微珠在配制90MPa以上高强混凝土中的应用.pdf

微珠在配制9 O MP a 以上高强 混凝土中的应用 Mi c r o s p h e r e A p p l i e d t o P r e p a r a t i o n o f o v e r 9 0 MP a H i g h S t r e n g t h Con c r e t e 董艺徐立斌孙晖廖长生梁尧亦付成林 贵州 I 中建建筑科研设计院有限公 司 贵阳 5 5 0 0 0 6 摘要 ：微珠 是从 大型火力发 电站排放 的烟雾 中收集 的超 细微 粒 ，是一种平均粒径在 1 3 u m左右的球状玻璃体。在高 强、高性能混凝土的配制中加入微珠成分，可以有效地降低混凝土用水量，提高混凝土工作性能，同时提高混凝土的 强度和耐久性。 关键词 ：微珠 高性能混凝土 配制 试验 中图分类号：T U 7 5 5 文献标识码：B 文章编号：1 0 0 4 1 0 0 1 ( 2 0 1 3 ) 0 3 0 2 2 4 0 3 0 刖 罱 微珠是一种从大型火力发 电站排放 的烟雾中收集的超 细微粒 ，其颗粒形态好 ，粒径小。 目前这种产品已经成为 一 种性能优异的新型混凝土掺合料。笔者有幸参 与了中国 建筑第四工程局有限公司在深圳京基1 0 0 项 目以及广州珠 江新城东塔项 目中开展的超高性能、高性能混凝土技术研 究 ，在 四局各级领导的支持下 ，在清华大学冯乃谦教授的 指导下 ，参与了深圳京基c 1 2 O 超高性能混凝土及其应用技 术研究 ( 总公司科技三等奖 )、广州东塔超高层建筑施工 关键技术子课题低热低收缩C 8 0 绿色 自密实混凝 土研究。 在这些超高层建筑 的混凝土配制 以及科研项 目中，我们使 用微珠配制了C 1 2 O 超高性能混凝土，并成功将其一次性泵 送至了4 1 7 m高度，同时在广州东塔项 目，我们也使用微珠 配制了C 6 0C 8 0 各等级 的大流动度泵送混凝土 以及C 8 0 自 密实混凝 土，因此对微珠及其应用 ，也有了一点体会，在 此与各位读者共飨。 1 微珠的性能 微珠是 一种球状 的表面光 滑的颗粒体 ，粒径 为1 3 u m，是普通粉煤灰粒径的1 2 0 至1 门0 ，具有很好的填充 效应以及滚珠润滑效益 ，因而对混凝土的工作性能和强度 性能都能产生很好的帮助。在京基C 1 2 0 U H P C 的研制 中，当 时使用的微珠产品就是粒径小于1 u m的纳米级微珠 ，以微 珠、硅粉双掺的手段，配制了1 3 0MP a 左右的混凝土 ；在东 作者简介 ：董 艺 ( 1 9 8 6 一 )，男，本科 ，助理工程师。 通讯地址 ：贵州省贵阳市干平路4 号 ( 5 5 0 0 0 6 )。 收稿 日期 ：2 0 1 2 1 2 1 2 2 2 4 1 建 筑 施 工第 3 5 卷第 3 期 塔项 目，使用粒径在3 u m左右的微珠产品，也成功的配制 了6 O1 O 0 MP a 的 混凝 土。 冯乃谦教授对微珠的化学成分、微观形态等进行了详 细的分析 ，微珠的化学组成同粉煤灰的化学组成一致 ，但 其S i O， 含量较高，烧失量也相对普通粉煤灰低很多，具体 结果见表 1 所示 。 表1 微珠的化 学成分 图1 微珠的S E M照片 我们按照 用于水泥和 混凝土 中的粉煤灰 ( GB T 1 5 9 6 2 0 0 5)规范中粉煤灰的相关检测标； 隹，对微珠的需水 量比和2 8 d 活性指数进行 了检测 ，通过试验，微珠 的需水 量比一般不超过9 0 ，2 8 d 活性指数基本在1 1 O 1 1 7 左 右，这种材料具有 良好的强度增强效果 ，并具有一定 的减 水效 果 2试验材料 借助广州东塔项 目，我们在广州天达混凝土有限公司 中心实验室 ，进行了大量的高强混凝土试配工作。