摘 要： 高流态混凝土是近年研究开发成功的一种特种混凝土， 本文介绍高流态混凝土的定义、 指标、 特性， 并着重介绍采用粉煤灰配制高流态混凝土的技术。
关键词： 高流态混凝土 粉煤灰
分类号： TU582.2 文献标识码： A
文章编号： 1005－8249(2000)01－0001-06
Super Workable Concrete Used with Fly Ashes
Gu Zhangzhao Wu Xueli Zhang Lingyi
(Shanghai Architecture Scientific Research Institute) (Tongji University, 200043)
Abstract：Super Workable Concrete is a special concrete that has been successfuly developed in recent years. In this paper, introduces the definition, indications and characteristics of Super Workable Concrete especially the technology of super workable concrete to be made with fly ashe.
Key words：super workable concrete fly ash▲
1 高流态混凝土的发展
1.1 高流态混凝土
高流态混凝土(Super workable concrete)是指具有高流动度及高稳定性的混凝土。它依靠混凝土的自重，在免振的条件下即可对钢筋密集结构，空间狭窄且形状复杂的结构进行施工。
高流态混凝土首先由日本开发成功，称作高流动コンクリト。随后工业发达国家也相继开发名称不一但性质相同的混凝土。如Flowable concrete, Self-compacting concrete, Self-leveling concrete等。
高流态混凝土的最大特点是施工质量好、速度快，并能降低施工强度及消除噪音。日本明日海峡大桥70余万m3预应力桥墩的施工由于采用了高流态混凝土，不仅施工质量好，而且缩短了20天施工周期。
1.2 高流态混凝土标准
日本于1988年开发高流态混凝土，1992年由日本建筑学会牵头会同混凝土各有关协会建立了高流态混凝土标准、材料、配比与性能、制造、施工及管理等7个调查及研究小组，1996年对7个小组的科研成果进行审议，1997年制定了高流态混凝土的材料、配比、制造及施工指南。
根据日本JASS5，高流态混凝土应符合这样一些标准：展开值50～70cm,泌水率<0.3cm3/cm2,28天强度>25MPa,弹性模量20GPa,收缩<8×10-4，碳化值<25mm。
1.3 粉煤灰高流态混凝土
高流态混凝土的自流平性能主要依靠掺入高效减水剂。稳定性是指新拌混凝土抵抗离析的能力，可由泌水率表示。粉料、稠化剂及二者的复合均可有效地提高高流态混凝土的稳定性。广义的粉料可包括水泥，活性及非活性矿物外加剂。最常用的粉料为粉煤灰，矿渣粉及碳酸钙粉。一般特别是大工程往往复合使用这些粉料。
粉煤灰一般不需要细磨加工。由于大量玻璃珠存在，混凝土需水量较低，是一种优质价廉的粉料。因此，粉煤灰高流态混凝土普遍受到关注。粉煤灰高流态混凝土的掺灰量一般占胶凝材料总量的30～60%，常用的掺量为50%，并复合少量稠化剂。
2 新拌高流态混凝土特性及分类
2.1 新拌混凝土特性
新拌高流态混凝土应兼有较高流动性及稳定性。如图1所示，此二特性是一对矛盾，但它们在一定范围内也有一定的相容区，此时兼有较好的流动性及稳定性，易密性也较好。
图1 新拌混凝土性能
图2 新拌混凝土的流变性能
2.2 高流态混凝土分类
高流态混凝土一般可分为三类，即矿粉类，稠化剂类及复合类。其组成列于表1。
表1 高流态混凝土类型
| 类型 | 材料体积(kg/m3) | 水料比(%) | 稠化剂 |
| 矿粉类 | 500～600 | 30～35 | 无 |
| 稠化剂类 | 300～400 | 40～55 | 多 |
