低收缩高性能混凝土的制备研究

刘先国，孙琳，王松亮，娄跃恒

（徐州中联混凝土有限公司，江苏 徐州 221100）

0 前言

混凝土因施工简便、易于成型，是当今社会工程建设的重要材料。随着社会经济的发展，超高楼层、超大跨距、地下深层、不规则复杂结构等高建筑难度的工程对混凝土性能的要求越来越高。超高层、大跨距等对混凝土力学性能要求的提高造成混凝土胶凝材料用量的增加，混凝土耐久性能成为影响混凝土质量的另一重要因素[1-2]。

混凝土的体积稳定性直接影响混凝土的耐久性能，降低混凝土的收缩徐变是提高混凝土体积稳定性的有效手段。在保证混凝土高力学性能及高工作性能的同时，具有高耐久性能是制备高性能混凝土必须注意的问题。

1 原材料

（1）水泥：淮海中联 P·O42.5 水泥，标准稠度用水量 28.5%，28d 抗压强度 53.3MPa。

（2）粉煤灰 1：国华Ⅰ级灰，45µm 方孔筛筛余6.4%，28d 活性指数 76%。

（3）粉煤灰 2：国华产高钙粉煤灰，45µm 方孔筛筛余 4.7%，28d 活性指数 98%，水泥沸煮法安定性检测结果合格。

（4）矿粉：徐钢 S95 级矿粉，流动度比 95%，28d活性指数 96%。

（5）天然河砂：Ⅱ 区中砂，含泥量 1.8%，细度模数 2.5。

（6）碎石：公称粒径 5～31.5mm 碎石，含泥量0.5%。

（7）水：市政自来水。

（8）外加剂：苏博特 PCA-1 减水剂，减水率18.8%。

2 试验方法

以 C50 纯水泥配合比为基准配合比，粉煤灰、高钙粉煤灰、矿粉为矿物掺合料，调整矿物掺合料的掺量，配制混凝土并检测混凝土相关性能。试验用 C50 基准配合比见表1。

表1 试验用 C50 配合比 kg/m3

混凝土工作性能、力学性能、耐久性能检测分别按照 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》、GB/T 50081—2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》和 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》的相关规定执行。

3 试验结果及讨论

3.1 粉煤灰、矿粉掺量对混凝土性能的影响

以纯水泥配合比为基准配合比，以不同掺量粉煤灰和矿粉替代水泥，检测粉煤灰和矿粉掺量对混凝土工作性能和力学性能的影响。试验结果见表2。

表2 粉煤灰与矿粉掺量对混凝土性能的影响

结果表明：掺入粉煤灰和矿粉后，混凝土的工作性能有所改善，而混凝土的力学性能下降。水泥受到材质、粉磨工艺等因素的影响，颗粒分布不够理想，掺入粉煤灰和矿粉后，胶凝材料总体的颗粒级配得到改善，填充空隙的水量降低，自由水增加，混凝土拌合物的工作性能有所提高；但粉煤灰本身早期活性较低，大量掺入粉煤灰将导致混凝土力学性能降低。

用配制好的混凝土制作混凝土试件，检测粉煤灰和矿粉掺量对混凝土收缩徐变的影响，结果见图1。

图1 粉煤灰与矿粉掺量对混凝土收缩率的影响

由图1可知，混凝土的收缩率随粉煤灰与矿粉掺量的增加而降低。混凝土中水泥水化反应进行使固相体积增多，但水泥—水体系的总体积减少，混凝土体积收缩；且水泥水化反应产生的水化热使混凝土存在升温、降温过程，产生较大的收缩应力，造成混凝土体积收缩。掺入矿物掺合料减少水泥用量，降低水化热，减轻混凝土的收缩[3]。

3.2 高钙粉煤灰、矿粉掺量对混凝土性能的影响

以纯水配合比为基准配合比，高钙粉煤灰、矿粉作为矿物掺合料，调整矿物掺合料掺量，配制混凝土并检测相关性能，检测结果见表3。

表3 高钙粉煤灰与矿粉掺量对混凝土性能的影响

结果表明：随着矿物掺合料掺量的增加，混凝土工作性能略有增加，力学性能基本保持不变。掺入矿物掺合料改善了混凝土中胶凝材料颗粒级配，混凝土工作性能提高；与粉煤灰相比，高钙灰的活性较高，提高掺量对混凝土力学性能的影响较小。

用配制好的混凝土制备混凝土试件，检测高钙灰和矿粉掺量对混凝土收缩徐变的影响，检测结果见图2。

图2 高钙粉煤灰与矿粉掺量对混凝土收缩率的影响

由图2可知，混凝土的收缩率随高钙灰与矿粉掺量的增加而降低。矿物掺合料掺量的增加造成水泥用量降低，水泥水化热减少，硬化混凝土体积收缩和温度收缩降低。

4 结论

（1）粉煤灰、矿粉、高钙粉煤灰均可以作为高性能混凝土的矿物掺合料，改善混凝土性能。

（2）粉煤灰与矿粉双掺，混凝土的工作性能提高，力学性能降低，收缩率降低，体积稳定性得到改善。

（3）高钙粉煤灰与矿粉双掺，混凝土工作性能提高，力学性能基本不变，收缩率降低，体积稳定性提高。