低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土的研究

杭美艷，蘭英靜，高 萌，孫成曉

（1.內(nèi)蒙古科技大學(xué)，包頭 014010；2.包頭市鋼鹿建筑材料有限公司，包頭 014010）

自密實(shí)混凝土是高性能混凝土的重要組成部分，因其優(yōu)良的工作性能、力學(xué)性能、耐久性能等優(yōu)勢(shì)已成為現(xiàn)代混凝土發(fā)展的主要方向之一。自密實(shí)混凝土將拌合物的塑性、流動(dòng)性、粘性、抗材料離析性達(dá)到協(xié)調(diào)統(tǒng)一的效果［1］，在達(dá)到高流動(dòng)度要求的同時(shí)拌合物不離析、不泌水、和易性好。因自密實(shí)混凝土具有優(yōu)越的流動(dòng)性能在澆筑時(shí)不會(huì)出現(xiàn)蜂窩、麻面現(xiàn)象，提高混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量［2］。該文配制自密實(shí)混凝土大量摻用粉煤灰、磨細(xì)礦渣等工業(yè)廢料，實(shí)現(xiàn)了低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土的配制，同時(shí)自密實(shí)混凝土又是一種綠色的新型高性能結(jié)構(gòu)材料。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

1）水泥：冀東P·O 42.5，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量26.7%，28d抗壓強(qiáng)度為54.8MPa，其余各項(xiàng)指標(biāo)符合GB 175—2007要求；

2）砂：Ⅱ區(qū)中砂，含泥量2.8%，細(xì)度模數(shù)2.64；

3）石子：碎石，5～20mm連續(xù)級(jí)配，其余各項(xiàng)指標(biāo)符合JGJ 52—2006要求；

4）粉煤灰：包頭達(dá)旗電廠Ⅱ級(jí)灰；需水量比為99.3%，活性指數(shù)80.0%，其余指標(biāo)符合GB 1596—2005要求；

5）礦渣粉：包頭宏偉公司S 75級(jí)礦渣粉；7d活性指數(shù)58%，28d活性指數(shù)77%，流動(dòng)度比101%；其余指標(biāo)符合GB 18046—2008要求；

6）膨脹劑：硫鋁酸鈣類，28d無收縮，其他指標(biāo)符合GB 23439—2009；

7）減水劑：聚羧酸減水劑產(chǎn)于包頭鋼鹿建材公司，減水率大于35.1%，萘系減水劑產(chǎn)于包頭鋼鹿建材公司，減水率大于25.0%，其余指標(biāo)符合GB 8076—2008要求；

8）水：普通自來水，符合JGJ 63—2006要求。

1.2 試驗(yàn)方法

自密實(shí)混凝土拌合物工作性能測(cè)定方法參考GBJ 80—85《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》和CECS 203—2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》進(jìn)行。力學(xué)性能依據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081—2002即《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中相關(guān)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。

混凝土彈性模量和抗折試驗(yàn)的試件尺寸為100mm×100mm×400mm。

2 配合比設(shè)計(jì)

利用雙摻技術(shù)改善拌合物流動(dòng)性能及混凝土后期強(qiáng)度，利用高效減水劑改善新拌混凝土的工作性能并降低水膠比提高混凝土強(qiáng)度，選用優(yōu)質(zhì)骨料配置抗壓強(qiáng)度50MPa以上、坍落度達(dá)到240mm以上、擴(kuò)展度達(dá)到600mm以上的混凝土。

通過前期試驗(yàn)室調(diào)配以及后期的調(diào)整，最終得到如表1所示的配比。

表1 自密實(shí)混凝土配合比 kg/m3

根據(jù)表2的數(shù)據(jù)，配制的自密實(shí)混凝土的排碳量計(jì)算為88.136kg/m3，而同強(qiáng)度等級(jí)的普通自密實(shí)混凝土排碳量177.967kg/m3，比普通自密實(shí)混凝土明顯降低，是普通自密實(shí)混凝土的49.52%。

表2 混凝土原材料的排碳量［5］ kg/t

該文研制的低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土水泥用量?jī)H為180kg/m3，與普通自密實(shí)混凝土的370kg/m3相比，水泥用量減少190kg/m3，按照水泥價(jià)格360元/t，可節(jié)約成本68.4元/m3。

