矿物掺合料对自密实混凝土收缩性能影响

2020-01-04付妍，付婵

四川建材 2020年6期

付妍，付婵

(1.华北水利水电大学，河南郑州 450045；2.河南华森建设有限公司，河南郑州 450018)

0 前言

随着混凝土技术的不断发展，人们对混凝土的要求越来越高。大量使用矿物掺合料既可以提高混凝土的性能，又能减少水泥的用量，即减少了水泥生产时CO2、SO2等有害气体的排放，由于矿物掺合料大多是工业废料，如粒化高炉矿渣粉、粉煤灰、硅灰等，可以节约水泥，保护环境，并且改善混凝土的耐久性。磨细矿渣活性好，对强度、耐久性、降低水化热甚至工作性能都有利。粉煤灰具有火山灰活性，能降低初期的水化热，减少干缩，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期强度，显著提高混凝土的耐久性。硅灰可以改善混凝土拌合物的粘聚性及流变性，并可显著提高混凝土的强度和耐久性，高强混凝土都必须掺加硅灰。除此之外自密实中的矿物掺合料还有石灰石粉、沸石粉等。沸石粉可以提高SCC的粘聚性、保水性。石灰石粉提高了SCC的工作性能，同时能有效降低混凝土的自收缩性能[1]。但是大掺量矿物掺合料又导致了SCC的收缩变形较大，从而导致开裂，严重影响SCC的耐久性，故对矿物掺合料的掺量有一定的要求，过高或过低都会对混凝土收缩有影响[2]。

1 单掺矿物掺合料对SCC收缩性能影响

由于自密实混凝土要求流动度大、和易性好，故选择单掺矿物掺合料时，一般选择粉煤灰和石灰石粉这种能改善混凝土和易性的矿物掺合料，容易保持自密实混凝土良好的工作性能。

1.1 单掺粉煤灰对SCC收缩性能影响

胡瑞等[3]研究了粉煤灰掺量不同时对SCC收缩变形的影响，通过进行180 d的干燥收缩试验。试验结果表明：粉煤灰掺量越高，SCC的干燥收缩值就越小，粉煤灰对SCC的干燥收缩有抑制作用。

祝雯等[4]通过进行28 d的自由收缩及砂浆椭圆环约束开裂试验研究了粉煤灰掺量不同时对SCC早期收缩开裂的影响。试验结果表明：粉煤灰的掺入显著延长了SCC砂浆早期干燥条件下的初始开裂时间，大大降低了其早期开裂敏感性及自由收缩速率及收缩量。

杨玉红[5]通过非接触早龄期自收缩试验以及硬化混凝土孔隙结构测定仪和压汞仪进行混凝土微观孔结构的分析，研究了粉煤灰掺量不同时对SCC早期自收缩的影响。试验结果表明：粉煤灰的掺入能降低SCC的早期自收缩，且掺量越高效果越显著，自密实混凝土的早期自收缩与微观结构关系复杂，主要是0～5 nm的孔隙量增加造成的。

综上所述，粉煤灰表面光滑需水量少，在水胶比相同的情况下浆体中保留了更多的自由水，从而降低SCC的自收缩量，另一方面，粉煤灰等量替代水泥导致水泥水化反应减弱自收缩降低。

1.2 单掺石灰石粉对SCC收缩性能影响

林燕妮[6]通过进行90 d干燥收缩试验，研究了石灰石粉掺量不同时对SCC收缩性能的影响。试验结果表明：适量的石灰石粉掺量 (10%) 可以减少自密实混凝土的干燥收缩, 当石灰石粉掺量超过20%时, 混凝土的干燥收缩大于不掺石灰石粉的混凝土且随着石灰石粉掺量的增加而增大。

曹鹏飞[7]通过进行28 d自收缩试验，研究了石灰石粉掺量不同时对SCC自收缩性能的影响。试验结果表明：掺石灰石粉的自密实混凝土能减少自密实混凝土的自收缩, 其自收缩值仅为，掺粉煤灰自密实混凝土的30%，石灰石粉掺量以13%～18%为宜。

