粉煤灰在自密实混凝土中的应用探讨

关键词： 粉煤灰；自密实混凝土；工作性；抗压强度；相容性
中图分类号： TU528.041
文献标志码： A
文章编号： 1002-3550（2010）06-0098-03
Study on the application of fly ash in self- compacting concrete
CUI Jun 1，WEI Shuai-shuai 2，WANG Li 2，HOU Xu-jun 2 （1. Multi-functional Design and Research Academy，Zhengzhou University，Zhengzhou 450002，China；
水胶比 W/B=0.35，粉煤灰掺量分别为 15%、30%、45%、60%， 测定 5、30、60 min 的净浆流动度，如图 3 所示。由图 3 可知，在 当前水胶比条件下，粉煤灰的最佳掺量在 30%左右。同时，浆体 流动度在 30 min 及 60 min 后较初始时一般都有所增加，说明 流动度经时损失小，减水剂与粉煤灰相容性良好。
耐久性增强。在普通混凝土中，由于界面上 Ca（OH）2 的富集与 结晶的定向排列，界面结构疏松强度低。如果混凝土拌合物产 生泌水，则骨料界面上还有水膜层，硬化后则产生原生裂缝，造 成渗透道路。由于火山灰反应，粉煤灰中活性部分 SiO2 和 Al2O3 与水泥水化生成的 Ca（OH）2 发生反应，生成水化硅酸钙和水化 铝酸钙，使得 Ca（OH）2 在界面上的富集与结晶定向排列得到了 解决，界面的黏接强度比普通混凝土高，抗渗性也相应提高。而 上述这些反应几乎都是在水泥浆孔隙中进行的，大大降低了混 凝土内部的孔隙率，改变了孔结构，提高了混凝土的密实度，耐 久性增强。此外，自密实混凝土中掺入适量的粉煤灰，可改善混 凝土抗碳化性能，提高混凝土抗冻性能，提高混凝土的耐久性[3]。
2010 年 第 6 期（ 总 第 248 期 ） Number 6 in 2010（Total No.248）
doi：10.3969/j.issn.1002-3550.2010.06.030
混
凝
土
Concrete
原材料及辅助物料 MATERIAL AND ADMINICLE
粉煤灰在自密实混凝土中的应用探讨
３．２ 复掺粉煤灰、硅灰和磨细矿粉
水胶比 W/B=0.29，单掺粉煤灰、复掺粉煤灰 FA、硅灰 SF、 磨细矿粉 GGBS，测定净浆流动度如表 1 所示。由表 1 看出，FA 与 GGBS 复合使用比单掺 FA 以及 FA、SF 复合使用效果更好。
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图 4 不同水胶比下粉煤灰与高效减水剂的相容性
崔 俊 1，卫帅帅 2，王 莉 2，侯旭军 2 （1. 郑州大学 综合设计研究院，河南 郑州 450002；2. 鲁东大学 交通学院，山东 烟台 264025）
摘 要： 探讨了粉煤灰应用到自密实混凝土中对其工作性、强度和耐久性的影响，试验研究了粉煤灰与高效减水剂的相容性，以及复掺
粉煤灰和硅灰配制自密实混凝土。
2. Communications Institute，Ludong University，Yantai 264025，China）
Abstract: The effects of fly ash on the self-compacting concrete's workability，strength and durability were studyed.the experimental study on the compatibility of fly ash with superplasticizer，and the preparation of self-concrete composite with fly ash and silica fume were made. Key w ords: fly ash；self-compacting concrete；workability；compressive strength；compatibility
本研究选取聚羧酸盐系高效减水剂，在不同水胶比下，测 定单掺粉煤灰和复掺硅灰、磨细矿粉的情况下与减水剂的相容性。 水泥和矿物掺合料加水和高效减水剂用净浆搅拌机拌和。相容 性测试按 GB/T 8077—2000《混凝土外加剂匀质性试验方法》中 附录 A“混凝土外加剂对水泥的适应性检测方法”。
３．１ 单掺粉煤灰
４ 粉煤灰与硅灰复掺配制自密实混凝土
粉煤灰应用到自密实混凝土中，可以增大新拌混凝土的流 动性，改善泌水离析，增加混凝土后期强度，提高耐久性能。但 是由以上分析可知，用粉煤灰改善拌合物的工作性并非掺量越 大越好，而是存在最佳掺量，而且对低级粉煤灰，当掺量过多 时，早期强度较低。因此，实际应用中，往往将粉煤灰和其他矿 物质掺合料复合使用，采用复掺技术配制自密实混凝土。研究了 粉煤灰与硅灰复掺配制自密实混凝土的工作性和抗压强度。
