李茜茜 劉旭飛 董樹強(qiáng) 王龍飛

摘?要：本文采用礦物摻和料（礦粉、硅灰、微珠）和羥丙基甲基纖維素復(fù)配，通過礦物摻和料優(yōu)化膠凝材料顆粒級配，填充水泥顆粒之間的空隙，釋放出孔隙水，改善流動性;利用礦物材料的減水效應(yīng)和滾珠潤滑效應(yīng)，降低混凝土黏度;同時加入羥丙基甲基纖維素提高混凝土漿體的黏聚性解決自密實(shí)混凝土的離析、泌水以及表面浮漿問題。

關(guān)鍵詞：自密實(shí)混凝土;礦物外加劑;泌水

自密實(shí)混凝土是一種在澆筑過程中無須振搗，靠混凝土自重完全填充至模板內(nèi)和鋼筋間隙，硬化后具有良好的力學(xué)性能和耐久性能的高性能混凝土。自密實(shí)混凝土具有免振搗、自密實(shí)、施工效率高、施工成本低等優(yōu)點(diǎn)。[1]自密實(shí)混凝土要求：應(yīng)具有良好的流動性，澆筑前后不離析、不泌水，粗細(xì)骨料均勻分布，水泥與骨料、混凝土與鋼筋具有良好的黏結(jié)性能。在配置自密實(shí)混凝土?xí)r，因拌和物流動性大，施工過程中容易出現(xiàn)泌水、離析等問題，導(dǎo)致硬化后體積穩(wěn)定性差，易造成開裂，產(chǎn)生質(zhì)量隱患。[2]

在配置自密實(shí)混凝土?xí)r，通常摻入纖維素、糊精等增稠劑可在一定程度上解決泌水和離析問題，但存在摻量低，無法解決混凝土的離析和泌水，摻量高又會導(dǎo)致混凝土流動性慢，填充性差的問題。[3]因此，開發(fā)一種復(fù)合礦物外加劑保證混凝土的工作性對自密實(shí)混凝土的推廣應(yīng)用具有非常重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 原材料

1.1.1 礦粉

1.1.2 硅灰

1.1.3 微珠

1.1.4 羥丙基甲基纖維素

黏度：100000mPa·s（-10%，+20%）

1.2 檢測方法

1.2.1 混凝土的工作性能試驗(yàn)

依據(jù)JGJ/T283-2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》對自密實(shí)混凝土進(jìn)行工作性能測試，主要考察自密實(shí)混凝土的坍落擴(kuò)展度、T50試驗(yàn)和泌水率。

1.2.2 混凝土的力學(xué)性能試驗(yàn)

依據(jù)GB/T 50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對自密實(shí)混凝土進(jìn)行力學(xué)性能測試，主要考察混凝土的抗壓強(qiáng)度比。

1.2.3 混凝土的耐久性能試驗(yàn)

依據(jù)GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對自密實(shí)混凝土進(jìn)行耐久性能測試，主要考察混凝土的抗?jié)B性能和抗凍融性能。其中，混凝土抗凍性試驗(yàn)采用快凍法。

2 結(jié)果與討論

2.1 正交試驗(yàn)

2.1.1 正交試驗(yàn)設(shè)計

2.1.2 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

通過正交實(shí)驗(yàn)，由表可見，相對T50、坍落擴(kuò)展度、泌水率因素的極差分析，四種因素中極差最大的分別是丙基甲基纖維素用量、微珠用量和丙基甲基纖維素用量。表明丙基甲基纖維素用量對自密實(shí)混凝土T50的影響最為顯著，微珠用量對自密實(shí)混凝土坍落擴(kuò)展度的影響最為顯著，丙基甲基纖維素用量對自密實(shí)混凝土泌水率的影響最為顯著。綜合T50、坍落擴(kuò)展度、泌水率因素考慮，確定各組合的最優(yōu)水平組合為A3B2C2D2，即礦粉用量15%，硅灰用量10%，微珠用量10%，丙基甲基纖維素用量2‰。

2.2 復(fù)合礦物外加劑的性能測試

配制復(fù)合礦物外加劑，用礦粉用量15%、硅灰用量10%、微珠用量10%、丙基甲基纖維素用量2‰替代水泥，測試其自密實(shí)混凝土工作性能、力學(xué)性能和耐久性能。

2.2.1 摻加復(fù)合礦物外加劑自密實(shí)混凝土的工作性能

由表8可見，摻加復(fù)合礦物外加劑的自密實(shí)混凝土表現(xiàn)出優(yōu)異的流變性能和自密實(shí)混凝土的填充性。這是由于：

其一，由于羥丙基甲基纖維素具有較長的分子鏈且所帶羥基基團(tuán)具有較強(qiáng)的吸附作用，通過分子鏈的纏繞提高了漿體的黏度，增加了屈服應(yīng)力值，進(jìn)而骨料和漿體間的作用增加，提高了新拌混凝土的穩(wěn)定性，提高了自密實(shí)混凝土的抗離析能力;此外，摻加羥丙基甲基纖維素的混凝土通過纏繞、吸附等作用，在混凝土中形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，大大減少了自由水，因此，羥丙基甲基纖維素可改善漿體和骨料之間的包裹性能，提高自密實(shí)混凝土的保水性，從而降低了其泌水的可能性，減少黏度過低所造成石子與漿體的分離，提高混凝土漿體的黏聚性，可解決自密實(shí)混凝土的離析、泌水以及表面浮漿問題[4];其二，將多種礦物組分復(fù)配產(chǎn)生微集料—黏度疊加效應(yīng)，優(yōu)化了膠凝材料顆粒級配，填充水泥顆粒之間的空隙，釋放出孔隙水，改善流動性;利用礦物材料的減水效應(yīng)和滾珠潤滑效應(yīng)，降低混凝土黏度，在增加流動性的同時兼顧擴(kuò)展速度T50，不僅可發(fā)揮各自優(yōu)勢，而且還可互補(bǔ)各自的不足，從而使得自密實(shí)混凝土同時具有較好的流動性和保水性。