在试配 董艺徐立斌孙晖廖长生 梁尧亦 付成林：微珠在配制9 0 MP a ； X 上高强混凝土中的应用 中，我们使用的材料均为搅拌站用于实际生产的材料。 水泥 ( c)：广西华润 ( 平南 ) 水泥 ，P 1 1 4 2 5 R 水泥， 实测2 8 d 强度5 5 MP a 左右 ； 矿粉 ( B S F) 韶钢嘉13 B S 9 S 级矿粉 ，实测2 8 d 活性指 数1 0 0 左右 ： 粉煤灰 ( F)：福建大唐宁德火 电站I 级粉煤灰 ，2 8 d 活 性指数7 6 左右 ： 微珠 ( MB)：云南灰豹科技有限公司产品 ，实测需水 率比8 9 ，2 8 d 活性指数1 1 7 ； 硅 粉 ( S F)：埃 肯增 密硅 粉 ，实测2 8 d活性指 数 1 0 5 1 ： 外加剂 ( A)：广东博众聚羧酸高性能外加剂 ，实测 浓度2 3 ，减水率3 0 左右 ； 砂 ( S)：西江中河砂 ，细度模数2 72 9，实测含泥 量 0 6 ： 石子 ( G)：广东博罗石场51 O mm、1 02 5 mm级 配花岗岩碎石 ； 水 ：城市 自来水 ( 夏季高温环境下加碎冰冷却 )。 3 使用微珠 i e S U 高强混凝土 3 1 混凝土试件成型 、试验 与养护 本试验得到 了广州天达混凝土有限公司 的大力支持与 合作 ，在其中心实验室进行。混凝土材料在实验室I 6 0 L 强制式搅拌机中进行搅拌 ，每次搅拌4 5 L 材料。试验前使 用搅拌机预先搅拌一遍砂浆 ，以润滑搅拌机 以及 出料 口成 型铁板 ，其后将砂浆清理干净后开始试验。原材料称量前 对称量器具先进行校； 隹，以保证称量过程 的； 隹确性。称量 完成后 ，在搅拌机中先后倒入砂、胶凝材料 ，启动搅拌机 干拌2 0 s ，再加入水和外加剂的混合溶液 ，搅拌 1 2 0 s ，随 后将粗集料倒入砂浆中再进行搅拌6 0 s 。 待搅拌结束后停机出料 ，对新拌混凝土进行初始倒筒 时间、坍落度、扩展度试验，以及静停3 h 后再次进行倒筒 时间、坍落度、扩展度试验 ，最后通过振动成型方式成型 4 组 1 5 0 mm X 1 5 O mm1 5 0 mm标； 隹 立方体试件 ，用于检 测混凝土3 d 、7 d 、1 4 d 、2 8 d 四种龄期的混凝土立方体抗 压 强度。成型后的试件静止于室内成型间 ，4 h 后进行收面 抹光，2 4 h 后标记编号后拆模 ，送入养护室进行标养。 3 2 试验配合比 试验胶凝材料总用量按5 5 05 8 0 k g m 设计 ，水胶 比按照0 2 5 0 2 6 设计 ( 包括外加剂中含水 砂率按 照 4 1 一 4 3 设计 ，粗骨料按5 1 0 mm以及1 0 2 5 mm碎石 按两级配设计 ， 其 中5 1 O mm碎石用量设计为1 5 0 k g m 。 每组配合比用水量保持不变 ， 通过控制高效聚羧酸外加剂掺 量 ，保证新拌混凝土坍落度2 4 0 mm，扩展度6 5 0 mm， 倒筒时间8 s ，经过多次试验，完成了表2 所示的6 组配合比。 