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摘要：本文通过坍落扩展度试验和J环扩展度试验,研究了大掺量粉煤灰自密实混凝土的工作性.试验结果表明,在掺聚羧酸系减水剂的分散体系中,大掺量粉煤灰在发挥物理密实作用的同时,还具有辅助分散效应,掺用胶凝材料质量40~60%粉煤灰的SCC,初始及1小时扩展度、J环扩展度满足施工要求.大掺量粉煤灰可在SCC中发挥胶凝材料和细粉料双效作用.
关键词:自密实混凝土;大掺量粉煤灰;工作性
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
自密实混凝土( Self-Compacting Concrete, 简称SCC) 指混凝土拌合物不需要振捣仅依靠自重即能充满模板、包裹钢筋，并能够保持不离析和均匀性，达到充分密实和获得最佳的性能，属于高性能混凝土的一种 [1]。
粉煤灰是自密实混凝土较适用的活性外掺料，它具有“活性效应”、“界面效应”和“微集料效应” [2]，并且当粉煤灰掺量大于胶凝材料质量的30% 以后还具有明显的“减水效应”。
本文以坍落扩展度及J环扩展度为指标，对大掺量粉煤灰自密实混凝土的工作性进行评价。
2 试验
2.1 原材料
胶凝材料：采用纯熟料硅酸盐水泥和I级低钙粉煤灰。
减水剂：丙烯酸类聚羧酸盐减水剂，使用前与羟基羧酸盐缓凝剂进行复配，以满足混凝土经时保塑要求。
粗集料：表观密度2710kg/m3。以5-10mm、10-15mm和15-20mm的石灰石碎石按质量比50：25：25配制，紧密堆积密度为1590 kg/m3。
细集料：细度模数2.63的中砂，表观密度2609kg/m3，紧密堆积密度1653kg/m3。
水：自来水
2.2 试验方法
采用坍落扩展度（SF）和图1所示J型环评价自密实混凝土工作性。J型环截面为30×25mm的矩形，钢质环的直径300mm，钢筋直径为16mm，钢筋间距57.4mm。J型环高度为100mm。试验时，将坍落度筒置于圆环中间，按照坍落度测试方法，测定混凝土穿越J型环的扩展度（JRF）。
图1 J型环实物照片
试验时，分别测试SCC初始和60分钟的坍落扩展度与J型环扩展度。
2.3混凝土配合比
固定SCC单位用水量为170 kg/m3、水胶比为0.36、粗集料紧密堆积体积为0.5 m3/ m3，粉煤灰用量分别为胶凝材料质量的40%、50%、60%，减水剂掺量为胶凝材料质量的0.3%。
3 试验结果分析与讨论
3.1 大掺量粉煤灰对SCC工作性的影响
当粉煤灰掺量不同时，自密实混凝土的坍落扩展度以及用J环所测扩展度见图2、图3。
图2 初始状态下扩展度
图3 60分时扩展度
由图2及图3可以看出当粉煤灰掺量增加时，其坍落扩展度增加，J环所测扩展度增加，所以可以得出自密实混凝土的工作性提高，即其流动性能加强。其主要原因为粉煤灰具有形态效应。因为粉煤灰的形态效应中，最主要的是粉煤灰玻璃微珠颗粒所特有的物理形状。在水泥-粉煤灰-水系统中，球形的粉煤灰颗粒分布于水泥絮凝结构中，起到滚珠作用，使水泥颗粒的絮凝结构解絮和颗粒扩散，同时可以降低混凝土内部的粘度和颗粒之间的摩擦力。
3.2 大掺量粉煤灰辅助减水效应的作用机理
根据本文的研究结果，当聚羧酸减水剂掺量一定时，掺用粉煤灰可以明显改善SCC的初始扩展度，且60min扩展度有所提高。
通常情況下，粉煤灰中含有少量类似于活性炭的未燃组分，对减水剂具有较强的吸附力，当粉煤灰的“减水”作用大于炭吸附的负作用时，浆体的流动度提高；当粉煤灰的“减水”作用不足以抵消炭吸附减水剂造成的流动度损失时，浆体的流动度降低。在粉煤灰掺量小于胶凝材料质量的30%时，炭吸附起主导作用；粉煤灰掺量大于30%时，则“减水”作用处于主导地位。本文采用的粉煤灰掺量为40~60%，粉煤灰在胶凝材料中的辅助减水效应得到充分发挥。
