粉煤灰微珠在C70、C80混凝土中的试验及应用

文摘 2025-01-01 07:08 河南

1前言

近十年来，广州市商业性质用途建筑越来趋向于向超高层方面发展，特别是一些高层大跨、有特殊功能要求的重要建筑的不断出现，如摩天大楼、超大跨度地下设施等，要求混凝土必须具有更高的强度、更好的耐久性、更优越的稳定性，这些需求促成了混凝土从普通到高性能甚至向超高性能方向的逐步发展。混凝土强度的提高主要通过添加活性材料、使用高效减水剂降低水胶比来实现，过去很长一段时间，我们都通常采用硅粉做为主要活性材料生产高强高性能混凝土。硅粉能显著提高混凝土强度和结构密实性，但增加了混凝土的用水量，损害混凝土的工作，硅粉巨大的比表面积，水化热高，增加了养护难度，混凝土容易产生干收缩和微裂缝，同时也导致混凝土后期强度和耐久性下降。

这样的设计方案使混凝土粘度过大不利于施工，以及引发混凝土搅拌、运输、泵送等一系列的施工问题，很大程度上限制了高强与超高强混凝土的推广与应用。因此，在高强、高性能双重要求混凝土的配合比设计时，不得不考虑其粘性对混凝土实用性的影响，粉煤灰“微珠”是一种新型超微粉玻璃珠体材料，是经过独特工艺从优质粉煤灰中精选出的一种超细的粉体产品。在化学成分上与普通粉煤灰相比没有什么差别，其主要差异在于颗粒粒径和形状上，其颗粒的粒径分布主要在0.1～5mm之间，平均粒径约≤1.2μm,且在电子显微镜下观察，呈球状。这种结构分布决定了这活性材料使用在混凝土的时候具有一定的先天优点，特别是在胶材用量比较大、用水量比较小的情况下，可以有效的解决混凝土粘度大，泵送性能差的缺点，从而实现高性能、高强混凝土大量用于建筑工程当中成为可能。

我们公司于2015年开始为在做的工程项目进行C70、C80混凝土配合比的技术储备工作，前期设计及试配主要以硅粉做为掺合料进行，混凝土强度及扩展度坍落度均理想，但混凝土的保塑性、倒筒时间（反应混凝土粘性的主要参数）一直居高不下，也尝试了不少厂家生产的外加剂，效果始终不满意；后尝试用微珠代替硅粉，取得了良好的效果，各项性能指标均超出我们的预期，本文正是我们在试配过程所积累的一些数据，由于试验室条件的限制，混凝土的耐久性没能进行，清华大学冯乃谦教授在微珠的研究及使用方面积累了大量的参考数据，也做了相关的耐久性方面检测，这些都说明了微珠的使用是可行的。

2混凝土配合比试验

2.1配合比设计要求

⑴混凝土富余强度10～15MPa；

⑵混凝土到达工地坍落度≥240mm,扩展度≥600mm，倒筒时间小于6秒，3小时保塑；

⑶混凝土早期收缩要求低于普通混凝土；

⑷压力泌水＜0.3Ml/cm²。

2.2试验用原材料

⑴水泥：选用英德海螺水泥厂生产的P·Ⅱ42.5水泥，各项性能指标如表1。

⑵粉煤灰：选用广西南宁电厂生产的II级粉煤灰，各项性能指标如表2。

⑶矿渣粉：选用番禺莲花山生产的的S95级矿渣粉，其各项性能指标如表3。

⑷集料：碎石为广东云浮生产的花岗岩碎石，5～20mm连续级配，砂子选用西江细度模数为2.6的河砂，其性能指标如表4。

⑸外加剂：选用江门强力建材有限公司生产的的超缓凝型减水剂，其性能指标如表5。

⑹微珠：选用内蒙古某厂生产的粉煤灰微珠，化学成份、物理性能及相关微观结构如表6、表7、图1、图2。

2.3原材料相关试验

2.3.1微珠性能试验

通过以上三个试验可以看出，对于我司所使用的水泥及外加剂等材料，微珠的掺量为水泥用量5%～10%之间时，净浆流动度和强度都高于基准浆体，因此，按照设工程实际情况对混凝土工作性能和强度的综合要求，我们在设计C70、C80配合比时，基本掺量选定了水泥总用量的5%～10%范围。(表8～表10)

