微珠粉煤灰在超高性能混凝土中的应用.pdf

2 6 建 筑 技 术 Ar c h i t e c t u r e T e c h n o l o g y 第 4 5卷第 1 期 2 0 1 4年 1月 Vo 1 4 5 No 1 J a n 2 0 1 4 微珠粉煤灰在超高性能混凝土中的应用 高雅静， 孙双鑫，陈 科 ( 北京建工新型建材有限责任公 司， 1 0 0 0 2 1 ， 北京) 摘要 ： 通过微珠粉煤灰与普通粉煤灰物化性能比较 ， 以及对掺加微珠粉煤灰混凝土的出机状态 、 拌 合物工 作性及硬化后耐久性进行检测 ， 结果证明 ： 微珠粉煤灰粒径小 、 活性高 、 减水性好 、 填充性佳且需水量很小 ， 是超 高性能混凝土中的重要组分 ， 可显著提高混凝土的流动性 ， 大大降低超高性能混凝土的粘度 ， 减小混凝土泵送阻 力 ， 适宜在超高层高强 高性能混凝土中推广应用。 关键词 ： 微珠 ； 超高性能 ； 工作性 ； 耐久性 中图分类号 ： T U 5 2 8 3 1 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 7 2 6 ( 2 0 1 4 ) 0 1 0 0 2 6 0 4 APPLI CATI oN OF M I CRO BEAD POW DERED COAL AS H I N ULTRA HI GH P ERFOI U ANCE CoNCRETE G A O Y a - j i n g ， S U N S h u a n g - x i n ， CH E N K e ( B C E G Ad v a n c e d C o n s t r u c t i o n Ma t e ri a l s C o ， L t d ， 1 0 0 0 2 1 ， B e i j i n g ，C h i n a ) Ab s t r a c t ：Th e p h y s i c a l a n d c h e mi c al p r o p e r t i e s a r e c o mp a r e d t o mi c r o b e a d f l y a s h a n d o r d i n a r y f l y a s h W h e n mi c r o b e a d fl y a s h r e p l a c e s t h e s a me a mo u n t o f c e me n t ， t h e c o n c r e t e mi x t u r e i n i t i a l c o n d i t i o n，wo r k p r o p e rti e s a n d d u r a b i l i t y o f h a r d e n e d c o n c r e t e a r e t e s t e d T h e r e s u l t s i n d i c a t e t h a t mi c r o b e a d fly a s h i s v e r y l i t t l e pa rti c l e s ，h i g h a c t i v i t y ，e x c e l l e n t wa t e r r e d u c t i o n ，f i n e fi l l i ng p r o p e r t i e s ，l o w wa t e r d e ma n d r a t i o ，a n d i t i s a n i mp o rta n t c o mp o ne n t o f t h e u l t r a h i g h p e r f o r ma n c e c o n c r e t e T h e mi c r o