表2 试验配合比 编 胶凝材料 碎石 砂 5 1 ( 1 l 0 2 5 水 外加剂 号 水泥 微珠 矿粉 粉煤灰 硅粉 m m m m 1 4 0 0 O 1 5 O O 1 5 7 3 0 l 5 O 8 1 5 1 4 0 2 1 5 2 4 0 0 3 0 1 4 0 O O 7 2 5 1 5 0 8 l 5 l 4 0 2 1 O 3 4 0 0 1 O 0 5 0 0 O 7 3 0 1 5 O 8 2 5 l 3 5 1 6 4 3 5 0 3 0 1 5 0 5 0 O 7 0 0 1 5 O 8 3 5 l 3 5 1 8 5 3 5 O 6 0 1 5 O O 0 7 0 0 1 5 0 8 4 5 1 3 5 1 7 6 3 5 0 8 0 1 2 O O O 7 0 0 1 5 O 8 3 5 1 3 5 1 8 3 3 试验结果 与讨论 通过对试件混凝土进行工作性能检测和强度试验 ，分 析微珠对高强高性能混凝土中配制的影响。试验结果汇总 见表 3 。 表3 配合 比试验结果 编 倒筒时间 s 坍落 宦 mm 扩展度 mm 强度 MP a 号 初始 3 h 后 初始 3 h 后 初始 3 h 后 3 d 7 d 1 4 d 2 8 d 1 9 2 8 0 2 4 5 2 5 0 7 2 0 6 7 0 7 3 2 8 6 3 8 8 5 9 9 8 2 6 -2 6 5 2 5 0 2 6 0 6 6 0 7 2 0 8 0 5 8 8 5 1 O 2 9 1 O 3 4 3 3 5 7 O 2 4 0 2 3 0 7 1 O 6 3 0 7 9 0 8 2 - 3 9 l I 3 l 1 O _3 4 5 O 6 6 2 4 0 2 5 0 7 0 0 6 6 5 6 5 4 8 3 2 9 5 2 l 0 3 1 5 3 3 4 3 2 4 5 2 5 5 7 0 0 6 6 0 7 7 2 7 7 5 1 O 2 0 l O 7 2 6 2 - 3 3 6 2 4 0 2 4 5 6 9 0 6 7 0 6 8 2 7 5 6 9 4 2 1 O O 9 3 3 1 微珠掺量对混凝土工作性 能的影响 ( 图2 ) 嘲 徽f 球 掺 5 *赫 耘 殊 2 4 在0 2 60 2 5 的水胶比 ( 包含外加剂中水 )下 ，若只 使用单一胶凝材料或水泥 、矿粉单掺 ，聚羧酸减水剂往往 不能得到最好的效果，拌制 的混凝土黏度极大 ，流动度较 小且易粘板 ，不利于进行泵送施工。在水泥、矿粉的基础 上 ，再复掺一定量的硅粉 ，可以有效的利用硅粉的 “ 滚珠 效应 ” ，增加 混凝 土的流动性 能，降低 混凝土 的黏度使 混凝土易于施工 。但是硅粉的使用 ，会在很大程度上增 2 0 1 3 3 B u i l d i n g C 。 n s t r u c t i。 n J 2 2 5 ； 。 m 差 鲁 J l l， 裂 董艺徐立斌孙晖廖长生梁尧亦付成林 ：微珠在配制9 oMP a 以上高强混凝土中的应用 加混凝 土 自收缩值 ，这对于水胶比很低的高强混凝土而 言 ，是十分不利的，因此 ，选择具有 良好滚珠效应的微珠 进行复掺 ，对混凝土的工作性能也能产生很好的提升 ，且 不会影响混凝土 自收缩值。 从表3 所示数据 以及图2 进行的比较 ，较为明显的是随 着微珠掺量的逐渐增加，混凝土的倒筒时间逐渐减少 ，掺 入 的高效外加剂掺量也逐渐降低 ，新拌混凝土扩展度也总 体上呈现逐渐增大的趋势。在混凝土坍落度超过2 4 0 mm 后，微珠 的掺量似乎影响不大。在混凝土静停过程中，微 珠也表现了良好的保塑性能 ，掺入微珠后 ，在混凝土静停 一 段时间后 ，混凝土的黏聚性有所变化 ，但倒筒时间不会 超过8 S ，扩展度在基本满足大于6 5 0 mm时，坍落度也有所 增加，有利于混凝土的黏聚性保持在一个良好的可施工操 作范围。但是我们也注意到第3 配合比的部分工作性能参 数是低于试验设计值 的，可以分析出 ：由于微珠是细度达 到微米级的材料，在使用量较大的时候 ，也会造成混凝土 黏度增大、需水量提高的情况。