高石粉機(jī)制砂C60自密實(shí)混凝土的制備與應(yīng)用

王遠(yuǎn)春

宏祥混凝土有限公司

1 原材料

水泥：P·O42.5。主要技術(shù)指標(biāo)：標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量：26.7%、比表面積：340m2/kg、凝結(jié)時(shí)間：初凝：133min；終凝：268min、抗折強(qiáng)度：5.8MPa（3d）和8.2MPa（28d）、抗壓強(qiáng)度：23.7MPa（3d）和45.6MPa（28d）。

粉煤灰：采用Ⅰ級(jí)粉煤灰。技術(shù)指標(biāo)：細(xì)度（0.045mm 篩余）：8.2%、需水量比：97%、SO3：0.2%、Loss：2.15%。

礦粉：磨細(xì)礦粉級(jí)別：S95 級(jí)，其具有420m2/kg 的比表面積，7d 條件下的膠砂活性指數(shù)值為：78.1%、28d 條件下的膠砂活性指數(shù)值為：96.9%。

硅灰：具體特性：22010m2/kg的比表面積、含有87.9%的二氧化硅、同時(shí)在7d條件下活性指數(shù)值為：104.9%。

細(xì)集料：將石灰?guī)r經(jīng)過技術(shù)破碎后，可配置機(jī)制砂，并且其中含有8.1%的石粉。JGJ/T 283—2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中規(guī)定：當(dāng)強(qiáng)度不小于C60，石粉含量應(yīng)該不高于5%。主要技術(shù)指標(biāo)為：表現(xiàn)密度：2680kg/m3、堆積密度：155 kg/m3、含泥/石粉量（＜0.075mm）：8.1%、細(xì)度模數(shù)：2.7、亞甲藍(lán)MB值：1.1g/kg。

粗集料：具有5mm～16mm 連續(xù)級(jí)配玄武巖碎石和8.19%的壓碎值。

外加劑：將聚羧酸高性能減水劑作為本次試驗(yàn)的外加劑。

2 高石粉機(jī)制砂C60自密實(shí)混凝土的制備

2.1 機(jī)制砂C60自密實(shí)混凝土工作性能提升技術(shù)

相比于普通混凝土，制備自密實(shí)混凝土所需的膠凝材料較高、水膠比低。自密實(shí)混凝土由機(jī)制砂制備，當(dāng)機(jī)制砂中石粉量為適當(dāng)值時(shí)，可以將混凝土的潤(rùn)滑性能和增黏保水性能達(dá)到最佳，同時(shí)將會(huì)是混凝土離析、泌水性能提高，并且將膠凝材料用量較低到理想值，使得整體性能提高。但是石粉量過高將顯著降低混凝土工作性能和力學(xué)性能。硅灰超細(xì)粉與高效減水劑雙摻技術(shù)可有將石粉量高導(dǎo)致的工作性能不良的問題解決，膠凝材料顆粒級(jí)配可在最大程度上提高硅灰的“微填充效應(yīng)”和“形貌效應(yīng)”，并且在混凝土拌和物流動(dòng)性這方面得以增強(qiáng)。在“分散效應(yīng)”的影響下，膠凝材料顆粒和石粉間的“絮凝結(jié)構(gòu)”分散部分石粉可以的得到有效的粉碎，一定程度的提高混凝土整體性能。

2.2 機(jī)制砂C60自密實(shí)混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.2.1 膠凝材料組成的影響

在制備自密實(shí)混凝土過程中，膠凝材料成分的不同可以嚴(yán)重的影響到自密實(shí)混凝土的工作性能和力學(xué)性能，并且針對(duì)C60自密實(shí)混凝土?xí)r，膠凝材料成分的不同可造成較大的性能差別。石粉含量為8.1%的機(jī)制砂，采用總量為550kg/m3、0.27的水膠比膠凝材料，并且在去除部分水泥的同時(shí)，等量的將硅灰摻入其中，保證總量不變，在試驗(yàn)過程中找出配比值性能最佳的膠凝材料，再通過微調(diào)外加劑摻量，進(jìn)而保證混凝土的工作性能。

