，其3天強(qiáng)度與萘系的基本一致，7天和28天強(qiáng)度則高2%左右，水泥用量減少45kg，初始坍落度增大了30mm；結(jié)果8成本為229.98元的配比，各齡期強(qiáng)度均比萘系配比高，28天則高出20%，水泥用量減少34kg，初始坍落度增大了25mm，可操作性顯著提高，而成本比萘系的減少了0.36元。

由此可得出以下結(jié)論：

a.與萘系相比，聚羧酸系高效減水劑具有更小的摻量、更大的混凝土減水率和更高的強(qiáng)度提高幅度。

b.聚羧酸系高效減水劑完全可以替代萘系減水劑，做出更好性能的混凝土。

c.JRC—A型聚羧酸系高效減水劑與粉煤灰等摻合料的匹配性很好，可以在摻聚羧酸系減水劑的混凝土中更多量地使用活性優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料。

d.不只在高強(qiáng)度等級(jí)混凝土中使用，還要在中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土中推廣應(yīng)用，以充分發(fā)揮聚羧酸系減水劑的優(yōu)勢(shì)。

5 結(jié) 語(yǔ)

通過(guò)對(duì)粉煤灰、礦粉、羧酸系減水劑的性能分析可知：只要把它們按一定比例組合起來(lái)，就可配制成用于特定場(chǎng)合下的高性能混凝土，以滿足工程施工的需要。粉煤灰、礦粉、羧酸系減水劑不只用于配制高強(qiáng)度混凝土，還可以在不增加成本的前提下配制高性能的低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，提高性價(jià)比，這種低強(qiáng)度等級(jí)混凝土將有更好的應(yīng)用范圍和前景。