自密实混凝土是一种在自重作用下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。

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td50，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。

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0.5~300μm，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。

（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。

2.2对强度的影响

    粉煤灰的水化反应依赖于水泥水化生成的Ca（OH）2的激发，生成凝胶体的速度远远低于水泥。由于粉煤灰水化反应比水泥慢，被粉煤灰取代的那部分水泥的早期强度得不到补偿，所以混凝土早期强度随粉煤灰掺量的增加而降低。随着时间的推移，粉煤灰发生水化反应生成大量水化硅酸凝胶。粉煤灰外部的一些水化产物在成长过程中也会像树根一样伸入颗粒孔隙中，填充孔隙，破坏界面区Ca（OH）2的择优取向排列，大大改善了界面区，促进了混凝土后期强度的增长。www.tmgc8.com

    水胶比W/B=0.35，粉煤灰掺量为15%、30%和45%配制自密实混凝土，测定3、7、28、90 d抗压强度f3、f7、f28和f90。由图2可以看出，由于粉煤灰的掺入，自密实混凝土早期强度降低而后期强度增加。并且随着粉煤灰掺量的增加，混凝土早期强度呈下降趋势，当粉煤灰从15%增至45%时，28 d抗压强度下降21%。而对各种粉煤灰掺量的自密实混凝土，90 d抗压强度均比28 d抗压强度有所增加。

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，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]。

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。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

    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。

    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量。

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。

    这说明粉煤灰的球形颗粒与细度较高的磨细矿粉相结合更能发挥分散、润滑、减水作用。而硅灰因其巨大的比表面积不足以被其置换出来的填充水所润湿包裹，表面能很大吸取了过多的自由水和高效减水剂，使浆体中起流动作用的自由水和有效的高效减水剂减少从而降低了流动度[4]。

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。水胶比分别为0.35和0.30，分别测定单掺30%粉煤灰和再复合掺入5%硅灰，测定工作性和抗压强度如表2所示。由表2可以看出，在低水胶比（0.30）下，粉煤灰更能增大拌合物的流动度，且黏聚性增加，表现为坍落扩展、L型仪流动至50 cm的时间增大。由于硅灰的细小颗粒和巨大表面积产生出较大的内表面力，显著提高混凝土的黏聚性，有效防止拌合物离析泌水。同时，硅灰的复合使用改变了粉煤灰降低自密实混凝土早期强度的趋势。水胶比分别是0.35和0.29，30%粉煤灰的同时复合使用5%硅灰后，28 d强度分别增加14%和6%。这与粉煤灰和硅灰的物理化学性能有关，由于硅粉的加入产生了火山灰反应及微集料填充作用，使水泥浆与骨料界面过渡区改善，并使孔结构细化都引起强度增加。而所用粉煤灰并非磨细优质灰，它对混凝土强度的增长不及硅灰作用明显。www.tmgc8.com

5 结语

（1）粉煤灰应用到自密实混凝土中，适当掺量可以改善拌合物的工作性且流动度经时损失小，而掺量过多会减小拌合物的流动性，混凝土早期强度降低而后期强度增加，混凝土耐久性增加。

（2）试验研究了单掺粉煤灰及复掺硅灰、磨细矿粉与高效减水剂的相容性，并通过试验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，得到了强度高达96.3 MPa的自密实混凝土。

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