侯茜茜，陳華

（深圳市公路交通工程試驗(yàn)檢測(cè)中心，廣東 深圳 518112）

0 引言

隨著工程建筑要求的不斷提高，高性能混凝土的研發(fā)和使用已經(jīng)成為混凝土技術(shù)的熱點(diǎn)話題。自密實(shí)混凝土指在較低水灰比條件下，通過(guò)摻入復(fù)合高效外加劑，合理使用活性摻合料，優(yōu)化混凝土集料的級(jí)配而配制出的混凝土，在沒(méi)有外力作用下，僅依靠自重就能夠流動(dòng)，在澆筑時(shí)不需要振搗，并能保持良好勻質(zhì)性的一種混凝土[1-3]。其拌合物具有良好的流動(dòng)性、粘聚性和保水性，同時(shí)填充性能優(yōu)異，不離析、不泌水且硬化后具有良好的力學(xué)性能，屬于高性能混凝土的一種。

硅灰是硅鐵合金和工業(yè)硅生產(chǎn)中的副產(chǎn)品，是通過(guò)煙道排出的硅蒸汽氧化后收集到的無(wú)定型、粉末狀的二氧化硅[4]，屬于一種高活性火山灰摻合料，具有極小顆粒粒徑和極大比表面積[5]。當(dāng)其摻入混凝土中，能與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生反應(yīng)，將高堿水化產(chǎn)物變成低堿水化產(chǎn)物，填充混凝土中的毛細(xì)孔，使得混凝土結(jié)構(gòu)密實(shí)化，有效的改善混凝土的強(qiáng)度[6]、滲透性[7]和抗凍性[8]。

當(dāng)前，對(duì)于硅灰對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土的工作性和耐久性能鮮有報(bào)道。本論文主要研究不同摻量的硅灰對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土工作性、強(qiáng)度和碳化性能的研究，對(duì)理論研究和工程實(shí)踐具有很大的意義。

1 實(shí)驗(yàn)原材料與實(shí)驗(yàn)方法

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

（1）水泥：廣東華潤(rùn)水泥廠生產(chǎn)硅酸鹽水泥 P·O 42.5R，主要化學(xué)成分如表 1 所示。

表1 水泥化學(xué)成分 wt%

（2）礦物摻合料：粉煤灰：廣東某電廠Ⅰ級(jí)粉煤灰，燒失量 2.7%，密度 2580kg/m3，比表面積 590m2/kg，主要化學(xué)成分見(jiàn)表 2。硅粉：選用?？瞎镜墓杌?，其平均粒徑為0.1μm，比表面積為 1. 5×104m2/ kg，化學(xué)成分見(jiàn)表 3。

表2 粉煤灰化學(xué)組成 wt%

表3 硅灰化學(xué)組成 wt%

（3）減水劑：西卡高效聚羧酸減水劑，減水率 35%。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)，如表 4。

表4 不同硅灰摻量混凝土配合比 kg/m3

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

自密實(shí)混凝土工作性試驗(yàn)按照 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；水泥混凝土抗壓強(qiáng)度是按標(biāo)準(zhǔn)方法制作的 150mm×l50mm×l50mm 立方體試件，在溫度為 (20±3)℃及相對(duì)濕度 90% 以上的條件下，養(yǎng)護(hù)至齡期后，按 GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。碳化深度系數(shù)試驗(yàn)按照 GB/T50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定時(shí)用劈裂抗拉夾具在壓力機(jī)上將試件劈開(kāi)，噴涂 1%酚酞指示劑，用游標(biāo)卡尺分別測(cè)量其 3、7、14、28 天碳化深度。