b e a d f l y a s h c a n i mp r o v e t h e flu i d i t y o f c o n c r e t e ， r e d u c e v i s c o s i t y o f t h e u l t r a- h i g h p e rfo rm a n c e c o n c r e t e mi x t u r e ， a n d r e d u c e c o n c r e t e p u mp i n g r e s i s t a n c e T h e mi c r o b e a d fly a s h i s s u i t a b l e f o r a p p l i c a t i o n i n t h e u l t r a h i g h p e rfo r ma n c e c o n c r e t e Ke y wo r ds ：mi c r o b e a d ；t h e u l t r a - h i g h p e rfo r man c e c o n c r e t e ；wo r k p r o p e r t i e s ；d u r a b i l i t y 1 微珠粉煤灰概况 使用普通粉煤 灰的高强高性能混凝 土通 常存在 拌合物粘度大 、 泵送 困难和 早期强度低等缺陷 ， 这是 收稿 日期 ： 2 0 1 3 1 0 1 1 作者简 介 ： 高雅静( 1 9 7 9 - ) ， 女， 河北藁城 人 ， 工程 师 ， 技术 质量 部部长 ， 主 要研 究方 向为建筑材料 ( 高性能混凝土 ) ， e ma i l ：l i l m 2 0 0 5 1 6 3 c o m 影响高强高性能混凝土在高层及超高层中应用的主要 问题 。 “ 微珠粉煤灰” ( 以下简称微珠 ) 是一种新型超微粉 体材料 ， 是利用优质粉煤灰经过独特工艺精选 、 加工而 成的超细且具有连续粒径分布的一种亚微米 、完美的 正球状粉体产品。 微珠具有活性高 、 低水化热 、 质轻 、 耐 腐蚀 、抗压强度高、流动性好和热稳定性好等优异功 Af = e ， 则有 5 2 7 4 e 村 。 依据此公式再对照测温记录 ，即可计算综合蓄热 养护的混凝土构件任意时间的强度。 3 3 模板早拆施工的楼板强度核算 采用等效龄期( D ) 成熟度一强度曲线方程进行模 板早拆施工的楼板强度核算。 北京某工程楼板采用模板早拆技术施工 ，混凝土 强度等级为C 2 0 ， 施工时间为7 月上旬。计算楼板混凝 土浇筑后5 2 h 期间的强度增长情况 。 采用等效龄期( D 。 ) 计算成熟度一强度曲线方程 的 回归系数 。 一 一生 由 f = a e = 计 算 ，得 到 回归 系数 ： A为 2 8 0 3 ， 为2 9 0 2 4 ， r y e 0 9 8 3 2 。 代入上述系数， 该楼板混凝土成熟度一强度曲线 方程为 ： 一 型 f = 2 8 0 3 e 。 经计算得到常温施工时混凝土强度。 由计算可知 ，该楼板混凝土在浇筑后5 2 h 达到拆 除模板主次龙骨和第一次支撑条件 ( 保留支撑仍需继 续支顶 ) 。 参考文献 【 1 】 J G J T 1 o 4 2 0 1 1 ， 建筑 工程冬期施工规程【 S 】 2 】 李成敏 混凝 土成熟度在冬 期施工 中推 算 早期强度 的应用f J 陕 两 建筑 2 0 1 0 ( 2 ) ： 5 8 5 9 2 0 1 4 年 1 月 高雅静 ， 等 ： 微珠粉煤灰在超高性能混凝土中的应用 2 7 能 ， 可作为高性能混凝土的新型活性超微骨料 1 1 。 