保證用水和外加劑摻量不變，同時(shí)不摻加硅灰，石粉量為8.1%的機(jī)制砂，則混凝土的擴(kuò)展度僅為590mm?；炷撂涠群蛿U(kuò)展度在硅灰替代水泥摻量分別為15、25kg/m3時(shí)增大，經(jīng)過數(shù)據(jù)表明：在膠凝漿體中摻入4.5%的硅灰時(shí)，此時(shí)的硅灰含量為：25kg/m3，擴(kuò)展度在可視范圍上得到明顯增長(zhǎng)。當(dāng)繼續(xù)硅灰含量在膠凝漿體占比時(shí)，選取占比值為6.4%，盡管提高了用水量和外加劑摻量，與占比為4.5%時(shí)相比，也會(huì)降低混凝土坍落度和擴(kuò)展度，并且將占比提高到8.2 時(shí)，便顯著的降低了混凝土坍落度和擴(kuò)展度。比表面積大和粒徑極小的硅灰影響下，顆粒級(jí)配會(huì)由于膠凝材料中加入適量的硅灰在很大程度上得以改善，提高整體性能，混凝土的需水量會(huì)因?yàn)楦呤蹤C(jī)制砂而增加，機(jī)制砂中含有一部分石粉，因硅灰的特性，可適量的在其中摻入2.7%～4.5%的硅灰，有效的分散部分石粉，同時(shí)可以影響到機(jī)制砂的顆粒填充性、減水分散性和潤(rùn)滑漿體的“流化”性。當(dāng)繼續(xù)提高到的硅灰摻量，選取摻入量為6.4%～8.2%的數(shù)據(jù)進(jìn)行觀察時(shí)，會(huì)得到比表面積更大的膠凝材料，顯著增大漿體所需水量，削弱了硅灰的減水作用，降低了混凝土的流動(dòng)性。

混凝土的倒坍時(shí)間、T500以及漿體黏度會(huì)隨著硅灰摻量的增加而先降低后增大。大量的石粉存在與機(jī)制砂中，會(huì)導(dǎo)致混凝土的需水量大，同時(shí)使?jié){體黏度增加，一定程度上也使得T500和倒坍時(shí)間增加，使其性能降低，由于硅灰的良好特性，在制備時(shí)摻入硅灰可有效的降低影響，提高性能。提取不摻入硅灰時(shí)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與之比較。摻入2.7%和4.5%的硅灰，漿體黏度性可以被大大降低，倒坍時(shí)間被縮短了1.8s和3.0s。導(dǎo)致這種情況的主要原因是在膠凝材料及其石粉顆粒中摻入比表面積為22010m2/kg的硅灰，硅灰像“滾珠”一樣作用在膠凝材料中，顆粒間多余的水分被釋放，顆粒滾動(dòng)時(shí)摩擦力大大降低，使得漿體塑性黏度被大大降低。漿體黏度在摻入6.4%和8.2%的硅灰時(shí)，其呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。與摻入4.5%的硅灰相比，明顯延長(zhǎng)了T500和倒坍時(shí)間，主要原因?yàn)椋汗杌伊康脑黾?，使得固體顆粒間具有更大的接觸點(diǎn)的、顆粒間也會(huì)具有更大的靜摩擦力，進(jìn)而漿體的屈服應(yīng)力值得以增大、使混凝土不具有良好的流動(dòng)性、黏度性能增強(qiáng)。

混凝土抗壓強(qiáng)度隨著摻入硅灰量的增加而緩慢增大，主要是因?yàn)楣杌业哪承┨匦詼p小了漿體孔隙結(jié)構(gòu)，在制備過程中Ca（OH）2可轉(zhuǎn)化為硅酸鈣水化產(chǎn)物量，骨料的周圍將會(huì)由于水化產(chǎn)物的增加被致密的無定形C-S-H 凝膠所充滿，粗集料和水泥石的界面過渡區(qū)將更加優(yōu)良?；炷恋挠盟亢屯饧觿搅侩S著摻入的硅灰量超過4.5%、到6.4%、再到8.2%而上升，但是降低了抗壓強(qiáng)度增大幅度，且嚴(yán)重的影響了混凝土的工作性能，泵送施工難以實(shí)現(xiàn)。因此，把硅灰摻入量控制在4.5%左右可使高石粉機(jī)制砂C60自密實(shí)混凝土達(dá)到最佳效果。

