微珠在C60高强混凝土中的应用研究

2018-06-04任慧超张凯峰郭远征冯涛涛刘磊王宁

新型建筑材料 2018年4期

任慧超，张凯峰，郭远征，冯涛涛，刘磊，王宁

（中建西部建设北方有限公司，陕西西安 701116）

0 引言

我国煤炭资源丰富，现阶段能源生产还是以火力发电为主，是粉煤灰排放大国。粉煤灰占用大量土地，造成环境污染，是我国经济持续发展的严重阻碍。因而，粉煤灰资源化成为了国民经济可持续发展战略决策的一个重要组成部分，为此，国家出台了一系列优惠政策，引导、鼓励和支持对粉煤灰综合利用的探索研究。但普通粉煤灰常温下活性较低，粒径较大，将其掺入混凝土中将使混凝土早期强度偏低，工程应用受到限制，对其进行机械粉磨能耗又较高，从而大大限制了其在混凝土中的大面积使用。微珠是一种新型超微粉体材料，是利用优质粉煤灰经过独特工艺精选、加工而成的超细且具有连续粒径分布的的一种亚微米、完美的球状粉体产品。它具有活性高、低水化热、质轻、耐腐蚀、抗压强度高、流动性好和热稳定性好等特性，掺入混凝土后能有效改善混凝土早期性能。

高雅静等[1]通过微珠与普通粉煤灰物化性能比较发现，微珠粉煤灰粒径小、活性高、减水性好、填充性佳且需水量很小，加入混凝土中可显著提高混凝土的流动性，大大降低超高性能混凝土的粘度，减小混凝土泵送阻力。李云凯等[2]从粉煤灰中提取了空心微珠（HGB），并按粒度进行了分类。对不同尺寸的空心微珠的密度、壁厚及pH值等物理性能进行了测量，其试验结果表明：75～100 μm的空心微珠密度最大、微珠的壁厚与粒径比值最大、抗压强度最高。丁庆军等[3]运用激光粒度分析、XRD、SEM、热重分析、微量热仪、FTIR等多种现代微观测试技术，对微珠的水化活性进行了系统的研究，从而得出微珠的水化活性介于硅灰和粉煤灰二者之间。袁启涛等[4]将微珠应用于C50、C55商品混凝土中，等量取代水泥时发现微珠混凝土较普通混凝土配合比降低了水泥用量及胶凝材料总量，能降低混凝土的粘度，提高混凝土强度，降低成本。方明辉等[5]通过线性回归拟合，研究了不同玻化微珠对保温砂浆干密度与导热系数、抗压强度之间相关性的影响情况。

本试验采用不同微珠掺量取代粉煤灰，利用具有球状颗粒形貌的亚微米级矿物掺合料微珠对高强混凝土进行改性，并将微珠与高强混凝土常用的矿物掺合料进行对比，以此来研究微珠改性混凝土的工作性能和力学性能。

1 试验

1.1 原材料

水泥：西安某公司P·O42.5水泥；粉煤灰：陕西某电厂Ⅱ级粉煤灰，45 μm筛筛余20%，烧失量4.3%，需水量比99%；微珠：某公司精炼微珠，含水量1.1%，需水量比95%，烧失量0.36%，平均粒径1.2 μm；矿粉：西安某公司S95级矿粉，比表面积400 m2/kg，7 d、28 d活性指数分别为81%、97%；细集料：河砂，细度模数2.6，Ⅱ区中砂，级配良好；粗骨料：西安某料场碎石，粒径5～25 mm，级配良好；减水剂：中建西部建设北方有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，固含量20%，减水率26%。

1.2 配比设计

C60高强混凝土配合比选用西安某公司商品泵送混凝土配比，在此基础上进行调整，具体配比见表1。

表1 C60高强混凝土配合比

1.3 试验方法

1.3.1 微珠-水泥胶凝体系试验研究

流动度、需水量比、胶砂抗压强度及活性指数参照GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》及GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试。通过不同掺量（0、5%、10%、15%、20%、25%、30%、40%、50%）下微珠替代水泥，观察微珠对整个胶凝体系流动性、需水量比、胶砂抗压强度（3 d、7 d、28 d）及活性指数的影响规律及变化情况。

1.3.2 微珠混凝土工作性能及力学性能试验研究

试验参考GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能实验方法标准》、GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能实验方法标准》，通过不同掺量（0、20%、40%、60%、80%、100%）下微珠替代粉煤灰，考察微珠对混凝土工作性能及抗压强度的影响。

2 试验结果与分析

2.1 微珠-水泥胶凝体系试验结果与分析

不同微珠掺量对水泥净浆流动度及需水量比的影响如表2所示。

表2 微珠-水泥胶凝体系净浆流动度及需水量比

由表2可知，随微珠掺量的增加，水泥净浆流动度随之增大，可见微珠对水泥净浆的流动性有着良好的促进作用。且随微珠掺量的增加，整个胶凝体系需水量比逐渐减少，当微珠掺量为50%时，胶凝体系需水量比仅为92.2%。

不同微珠掺量对微珠-水泥胶砂抗压强度及活性指数的影响分别如图1、图2所示。

图1 不同微珠掺量水泥胶砂各龄期抗压强度变化趋势

图2 不同微珠掺量水泥胶砂各龄期活性指数变化趋势

由图1、图2可知，3 d龄期时，随微珠掺量的增加，胶砂的抗压强度及活性指数逐渐减小，但活性指数均小于1，其中微珠掺量为15%时，胶砂的抗压强度达到30 MPa；7 d龄期时，随微珠掺量的增加，胶砂的抗压强度及活性指数呈先减后增再减的变化趋势，但整体活性指数仍小于1，同样在微珠掺量为15%时，胶砂抗压强度能达到34.8 MPa，与基准组相差不大；28 d龄期时，随微珠掺量的增加，胶砂的抗压强度及活性指数波动性较大，在微珠掺量为15%及30%时出现2个波峰段，且除微珠掺量为5%及40%外，其它几组活性指数均大于1，波峰点胶砂抗压强度甚至接近49 MPa。当微珠掺量为15%时，其 3 d、7 d、28 d胶砂活性指数分别为98%、99%、109%。

2.2 C60商品混凝土的抗压强度及工作性能

微珠掺量对C60商品混凝土工作性能及抗压强度的影响如表3所示。

表3 微珠掺量对C60混凝土工作性能及抗压强度的影响

在试验过程中发现，随着微珠取代粉煤灰掺量的增加，混凝土的工作性得到明显提高，起到了很好的降黏效果。由表3可见，随着微珠掺量的增加，C60高强混凝土的倒置坍落度筒排空时间也随之缩短，并能有效降低减水剂用量，提高混凝土的流动性。随着微珠掺量的增加，各掺量组相对基准组在7 d、28 d龄期抗压强度均有所提高。在微珠掺量为100%时，可以得到工作性能良好，7 d、28 d抗压强度分别为68.7、84.9 MPa的C60高强混凝土。

2.3 C60混凝土抗压强度的数学模型

以微珠取代粉煤灰掺量为影响因子，研究不同微珠取代量与C60高强商品混凝土抗压强度之间的关系，建立一元线性回归方程，并对混凝土抗压强度实际值和回归方程预测值之间的显著性进行比较。C60混凝土7 d抗压强度一元回归方程模型为y=65.93+0.033x，相关系数为0.954；28 d抗压强度一元回归方程模型为y=77.56+0.077x，相关系数为0.977，拟合程度较高。一元回归方程的方差分析见表4。