2.2.2 摻加復(fù)合礦物外加劑自密實(shí)混凝土的力學(xué)性能

由表9可見，摻加復(fù)合礦物外加劑后，各齡期強(qiáng)度均有顯著提升。這是由于當(dāng)幾種礦物組分復(fù)合使用，通過誘導(dǎo)激活、水化硬化形成穩(wěn)定的凝聚體系，提高了自密實(shí)混凝土與基體的界面黏結(jié)強(qiáng)度，提高了各齡期的強(qiáng)度。不同礦物組分復(fù)合使用在水泥的早期水化過程發(fā)揮其潛在的火山灰活性，通過與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2發(fā)生反應(yīng)，生成新的水化產(chǎn)物，降低漿體中Ca（OH）2含量，提高水泥礦物的水化速度，加速早期水泥水化過程，從而促進(jìn)混凝土早期強(qiáng)度快速發(fā)展。[5-6]此外，水化產(chǎn)物Ca（OH）2與礦粉中的活性物質(zhì)SiO2、Al2O3不斷進(jìn)行二次水化反應(yīng)生成的大量水化硅酸鈣填充于水泥石的孔隙中，使自密實(shí)混凝土結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，從而提高其各齡期強(qiáng)度。

2.2.3 摻加復(fù)合礦物外加劑自密實(shí)混凝土的耐久性能

試驗(yàn)研究了復(fù)合礦物外加劑對自密實(shí)混凝土抗?jié)B性能的影響，結(jié)果見表10。

從表10看出，與不加復(fù)合礦物外加劑的混凝土相比，摻復(fù)合礦物外加劑混凝土抗?jié)B高度降低了21.4%，說明復(fù)合礦物外加劑提高了自密實(shí)混凝土的抗?jié)B性能，這是由于通過幾種礦物復(fù)合使用優(yōu)化了摻礦物外加劑的膠凝材料的顆粒級配，降低了水泥石的孔隙率，使得水泥石結(jié)構(gòu)更加致密，因此復(fù)合礦物外加劑可改善混凝土的抗?jié)B性。

實(shí)驗(yàn)研究了復(fù)合礦物外加劑對自密實(shí)混凝土抗凍融性能的影響，結(jié)果見表11。

從表11可以看出，摻復(fù)合礦物外加劑的自密實(shí)混凝土抗凍性能相較于基準(zhǔn)混凝土，抗凍融性能明顯提升。經(jīng)過150次凍融循環(huán)后，基準(zhǔn)混凝土動彈模量損失13.7%，質(zhì)量損失率為1.4%;摻復(fù)合礦物外加劑的混凝土動彈模量損失10.3%，質(zhì)量損失率為0.6%。由此可見，摻復(fù)合礦物外加劑的抗凍融性有明顯提高。

試驗(yàn)結(jié)果表明，使用復(fù)合礦物外加劑提高了自密實(shí)混凝土的耐久性能，這是由于幾種礦物組分復(fù)合使用后，通過“自緊密堆積效應(yīng)”和“形狀因子效應(yīng)”等協(xié)同效應(yīng)，形成細(xì)觀層次的自緊密體系，可通過微集料作用填充水泥顆粒間隙，可使得水泥石形成的結(jié)構(gòu)更加致密，因而摻加復(fù)合礦物外加劑的自密實(shí)混凝土具有較好的耐久性能。[7]

結(jié)語

（1）復(fù)合礦物外加劑的最佳工藝條件為：礦粉用量15%、硅灰用量10%、微珠用量10%、丙基甲基纖維素用量2‰。性能分析試驗(yàn)表明：摻加所研制的復(fù)合礦物外加劑的自密實(shí)混凝土具有較好的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能。

（2）使用礦物摻和料和高分子材料進(jìn)行復(fù)配，得到一種自密實(shí)混凝土用的復(fù)合礦物外加劑。該產(chǎn)品加入混凝土中可以優(yōu)化膠凝材料的顆粒級配，提高密實(shí)度，降低塑性黏度，提高自密實(shí)混凝土的流變性能。

（3）通過加入丙基甲基纖維素用量，在混凝土中形成空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，改善漿體和骨料之間的包裹性能，提高混凝土的黏聚性，解決離析、泌水和表面浮漿問題。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉煥.自密實(shí)混凝土的流變性能及其對分層澆筑的影響[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2013.

[2]陳懷軍，孫金鑫.粉煤灰—礦粉復(fù)摻自密實(shí)混凝土試驗(yàn)研究[J].山西建筑，2014，40（28）：123-124.

[3]徐林強(qiáng).摻增粘劑對自密實(shí)混凝土性能的影響[D].浙江：浙江工業(yè)大學(xué)，2015.

[4]王國棟.增粘劑對混凝土性能的影響研究[D].北京：北京建筑大學(xué)，2013.

[5]葉群山.礦物外加劑早期水化過程中的物理和化學(xué)效應(yīng)[D].武漢：武漢大學(xué)，2005.

[6]劉原.火山渣輕骨料混凝土的性能及應(yīng)用研究[D].天津：河北工業(yè)大學(xué)，2015.

[7]張雄，吳科如.礦物外加劑作用機(jī)理及其關(guān)鍵技術(shù)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報，2004（32）4：494-498.

作者簡介：李茜茜（1988—?），女，石家莊人，碩士，工程師，研究方向：建筑材料。