超高性能混凝土（UHPC）是一種具備高強(qiáng)度、高韌性、低孔隙率、高耐久性的纖維增強(qiáng)水泥基材料，被公認(rèn)為未來(lái)極具發(fā)展前景和應(yīng)用價(jià)值的一種新型結(jié)構(gòu)材料。盡管在過(guò)去的三十年中，各國(guó)已經(jīng)開展了超高性能混凝土及其成分相關(guān)的深入研究，150MPa的UHPC在振動(dòng)與高溫養(yǎng)護(hù)條件下配制工藝相對(duì)成熟，但在沒有特殊處理的情況下，在沒有特殊情況下有一定的難度（如熱養(yǎng)護(hù)，加壓或振動(dòng)）。由于硅灰具有較高的活性效應(yīng)與良好的微珠效應(yīng)，在大多數(shù)UHPC與RPC中，其最佳摻量達(dá)到了15%～30%，又因?yàn)楣杌揖哂休^大的比表面積，大摻量情況下，流動(dòng)度較差，必須使用振動(dòng)成型條件，而且硅灰在常溫下活性效應(yīng)發(fā)揮有限，因此高溫養(yǎng)護(hù)又是其獲得優(yōu)良力學(xué)性能的重要條件。隨著UHPC在建筑各個(gè)領(lǐng)域逐漸的廣泛使用。自密實(shí)與免蒸養(yǎng)是對(duì)UHPC提出的新的性能要求。

粉煤灰微珠（以下簡(jiǎn)稱微珠）是一種新型超微粉體材料，是利用優(yōu)質(zhì)粉煤灰經(jīng)過(guò)獨(dú)特工藝精選、加工而成的超細(xì)且具有連續(xù)粒徑分布的一種亞微米、完美的正球狀粉體產(chǎn)品。粉煤灰微珠具有活性高、低水化熱、質(zhì)輕、耐腐蝕、抗壓強(qiáng)度高、流動(dòng)性好和熱穩(wěn)定性好等優(yōu)異功能，可作為高性能混凝土的新型活性超微骨料。

本文通過(guò)顆粒堆積密實(shí)度測(cè)試方法進(jìn)行配合比試驗(yàn)，研究粉煤灰微珠對(duì)UHPC堆積密實(shí)度、抗壓強(qiáng)度的影響，從而制備出28d抗壓強(qiáng)度140MPa，56d抗壓強(qiáng)度150MPa的自密實(shí)免蒸養(yǎng)UHPC。

1   試驗(yàn)部分

1.1  試驗(yàn)原材料

（1）水泥：海螺P·O 52.5級(jí)水泥。

（2）粉煤灰微珠：內(nèi)蒙古某廠生產(chǎn)的粉煤灰微珠，圖1為微珠顆粒形貌，由圖1可見微珠表面光滑，且均為標(biāo)準(zhǔn)球形，粒徑大多分布于0.5～4μm之間，可以很好的填補(bǔ)水泥與硅灰之間的連續(xù)粒徑分布的缺失。表1為微珠與粉煤灰、硅灰的化學(xué)成分，可見微珠中SiO₂和Al₂O₃含量較粉煤灰高，各種非活性雜質(zhì)較少，SiO₂是玻璃體的主要成分，也是形成水化硅酸鈣凝膠的主要來(lái)源，而粉煤灰中的SiO₂、Al₂O₃對(duì)粉煤灰的火山灰性質(zhì)貢獻(xiàn)很大，一般含量越多，粉煤灰的火山灰活性越大。

（3）硅灰：山東淄博生產(chǎn)的微硅灰，SiO₂＞94%，比表面積20900m²/kg。

（4）石英砂：本文選用20～40目、40～70目的石英砂，通過(guò)傳統(tǒng)方法測(cè)試堆積密實(shí)度，當(dāng)20～40目∶40～0目=0.5∶0.5時(shí)，堆積密實(shí)度最高，堆積密度1915kg/m³，密實(shí)度72.3%。

（5）外加劑：西卡540粉體減水劑。

1.2  試驗(yàn)方法

拌合物堆積密實(shí)度的測(cè)試采用濕顆粒堆積密實(shí)方法，Kwan等通過(guò)分析、試驗(yàn)對(duì)比與驗(yàn)證，發(fā)展了粉體堆積的濕法試驗(yàn)測(cè)試方法，能較準(zhǔn)確測(cè)量膠凝材料或粉體在真實(shí)狀態(tài)下（與水拌和以及在減水劑作用下）的堆積密實(shí)度。