| 复合类 | 400～500 | 30～40 | 少 |
2.3 粉煤灰混凝土特性 粉煤灰高流态混凝土内的粉料主要由水泥及粉煤灰组成，其总量为400～500kg/m3，粉煤灰的掺量F/(C+F)波动于0.3～0.6，同时加少量稠化剂提高混合料的稳定性，因此粉煤灰高流态混凝土是矿粉与稠化剂复合型的高流态混凝土。 由于粉煤灰大部分为具有光滑表面的玻璃球，在维持相同工作度的条件下，可降低混合料的用水量。其缺点是碳分易使混凝土质量不稳定。粉煤灰流态混凝土在固化过程可降低水化热及温升，同时，由于水胶比较低，与一般流态混凝土相比，它结构致密，抗化学侵蚀能力强。由于火山灰反应速度慢，粉煤灰流态混凝土早期强度较低，但后期强度增长较快。 3 高流态混凝土配合比设计 3.1 高效减水剂的选择
图3 稠化剂掺量与泌水率的关系 假定工程现场砂子含湿量浮动于0.5～1.0%之间，此时混凝土的用水量可能相应增大5～10kg/m3。为此，并进行砂子这一含湿量浮动范围的适宜稠化剂掺量试验。结果示于表2，当用水量在最佳用水量上增加5kg/m3时，掺入0.05%稠化剂，即可有较好的砂浆流动度。当用水量增加10kg/m3时，掺加0.12%稠化剂，漏斗通过时间及泌水率就可能保持较好的性能。 表2 稠化剂掺量及稳定性评估 |
| 稠化剂掺 量(Wx%) |
用水量增加5kg | 用水量增加5kg | ||||
| 砂浆流 动度 |
漏斗流 动度 |
泌水 率 |
砂浆流 动度 |
漏斗流 动度 |
泌水 率 | |
| 0.03 | X | 0 | X | X | 0 | X |
| 0.05 | 0 | 0 | 0 | X | 0 | X |
| 0.12 | X | X | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 0.24 | - | - | - | X | X | 0 |
3.3 配合比试验 配合比试验的目的是寻找一个流动度与稳定性相平衡的自密实性能最佳的粘度。 3.3.1 需水量及高效减水剂量试验(砂浆试验) 高流态混凝土具有最佳自密实性能时的展开值，估计为60±5cm，实践经验显示，展开值超过70cm时会产生分离，而小于50cm时工作性能亦不理想。所以测了混凝土的展开值为60±5cm时的砂浆流动度值。大量试验结果确认此时砂浆的流动度应为260±10mm，因此此值即定为砂浆流动度的标准。 高流态混凝土内砂浆的另一主要性能是在一特制漏斗中的流出时间。当砂浆流动度同样达到260±10mm的条件下，如采用低用水量与高剂量高效减水剂匹配，流出时间就增加；相反高水量，低剂量高效减水剂配伍，砂浆的流出时间就缩短。因此，为达到同一流出时间，用水量与高效减水剂剂量的匹配是无限的。砂浆的流出时间对泌水性有很大影响，当流出时间约10s时，砂浆的泌水率最低，低于或大于此值时，泌水率都增加。其原因是当流出时间显著超过10s时，需掺入大量高效减水剂，后者过分的分散作用会导致混合料的分离。相反，流出时间显著低于10s时，过量的水分会增加不稳定性。因此，为使混合料性能稳定，应通过用水量与高效减水剂剂量的配伍试验，以得到最佳稠度，使砂浆的流出时间保持在10s左右。 3.3.2 粉料体积的选择(混凝土试验) 用粉煤灰与稠化剂复合配制高流态粉煤灰混凝土时，粉料用量一般为400～500kg/m3(表1)。具体的混凝土粉料量可通过混凝土的展开值、漏斗流出时间及两种砂浆流动度差值来确定。流动度差值是指加入粗骨料前的砂浆流动值与混凝土湿筛去粗骨料的流动值之间的差值。图4为某一粉煤灰掺量的50%的试验结果。它显示粉料量在某一范围内时其砂浆流动值差较小。由于混凝土内的浆体吸附在粗骨料上，筛去粗骨料后，砂浆内的净浆量便减少了。图4的试验结果显示这一剩余的浆体量。换言之，这一微弱的流动度差意味着尚有足够的残余浆体使混凝土具有充分的流动度及稳定性。但当粉料量太少时，砂浆内的浆体量由于筛去粗骨料而降低，致使流动度变小，并且当粉料量太多时，浆体的稠度提高，使骨料表面形成一富含浆体的厚砂浆层，它降低了游离浆体量，使湿筛后砂浆的浆体量很少，也降低了混凝土的流动度。