3 結(jié)果與討論

3.1 硅灰對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土工作性的影響

圖1 反映不同摻量的硅灰對(duì)自密實(shí)混凝土坍落度和擴(kuò)展度的關(guān)系。

圖1 硅灰摻量與新拌混凝土坍落度和擴(kuò)展度的關(guān)系

研究結(jié)果表明，新拌混凝土的坍落度和擴(kuò)展度隨著硅灰量增大而增大。雖然硅灰的平均粒徑在 0.1μm 左右，比表面積比較大，需水量有所增大，但是在高效減水劑作用下，硅灰顆粒表面覆蓋著強(qiáng)的表面活性離子，使得硅灰與硅灰、硅灰與水泥和水泥與水泥顆粒間存在著靜電作用，增大了新拌混凝土的坍落度和擴(kuò)展度。此外，硅灰形貌是一種細(xì)小玻璃球狀，不但在新拌混凝土漿體中起到滾珠和潤(rùn)滑的作用， 而且能有效的填充混凝土中的空隙，置換空隙中的自由水，使得新拌混凝土中自由水增多，所以這種填充作用有助于改善其坍落度和擴(kuò)展度。

3.2 硅灰對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

圖2 反映了硅灰摻量與自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系。

圖2 硅灰摻量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

研究結(jié)果表明，隨著硅灰摻量增大和齡期延長(zhǎng)，28d 前自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度增大幅度比較大，而 28d 后抗壓強(qiáng)度增大幅度很小，幾乎趨于平衡。當(dāng)硅灰摻量由 30kg/m3增大至50kg/m3，28d 抗壓強(qiáng)度增大 8%，180d 抗壓強(qiáng)度增大 15%。硅灰屬于高活性摻和料，能有效與水化產(chǎn)物 CH 發(fā)生反應(yīng)，在骨料周?chē)芍旅軣o(wú)定形的硅酸鈣水化產(chǎn)物，明顯改善混凝土粗骨料與水泥石之間的過(guò)渡區(qū)[9]。此外，由于硅灰顆粒粒徑比較小，在混凝土結(jié)構(gòu)中起到填充空隙的作用，減少了混凝土結(jié)構(gòu)中的孔隙率，減小了混凝土在受力時(shí)產(chǎn)生應(yīng)力集中，增大了其抗壓強(qiáng)度。

3.3 硅灰對(duì)高強(qiáng)自密實(shí)混凝土碳化性能的影響

圖3 反映了硅灰與高強(qiáng)自密實(shí)混凝土碳化深度的關(guān)系。

圖3 硅灰摻量與碳化深度的關(guān)系

研究結(jié)果表明，在相同的碳化時(shí)間內(nèi)，高強(qiáng)自密實(shí)混凝土碳化深度隨著硅灰摻量的增大而減小，當(dāng)硅灰的摻量由30kg/m3增大至 50kg/m3時(shí)，其 28d 的碳化深度由 2.7mm 減小至 1.2mm，由于硅灰顆粒粒徑比較小，填充混凝土中的毛細(xì)孔，阻斷毛細(xì)孔的聯(lián)通，阻礙 CO2在混凝土基體中擴(kuò)散，減慢了 CO2對(duì)混凝土的侵蝕。此外，隨著碳化時(shí)間的延長(zhǎng)，高強(qiáng)自密實(shí)混凝土碳化速度隨著碳化時(shí)間延長(zhǎng)而減慢，這是由于隨著碳化時(shí)間延長(zhǎng)，碳化產(chǎn)物的生成，減小其孔隙率[10-11]，進(jìn)一步阻礙 CO2在混凝土基體中擴(kuò)散速度的結(jié)果。

4 結(jié)論

（1）隨著硅灰摻量增大，新拌混凝土的工作性得到改善，其坍落度與擴(kuò)展度隨著硅灰增大而增大。

（2）隨著硅灰摻量增大和齡期延長(zhǎng)，28d 前自密實(shí)混凝土抗壓強(qiáng)度增大幅度比較大，而 28d 后抗壓強(qiáng)度增大幅度很小，幾乎趨于平衡。其中當(dāng)硅灰摻量為 50kg/m3時(shí)，28d 抗壓強(qiáng)度增大 11.5%，而 180d 強(qiáng)度增大 13.5%。

（3）高強(qiáng)自密實(shí)混凝土碳化速度隨著硅灰摻量的增大和碳化時(shí)間延長(zhǎng)而不斷減慢。

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