易海林
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摘要：研究了超细粉对高性能混凝土的工作性能、力学发展规律、水化温升及自收缩性能产生的影响，试验结果表明：掺超细粉提高了混凝土的工作性能及强度；掺超细粉可有效降低混凝土的水化放热速率、减小放热量，从而减小混凝土因剧烈水化反应产生的热量产生裂缝等安全隐患，提高了混凝土体积的稳定性；掺超细粉可有效降低混凝土自收缩速率，提高混凝土的耐久性。
关键词：超细粉；高性能混凝土；性能；影响
0 引言
混凝土作为如今建筑施工不可缺少的必备材料，对其性能提高的研究一直是建筑界所探讨的问题。将超细粉作为掺合料用于高性能混凝土是目前超细粉资源化利用的主要方向之一，近年来为了保护环境，走可持续发展道路，发展绿色混凝土已经成为新时代新式混凝土必然发展趋势，超细粉混凝土正符合现代混凝土的发展动向。但因超细粉的自身特性，水化速度较慢，用于混凝土后不利于早期强度的发展等因素，所以研究超细粉掺入混凝土中对混凝土各性能的影响十分必要。鉴于此，本文研究了掺超细矿粉4%、粉煤灰6%、、硅灰8%以作为混凝土的第六基本组成材料，配制高性能混凝土，研究三种超细粉对高性能混凝土工作性能、力学、耐久性能及微观结构的影响，为超细粉在高性能混凝土中的应用提供实践指导依据。
1 原材料及试验方法
1.1 原材料
水泥：华润牌P?O42.5普通硅酸盐水泥，其实测3d、28d抗压强度分别为30.4MPa、52.3Mpa，化学成分见表1；
砂：河沙，级配合格的Ⅱ区砂，细度模数为2.60；
石：5～15mm碎石，级配合格；
粉煤灰：采用沙角电厂Ⅱ级粉煤灰，化学成分见表1；
矿粉：采用S95矿粉，化学成分见表1；
硅灰：化学成分见表1；
超细粉：三种超细粉微观形貌见图1，三种超细粉的物理性能指标详见表2。
表1 水泥及矿物掺和料的化学成分
图1 超细粉微观形貌（5000倍）
1.2 试验方法
混凝土拌合物性能按《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2002来进行；混凝土力学性能按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081-2002进行；超细粉颗粒及水化产物结构形貌采用JSM-6490LV扫描电子显微镜进行观察；混凝土收缩采用KLD-SSY非接触式混凝土收缩变形测定仪按《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》GB/T50082-2009进行；混凝土水化温升采用HJW-30型混凝土绝热温升仪进行测定。
1.3 试验方案
1）本研究基于胶凝材料总量及用水量不变的情况下，探究4%，6%及8%的水泥分别由超细矿粉、超细粉煤灰及硅灰代替后，对C60高性能混凝土的泵送性能、力学发展规律、水化温升及自收缩性能产生的影响及规律的研究，结果见表3。
表3 混凝土配合比胶材比例
图2 超细粉对混凝土泵送性能产生的影响
由图2a可知，当胶凝材料总量与水胶比例保持不变时，超细粉对混凝土的延展度及坍塌时间产生的影响并不相同。（1）当超细矿粉掺量≤4%：混凝土扩展度不变；当4%＜超细矿粉掺量为＜8%：混凝土扩展度随超细粉的掺入量的增加而降低，而混凝土的坍塌时间与超细粉增加量成正比，可见混凝土中加入此用量的超细粉后工作性质会降低。（2）当6%＜超细粉煤灰掺量＜8%：混凝土扩展度与超细粉煤灰掺入量成正比，其扩展度最高可达到710mm；混凝土的坍塌时间随超细粉煤灰掺量的增加而减小，居于4～5秒之间，此时混凝土得到较好的工作性能。（3）将硅灰掺入混凝土中对其工作性能产生的影响效果，与混凝土中掺入超细矿粉基本一致。（4）比较超细粉掺入量相同的情况下，对混凝土工作性能的影响可知，只有超细粉煤灰对混凝土的扩展度及坍塌时间有较积极的影响，包括提升了混凝土的和易性，有利于混凝土的顺利泵送。
观察分析图2b可知，0-1型混凝土的压力泌水率最高为30%。以不同种超细粉代替水泥后，混凝土压力泌水率均出现不同程度的下降趋势。其中，通过比较混凝土掺入不同量的超细粉对其压力泌水率的影响可知，逐渐增加不同超细粉后，混凝土压力泌水率随之减小，且当超细矿粉、超细粉煤灰掺入量达8%，硅灰掺入量为6%或8%时，混凝土压力泌水率降至最低，即0%。同时，在超细粉掺入量相等的情况下，以硅灰取代水泥掺入混凝土，对改善混凝土压力泌水率的效果最显著，其压力泌水率可降至最低。之所以在混凝土掺入超细粉能降低混凝土的压力泌水率，是因为超细粉颗粒小、表面积大，能够较好填充混凝土的间隙，减小混凝土的大孔数量，从而优化混凝土内部的孔结构，提高混凝土的保水能力，改善压力泌水率，以及增强混凝土的泵送性能。
