淺談高性能混凝土的配制機理及應(yīng)用前景

湛影超 李桂鳳

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

1 概 述

2 粉煤灰的作用機理和性能

大量的實踐證明：摻用粉煤灰的混凝土，其長期性能得到大幅度的改善，對延長結(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)主要包括三個相——骨料、硬化水泥漿體以及二者之間的過渡區(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，在水泥用量較少的混凝土中尤其顯著。

b.對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，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圍的氫氧化鈣結(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，而且加強了薄弱的過渡區(qū)，對改善混凝土的各項性能有顯著作用。

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度降低，但強度增長期長，后期強度高。摻入大量粉煤灰的混凝土不僅強度發(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)開裂的危險。可以說，若非早期強度要求非常高，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分布及配送運量，對其配送線路進(jìn)行優(yōu)化。根據(jù)配送中心目前運營中的突出問題，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：

a.配制混凝土的骨料級配良好，以減小空隙率，利于水膠比降低，保證使用效果。

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

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

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

3 礦粉的作用機理和性能

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，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泵送混凝土為例說明礦粉對混凝土強度的影響。

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、不同齡期的抗壓強度見表2。

從表2可以看出，前期強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)，齡期的抗壓強度值均高于摻20%礦粉的混凝土，礦粉混凝土強度發(fā)展對養(yǎng)護(hù)溫度比較敏感，溫度越低對其強度發(fā)展越不利。

表2 各配方的各齡期混凝土強度 單位：MPa

礦粉作為混凝土的摻合料，具有以下優(yōu)點：

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.摻入礦粉可延長混凝土的凝結(jié)時間，使坍落度損失小，對夏季施工有利。

c.摻礦粉可以增加拌和物的粘聚性和流動性，不易分層離析，可塑性好。

d.使混凝土的結(jié)構(gòu)更密實，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理和性能

以不同強度等級混凝土配比及不同的外加劑摻量來說明萘系高效減水劑DH3和羧酸系高效減水劑DH13對混凝土強度和成本的影響，見表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度發(fā)展曲線見圖1（圖中，橫坐標(biāo)為3天、7天、28天齡期，縱坐標(biāo)為各齡期抗壓強度達(dá)到設(shè)計強度的百分比。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天強度比萘系配比高1%，28天強度高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度發(fā)展曲線見圖2。

圖2 C35混凝土各成分配比強度發(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天強度與萘系的基本一致，7天和28天強度則高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.不只在高強度等級混凝土中使用，還要在中低強度等級混凝土中推廣應(yīng)用，以充分發(fā)揮聚羧酸系減水劑的優(yōu)勢。

5 結(jié) 語

通過對粉煤灰、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，就可配制成用于特定場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度等級混凝土，提高性價比，這種低強度等級混凝土將有更好的應(yīng)用范圍和前景。