低碳低水泥用量自密实混凝土的研究

杭美艳，兰英静，高 萌，孙成晓

（1.内蒙古科技大学，包头 014010；2.包头市钢鹿建筑材料有限公司，包头 014010）

自密实混凝土是高性能混凝土的重要组成部分，因其优良的工作性能、力学性能、耐久性能等优势已成为现代混凝土发展的主要方向之一。自密实混凝土将拌合物的塑性、流动性、粘性、抗材料离析性达到协调统一的效果［1］，在达到高流动度要求的同时拌合物不离析、不泌水、和易性好。因自密实混凝土具有优越的流动性能在浇筑时不会出现蜂窝、麻面现象，提高混凝土结构的质量［2］。该文配制自密实混凝土大量掺用粉煤灰、磨细矿渣等工业废料，实现了低碳低水泥用量自密实混凝土的配制，同时自密实混凝土又是一种绿色的新型高性能结构材料。

1 原材料与试验方法

1.1 原材料

1）水泥：冀东P·O 42.5，标准稠度用水量26.7%，28d抗压强度为54.8MPa，其余各项指标符合GB 175—2007要求；

2）砂：Ⅱ区中砂，含泥量2.8%，细度模数2.64；

3）石子：碎石，5～20mm连续级配，其余各项指标符合JGJ 52—2006要求；

4）粉煤灰：包头达旗电厂Ⅱ级灰；需水量比为99.3%，活性指数80.0%，其余指标符合GB 1596—2005要求；

5）矿渣粉：包头宏伟公司S 75级矿渣粉；7d活性指数58%，28d活性指数77%，流动度比101%；其余指标符合GB 18046—2008要求；

6）膨胀剂：硫铝酸钙类，28d无收缩，其他指标符合GB 23439—2009；

7）减水剂：聚羧酸减水剂产于包头钢鹿建材公司，减水率大于35.1%，萘系减水剂产于包头钢鹿建材公司，减水率大于25.0%，其余指标符合GB 8076—2008要求；

8）水：普通自来水，符合JGJ 63—2006要求。

1.2 试验方法

自密实混凝土拌合物工作性能测定方法参考GBJ 80—85《普通混凝土拌合物性能试验方法》和CECS 203—2006《自密实混凝土应用技术规程》进行。力学性能依据国家标准GB/T 50081—2002即《普通混凝土力学性能试验方法标准》中相关规定进行试验。

混凝土弹性模量和抗折试验的试件尺寸为100mm×100mm×400mm。

2 配合比设计

利用双掺技术改善拌合物流动性能及混凝土后期强度，利用高效减水剂改善新拌混凝土的工作性能并降低水胶比提高混凝土强度，选用优质骨料配置抗压强度50MPa以上、坍落度达到240mm以上、扩展度达到600mm以上的混凝土。

通过前期试验室调配以及后期的调整，最终得到如表1所示的配比。

表1 自密实混凝土配合比 kg/m3

根据表2的数据，配制的自密实混凝土的排碳量计算为88.136kg/m3，而同强度等级的普通自密实混凝土排碳量177.967kg/m3，比普通自密实混凝土明显降低，是普通自密实混凝土的49.52%。

表2 混凝土原材料的排碳量［5］ kg/t

该文研制的低碳低水泥用量自密实混凝土水泥用量仅为180kg/m3，与普通自密实混凝土的370kg/m3相比，水泥用量减少190kg/m3，按照水泥价格360元/t，可节约成本68.4元/m3。

3 性能测试及分析

3.1 新拌混凝土性能测试结果及分析

普通自密实混凝土与低碳低水泥用量自密实混凝土的新拌混凝土性能试验结果如表3所示。

表3 自密实混凝土新拌性能测试结果

从表3的试验数据可以看出，使用较少胶凝材料所配置的低碳低水泥用量自密实混凝土的工作性能较好，该混凝土的坍落度较大，流动性较好，流动性损失小，60min坍落度依然高达255mm，扩展度650mm，T50时间为4.2s。普通自密实混凝土的初始流动性比低碳低水泥用量自密实混凝土稍好，但60min后的流动性稍差，这主要是由于普通型自密实混凝土所用胶凝材料较高，水泥用量较高，水化较快引起的。总体来说，采用低碳低水泥用量配置的自密实混凝土的新拌性能与普通自密实混凝土基本相同。

3.2 混凝土硬化后性能试验结果及分析

普通自密实混凝土与低碳低水泥用量自密实混凝土硬化后性能试验结果如表4所示。

表4 自密实混凝土力学性能试验结果

混凝土硬化后的力学性能试验结果如表4所示，从表4的试验结果可以看出：

1）与普通自密实混凝土相比，低碳低水泥用量自密实混凝土的早期抗压强度偏低，但56d抗压强度达到62.5MPa，超过了普通自密实混凝土的抗压强度。

2）低碳低水泥用量自密实混凝土28d的静弹性模量比普通自密实混凝土稍高。弹性模量越大，混凝土发生一定弹性变形所需的应力也越大，即在一定应力作用下，发生弹性变形越小。

3）用低碳低水泥用量配置的自密实混凝土28d抗折强度高于普通自密实混凝土抗折强度。一般混凝土抗折强度越高，混凝土的质量越好，混凝土耐久性越好。

低碳低水泥用量自密实混凝土比普通自密实混凝土节约胶凝材料约190kg/m3，大大降低了混凝土生产成本。此外，这对减少混凝土的干燥收缩、提高抗裂性能有很大促进作用。粉煤灰与矿渣粉双掺可以改善拌合物的和易性，改善界面孔结构分布，增加界面间作用力，增加混凝土密实性，提高混凝土的强度及耐久性［6］。

4 结 论

该文对比了低碳低水泥用量自密实混凝土与普通自密实混凝土的性能，通过对新拌混凝土性能、硬化后性能的试验得出以下结论：

a.采用聚羧酸减水剂，双掺粉煤灰与矿渣粉，以180kg/m3的水泥用量，445kg/m3的总胶凝材料用量配置的自密实混凝土排碳量仅为88.136kg/m3，与同强度等级的普通自密实混凝土排碳量177.967kg/m3相比明显降低。

b.用低水泥用量配制的自密实混凝土经济效益显著。

c.研制的低碳低水泥用量自密实混凝土和易性好、流动性保持性好，28d强度可达到53.8MPa，56d可达到62.5MPa，与普通高水泥用量自密实混凝土力学性能相当。

d.低碳低水泥用量自密实混凝土28d静弹性模量和28d抗折强度均高于普通自密实混凝土。

［1］ 何小芳，张义顺.自密实高性能混凝土双掺技术的研究［J］.焦作工学院学报，2004（6）：483－486.

［2］ 朱敏涛，张 雄.自密实混凝土的优化设计［J］.混凝土，2006（8）：56－60.

［3］ 潘书亮.粉煤灰自密实混凝土性能研究与应用［D］.河北工程大学，2011.

［4］ 王灿坤.聚羧酸在自密实混凝土中的应用［J］.商品混凝土，2012（3）：48－50.

［5］ 刘 猛，李百战，姚润明.水泥生产能耗内含碳排放量分析［J］.重庆大学学报，2011，34（3）：116－120.

［6］ 王成启，张悦然.复掺粉煤灰与矿渣粉的海工自密实高性能混凝土试验研究［J］.2012（2）：40－45.