肖榮照

（漳州市建筑工程有限公司，福建漳州 363000）

0 引言

自密實混凝土是一種在自身重力作用下無需振搗即可均勻填充模板各個空間的混凝土， 具有良好的工作性能和抗離析性能， 被廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中難以澆筑甚至無法澆筑的部位。 但自密實混凝土膠凝材料用量大、水膠比低等特點，施工中易產(chǎn)生收縮開裂， 對混凝土結(jié)構(gòu)耐久性造成影響。 文章通過流動性試驗、力學(xué)性能試驗、收縮性能試驗和耐久性能試驗研究了單摻粉煤、 單摻礦粉及復(fù)摻粉煤灰+礦粉對自密實混凝土硬化性能及耐久性能的影響， 以期為自密實混凝土的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗概況

1.1 原材料

水泥采用煉石牌P·O 42.5 普通硅酸鹽水泥，密度為3 080 kg/m3，7 d、28 d 抗壓強度分別為40.3 MPa、54.2 MPa；粉煤灰采用福建新源粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的F 類Ⅱ級粉煤灰，密度為2 230 kg/m3；礦粉采用S95 礦粉， 密度為2 950 kg/m3， 28 d 活性指數(shù)為97%。 水泥、 粉煤灰和礦粉的化學(xué)成分如表1 所示。 細集料采用細度模數(shù)為2.6 的閩江河砂，密度為2 670 kg/m3，含泥量2.7%；粗集料采用粒徑為5~25 mm的連續(xù)級配碎石， 密度為2 720 kg/m3， 含泥量0.4%。減水劑采用廈門科之杰新材料有限公司生產(chǎn)的聚羧酸系高效減水劑，含固量25%，減水率30%。

表1 水泥、粉煤灰和礦粉的化學(xué)成分單位：%

1.2 配合比設(shè)計

自密實混凝土以C40 強度等級為目標(biāo)， 配合比設(shè)計時參照CCES 02—2004《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》[1]及文獻研究成果，保持膠凝材料總量、集料總量、減水劑摻量及水膠比不變，通過改變粉煤灰和礦粉的摻量，探究單摻粉煤灰、礦粉及復(fù)摻粉煤灰+礦粉對自密實混凝土硬化性能及耐久性能的影響，設(shè)計得到的配合比如表2 所示，其中FA10、MP10 分別表示粉煤灰摻量、 礦粉摻量占膠凝材料質(zhì)量的10%，其余以此類推。

表2 自密實混凝土配合比單位：kg/m3

1.3 試驗方法

自密實混凝土流動性能根據(jù)CCES 02—2004《自密實混凝土設(shè)計與施工指南》和JGJ/T28—2012《自密實混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[2]有關(guān)要求，將制備好的混凝土拌合物倒入坍落度筒中，測定自密實混凝土的工作性能。 力學(xué)性能根據(jù)GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[3]有關(guān)規(guī)定，采用150 mm×150 mm×150 mm 的立方體試件測定標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護3 d、7 d、14 d 和28 d 后的抗壓強度。 收縮試驗和碳化試驗根據(jù)GB/T 50082—2009 《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[4]有關(guān)規(guī)定進行， 其中收縮試驗采用100 mm×100 mm×515 mm 的棱柱體試件， 測定自密實混凝土在1 d、3 d、7 d、14 d和28 d 時自由收縮值； 碳化試驗采用100 mm×100 mm×400 mm 的棱柱體，在碳化3 d、 7 d、14 d、28 d 后對試件破型，噴灑酚酞酒精溶液，利用酚酞遇堿顯示紫紅色判斷自密實混凝土的碳化深度。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 單摻粉煤灰對自密實混凝土性能的影響

單摻粉煤灰對自密實混凝土流動性和抗壓強度的影響如表3 所示。 由表3 流動性試驗結(jié)果可知，隨著粉煤灰摻量的增加，自密實混凝土坍落度及坍落擴展度增大，且相比于基準(zhǔn)組，當(dāng)摻入30%粉煤灰后，自密實混凝土的坍落度、坍落擴展度分別增大了17.8%、17.1%，但應(yīng)注意，當(dāng)粉煤摻量超過30%后， 自密實混凝土坍落度及坍落擴展度的增長速率減緩。