聚羧酸系减水剂主要通过空间位阻效应对水泥起分散作用，其静电作用较弱[3-5]。在大掺量粉煤灰的SCC中，粉煤灰的负电特性补偿了聚羧酸系减水剂的静电斥力的不足，粉煤灰细颗粒吸附于带相反电荷的水泥颗粒表面，有效阻止了絮凝现象的发生，水泥颗粒被充分分散，从而使SCC自密实性能提高。粉煤灰中的球形光滑表面也可减少颗粒间的摩擦，有助于提高浆体的流动性能。同时，粉煤灰取代水泥，相应地减少了浆体中的C3A含量，使水泥水化速度减慢，有利于提高自密实混凝土工作性经时保持能力。
因此，掺用聚羧酸系减水剂的大掺量粉煤灰自密实混凝土，由于空间位阻和静电作用双重分散机制的存在，表现出优良的扩展性能。
4结论
根据试验结果分析与讨论，得出如下结论：
（1）大掺量粉煤灰具有辅助减水作用。当减水剂用量一定时，随着粉煤灰用量增加，大掺量粉煤灰自密实混凝土的坍落扩展度、J环扩展度及其经时保持能力都有所提高。
（2）以大掺量粉煤灰作为自密实混凝土的胶凝材料和填充材料，不仅改善了自密实混凝土的工作性，而且提高了自密实混凝土的绿色度，从而实现高性能环境友好的新型混凝土材料。
参考文献
[1]蒋亚清.混凝土外加剂应用基础[M].北京:化学工业出版社．2005.9.
[2]Aitcin, P.C. “The Art and Science of Durable High-Performance Concrete.” Proceedings of the Nelu Spiratos Symposium. Committee for the Organization of CANMET/ACI Conferences, 2003: 69-88.
[3] Kazuo Yamada, Shoichi Ogawa, Shunsuke Hanehara. Controlling of the adsorption and dispersing force of polycarboxylate type superplasticizer by sulfate ion concentration in aqueous phase [J]. Cement and Concrete Research , 2001 (31): 375-383.
[4]李政,张德思.粉煤灰对自密实混凝土流变性能的影响[J].粉煤灰综合利用,2005(5):3-5.
[5]王栋民.自密实混凝土(SCC) 从科研向应用的转化—《自密实混凝土应用技术规程》CECS203∶2006介绍[J].商品混凝土,2007(1):48-51.
关键词:自密实混凝土;大掺量粉煤灰;工作性
中图分类号：TU74 文献标识码：A 文章编号：
1 前言
自密实混凝土( Self-Compacting Concrete, 简称SCC) 指混凝土拌合物不需要振捣仅依靠自重即能充满模板、包裹钢筋，并能够保持不离析和均匀性，达到充分密实和获得最佳的性能，属于高性能混凝土的一种 [1]。
粉煤灰是自密实混凝土较适用的活性外掺料，它具有“活性效应”、“界面效应”和“微集料效应” [2]，并且当粉煤灰掺量大于胶凝材料质量的30% 以后还具有明显的“减水效应”。
本文以坍落扩展度及J环扩展度为指标，对大掺量粉煤灰自密实混凝土的工作性进行评价。
2 试验
2.1 原材料
胶凝材料：采用纯熟料硅酸盐水泥和I级低钙粉煤灰。
减水剂：丙烯酸类聚羧酸盐减水剂，使用前与羟基羧酸盐缓凝剂进行复配，以满足混凝土经时保塑要求。
粗集料：表观密度2710kg/m3。以5-10mm、10-15mm和15-20mm的石灰石碎石按质量比50：25：25配制，紧密堆积密度为1590 kg/m3。
细集料：细度模数2.63的中砂，表观密度2609kg/m3，紧密堆积密度1653kg/m3。
水：自来水
2.2 试验方法
采用坍落扩展度（SF）和图1所示J型环评价自密实混凝土工作性。J型环截面为30×25mm的矩形，钢质环的直径300mm，钢筋直径为16mm，钢筋间距57.4mm。J型环高度为100mm。试验时，将坍落度筒置于圆环中间，按照坍落度测试方法，测定混凝土穿越J型环的扩展度（JRF）。
图1 J型环实物照片
试验时，分别测试SCC初始和60分钟的坍落扩展度与J型环扩展度。
2.3混凝土配合比
