摻入超細混合材制備超高性能混凝土的研究

陳杰 ，虞煥新 ，沈毅 ，陳煒 （.浙江明杰建設有限公司，浙江 杭州 3；.浙江建設職業技術學院，浙江 杭州 33）

1 試驗

隨著城市化的高速推進，超高性能混凝土以其超高強度、超高韌性、超高抵抗變形和開裂能力、超高耐久性和超長服役壽命，越來越廣泛地應用到對結構及性能有特殊要求的諸多領域，如嚴酷環境下及特種行業中的超高層化、超大跨度化、薄壁重載結構等。

在制備超高性能混凝土中，摻入超細混合材是制備高性能混凝土不可缺少的組分，這已經在混凝土科學與工程界形成了共識。

1.1 原材料

1.1.1 優質水泥

南京小野田水泥廠生產的“小野田”牌P·II52.5R硅酸鹽水泥，其礦物組成、化學成分及物理性能見表1、表2、表3所示。

水泥熟料礦物組成 表1

水泥熟料化學組成 表2

水泥物理與力學性能 表3

1.1.2 超細混合材料

超細混合材料采用南京熱電廠生產的I級優質粉煤灰（UFA）。埃肯公司生產的硅灰（SF），其化學成分、物理性能示于表4和表5，粒徑分布及形貌分別見圖1和圖2所示。

超細混合材主要化學成分 表4

超細混合材的物理性能 表5

圖1 原材料粒徑分布

圖2 粉體材料顆粒形貌

1.1.3 微細金屬纖維

江西贛州大業金屬纖維廠生產的微細表面鍍銅鋼纖維，直徑0.2mm，長度13mm，長徑比 lf/df＝65，彈性模量210GPa，抗拉強度≥2100MPa。

1.1.4 細集料

最大粒徑2.5mm的普通黃砂，細度模數2.26，連續級配，堆積密度1.4g/cm3，表觀密度 2.4 g/cm3。

1.1.5 粗集料

最大粒徑為10mm的玄武巖碎石，表觀密度 2.8 g/cm3，堆積密度 1.5 g/cm3，壓碎值3%。

1.1.6 納米SiO2

表面過孔型，平均粒徑20mm左右，SiO2含量99%以上，其XRD及TEM測試圖片分別如表5和表6所示。

1.1.7 外加劑

上海巴斯夫公司生產的聚羧酸型高效減水劑，固含量40%，減水率≥40%。

1.2 制備工藝

為了使得各組分在體系中均勻分布，采用先干后濕的拌合工藝，其工藝流程見圖3所示，養護方式為標準養護（溫度20±2℃，濕度＞90%）。

圖3 先干后濕拌和工藝

2 試驗結果與分析

2.1 配合比

在實驗的基礎上，優選出了超高性能混凝土配合比，如表6所示。

超高性能水泥基復合材料（UHPCC）基體配合比 表6

2.2 強度

超高性能混凝土在不同齡期（7d、28d、90d、180d)的抗壓強度及抗折強度隨養護時間的變化規律如圖4、圖5所示。

圖4 不同齡期對抗壓強度的影響

圖5 不同齡期對抗折強度的影響

2.3 分析

超高性能混凝土的制備技術除優化材料組成外，為了使得各粉體材料在體系中均勻分布，制備工藝是保證水泥基材料超高性能的重要方面。其關鍵技術在于復合超細混合材、水泥的均勻混合在超高性能混凝土基體中的均勻分布。

從圖1和圖2可以看出，就粒徑大小而言，硅灰＜粉煤灰＜水泥，這使得硅灰和粉煤灰在水泥漿體中能更好的發揮顆粒填充效應，同時由于硅灰和粉煤灰顆粒均呈圓形，故有利于提高水泥基材料的流動性和相應的減水效應，從表4可以看出，超細粉煤灰和優質硅灰中含有大量的SiO2，其中的活性成分能促進水泥的二次水化生成更多的C-S-H凝膠，從而改善水泥基材料的結構，提高材料的宏觀力學性能。

3 結論

①超細混合材面廣、量大，來源豐富；同時有利于粒徑填充和化學成分互補與功效互補的優勢，最大限度地取代水泥熟料用量，減少因大量水泥水化產生的水化熱對材料帶來的負面影響。

②本試驗選取硅灰和優質I級粉煤灰，通過這些粉體材料的粒徑疊加與化學成分的優勢互補及納米尺度的C-S-H數量的增多和孔隙率的下降，提高致密性并充分發揮納米尺度C-S-H的作用，從而進一步提高了超高性能混凝土的各項性能，不僅能達到節能、節資、保護生態環境的作用，更重要的是能有效提高混凝土工程材料的抗毀傷能力，使得混凝土工程材料走上節能減排、環境友好之路。