表3 流動性和抗壓強度試驗結(jié)果（單摻粉煤灰）

由表3 抗壓強度試驗結(jié)果可知， 當(dāng)粉煤灰摻量≤30%時， 自密實混凝土的早期抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加而降低，中、后期抗壓強度基本不受粉煤灰摻量的影響，而當(dāng)粉煤灰摻量＞30%時，不同齡期下的抗壓強度均隨著粉煤灰摻量的增加而降低， 產(chǎn)生這一現(xiàn)象主要與粉煤灰的填充作用及其活性有關(guān)。

單摻粉煤灰對自密實混凝土收縮性性能和碳化性能的影響如表4 所示。由表4 收縮試驗結(jié)果可知，在不同齡期下， 自密實混凝土的收縮值均隨著粉煤灰摻量的增加而降低，以1 d 齡期為例，相比于基準(zhǔn)組，摻入10%、20%、30%或40%粉煤灰后，自密實混凝土的自收縮值分別降低了51.9 με、123.8 με、205.7 με、230.9 με。這主要是因為粉煤灰的摻入降低體系水化放熱速率，進而在一定程度上減少了毛細孔壓力的形成，從而降低自密實混凝土的收縮。

表4 收縮性能和碳化性能試驗結(jié)果（單摻粉煤灰）

由表4 碳化試驗結(jié)果可知， 當(dāng)粉煤灰摻量≤30%時，3 d、7 d 時的碳化深度基本不受粉煤灰摻量的影響，而14 d、28 d 時的碳化深度總體上隨著粉煤灰摻量的增加而增大。這可能是因為粉煤灰的填充作用提高了早期自密實混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的密實性，降低了CO2的滲透速度，而在中后期，粉煤灰的二次水化消耗了體系中的氫氧化鈣，從而導(dǎo)致碳化深度增大。而當(dāng)粉煤灰摻量＞30%時，由于粉煤灰取代較多的水泥，增大了體系內(nèi)部缺陷，從而降低混凝土的抗碳化性能。

2.2 單摻礦粉對自密實混凝土性能的影響

單摻礦粉對自密實混凝土流動性和抗壓強度的影響如表5 所示。 由表5 流動性試驗結(jié)果可知，自密實混凝土坍落度和坍落擴展度均隨著礦粉摻量的增加而增大，且相比于基準(zhǔn)組，摻入40%礦粉后，自密實混凝土的坍落度、坍落擴展度分別增大了40 mm、80 mm。 這主要是由于礦粉顆粒的比表面積大于水泥顆粒，在拌合物中能夠填充在骨料和砂漿之間，置換體系中的自由水，從而改善混凝土的流動性。

表5 流動性和抗壓強度試驗結(jié)果（單摻礦粉）

由表5 抗壓強度試驗結(jié)果可知，3 d、7 d 時的抗壓強度隨著礦粉摻量的增加而增大， 而14 d、28 d 時的抗壓強度基本不受礦粉摻量的影響。這主要是因為礦粉含有較多潛在活性的氧化鈣，能促進早期水化反應(yīng)的進行，從而提高混凝土的早期抗壓強度。

單摻礦粉對自密實混凝土收縮性性能和碳化性能的影響如表6 所示。 由表6 收縮試驗結(jié)果可知，1 d、3 d 的自收縮值隨著礦粉摻量的增加呈現(xiàn)出增大的趨勢，而7 d、14 d 和28 d 的自收縮值基本不受礦粉摻量的影響。 這是因為礦粉能夠促進早期水化反應(yīng)的進行， 提高了混凝土水化放熱速率，從而增大混凝土的自收縮值，而隨著水化反應(yīng)的進行，混凝土有足夠強度抵抗毛細孔壓力產(chǎn)生的變形，所以增加礦粉摻量對7 d、14 d 和28 d 的自收縮值影響并不顯著。

