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超细粉煤灰超细矿粉,分享超细粉对高性能超高泵送混凝土性能的影响研究

更新时间:2020-10-28 10:51

超细粉对高性能超高泵送混凝土性能的影响研究

摘要:采用不同超细粉配制高性能超高泵送C60混凝土,研究 超细矿粉、超细粉煤灰及硅灰对C60混凝土性能的影响。结果表明:超细矿粉及硅灰均 降低了混凝土的扩展度并延长了倒坍时间,超细粉煤灰则起到相反的作用,3种超细粉均 降低了混凝土的压力泌水率。超细粉掺入后都提高了混凝土力学性能,其中掺超细矿粉及硅灰混凝土早期强度优于掺超细粉煤灰混凝土,但超细粉煤灰混凝土后期强度较好。超细粉促进了水化反应的进行,水泥石结构更加密实,孔隙率降低。掺入8%超细粉煤灰后,混凝土水化温升及自收缩均明显减小。

关键词:混凝土;超细粉;高性能;泵送;自收缩;水化热

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引言

天津高银117大厦位于天津高新区,地下3层,地上117层,总设计高度为597m,占地面积83万m2,规划建筑面积183万m2,集高档商场、写字楼、商务公寓和六星级酒店于一身,建成后将是高新区乃至天津市极具代表性的标志性建筑。

天津高银117大厦主楼建筑高度597m,主体结构由钢筋混凝土核心筒、巨形柱框架支撑组成。混凝土浇筑方量大、泵送最高达596.2m。核心筒剪力墙混凝土强度等级为C60,混凝土泵送高度高,早期强度要求高,需配制低收缩混凝土以减小混凝土的裂缝,保证工程质量。

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本文研究采用不同种类超细粉配制超高泵送C60混凝土,通过掺入超细矿粉、超细粉煤灰及硅灰优化混凝土泵送性能(通常采用混凝土坍落扩展度、倒坍时间、压力泌水率表征[1-5])、力学强度及抗裂缝能力,保证天津高银117大厦主楼核心筒剪力墙C60混凝土的596.2m超高泵送,提高剪力墙混凝土的力学强度,减少收缩裂缝等的发生,具有较强的指导意义。

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试验方案

3种超细粉的物理性能指标如表2所示。

1)本文在胶材总量(550kg/m3)及单位用水量(150kg/m3)不变的条件下,研究超细矿粉、超细粉煤灰及硅灰分别取代 4%,6%及8%的水泥后对C60高性能混凝土的泵送性能、力学发展规律、水化温升及自收缩性能的影响规律,如表3所示。

2) 3种超细粉掺量均为8%、水胶比为0.3时,研究超细粉对水泥-超细粉体系水化形貌的影响规律,进一步探究超细粉在复合胶材体系中的水化作用规律。

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结果与讨论

2.1超细粉对混凝土泵送性能的影响

从图2a中可以看出,在保持胶材总量及水胶比不变的情况下,超细粉取代水泥后对混凝土的扩展度及倒坍时间具有不同的影响。

①当超细矿粉掺量不超过4%时,混凝土扩展度保持一致;当超细矿粉掺量在4%~8%时,扩展度随超细矿粉取代量的提高而减小;混凝土倒坍时间则随超细矿粉取代量的提高而增大,表明超细矿粉掺入后混凝土工作性变差。②混凝土扩展度随超细粉煤灰取代量的提高而增大,当超细粉煤灰掺量在6%~8%时,混凝土扩展度可达710mm,倒坍时间随超细粉煤灰取代量的提高而下降,在4~5s,混凝土工作性能较好。③掺入硅灰的混凝土呈现出与超细矿粉相似的工作性能规律,混凝土扩展度明显减小,倒坍时间显著增加,混凝土流动性差。④相同掺量下,比较不同超细粉对混凝土的影响发现,超细粉煤灰可以增大混凝土扩展度并减少混凝土倒坍时间,混凝土和易性好,有利于混凝土泵送。

从图2b可以看出,0-1混凝土压力泌水率高达30%。不同超细粉取代水泥后,混凝土压力泌水率均呈下降趋势。①比较不同掺量超细粉对混凝土压力泌水率的影响可以看出,随着超细粉取代量的增加,混凝土的压力泌水率均逐渐降低,其中当超细矿粉、超细粉煤灰掺量为8%、硅灰掺量为6%,8%时,混凝土压力泌水率最低,为0%。②相同超细粉掺量下,硅灰对混凝土压力泌水率的改善最为明显,压力泌水率最低。超细粉掺入后可使混凝土的压力泌水率降低, 这是由于超细粉比表面积非常大,超细粉颗粒较小,分散到混凝土中后可填充于孔隙中,混凝土大孔数量减小,优化了混凝土的孔结构,降低了混凝土孔隙率,混凝土保水能力增强,从而压力泌水率降低,提高了混凝土的泵送性能。