固定SCC单位用水量为170 kg/m3、水胶比为0.36、粗集料紧密堆积体积为0.5 m3/ m3，粉煤灰用量分别为胶凝材料质量的40%、50%、60%，减水剂掺量为胶凝材料质量的0.3%。
3 试验结果分析与讨论
3.1 大掺量粉煤灰对SCC工作性的影响
当粉煤灰掺量不同时，自密实混凝土的坍落扩展度以及用J环所测扩展度见图2、图3。
图2 初始状态下扩展度
图3 60分时扩展度
由图2及图3可以看出当粉煤灰掺量增加时，其坍落扩展度增加，J环所测扩展度增加，所以可以得出自密实混凝土的工作性提高，即其流动性能加强。其主要原因为粉煤灰具有形态效应。因为粉煤灰的形态效应中，最主要的是粉煤灰玻璃微珠颗粒所特有的物理形状。在水泥-粉煤灰-水系统中，球形的粉煤灰颗粒分布于水泥絮凝结构中，起到滚珠作用，使水泥颗粒的絮凝结构解絮和颗粒扩散，同时可以降低混凝土内部的粘度和颗粒之间的摩擦力。
3.2 大掺量粉煤灰辅助减水效应的作用机理
根据本文的研究结果，当聚羧酸减水剂掺量一定时，掺用粉煤灰可以明显改善SCC的初始扩展度，且60min扩展度有所提高。
通常情況下，粉煤灰中含有少量类似于活性炭的未燃组分，对减水剂具有较强的吸附力，当粉煤灰的“减水”作用大于炭吸附的负作用时，浆体的流动度提高；当粉煤灰的“减水”作用不足以抵消炭吸附减水剂造成的流动度损失时，浆体的流动度降低。在粉煤灰掺量小于胶凝材料质量的30%时，炭吸附起主导作用；粉煤灰掺量大于30%时，则“减水”作用处于主导地位。本文采用的粉煤灰掺量为40~60%，粉煤灰在胶凝材料中的辅助减水效应得到充分发挥。
聚羧酸系减水剂主要通过空间位阻效应对水泥起分散作用，其静电作用较弱[3-5]。在大掺量粉煤灰的SCC中，粉煤灰的负电特性补偿了聚羧酸系减水剂的静电斥力的不足，粉煤灰细颗粒吸附于带相反电荷的水泥颗粒表面，有效阻止了絮凝现象的发生，水泥颗粒被充分分散，从而使SCC自密实性能提高。粉煤灰中的球形光滑表面也可减少颗粒间的摩擦，有助于提高浆体的流动性能。同时，粉煤灰取代水泥，相应地减少了浆体中的C3A含量，使水泥水化速度减慢，有利于提高自密实混凝土工作性经时保持能力。
因此，掺用聚羧酸系减水剂的大掺量粉煤灰自密实混凝土，由于空间位阻和静电作用双重分散机制的存在，表现出优良的扩展性能。
4结论
根据试验结果分析与讨论，得出如下结论：
（1）大掺量粉煤灰具有辅助减水作用。当减水剂用量一定时，随着粉煤灰用量增加，大掺量粉煤灰自密实混凝土的坍落扩展度、J环扩展度及其经时保持能力都有所提高。
（2）以大掺量粉煤灰作为自密实混凝土的胶凝材料和填充材料，不仅改善了自密实混凝土的工作性，而且提高了自密实混凝土的绿色度，从而实现高性能环境友好的新型混凝土材料。
参考文献
[1]蒋亚清.混凝土外加剂应用基础[M].北京:化学工业出版社．2005.9.
[2]Aitcin, P.C. “The Art and Science of Durable High-Performance Concrete.” Proceedings of the Nelu Spiratos Symposium. Committee for the Organization of CANMET/ACI Conferences, 2003: 69-88.
[3] Kazuo Yamada, Shoichi Ogawa, Shunsuke Hanehara. Controlling of the adsorption and dispersing force of polycarboxylate type superplasticizer by sulfate ion concentration in aqueous phase [J]. Cement and Concrete Research , 2001 (31): 375-383.
[4]李政,张德思.粉煤灰对自密实混凝土流变性能的影响[J].粉煤灰综合利用,2005(5):3-5.
[5]王栋民.自密实混凝土(SCC) 从科研向应用的转化—《自密实混凝土应用技术规程》CECS203∶2006介绍[J].商品混凝土,2007(1):48-51.