復合超細粉配制自密實混凝土耐久性試驗

張愛玲，陳曉霞

(安陽工學院土木與建筑工程學院，河南安陽455000)

0 前言

當今，混凝土已成為使用最廣泛的建筑材料，混凝土耐久性問題也已成為工程界研究的熱點。自密實混凝土耐久性不盡人意，其根本原因在于其本身的內部結構。自密實混凝土是依靠自身重力就能自動密實的混凝土，其具有良好的流動性(高流態)、充填性、間隙通過性［1－2］。這些性能能夠使混凝土順利通過倉面密集的鋼筋和各種予埋件填充到各個角落。自密實混凝土的孔隙率很高，約占水泥石總體積的25% ～40%［3］，特別是其中的毛細孔占了相當大的部分。毛細孔是水分、各種侵蝕介質、氧氣、二氧化碳及其他有害物質進入混凝土內部的通道，可以說毛細孔是引起混凝土耐久性不足的根本原因。研究表明:在混凝土中適當加入活性摻合料可以大大提高其密實性，是提高混凝土耐久性的有效方法。而粉煤灰和磨細礦粉目前已作為最經濟的活性摻合材料成功地應用于生產中，成為有效改善混凝土力學和耐久性能的重要組成部分。超細粉煤灰能更好地分散、填充在水泥熟料顆粒之間，起到密實填充作用，使水泥顆粒能更好地參與水化;超細礦粉較小的粒徑也有助于其參與水化，生成更多的水化產物，使得漿體結構更加致密，漿體強度進一步提高［4］。由于超細粉煤灰的形態效應、微集料填充效應和火山灰活性，可明顯提高混凝土的強度、抗滲性及抗凍性，減少混凝土的收縮［4－5］。本文對單摻粉煤灰、單摻超細礦粉及復合超細粉混凝土的工作性及耐久性進行了研究，試驗結果表明:復合超細粉混凝土的流動性、抗壓強度均優于單摻其中一種材料的混凝土，且具有更好的抗滲性、抗凍性和抗碳化性，耐久性得到了明顯改善，可為超細粉煤灰和超細礦粉在混凝土中混合摻配使用提供理論依據。

1 試驗用原材料

1.1 復合超細粉

將磨細的超細礦渣和超細粉煤灰按1∶1的比例混合均勻即為復合超細粉。超細礦渣、超細粉煤灰、復合超細粉的化學成分及技術指標見表1。

表1 化學成分(質量分數)及細度

1.2 其他材料

水泥:安陽胡波42.5級普通硅酸鹽水泥;粗骨料:安陽水冶5～30 mm石灰石碎石，表觀密度2 680 kg/m3，堆積密度1 690 kg/m3，針片狀含量4.1%，含泥量0.5%;細骨料:邯鄲邢臺中砂，表觀密度2 620 kg/m3，堆積密度1 580 kg/m3，細度模數2.46，含泥量1.2%;拌和水:飲用水;外加劑:FDA-330A 高效減水劑，摻量2.5%，減水率27%。

2 試驗方法與數據分析

2.1 試驗方法

采用對比的方法，在混凝土中分別摻加超細礦渣、超細粉煤灰及復合超細礦粉，標準養護到一定齡期后分別進行抗壓強度、抗滲性、抗化學腐蝕性以及抗凍融性試驗。本研究采用了3種強度混凝土［6］，配合比見表2。

表2 混凝土配合比 kg/m3

表3 和易性與抗壓強度

表4 耐久性

2.2 試驗結果與分析

2.2.1 混凝土和易性與抗壓強度

混凝土和易性與抗壓強度結果見表3。從表3可以看出:對于3個強度等級的混凝土，摻入復合超細粉的混凝土拌合物的流動性要比單獨摻入一種的流動性大，無論3 d、7 d，還是28 d的抗壓強度都有明顯提高。

2.2.2 耐久性

混凝土抗滲性采用漸增水壓法，每 4 h 增加 0.1 MPa，直到 2.5 MPa，然后劈開試件測平均滲透深度［7－8］;混凝土抗凍融性采用標養28 d棱柱體試件進行快速凍融200次，計算耐久性系數DF;混凝土不同齡期的碳化深度用混凝土碳化試驗箱測出。