2.2.2 砂率的影響

雖然膠凝材料的不同會(huì)對(duì)混凝土的性能產(chǎn)生較大影響，但其中有一定的規(guī)律可尋。膠凝材料選擇硅灰摻量為25kg/m3、總用量為550kg/m3，水膠比保持不變，微調(diào)外加劑摻入量。

機(jī)制砂中所含石粉量為8.1%，砂率應(yīng)控制在較小的范圍。

當(dāng)砂率為41%時(shí)，混凝土的黏聚性和流動(dòng)性得到小量的降低，220mm的坍落度、630mm的擴(kuò)展度以及4.3s的倒坍時(shí)間。

當(dāng)提高砂率至42%時(shí)，將增大擴(kuò)展度和坍落度、明顯改善了工作性能、增強(qiáng)了流動(dòng)性，與砂率為41%相比。降低了0.9s的倒坍時(shí)間。

當(dāng)砂率值為43%和44%時(shí)，由于砂率值不高，較多的富余漿體依然充滿機(jī)制砂混凝土中，使得粗骨料潤(rùn)滑的砂漿量被減少，大大增加了粗骨料之間的摩擦阻力，拌和物流動(dòng)性能降低，進(jìn)而降低了混凝土工作性能，延長(zhǎng)倒坍和T500時(shí)間。砂率值較高時(shí)，變具有了總表面積大和空隙率大的骨料。保持膠凝漿體量為定值時(shí)，砂漿層不能完好的包裹粗骨料，降低了拌和物流動(dòng)性。并且混凝土中的石粉含量會(huì)隨著砂率的提高而增加，同時(shí)會(huì)增大漿體所需水量，導(dǎo)致漿體不易流動(dòng)。因此，將砂率定位在42%時(shí)，可有效高石粉機(jī)制砂C60自密實(shí)混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)。

2.2.3 機(jī)制砂石粉含量的影響

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出，當(dāng)機(jī)制砂中石粉含量控制在8.1%，保持其他數(shù)據(jù)不變時(shí)，混凝土的黏聚性和保水性得到了顯著的提高，各項(xiàng)性能指標(biāo)良好，適量的石粉可有效的改善混凝土易離析泌水和包裹性較差的問題。當(dāng)石粉量繼續(xù)增大時(shí)，混凝土的各項(xiàng)性能指標(biāo)顯著降低，嚴(yán)重時(shí)將無法泵送。

3 高石粉機(jī)制砂C60自密實(shí)混凝土的工程應(yīng)用

當(dāng)機(jī)制砂中石粉量為8.1%時(shí)，可制備出性能良好的C60 自密實(shí)混凝土，其具有優(yōu)良的流動(dòng)性和黏聚性。該混凝土的初始坍落度：250mm、擴(kuò)展度：695mm、J環(huán)擴(kuò)展度：680mm。在實(shí)際應(yīng)用過程中，可有效的提高工作效率，經(jīng)濟(jì)性能良好，可最大程度的滿足工程施工要求。

4 結(jié)論

通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)可得出：當(dāng)膠凝漿體中摻入占總量4.5%的硅灰時(shí)，高石粉機(jī)制砂混凝土所具有的流動(dòng)性能被最大程度的提高，漿體黏度性也被降低，將表現(xiàn)出更加優(yōu)異的工作性能。而摻入更多的硅灰時(shí)，將會(huì)對(duì)高層泵送施工帶來一定的困難。同時(shí)確定了最佳配合比參數(shù)：含有8.1%石粉的機(jī)制砂、550kg/m3的膠凝材料總用量、4.5%的硅灰摻入量、42%的砂率。該試驗(yàn)數(shù)據(jù)在實(shí)際施工過程，可具有一定程度上的指導(dǎo)意義。