聂虎[8]通过进行28 d自收缩试验，研究了超细石灰石粉掺量不同时对SCC自生体积变形的影响。试验结果表明：超细石灰石粉等量取代胶凝材料可以降低高强自密实混凝土早期自生体积变形, 随着掺量的增加, 这一作用愈发明显,且当掺入不超过10%可以显著改善自密实混凝土工作性, 而对长期抗压强度几乎没有不利影响, 同时其可以有效降低混凝土自身体积变形, 抑制收缩开裂风险。

综上所述，一方面石灰石粉活性相对水泥、粉煤灰等胶凝材料较低有关, 其等量取代胶凝材料后, 养护过程中, 绝大多数颗粒并未水化, 而是以惰性填料形式存在于水泥浆体中, 体积不发生变化, 因此自密实混凝土自收缩降低。另一方面，随着石灰石粉掺量的不断增加, 混凝土的水灰比也在不断增大, 而水泥水化所需要的水分又是固定, 因此混凝土中多余的水分增多, 干燥收缩会增大。

2 复掺矿物掺合料对SCC收缩性能影响

张鸣等[9]研究了粉煤灰与矿渣粉复掺时对SCC收缩变形的影响，固定矿物掺合料替代水泥40%不变，改变粉煤灰与矿渣粉的掺和比例，通过进行35 d的干燥收缩。试验结果表明：选择合理的矿物掺合料复掺比例有利于提高SCC的收缩性能。粉煤灰和矿渣粉与水泥水化生成的Ca(OH)2发生二次水化反应生成CHS凝胶和更多的钙矾石有效地补偿了混凝土的收缩，并使得水泥石与骨料的界面过渡区粘结力增强，界面层的结构得到了改善，增强了混凝土的抗收缩能力。

王成启等[10]通过进行72 h的自收缩和180 d的干燥收缩试验，研究了粉煤灰与矿渣粉、粉煤灰与石灰石粉、矿渣粉和石灰石粉、矿渣粉和硅灰、粉煤灰与硅灰复掺时对SCC收缩变形的影响。试验结果表明：粉煤灰和石灰石粉复掺可以有效降低自密实混凝土的干燥收缩和自收缩，配制出高性能混凝土。

楼瑛等[11]通过进行70 d的自收缩试验，研究了粉煤灰与矿渣粉复掺以及粉煤灰单掺时对SCC收缩变形的影响。试验结果表明：单掺粉煤灰的SCC的自收缩呈现持续增长的趋势，粉煤灰可以有效减少SCC的自收缩，在一定的比例范围内复掺粉煤灰与矿粉可以显著降低混凝土的自收缩，当掺和比例降低到一定的范围时，由于矿渣粉比粉煤灰的潜在活性更高促进水化反应，混凝土内部自由水减少，反而导致SCC自收缩变大。

董荣珍等[12]通过进行水中养护，浇水养护和自然养护状态下60 d的干燥收缩试验，研究了粉煤灰与矿渣粉复掺与膨胀剂复合时对SCC收缩变形的影响。试验结果表明：水养护条件下，矿物掺合料能有效地促进膨胀剂对自密实混凝土的补偿作用，浇水养护和自然状态下，矿物掺合料的掺入对SCC的收缩有抑制作用存在临界值，当掺量大于30%时，对收缩的抑制作用较弱且有增大收缩的趋势。

周磊[13]通过进行下35 d的干燥收缩试验，研究了粉煤灰与矿渣粉复掺、粉煤灰单掺、矿渣粉单掺对SCC收缩变形的影响。试验结果表明：粉煤灰可显著改善混凝土的收缩性,并且掺量越大,收缩越小；矿渣粉虽然也可以改善混凝土的收缩,但效果不及粉煤灰；矿渣与粉煤灰复掺只有在适宜的范围时,抗收缩性能才优于单掺。特别提醒单掺矿渣粉自密实混凝土的工作性能达不到要求。