2.2 超细粉对混凝土力学性能产生的影响
本次混凝土抗压强度值见表4（单位，MPa），通过试验结果表明：随着混凝土龄期的增长，混凝土抗压强度值也随之增大；没有掺入超细粉的混凝土抗压强度值明显比掺了超细粉的混凝土抗压强度值低。分析原因有三：其一，超细粉颗粒直径远远小于由矿粉、水泥、粉煤灰构成的胶材颗粒体系，超小超细粉颗粒可进入混凝土堆积间隙中，充实混凝土的孔隙结构，从而大大减少了混凝土的间隙，增大混凝土的抗压强度；其二，由于超细粉具有较低的早期水化活性，因此，在水胶比相同的情况下，可增大水泥的水胶比，加快水泥的早期水化反应，从而提高了早期混凝土的抗压强度；其三，混凝土中添加超细粉，其细小颗粒可均匀融合与混凝土体系中，其超细颗粒可为水泥水化产物提供附着体，起到水化晶核作用，加快水泥水化反应的进程，从而进一步增强混凝土的抗压强度。
表4混凝土抗压强度结果（单位，MPa）
图3试样水化28d的SEM图片（5000×）
图3表明，经过28d的水化后，纯水泥对照试样中的AFt晶体、絮状C-S-H凝胶与六方板状Ca（OH）2晶体出现了交错生长，但是水泥结构不紧密，存在较大的孔隙率。而掺入超细粉的试样，水泥结构呈现紧密形态，超细颗粒中活性SiO2、Al2O3及水泥水化产生的氢氧化钙经过二次水化反应，生成了C-S-H凝胶，并且没有出现明显的六方板状氢氧化钙晶体，力学强度得到了提高。
2.4 超细粉对混凝土水化温升及自收缩性能产生的影响
2.4.1 超细粉对混凝土水化温升产生的影响
如图4a为超细粉对混凝土水化温升产生的影响。图示直观地表明，以8%超细粉代替混凝土中的水泥后，降低了混凝土的水化温升峰值，落差为5℃左右，峰值的出现时间延迟了近5h。由此可见，在提高了混凝土物理性能的前提下，使用超细粉代替水泥后，可以有效降低混凝土的水化放热速率、减小放热量，从而减小混凝土因剧烈水化反应产生的热量产生裂缝等安全隐患，提高了混凝土体积的稳定性。
图4超细粉对混凝土水化温升及自收缩性能产生的影响
2.4.2 超细粉对混凝土自收缩的影响
如图4b所示，为超细粉对混凝土自收缩产生的影响。7d以前，0-1混凝土自收缩速率反应较快，7d时，其自收缩值达到了0.35‰，且7d以后自收缩值仍在增长。超细矿粉对混凝土自收缩的影响与普通矿粉不同。主要在于普通矿粉对混凝土早期（3d）自收缩有抵制作用，掺量得越高，作用越大，而超细矿粉则增加了混凝土的早期自收缩。在同配比条件下，不论早期，后期，所有掺超细矿粉滚动的自收缩值均比掺普通矿粉混凝土的大。将硅粉代替水泥后，在干燥环境下水泥石的收缩在前三天发展速度都非常快，且随硅灰掺量的增加，不仅砂浆总收缩量有所增加，而且早期收缩速率也有明显升高的趋势。将8%超细粉煤灰代替水泥后，明显降低了2-3混凝土自收缩速率，与减小了自收缩值，在7d时自收缩值仅为0.15‰。由此可知，利用超细粉煤灰可有效降低混凝土自收缩速率，增强了混凝土的耐久性。
3 结语
综上所述，超细粉能更好地分散、填充在水泥熟料颗粒之间，起到密实填充作用，生成更多的水化产物，使得浆体结构更加致密，浆体强度进一步提高，显著提高混凝土的工作性能及强度、减少混凝土的收缩。通过试验研究和工程实践表明：
1）在同水胶比条件下，掺入超细矿粉及硅灰有效地改善混凝土的物理力学性能，减小了混凝土的坍落扩展度，掺量越高，水胶比越大（强度越低），掺量越高，水胶比越小（强度越高）。而渗入超细粉煤灰则起到相反的作用，引入后均有效降低混凝土的压力泌水率。
2）采用4%～8%超细粉取代水泥后，混凝土的力学性能有了明显改善。相比较超细矿粉、硅灰及超细粉煤灰对混凝土早期强度的改善作用明显，其中超细粉煤灰对混凝土后期强度的提高程度更大。
3）采用8%超细粉取代水泥后，混凝土的水化温升峰值减小，从75℃下降到60℃左右，出现峰值的时间延后15h。7d自收缩值仅为0.15‰，自收缩值增长明显减缓。
参考文献：
[1]崔奇文.硅粉对高性能混凝土性能的影响[J].山西建筑.2008（13）.
[2]王立久；刘莎；董晶亮.粗骨料对混凝土性能的影响[J].建材技术与应用.2012（10）.
论文作者:易海林
论文发表刊物:《基层建设》2015年20期供稿
论文发表时间:2016/3/15
标签：混凝土论文; 水化论文; 超细粉论文; 超细论文; 性能论文; 水泥论文; 抗压强度论文; 《基层建设》2015年20期供稿论文;