2.2超细粉对混凝土力学性能的影响(见表4)

从表4可以看出,各试样混凝土抗压强度均随混凝土龄期的增长而增长。比较空白试样(0-1)及掺入超细粉的混凝土抗压强度可知,虽然一定超细粉取代水泥后使得混凝土中水泥用量减少,但是掺超细粉混凝土试样各龄期抗压强度均有不同程度提高 。这是由于[6-9]:①超细粉颗粒粒径明显小于水泥-矿粉-粉煤灰组成的胶材体系颗粒粒径,其较小的颗粒可填充于混凝土堆积的颗粒孔隙中,密实了混凝土结构,降低了混凝土的孔隙率,导致混凝土强度提高;②超细粉早期水化活性较低,在相同水胶比条件下,水泥相对水胶比增大,促进了水泥的早期水化反应,有助于混凝土早期强度提高;③超细粉引入混凝土中后,其超细颗粒均匀地分散于混凝土体系中,水泥水化产物可附着于超细颗粒上,起到水化晶核作用,可促进水泥水化反应的进行,从而促进了混凝土强度的提高。

比较不同超细粉对混凝土抗压强度的影响发现,3种超细粉均可以明显提高混凝土的早期强度, 这表明超细粉的填充作用及晶核作用促进了混凝土中胶凝材料的水化反应并提高了混凝土密实度,混凝土早期强度提高。相比较超细粉煤灰,掺超细矿粉及硅灰的混凝土后期强度增长缓慢,这是由于超细矿粉及硅灰水化活性及细度明显高于超细粉煤灰,掺入后早期水化反应剧烈,混凝土较早地形成稳定的水泥石结构,阻碍了后期水化产物的形成及生长,导致混凝土后期强度增长缓慢。

2.3超细粉对水化产物的影响研究

纯水泥及3种超细粉分别取代8%水泥的水化28d试样SEM图如图3所示。

从图3中可以看出,试样水化28d后,纯水泥试样中絮状C-S-H凝胶、AFt晶体及六方板状Ca(OH)2晶体交错生长,但是水泥石结构疏松,孔隙率大。掺入超细粉后,水泥石结构明显致密, 超细颗粒中活性SiO2及Al2O3与水泥水化产生的Ca(OH)2发生二次水化反应产生C-S-H凝胶,没有发现明显的六方板状Ca(OH)2晶体,力学强度增大;同时超细颗粒在胶凝体系中分散并填充于水泥水化所产生的孔隙中,大大提高了水泥石的致密程度,提高了力学性能。

2.4超细粉对混凝土水化温升及自收缩性能的影响

2.4.1超细粉对混凝土水化温升的影响

超细粉对混凝土水化温升的影响如图4所示。从图4a中可以看出,在8%的超细粉煤灰取代水泥后,混凝土的水化温升峰值减小,从68℃下降到63℃左右,出现峰值的时间延后5h左右。表明超细粉煤灰取代水泥后,在力学性能提高的情况下, 混凝土的水化放热速率减缓,放热量减小,可大大减小混凝土因水化热较高导致的裂缝等混凝土危害,有利于混凝土的体积稳定性。

2.4.2超细粉对混凝土自收缩的影响

超细粉对混凝土自收缩的影响如图4b所示。从图4b中可以看出,0-1混凝土7d前自收缩速率较快,7d时自收缩值达0.35‰,7d后自收缩值仍有较快的增长趋势;采用8%超细粉煤灰取代水泥后,2-3混凝土自收缩速率明显降低,自收缩值减小,7d时仅为0.15‰;表明超细粉煤灰可降低混凝土自收缩,提高了混凝土的耐久性。

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结语

1)相同水胶比条件下,超细矿粉及硅灰减小了混凝土的扩展度及倒坍时间,超细粉煤灰则起到相反的作用,超细粉引入后均有效降低了混凝土的压力泌水率。超细粉煤灰有助于提高混凝土的泵送性能。

2)4%~8%超细粉取代水泥后,混凝土的力学性能显著改善。相比较超细粉煤灰、超细矿粉及硅灰对混凝土早期强度的改善作用明显,而超细粉煤灰对混凝土后期强度的提高程度更大。

3)超细粉的填充作用、水化反应活性及对胶材体系水化促进作用使得水泥石微观结构更加密实,孔隙率显著降低,从而促进了混凝土力学性能的提高。

4)在8%超细粉煤灰取代水泥后,混凝土水化温升峰值从75℃降低到60℃,水化温升峰值出现时间延后15h;7d自收缩值从0.35‰下降到0.15‰,自收缩值增长明显减缓。

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