自密實(shí)混凝土膠凝材料體系研究

（中國(guó)電建集團(tuán)核電工程有限公司，山東 濟(jì)南250102）

0 引言

自密實(shí)混凝土的顯著特性是高流動(dòng)性，其流動(dòng)性源于粉體材料與水形成的漿體。為了保持高流動(dòng)性，自密實(shí)混凝土膠材用量較普通混凝土高。自密實(shí)混凝土單用水泥，其水化放熱大，硬化收縮大，不利于耐久性和體積穩(wěn)定性；因此，自密實(shí)混凝土常摻加礦物摻合料以降低水化熱，減少收縮。粉煤灰和礦粉在膠材體系中既可單摻，也可復(fù)摻，在配合比設(shè)計(jì)前應(yīng)明確。通過28d膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)研究粉煤灰和礦粉對(duì)自密實(shí)混凝土各項(xiàng)性能的影響，可最終確認(rèn)摻合料的添加種類和比例。

1 粉煤灰和礦粉對(duì)膠材性能的影響

1.1 膠材體系種類

在我國(guó)，粉煤灰應(yīng)用于混凝土比較普及和廣泛，混凝土生產(chǎn)單位幾乎全部使用。受粉煤灰質(zhì)量、地區(qū)差異、技術(shù)等因素的影響，粉煤灰的應(yīng)用尚處于初級(jí)階段。礦粉最初是作為水泥的混合材使用，在混凝土中的應(yīng)用要比粉煤灰晚。隨著礦粉加工技術(shù)的成熟，比表面積提高到400m2/kg以上，礦粉得到大面積應(yīng)用?；炷聊z材體系也逐步發(fā)生轉(zhuǎn)變，由純水泥體系向單摻、復(fù)摻體系轉(zhuǎn)變。單摻體系是指“水泥+粉煤灰”或“水泥+礦粉”形成的膠材體系；復(fù)摻體系是指“水泥+粉煤灰+礦粉”形成的膠材體系。

1.2 混凝土性能的影響

單摻體系中，一種摻合料的影響有限，有時(shí)會(huì)帶來不利的影響。如粉煤灰能改善混凝土和易性，但造成早期強(qiáng)度低；粉煤灰顆粒易上浮分層，產(chǎn)生浮漿、泌水現(xiàn)象。一定摻量的礦粉可提高混凝土的強(qiáng)度，但隨著摻量增加，混凝土粘性增大，工作性能降低，不利于混凝土流動(dòng)性。

采用復(fù)摻體系，兩種摻合料相互作用，性能疊加、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，可獲得良好工作性能和力學(xué)性能。單摻的不利因素由另一種摻合料彌補(bǔ)，從而獲得性能優(yōu)異的自密實(shí)混凝土。

1.3 粉煤灰、礦粉的28d膠砂強(qiáng)度

礦物摻合料對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響最為顯著，其變化規(guī)律可通過膠砂強(qiáng)度對(duì)比測(cè)定。工程中，混凝土強(qiáng)度絕大部分仍以28d強(qiáng)度作為驗(yàn)收和評(píng)定的依據(jù)，采用水膠比計(jì)算公式W/B=αafb/(fcu,0+αaαbfb)（式中fb為膠材28d膠砂抗壓強(qiáng)度值）。研究單、復(fù)摻體系與純水泥體系28d膠砂強(qiáng)度的對(duì)比關(guān)系，可為膠材體系的選擇提供理論依據(jù)，也為后續(xù)配合比設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)支撐。

2 試驗(yàn)材料和方法

2.1 試驗(yàn)材料

表1 試驗(yàn)材料表

2.2 試驗(yàn)方法和步驟

按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》GB/T17671要求，進(jìn)行試驗(yàn)?zāi)z砂制備。

試驗(yàn)步驟：①稱取450g水泥，按表2用量進(jìn)行純水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)；②分別按5%、10%、15%、20%、25%、30%、35%、40%的比例替代水泥，加入粉煤灰，保持450g膠材總量不變，進(jìn)行粉煤灰膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)；③分別按照10%、20%、30%、40%、50%、60%的比例替代水泥，加入礦粉，保持450g膠材總量不變，進(jìn)行礦粉膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)；④將以上試體編號(hào)，放入水泥養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)28d，進(jìn)行膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果及分析

圖1 膠材體系28d膠砂強(qiáng)度曲線

圖1繪制了膠材體系單摻粉煤灰和礦粉時(shí)，不同比例摻量下28d膠砂強(qiáng)度變化曲線，揭示了粉煤灰和礦粉對(duì)膠材膠砂強(qiáng)度的影響規(guī)律。①40%范圍內(nèi)，“水泥+粉煤灰”體系隨粉煤灰摻量增加，28d膠砂強(qiáng)度逐步降低，摻量越大，降低越明顯。28d膠砂強(qiáng)度顯著低于純水泥；②60%范圍內(nèi)，“水泥+礦粉”體系隨礦粉摻量增加，28d膠砂強(qiáng)度先增加后降低，峰值在30%左右。28d膠砂強(qiáng)度皆高于純水泥。

粉煤灰和礦粉按指定比例摻入形成復(fù)摻體系，進(jìn)行28d膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見表2。

表2 給定摻量復(fù)摻體系28d膠砂強(qiáng)度

表2表明，采用復(fù)摻體系，摻加粉煤灰造成的強(qiáng)度降低可通過礦粉得到補(bǔ)強(qiáng)。在配合比試驗(yàn)過程中還可看到，復(fù)摻體系有效解決了粉煤灰單摻體系下的泌水問題和礦粉單摻體系下的黏性過大問題。這種優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)為配合比設(shè)計(jì)帶來了諸多可能性，可根據(jù)實(shí)際需求，調(diào)整兩種礦物摻合料的比例，以滿足現(xiàn)場(chǎng)的性能要求。

4 結(jié)論

膠材中摻入粉煤灰或礦粉會(huì)影響混凝土的各項(xiàng)性能。在強(qiáng)度方面，粉煤灰會(huì)使混凝土早期強(qiáng)度降低，礦粉會(huì)提高混凝土的強(qiáng)度；粉煤灰和礦粉以適當(dāng)比例摻加，可形成工作性能和強(qiáng)度的互補(bǔ)，獲得性能優(yōu)良的混凝土。