（4）流动度经时损失小 粉煤灰是高效减水剂的理想载体，由于具有很高的表面能 珠以及一定量的多孔海绵状的不规则小块而迅速吸附减水剂 分子，使其在短时间内不会起作用。由于粉煤灰的水化反应比 水泥慢，因此在水泥水化后随着粉煤灰的水化高效减水剂得以 逐渐释放，表现为新拌粉煤灰混凝土的流动度经时损失小。另 外粉煤灰取代一部分水泥，减少了胶凝材料总量中水泥的用量， 也在一定程度上减少了水化初期水泥水化物的生成量，因此掺 入粉煤灰能减小流动度的损失。
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２ 粉煤灰对自密实混凝土性能的影响
２．１ 对工作性的影响
（1）适当掺量增大拌合物的流动性 自密实混凝土要求具有很强的流动性能，以至能达到无需 振捣自行流平的程度。这么高的流动性一方面来源于必不可少 的高效减水剂的减水分散作用，另一方面则来源于各种矿物质 掺合料如粉煤灰。粉煤灰表面光滑致密呈圆形颗粒，它们包裹在 粗糙的水泥颗粒和骨料表面具有“滚珠”润滑作用，减少内摩擦 阻力而增大混凝土的流动性。同时，粉煤灰具有微集料效应而增 大拌合物的流动性。粉煤灰的颗粒粒径范围是 0.5~300 μm，这一 范围与水泥接近，但其中大部分的颗粒要比水泥细得多。因此， 粉煤灰与水泥颗粒可以形成级配体系，将原来填充于水泥颗粒 间的填充水置换出来形成自由水，而增加浆体的流动性[2]。此外， 新拌混凝土中水泥颗粒易聚集成团，粉煤灰的掺入可有效分散 水泥颗粒，释放更多的浆体来润滑骨料，增加拌合物的流动性。 （2）掺量过大减小拌合物的流动性 粉煤灰掺量过大会减小拌合物的流动性，图 1 是在水胶比 W/B=0.35、粉煤灰 FA 掺量分别是 15%、30%、45%和 60%时配制 自密实混凝土，测试拌合物的扩展度 D。由图可见，粉煤灰掺量 过大（掺入 60%），拌合物流动性有所减弱。这是因为粉煤灰的 密度比水泥小，胶凝材料体积增大，需水量会有所上升，粉煤灰 的亲水性也会造成“有效拌和水”减水而增加拌合物的阻滞力。 另外，混凝土固体材料颗粒间的孔隙存在极小值，接近此值后， 粉煤灰的微细颗粒已不再能改善混凝土的颗粒级配。因而，粉 煤灰应用到自密实混凝土中虽能增大其流动性，但并非掺量越
１ 自密实混凝土的工作性及其测定方法
混凝土的工作性是影响混凝土自密实性的重要因素，自密 实混凝土具有优良的工作性能，拌合物具有很高的流动性且不 离析、不泌水，能不经振捣（或略作振捣）在自重作用下自由流 淌充满模型和包裹钢筋形成均匀密实的混凝土结构。评价自密 实混凝土的工作性有很多种方法，如坍落扩展度、L 型箱、U 型箱、 V 型漏斗、Orimet 口下料、J 环、填充箱试验等[1]，根据试验或工 程的要求及实际条件可以选择不同的工作性评价方法，常用的 方法主要是坍落扩展度和 L 型箱法。本试验中所采用的评价方 法即是采用倒坍落筒和自制 L-型仪，测量提起坍落筒 2 min 后 的扩展度 D，扩展至 50 cm 时的时间 td 50，L-型仪提起闸板流至 50 cm 的时间 tL50，水平槽内拌合物的流平坡度，并目测拌合物 的保水性和骨料堆积情况。 收稿日期：2010-02-21
图 1 不同粉煤灰掺量下自密实混凝土的流动性
大越好，而是存在最佳掺量。 （3）增强拌合物的黏聚性和保水性 由于粉煤灰的微集料效应，能与水泥颗粒组成合理的级配，
从而减少填充水数量，使混凝土的水灰比降到更小水平，减少 泌水和离析现象；其细小颗粒和巨大的表面积产生出较大的内 表面力，显著提高混凝土的黏聚性。
２．３ 对耐久性的影响
自密实混凝土中以一部分粉煤灰代替相应的水泥，影响系 统的堆积状态，泌水离析现象得到了相应解决，提高堆积密度， 使新拌混凝土工作性优良，硬化混凝土微结构更加均匀密实，
图 3 固定水胶比下粉煤灰与高效减水剂的相容性 图 4 为粉煤灰掺量 30%，水胶比分别为 0.45、0.4、0.35 和 0.3， 测定 5、30 和 60 min 的净浆流动度。由图 4 可知，随着水胶比降 低，在相同减水剂掺量下净浆流动度减小，说明减水剂与粉煤 灰的相容性变差。要达到相同的流动度，应该减少矿物掺合料 的最大用量或增加减水剂用无需振捣即能密实成形 的高性能混凝土。自密实混凝土具有很大特殊的优点，如降低传 统混凝土振捣施工中的噪音污染，减轻工人劳动强度，提高混凝 土的成形质量等。同时由于配制自密实混凝土需要大量利用粉 煤灰、矿渣粉、硅灰等工业固体废弃物，有利于资源的综合利用 和生态环境的保护。粉煤灰是粒形圆整、质地致密、表面光滑的 玻璃体微粒，作为现代燃煤电厂的副产品，粉煤灰资源丰富，开 发利用大有可为。本文主要探讨了将粉煤灰应用到自密实混凝 土中对其性能的影响及粉煤灰与其他矿物掺合料的复掺问题。
３ 粉煤灰与高效减水剂的相容性
自密实混凝土为了达到自流平的流动性要求，往往需要在 新拌混凝土中加入高效减水剂，而水泥和减水剂间往往存在着 相容性问题，表现为流动度的饱和点和经时损失。一般用水泥 净浆流动度测试方法来检测水泥与减水剂相容性的可行性，饱 和点外加剂掺量低、流动度大且经时损失小的外加剂对水泥的 适应性好。在自密实混凝土中加入粉煤灰，粉煤灰作为胶凝材 料与高效减水剂间同样存在着相容性问题。对同一高效减水 剂，饱和点因胶凝材料而异，饱和点的流动度与掺量与水灰比 及胶凝材料的性质有关，可以通过试验测得。不同矿物掺合料 复合使用与减水剂相容性可能有所不同。