2.3.2混凝土配合比试验

⑴配合比初步试验

通过对以上检测数据及结果的分析，初步设计了两条C70、C80配合比，通过硅粉、微珠同等掺量进行比对试验，重点比对两种主要掺合料对混凝土坍落度、扩展度、粘度（倒筒时间）、强度等几大指标，表11～表16为试验数据：

由以上对比试验可见，掺入相同数量的微珠和硅粉，C70等级的两种混凝土各龄期强度相差不大，C80等级掺硅粉的混凝土强度高于掺微珠的强度，这说明当微珠掺量达到一定比例时，对强度的贡献不如硅粉。两种材料的混凝土最主要区别在于工作性能方面，新拌混凝土出机后，进行人工二次拌合时，很明显的感觉到掺硅粉时的混凝土虽然流动性很好，坍落度和扩展度也很理想，但黏稠大、粘底，铲得非常吃力；而掺入微珠的混凝土不但流动性好，却有效的解决了使用硅粉时粘度大这个问题，这也正是我们在做高强混凝土时所需要达到的效果。

⑵配合比优化验证试验通过计算及优化，对优化后的混凝土配合比进行了复核试验，并增加了混凝土的保塑性（3小时经时损失）试验，考虑到C70、C80混凝土的胶凝材料用量大，水胶比低，早期收缩和自收缩大，本次试验还增加了混凝土收缩性试验，收缩试验采用100mm×100mm×515mm试模成型，结果如表17～表20。

2.3.3结果分析

⑴混凝土的强度及各项工作性能指标均满足设计要求，倒筒时间在6S以内，粘度有效降低，可以确保混凝土超高及超远距离泵送。

⑵根据清华大学冯乃谦教授的试验判断，普通高强自密实混凝土早期收缩通常在1.0～1.9万之间，可见，本配合比掺入微珠后混凝土的早期收缩性低于这个值，也就是说，微珠可以大幅度降低混凝土的早期收缩，本次试验由于条件的限制没有测混凝土的水化热温升，但从收缩数据来推测，温升应该是降低的。

3混凝土在项目中的应用

自2016年以来，我司在佛山东平广场，广州万博中央商务区数码产业总部两个项目中使用C70、C80混凝土共计一万五千多方，全部采用泵送方式浇筑，混凝土保塑性能稳定，结构未出现收缩开裂现象，也没有发生因混凝土问题出现的堵管问题，工人反应良好。特别是在2016年夏季，室外温度最高时接近40度，混凝土在工地停留2小时左右仍保留着较好的工作状态；混凝土均在施工现场按要求进行取样制作试块、养护，送检，以下为我司混凝土强度汇总，详见表21。

从试块强度来看，平均值比试配强度要略低一些，标准差稍大，这与试块制作的过程及环境有一定的关系，但总体来说，混凝土的强度基本保持了足够的富余系数，完全满足工程的设计要求。

由于受微珠粉体特性的制约，目前在生产使用过程中还没有更好的办法做到自动投料及称量，主要还是通过人工投料进行生产，有些同行尝试通过改造粉料罐锥体及螺旋结构来达到自动称量的目的，但效果不好，容易出现堵塞现象，误差较大。通常情况下，微珠采用袋装进行运输，所以搅拌站前期要对搅拌楼的投放平台进行改造，便于存放微珠及人工投料。

4结论

⑴微珠可以有效降低混凝土的粘度，提高混凝土的工作性能，特别适用于配制高胶材高强度高工作性能要求的混凝土。

⑵微珠可以完全取代硅粉用于配制C70～C90强度等级的高性能混凝土，且成本要低于使用硅粉，工作性能也优于使用硅粉。同时，为C90等级以上混凝土通过微珠与硅粉的合理搭配来进行配制提供了可靠数据支持。

⑶微珠的生产工艺还待改进以方便混凝土配制过程的投料及称量，减少人工投料带来的误差及风险。

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