当出现这一情况时 ，可以 通过增加外加剂掺量、调整砂率等方法进行微调。 3 3 2 微 珠掺量对混凝土强度的影响 微珠 由于具有减水以及细度小，活性二氧化硅、三氧 化铝含量高的特点 ，对混凝土的强度可以起到很好的增强 效果。我们按照粉煤灰 的检测方法对微珠进行活性指数检 测时，微珠的2 8 d 活性指数通常能够达到1 1 5 左右，如图 3 所 示。 爱 球掺 图3 微珠对混凝土强度的影 响 从表3 所示数据 以及图3 进行的比较，2 6 配合 比使 用微珠后 ，混凝土的强度均在2 8 d 后达到了1 O 0 MP a 以上 ， 超过了使用硅粉的1 配合比2 8d 强度，且基本上随着微珠使 用量的提高，混凝土的强度也越高。 虽然微珠用量越高 ，混凝土的强度基本上也越高 ，但 是在配合 比的选择上 ，必须要考虑成本、储量、设备生产 能力等因素的约束，来选择合适的微珠掺量。 4 微珠在预拌混凝土站的使用 微珠这种优质混凝土掺合料由火力发电站排放物中收 集而成 ，是一种绿色环保的产品，目前 已近在我国部分大 2 2 6 l 建 筑 施 工第 3 5 卷第 3 期 型项 目、免蒸压预制管桩 等项 目中得到了应用 ，在大规 模使用微珠的过程中，应注意以下事项 ( a) 微珠 目前的主要产地为昆明，使用前，需要考虑 微珠 的运输渠道以及物流成本。 ( b)在预拌混凝土站中，目前微珠 采用分包包装 ， 微珠到达搅拌站以后 ，需要设置妥善的防潮存放措施，保 证微珠的质量不受影响。 ( C) 微珠很轻 ，在从分包包装装入生产线粉料罐过程 中，无法使用搅拌站 已有的粉料上罐气泵系统 ，需要采用 专用的气泵设备 ，或者采用吊车将包装直接吊送至储罐顶 部 ，通过打开罐顶 ，直接装入粉料罐。 ( d)由于微珠细度 J 、 ，其本身容 易形成 团聚 ，必须 对粉料罐至物料称量 系统之间的运输机构进行改装，才可 以实现机械化生产。 ( e)同样是由于微珠质量较轻的原 因，微珠在称量 过程中称量速度较水泥、粉煤灰和矿粉之类的粉料会慢很 多 ，若微珠使用量较 多，可能会影响生产效率，影响搅拌 站出车频率 ，从而影响现场的施工速度。 ( f ) 微珠颜色较深，配制的混凝土颜色也较深，同时 混凝土在浇筑后，也容易在面层 出现微珠浮浆 ，因注意予 以清除。 除 了以上提到 的注意事项 ，使用微珠进行混凝土的 配制过程与常规混凝土生产过程没有其他不同，搅拌站仍 然可以使用原有的生产工艺进行掺微珠的混凝土生产。 目 前 ，我们 已在广州某项 目工地中，使用微珠配制 了C 8 0 、 C 6 0 高性能混凝土 ，并应用于该项 目的外框巨柱 以及核 心 筒剪力墙结构 。 5 结语 通过对搅拌站常规材料、部分生产工艺改进后，可以 通过复掺微珠的方式配制9 O1 O 0MP a 的高强混凝土 ，其混 凝土具有优异的工作性能。 微珠 对混凝 土的工作 性能和 强度都 有很好 的增 强效 果 ，在一定掺量范围内，混凝土工作性能优差与微珠掺量 成正 比，而混凝土的强度与微珠的掺量亦成正比。 在使用微珠的过程中，因综合考虑预拌混凝土搅拌站 的生产能力，保证生产、施工有序进行。 I 冯乃谦， 李浩 纳米微珠的特性与应用 J 混凝土与水泥制品 20 1 O ( 5 ) ： 1 3 2 李富清， 薛延信， 张海洋 不同掺合 料对高性能混凝土工作性能影响 的试验研 究 J j 混凝土， 2 0 1 2 ( 1 ) ： 5 8 6 1 3 孟凡深， 王子敬 掺合料 对混凝 土收 缩影响及 收缩模 型分析 水电 能源科学， 2 0 0 9 ( 5 ) 1 6 3 1 6 5 4 冯乃谦 高性能混凝土结构 机械工业 出版社， 北京： 2 0 0 4