從表4可以看出:對于同強度等級的混凝土，摻入復合超細粉配制的混凝土抗滲透高度數值比單摻一種配制的混凝土低，耐久性系數高，而且抗滲性和抗凍性隨強度等級提高也增強。同強度等級的碳化深度無明顯變化，但抗碳化性能隨混凝土強度等級而提高;在標準養護條件下，隨著齡期的延長，3種混凝土的碳化速度都呈下降趨勢，但復合超細粉混凝土碳化速度明顯低于另外兩種。

2.3 耐久性分析

2.3.1 影響自密實混凝土耐久性的因素

眾所周知，混凝土的工作性能包括流動性、黏聚性和保水性三方面，三者和諧才能得到均勻密實的混凝土，并保證其良好耐久性。自密實混凝土存在大流動性與黏聚性難匹配、強度不穩定、收縮值大等性能缺陷［2］，在荷載作用和侵蝕作用下微裂縫和孔隙會逐漸連通，成為水、氧氣、二氧化碳及其他有害物質進入混凝土內部的通道。最終導致混凝土膨脹、鋼筋銹蝕、堿骨料反應、強度降低等一系列耐久性問題。可以說成型不致密是引起自密實混凝土耐久性不足的主要原因。

2.3.2 超細粉煤灰、超細礦粉對自密實混凝土耐久性的影響

粉煤灰在混凝土中的基本效應可歸結為活性效應，微集料效應。活性效應是混凝土中粉煤灰的活性成分所產生的化學效應。微集料效應是指粉煤灰顆粒均勻分布于水泥漿體的基相之中，就像微細的集料一樣。在新拌混凝土階段，粉煤灰的形態效應決定著混凝土的和易性、需水量和泌水性，并最終影響混凝土結構形成。在硬化中期階段，粉煤灰能有效地減少混凝土內部溫升，減少硬化初期的收縮，并促使耐久的混凝土材料結構的形成。在硬化階段，粉煤灰的活性效應和微集料效應將使化學性質不穩定的氫氧化鈣形成水硬性的膠凝物質，這樣既能細化孔隙和堵塞毛細孔道，又能提高抗拉應變能力，能使混凝土強度在后期有所提高，耐久性提高。磨細的粉煤灰要比原始顆粒形狀的粉煤灰更有利于增加活性效應和微集料效應，但會減小新拌混凝土的流動性。粉煤灰由于密實填充作用及二次水化反應，可以提高混凝土密實程度，能有效減少混凝土中大孔含量，進一步改善混凝土的孔結構［9－10］。

礦渣顆粒為多棱角、無規則外形顆粒，在其磨到一定細度后其外形得到很大程度的改善［11］，因此超細礦渣磨細能增大混凝土流動度。礦渣自分散性能好，在混凝土中有物理減水作用，在較大的摻量范圍內都有較穩定的性能。

當超細粉煤灰與超細礦粉復合時，混凝土總孔隙率和毛細孔隙率較單摻混凝土能進一步降低，起到了一定優勢互補的作用，從而進一步增強了混凝土密實度［12－13］。從試驗結果看，復合超細粉配制的混凝土表現出較好耐久性。

3 結論

通過對復合超細粉配制自密實混凝土的試驗研究，得出以下結論:

(1)摻入復合超細粉的混凝土拌合物的流動性要比單摻一種的流動性大，無論3 d、7 d，還是28 d的抗壓強度都有明顯提高。

(2)在標準養護條件下，隨著齡期的延長，3種混凝土的碳化速度都呈下降趨勢，但復合超細粉混凝土碳化速度明顯低于另外兩種。

(3)復合超細粉配制自密實混凝土的抗滲性、抗凍性優于單摻混凝土，抗碳化性能也隨混凝土強度等級而提高，耐久性能優越。

本文是對超細粉煤灰和超細礦渣粉按1∶1的比例拌制的混凝土進行的研究，發現復摻的混凝土具有上述優良性能。由于復合超細粉比例的不同會導致混凝土耐久性的變化，因此，要確定最合適的粉煤灰及礦粉的混合比例，還需進一步深入研究。

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