图4 粉料用量对混凝土工作性能的影响 高流态混凝土的漏斗流出时间很短(约20s)，几乎正好在砂浆流动差值的同一区域，此时混凝土的粉料量在450及500kg/m3之间。
图5 粉煤灰混凝土配合比设计程序 (2)试件 根据强度、水化热及其它性能要求，先用不同粉煤灰掺量与水泥分别混和，以不同粉煤灰配制高流态混凝土的试拌配合比设定如下： 4 有效工作时间及凝结时间的控制 大剂量高效减水剂的使用，延长了混凝土的凝结时间，同时亦增加了有效工作时间。假如有效时间及凝结时间都可控制，就有可能进行混合设计以适应不同的工作条件(特别是高效减水剂的选择及其掺量的确定)。
图6 砂浆流动值与缓凝型减水剂混合化间的关系 假如以砂浆流动度260±10mm作为可工作的条件，由图6所得到的有效工作时间列于表3。通过R%与有效时间的关系，就可按有效时间的要求来确定R%。表3及图7指出，R提增至50%对凝结时间没有太大影响。因此，R值增大至50%，实际上并不延缓凝结，而有效工作实际则可维持约150mm。 表3 缓凝型配合比有效工作时间及凝结时间 |
| 高效减水剂(聚羧酸型) | 有效工 作时间 (min) |
初凝 时间 (h∶m) |
终凝 时间 (h∶m) |
备注 | ||
| 数量 (kg) |
8S混合 比(%) |
8R混 合比(%) | ||||
| 6.5 | 100 | 0 | 10 | 9∶12 | 12∶34 | 有效工作 时间：砂浆 流动值 260±10mm 凝结时间： JISA6204 (附属文 件1) |
| 6.6 | 80 | 20 | 90 | - | - | |
| 6.7 | 70 | 30 | 120 | 10∶25 | 14∶51 | |
| 6.8 | 60 | 40 | 130 | - | - | |
| 6.8 | 50 | 50 | 150 | 10∶34 | 14∶36 | |
| 7.3 | 30 | 70 | 180 | 14∶48 | 22∶46 | |
| 7.6 | 0 | 100 | 180或 >180 |
21∶21 | 35∶43 | |
|
图7 高效减水剂混合比与有效工作时间及凝结时间的关系 当有效时间需要大约150min时，增大R%时将同时延长凝结时间。因此根据有效时间及凝结时间的需要可以选定R%值。环境温度对外加剂有影响，试验室内20℃所得的试验结果不一定符合冬季或夏季施工。因此施工时应考虑季节的影响，在选用高效减水剂前应检验温度的作用。 5 高流态粉煤灰混凝土性能 5.1 抗压强度及温升
图8 粉煤灰取代率与抗压强度的关系 图9为粉煤灰取代量为30%、50%及70%时的混凝土绝热温升曲线，与图8中所示的强度变化相对应。随着粉煤灰取代量增加，温升逐步降低。如以30%取代率，7天后的强度温升比为例，此值(fc7/℃)为0.45N/mm2/℃；50%取代率时为0.41N/mm2/℃；70%取代率时，此值为0.30N/mm2/℃。表明强度随着取代率的增加而降低。但在某些建筑中对温升的考虑优先于强度。在这些案例中，如图9所示，由于取代率提高，降低了最终温升，即取代率越高越好。为便于比较，同时试验了贝利特水泥，后者温升小，起始温升及速度也较低。试验结果表明，当粉煤灰取代率等于或大于50%时，高流态粉煤灰混凝土的绝热温升低于贝利特水泥。利用这种方法大掺量粉煤灰混凝土可有效地抑制混凝土的温升。上述结果表明，粉煤灰取代率可以控制混凝土的温升强度以适应某一特定结构的需要。
图9 粉煤灰高流态混凝土的绝热温升 5.2 抗冻性能
图10 高流态粉煤灰混凝土使用AE剂后的抗冻性 结 论 本文简要地介绍了高流态粉煤灰砼的研究结果及其设计方法。高流态粉煤灰混凝土及其它类型高流态混凝土可免除振动使施工更加合理化。但还有一些问题尚待解决：一是经济效益；二是生产控制。经济效果必须从新拌混凝土的使用性能及其硬化后耐久性的整体角度来评估其价格，同时必须编制出一施工手册来指导生产控制， 使用户可按本文提出的设计方法在现场快速作出反应。■ 作者单位：谷章昭（上海市建筑科学研究院） |
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