表6 收縮性能和碳化性能試驗結(jié)果（單摻礦粉）

由表6 碳化試驗結(jié)果可知，當(dāng)?shù)V粉摻量為0%~40%時， 自密實混凝土的碳化深度隨著礦粉摻量的增加呈現(xiàn)出降低的趨勢，且相比于基準(zhǔn)組，摻入40%礦粉后，3 d、7 d、14 d 和28 d 的碳化深度分別降低了22.5%、10.7%、11.2%和7.2%， 表明摻入適量的礦粉能提高自密實混凝土的抗碳化性能。這主要與礦粉的填充作用和火山灰活性有關(guān)。

2.3 復(fù)摻粉煤灰+礦粉對自密實混凝土性能的影響

粉煤灰+礦粉復(fù)摻對自密實混凝土流動性和抗壓強度的影響如表7 所示。 由表7 流動性試驗結(jié)果可知，相同礦物摻量下，復(fù)摻粉煤灰+礦粉對自密實混凝土的流動性影響并不顯著，但需要強調(diào)的是，在試驗過程中，單摻礦粉時混凝土的保水性較差，拌合物存在泌水現(xiàn)象，而復(fù)摻粉煤灰+礦粉時，自密實混凝土具有良好的保水性。另外，由抗壓強度試驗結(jié)果可知，復(fù)摻粉煤灰+礦粉彌補了單摻粉煤時的早期強度損失，但對中、后期的抗壓強度影響并不顯著，這是因為復(fù)摻粉煤灰+礦粉優(yōu)化了膠凝材料體系的顆粒級配，且礦粉水化反應(yīng)增大了C-S-H 凝膠含量， 從而彌補單摻粉煤灰時的混凝土早期強度損失。

表7 流動性和抗壓強度試驗結(jié)果（復(fù)摻粉煤灰+礦粉）

粉煤灰+礦粉復(fù)摻對自密實混凝土收縮性能和碳化性能的影響如表8 所示。對比表4、表6 和表8收縮試驗數(shù)據(jù)可知，單摻粉煤灰、單摻礦粉和復(fù)摻粉煤灰+礦粉對自密實混凝土自收縮值的影響如下：單摻礦粉>復(fù)摻粉煤灰+礦粉>單摻粉煤灰。 此外，由碳化試驗結(jié)果可知，單摻礦粉和復(fù)摻粉煤灰+礦粉在不同齡期下自密實混凝土的碳化深度均小于單摻粉煤時的碳化深度， 且在相同礦物摻量下，自密實混凝土的碳化深度隨著粉煤灰摻量的增加而逐漸增大。

表8 收縮性能和碳化性能試驗結(jié)果（復(fù)摻粉煤灰+礦粉）

3 結(jié)論

（1）摻入粉煤灰或礦粉均有助于改善自密實混凝土的流動性，且相比于基準(zhǔn)組，當(dāng)摻入30%粉煤灰后，自密實混凝土的坍落度、坍落擴展度分別增大了17.8%、17.1%；而摻入40%礦粉后，自密實混凝土的坍落度、坍落擴展度分別增大了40 mm、80 mm。

（2）單摻粉煤灰且摻量≤30%時，粉煤灰摻量的增加， 降低了自密實混凝土的早期抗壓強度和抗碳化性能， 但有助于降低自密實混凝土的自收縮值，降低自密實混凝土早期開裂風(fēng)險。

（3）礦粉能夠參與早期水化反應(yīng)，提高自密實混凝土早期抗壓強度， 但會增大自密實混凝土的早期自收縮，而對后期抗壓強度和自收縮影響并不顯著。

（4）礦粉能夠提高自密實混凝土的抗碳化性能。當(dāng)?shù)V粉摻量0~40%時， 自密實混凝土碳化深度隨著礦粉摻量的增加而降低，且相比于基準(zhǔn)組，摻入40%礦粉后，3d 、7 d、14 d 和28 d 的碳化深度分別降低了22.5%、10.7%、11.2%和7.2%。

（5）礦物摻量為40%時，復(fù)摻粉煤灰+礦粉能夠彌補單摻粉煤灰時的早期抗壓強度損失， 解決單摻礦粉時混凝土拌合物出現(xiàn)泌水的問題； 就收縮性能和抗碳化性能而言， 單摻礦粉>復(fù)摻粉煤灰+礦粉>單摻粉煤灰。