微珠的主要化学成分是S i O 和A l 0 ， ，与水泥水化 反应放 出的C a ( O H) 能迅速反应 ， 形成硅酸钙和钙矾石 型的水化物 ， 能填充硬化混凝土的空隙 ， 使混凝土具有 较高的强度 ， 还能提高其抗侵蚀的能力 ， 增强混凝土的 耐久性_ l 】 。除此之外 ， 微珠在超高性能混凝土 中还有一 种优越的性能低 的需水量和非常好的滚珠作用 、 填充作用 ， 可改善混凝土 的耐久性闭 。因为微珠的粒形 是很规则的圆形 ， 粒径小 ， 其滚珠作用比一般的粉煤灰 更佳 ， 而且其需水量很小 ， 在高强高性能混凝土中可降 低水灰比 ， 降低混凝土拌合物 的粘度 ， 提高可泵性 ， 利 于超高层泵送。 2 原材 料与试验准备 2 1原 材料 ( 1 )水泥 ： 采 用P 0 4 2 5 水泥 ， 水泥的化学成分和 物理力学性能见表1 ， 2 。 表 1 水泥化 学成分 氧 化 物 l C a O l S iO 1 A lz O IM g 0 I S O ， lF e 20 K 20 T iO M n O N a 2( 重 量 百 分 数 I5 6 0 7 2 4 2 4 I 6 1 0 1 4 9 5 l 3 4 4 I 2 8 4 I 1 1 7 10 7 9 1 0 1 2 0 1 C 表 2水泥的物理力学性 能 标准稠度 凝结时间 m i n l 抗折强度 MP a 抗压强度 MP a l 表观密度 品 种 初 凝I 终 凝I 3 d I 2 8 d 3 d I 2 8 d I ， ( c m 用 水 量 ， P O 4 2 5 2 7 0 2 0 6 l 2 6 3 l 6 0 1 9 4 2 7 5 I 5 7 8 I 2 9 7 ( 2 )微珠 ： 云南某厂生产。 ( 3 )粉煤灰 ： 唐山某厂生产的 I 级粉煤灰。 ( 4 )硅灰 ： S i O 2 含量为9 2 9 4 。 ( 5 )砂 ：河北 中砂 ，细度模 数为2 7 ，含泥量为 1 7 ， 泥块含量为0 1 。 ( 6 )石 ： 河北碎石 ， 采用两级配石 ， 5 1 0 m m和 1 O 1 6 m m， 平均含泥量为O ， 泥块含量为0 ， 针片状含量 为3 6 ， 压碎指标为4 2 。 ( 7 )外加剂 ： 北京巴斯夫外加剂。 2 2试验 准 备 ( 1 )颗 粒 级 配 测 试所 用 设 备 采 用英 国 某公 司 Ma s t e r s i z e 2 0 0 0 型激光粒度分析仪 。 ( 2 )形貌及球形含 量的观察采用荷 兰某公 司的 Q u a n t a 2 0 0 J _ 扫描电子显微镜 。 ( 3 )表观密度测试设备为甘氏比重瓶 。 ( 4 )比表面积使用设备为符合我国国家标准 水 泥比表面积测定方法 ( G B 8 0 7 4 -1 9 8 7 ) 有关规定的勃 氏透气比表面积仪 。 ( 5 )需水量试验按照 用于水泥和混凝土 中的粉 煤灰 ( G B T 1 5 9 6 -2 0 0 5 ) ，采用水泥和混凝土 中的粉 煤灰需水量比试验方法测试微珠和粉煤灰需水量比。 ( 6 )化 学成 分 测 试所 用设 备 为 日本 某公 司的 X RF 一 1 8 0 0 型X射线荧光分析仪。 3 微珠与粉煤灰的物化性能 比较 3 1 微 珠 与粉煤 灰 的物 理性能 3 1 1 颗 粒级 配 比较 微珠与粉煤灰的颗粒级配分布如图1 ， 2 所示。由测 试结果分析 ， 微珠的体积平均粒径为2 3 i n ， D 5 0 为1 9 8 0 i n ； 粉煤灰 的体积平均粒径为2 5 m， D 5 0 为 1 2 6 5 8 m。 数据显示， 普通 I级粉煤灰的平均粒径是微珠的几倍 。 有研究表明 ： 粒径越小 ， 玻璃体含量越高活性越高_ 3 】 ， 火 山灰效应越强， 对混凝土的增强效应明显 ， 可改善混凝 土耐久性 。颗粒级配的分布图形也反映了微珠的颗粒 级配连续 ， 而粉煤灰的有两个峰值 ， 连续性较差。 