3 性能測(cè)試及分析

3.1 新拌混凝土性能測(cè)試結(jié)果及分析

普通自密實(shí)混凝土與低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土的新拌混凝土性能試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 自密實(shí)混凝土新拌性能測(cè)試結(jié)果

從表3的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以看出，使用較少膠凝材料所配置的低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土的工作性能較好，該混凝土的坍落度較大，流動(dòng)性較好，流動(dòng)性損失小，60min坍落度依然高達(dá)255mm，擴(kuò)展度650mm，T50時(shí)間為4.2s。普通自密實(shí)混凝土的初始流動(dòng)性比低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土稍好，但60min后的流動(dòng)性稍差，這主要是由于普通型自密實(shí)混凝土所用膠凝材料較高，水泥用量較高，水化較快引起的。總體來說，采用低碳低水泥用量配置的自密實(shí)混凝土的新拌性能與普通自密實(shí)混凝土基本相同。

3.2 混凝土硬化后性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

普通自密實(shí)混凝土與低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土硬化后性能試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 自密實(shí)混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果

混凝土硬化后的力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表4所示，從表4的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：

1）與普通自密實(shí)混凝土相比，低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土的早期抗壓強(qiáng)度偏低，但56d抗壓強(qiáng)度達(dá)到62.5MPa，超過了普通自密實(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)度。

2）低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土28d的靜彈性模量比普通自密實(shí)混凝土稍高。彈性模量越大，混凝土發(fā)生一定彈性變形所需的應(yīng)力也越大，即在一定應(yīng)力作用下，發(fā)生彈性變形越小。

3）用低碳低水泥用量配置的自密實(shí)混凝土28d抗折強(qiáng)度高于普通自密實(shí)混凝土抗折強(qiáng)度。一般混凝土抗折強(qiáng)度越高，混凝土的質(zhì)量越好，混凝土耐久性越好。

低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土比普通自密實(shí)混凝土節(jié)約膠凝材料約190kg/m3，大大降低了混凝土生產(chǎn)成本。此外，這對(duì)減少混凝土的干燥收縮、提高抗裂性能有很大促進(jìn)作用。粉煤灰與礦渣粉雙摻可以改善拌合物的和易性，改善界面孔結(jié)構(gòu)分布，增加界面間作用力，增加混凝土密實(shí)性，提高混凝土的強(qiáng)度及耐久性［6］。

4 結(jié) 論

該文對(duì)比了低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土與普通自密實(shí)混凝土的性能，通過對(duì)新拌混凝土性能、硬化后性能的試驗(yàn)得出以下結(jié)論：

a.采用聚羧酸減水劑，雙摻粉煤灰與礦渣粉，以180kg/m3的水泥用量，445kg/m3的總膠凝材料用量配置的自密實(shí)混凝土排碳量?jī)H為88.136kg/m3，與同強(qiáng)度等級(jí)的普通自密實(shí)混凝土排碳量177.967kg/m3相比明顯降低。

b.用低水泥用量配制的自密實(shí)混凝土經(jīng)濟(jì)效益顯著。

c.研制的低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土和易性好、流動(dòng)性保持性好，28d強(qiáng)度可達(dá)到53.8MPa，56d可達(dá)到62.5MPa，與普通高水泥用量自密實(shí)混凝土力學(xué)性能相當(dāng)。

d.低碳低水泥用量自密實(shí)混凝土28d靜彈性模量和28d抗折強(qiáng)度均高于普通自密實(shí)混凝土。

［1］ 何小芳，張義順.自密實(shí)高性能混凝土雙摻技術(shù)的研究［J］.焦作工學(xué)院學(xué)報(bào)，2004（6）：483－486.

［2］ 朱敏濤，張 雄.自密實(shí)混凝土的優(yōu)化設(shè)計(jì)［J］.混凝土，2006（8）：56－60.

［3］ 潘書亮.粉煤灰自密實(shí)混凝土性能研究與應(yīng)用［D］.河北工程大學(xué)，2011.

［4］ 王燦坤.聚羧酸在自密實(shí)混凝土中的應(yīng)用［J］.商品混凝土，2012（3）：48－50.

［5］ 劉 猛，李百戰(zhàn)，姚潤(rùn)明.水泥生產(chǎn)能耗內(nèi)含碳排放量分析［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，34（3）：116－120.

［6］ 王成啟，張悅?cè)?復(fù)摻粉煤灰與礦渣粉的海工自密實(shí)高性能混凝土試驗(yàn)研究［J］.2012（2）：40－45.