粉煤灰自密实混凝土的配制与性能

李洪峰

( 黑龙江省庆达水利水电工程有限公司，哈尔滨150080)

自密实混凝土( self－compacting concrete) 是指依靠混凝土自身的流变性能无需振捣而自密实成型的混凝土。随着目前我国大型工程建设的增多，混凝土工程日趋规模化和复杂化，对新拌混凝土性能的要求日益增多，自密实混凝土的诞生不但满足了复杂状况下混凝土施工的需要，而且为复杂结构混凝土的耐久性提供了技术保障。本文试验表明，一直作为工业废料的粉煤灰对自密实混凝土的配制却起着相当积极的作用。因粉煤灰可一定量的取代水泥，低水泥用量的混凝土配制成为可能，它的加入不仅使得粉煤灰变废为宝、利于环境保护，在保障混凝土优良性能的基础上也同时节约了成本。

1 自密实混凝土配制要点

由于自密实混凝土的成型和密实过程是同时发生的，既有高度流动度，又不离析，具有均匀性、稳定性，并且是依靠混凝土料自身的高流动性来填充外部与内部的空隙，所以配制自密实混凝土就要求混合料必需具备较低的屈服剪切应力和塑性黏度，混合料才能具备高流动性以达到无需振动即能填充自身空隙; 而另一方面，混合料在密实成型的过程中必需保持均匀，无离析、泌水现象发生。众所周知，采用传统的增加单位用水量以及使用超塑化剂的方法在一定范围内可改善混合料的流动性，但当塑性黏度降低到一定程度时，粗集料便会聚集使得混合料的流动性降低而不能达到自密实的效果。此时，掺合料的存在显得尤为重要，它可以对水泥粒子起着分散作用，防止其凝聚，对流动性起着稳定作用，另外，也可以提高新拌混凝土的黏度，增加硬化混凝土的体积稳定性。

粉煤灰作为掺合料，其颗粒多数为球形玻璃体，其活性SiO2含量为45% ～60%，具有一定的火山灰活性。粉煤灰和富集在骨料颗粒周围的氢氧化钙结晶发生火山灰反应，不仅生成具有凝胶性质的产物( 与水泥中硅酸盐的水化产物相同) ，而且加强了薄弱的过渡区，对改善混凝土的各项性能有显著作用。粉煤灰还可填充骨料颗粒的空隙并包裹它们形成润滑层，由于粉煤灰的容重只有水泥的2/3 左右，而且粒形好( 质量好的粉煤灰含大量玻璃微珠) ，因此能填充得更密实，在水泥用量较少的混凝土里尤其显著。当混凝土水胶比较低时，水化缓慢的粉煤灰可以提供水分，使水泥水化得更充分。这些优势都决定了优质粉煤灰是用于自密实混凝土的首选掺合料。

2 粉煤灰自密实混凝土配制方法

本文以工程中最常用的C30 级自密实混凝土为例，自密实混凝土的配合比设计除了应该满足硬化混凝土的强度及耐久性之外，还应满足流动性、间隙通过性等要求。自密实混凝土配合比设计多用绝对体积法，单方混凝土水泥用量≤450 kg，砂宜采用细度模数较大的中砂，其对粗集料的要求较高，对有配筋要求的混凝土结构，粗集料最大粒径≥25 mm，要有减水率较高的外加剂( 一般减水率要求≥22%) ，因此其用水量一般也＜200 kg/m3。粉煤灰可以根据本地的情况选用需水量≤1 的Ⅰ级或Ⅱ级粉煤灰。本试验配合比选用P.O32.5 水泥，Ⅰ级粉煤灰，外加剂选用减水率23%的以UNF－5 为主要成分的复配以引气、增稠作用的复合外加剂，配合比见表1。

表1 C30 自密实混凝土配合比 kg/m3

按此配合比进行试拌，测得新拌混凝土坍落度为265 mm，流动度为659 mm。

3 粉煤灰自密实混凝土的性能

3.1 新拌混凝土性能

粉煤灰自密实混凝土的新拌混凝土性能见表2。

表2 粉煤灰自密实混凝土新拌混凝土性能

由表2 数据可见，掺粉煤灰自密实混凝土具有高流动性，经时2 h后混凝土坍落度基本无缺失，扩展度损失也很小，不仅具有优异的流动性能，而且具有很好的保持流动性的能力，从而为实现混凝土的自密实提供了保证。这是由于粉煤灰有圆球状的形貌，这种球状的粉煤灰微粒在混合料体系中起着滚动轴承的作用，减少了颗粒之间的内部摩擦，降低了混凝土内部的剪应力，而改善了其流动性。由混凝土的泌水率可见无泌水现象发生，表明粉煤灰混凝土具有很好的匀质性，不会离析。

3.2 硬化混凝土性能

硬化后的混凝土是一种多孔的固体材料，其力学性能直接受材料本身密实程度的影响，如自身密实性不好的混凝土会有孔缝产生，而孔缝的引入会引起混凝土内部应力集中，这会严重影响其力学性能指标，所以检测硬化后混凝土的力学性能可以直观地反映出自密实混凝土内部结构的密实程度。本次试验同时成型了粉煤灰混凝土自密实成型试件和振动成型试件，其硬化后的性能指标分别见表3。粉煤灰自密实混凝土的收缩性能见表4。

表3 粉煤灰自密实混凝土硬化性能指标 MPa

表4 粉煤灰自密实混凝土的收缩性能

由表3 数据可以看出，粉煤灰混凝土自密实成型试件和振动成型试件各龄期抗压强度比值均＞98%，这表明未振捣试件与振捣试件的强度几乎相当，对于强度而言振捣的贡献几乎为零，说明粉煤灰密实混凝土完全可以依靠自身的重力及高流动性达到密实成型的要求。这其中很大一部分原因是由于在硬化混凝土结构中加入适量的粉煤灰后，粉煤灰颗粒不仅以微集料的形式填充在大颗粒之间，提高了结构的致密程度，更重要的是粉煤灰可以与水泥水化产物Ca( OH)2进一步发生反应，生成更致密的凝胶，填充于孔隙之中，使混凝土结构更加密实。从表4 中也可以看出，作为微集料的粉煤灰的加入在很大程度上取代了水泥，使收缩值较大的水泥凝胶的数量相对减少，可以起到限制收缩的作用，粉煤灰自密实混凝土的收缩在初期增长较快，但随着龄期的增长混凝土强度增高，抵抗收缩的能力增强，收缩渐趋平缓。

4 结 语

自密实混凝土的有效地解决了狭窄区域混凝土施工的难题，其应用量也日益增多，粉煤灰作为自密实混凝土的掺合料以其自身优异的性能提高了新拌混凝土的流动性和保坍性，同时提高了硬化混凝土的力学性能和耐久性。经与同样配合比振动成型的混凝土比较，各项性能指标均很理想。由于粉煤灰自密实混凝土能够在自重下自动穿越钢筋密集处并保持混凝土的均匀性，为密集配筋结构工程设计的实现提供了可靠的技术依据。粉煤灰自密实混凝土的应用不但消除了振捣噪声，减弱了工人的劳动强度，还有效地避免了由于振捣不密实而带来的施工隐患，加快了施工进度，保证了工程质量。粉煤灰自密实混凝土配制技术和应用提高了文明施工和现代化施工管理水平，更是节能环保、节约成本，实现双赢的最好体现。

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