世 最 0 1 l 1 0 粒度 z m 1 0 o 图 1 微珠颗粒级配分布图 粒 度， u m 图 2 粉煤灰颗粒级配分布图 3 1 2 微珠 与粉 煤 灰 形貌 比较 微珠与粉煤灰在扫描电镜下的形貌 比较如 图3 所 示 。 由图3 可看出， 微珠是1 0 0 的圆球体 ， 圆球体形状 规整 、 级配连续 ， 而粉煤灰颗粒是部分圆球体 ， 经测定， 粉煤灰球形颗粒的含量为6 2 5 ， 有些圆球体不规整 。 在 混凝土拌合物 中规则的圆球体具 有良好的滚珠作 用 ， 连续级配的圆球体可更好地填充空隙 ， 提高混凝土 的密实性 。 3 1 3微 珠 与粉 煤灰 物理性 能 比较 微珠与粉煤灰的物理性能比较见表3 。 2 0 1 4年 1 月 高雅静 。 等 ： 微珠粉煤灰在超 高性能混凝土 中的应用 2 9 水量与粘度 ， 所以提高了胶凝材料 中微珠的比例 ， 以降 低新拌混凝土 的粘度 ， 提高其工作性 ， 降低 施工难度 ， 同时也有利于混凝土长期的强度发展 ， 提高耐久性 。 由表6 可见 ，掺加微珠的混凝土拌合物流动性好 ， 搅拌灰轻 、 粘度低 ， 微珠的滚珠效应好 ， 3 h 不损失或损 失很小， 外加剂掺量低， 微珠的减水效应明显， 适宜超 高层 泵送 。 5 硬 化后混凝土性能 适量优质的矿物掺合料可提高混凝土耐久性 ，I 级粉煤 灰和微珠粉煤灰均能提高混凝土 的耐久性l 4 l ， 掺加微珠的混凝土具有良好的工作性 ，对其耐久性进 行研究。 5 1 力学性能 硬化后混凝土力学性能如图6 所示 。 图 6 混凝土抗压强度折线图 由图6 可看出 ， 掺微珠的混凝土3 ， 7 ， 2 8 d 抗压强度 均 比掺粉煤灰的高 ，早期和后期强度说明了微珠的活 性好 ， 能明显提高混凝土的强度 ， 利于后期抵抗破坏 ， 延长使用寿命 。 5 2抗氯离子渗透性( 电通量) 根据 普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法 标准 ) ( G B T5 0 0 8 2 -2 0 0 9 ) 中规定 ， 本试验的电通量测 试结果为 1 7 3 库仑 ， 渗透性属于很低 ， 具有 良好的抗氯 离子渗透性 。 说明机构密实 ， 抵御外界有害离子的侵蚀 能力好 ， 利于延长使用寿命 。 5 3抗碳 化 性能 试验做 了3 组9 块掺加微珠的混凝土试件 ，做6 0 d 后的抗碳化性能测试 ， 均无碳化情况发生 ， 抗碳化能力 非常好 。 6结语 ( 1 )微珠粉煤灰为完全规则的圆球体 ，具有粒径 小 、 活性高、 减水性好 、 填充性佳和需水量低的特性。 ( 2 )微珠粉煤灰应用在混凝土中，可降低外加剂 掺 量或者用水量 ， 出机拌合物粘度低 、 流速快 、 流动性 好 ， 混凝土拌合物性能适宜超高层泵送。 ( 3 )硬化 后混凝土的早期和后 期强度有明显提 高 ， 氯离子渗透低 ， 冻融后弹性模量小 ， 耐久性 良好。 参考文献 1 】 冯 乃谦 ， 李浩 纳米 微珠 的特性 与应用 J 混 凝土与 水泥制 品，2 0 1 0 ( 5 ) ： 1 - 3 2 】 谢小龙 ， 张倩倩 ， 杜广磊 ， 等 粉煤 灰“ 微珠 ” 在高性能混凝土 中的应 用基础研究叨混凝土技术， 2 0 1 2 ( 6 ) ： 1 3 1 6 3 】 付冬平 粉煤 灰的活化研究及其在注浆工程 中的应 用 D 长沙： 中南 大学，2 0 0 3 4 】 谢 友均超 细粉煤灰高性能混凝土 的研 究与 应用【 D 】 上海： 中国科学 院上海冶金研究所。 2 0 0 6 【 5 】 俞振达 ， 黄建淞 ， 岳劲 ， 等自密 实C 6 0 高 强高性能混凝 土的配制及 应用 J 】 建 筑技术 ， 2 0 1 2 ， 4 3 ( 7 ) ： 6 4 3 6 4 5