濕顆粒堆積密實(shí)度測(cè)試方法的原理很簡(jiǎn)單，即，將膠凝材料（粉體）以不同復(fù)摻比例與不同水膠比拌合，根據(jù)各種顆粒的密度與含量，計(jì)算出拌合物膠體材料顆粒體積與漿體體積之比，即為顆粒堆積密實(shí)度，此數(shù)值越大，對(duì)應(yīng)的漿體空隙率越小。通過(guò)前期試驗(yàn)，膠凝材料凈漿在190～210mm之間的流動(dòng)度，砂漿在270～290mm之間的流動(dòng)度時(shí)具有較高的堆積密實(shí)度。

依據(jù)GB/T2419-2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》，測(cè)定膠凝材料凈漿強(qiáng)度，采用40mm×40mm×160mm試塊。依據(jù)JGJT 283-2012《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》與GB/T31387-2015《活性粉末混凝土》測(cè)定UHPC強(qiáng)度，試塊采用100mm立方體試塊。澆筑均采用自密實(shí)，養(yǎng)護(hù)為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。

2   試驗(yàn)配比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)結(jié)果

本試驗(yàn)研究在低水膠比的條件下礦物摻合料摻量對(duì)凈漿堆積密實(shí)度與強(qiáng)度的影響，配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表2、表3。為了保證凈漿與砂漿具有良好的自密實(shí)效果與較高的堆積密實(shí)度，凈漿應(yīng)保證在凈漿試模測(cè)試條件下具有190～210mm之間的流動(dòng)度，砂漿應(yīng)保證在截錐試模測(cè)試條件下具有270～290mm之間的流動(dòng)度。A0和B0分別為純水泥與水泥∶硅灰=1∶0.1的空白對(duì)照組。

表2中，A4配比的強(qiáng)度較高，以其為基本復(fù)摻比例，表3為硅灰摻入水泥與微珠復(fù)合膠凝材料，等質(zhì)量代替復(fù)摻的膠凝體系，配合比與試驗(yàn)結(jié)果見表3。

3   試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1  微珠摻量對(duì)凈漿性能的影響

微珠對(duì)凈漿的堆積密實(shí)度和強(qiáng)度的影響如圖2所示，微珠摻量對(duì)凈漿的需水量與強(qiáng)度的影響如圖3所示。

從圖2、圖3可以看出，凈漿的抗壓強(qiáng)度與凈漿的濕顆粒堆積密實(shí)度有很大的正相關(guān)，隨著微珠摻量的不斷增加，凈漿濕顆粒堆積密實(shí)度先增加后減小。由于微珠的粒型較好，且粒徑小于水泥，有效的填充了水泥顆粒之間的空隙，在保證流動(dòng)性良好的情況下，不斷降低水灰比，但是強(qiáng)度并沒有不斷增加，主要是因?yàn)槿绻麚搅窟^(guò)大，微珠量超過(guò)最佳水泥縫隙填充量，多余的微珠既起不到填充效應(yīng)且微珠與水不能發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，因此微珠最佳摻量為20%。微珠作為粉煤灰中粒型較好、活性較好的部分，其活性也發(fā)揮較慢，因此其后期活性發(fā)揮較明顯。

3.2  硅灰摻量對(duì)凈漿性能的影響

硅灰摻量對(duì)凈漿需水量的影響如圖4所示，對(duì)凈漿密實(shí)度與強(qiáng)度的影響如圖5所示。

由于硅灰的粒徑小、比表面積比較大，從圖4、圖5可以看出，同樣流動(dòng)度下，單摻10%（第一個(gè)柱形圖）硅灰的凈漿需水量較大，流動(dòng)性不好，濕顆粒堆積密實(shí)度較低，抗壓強(qiáng)度也較低，需要與微珠復(fù)摻使用。從圖5中可以得出，硅灰略微提高自密實(shí)凈漿的28d抗壓強(qiáng)度，56d強(qiáng)度與單摻微珠抗壓強(qiáng)度差不多，考慮到對(duì)流動(dòng)度的影響，最佳硅灰摻量為6%~12%。因此，在常溫條件下，硅灰的活性效應(yīng)發(fā)揮有限，與學(xué)者H.Zanni用SINMR（核磁共振波譜法）定量分析常溫下硅灰的反應(yīng)程度結(jié)論一致。其研究結(jié)果表明在養(yǎng)護(hù)溫度20℃的情況下進(jìn)行56d的水養(yǎng)只有10%的硅灰發(fā)生反應(yīng)；在養(yǎng)護(hù)溫度為90℃的情況下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)48h，56d齡期有49%的硅灰發(fā)生反應(yīng)。

通過(guò)試驗(yàn)，在水泥∶微珠∶硅灰=1∶0.2∶0.1膠凝體系下，當(dāng)砂膠比為0.8～1時(shí)，砂漿漿體具有良好的流動(dòng)性，摻入2%的鋼纖維，可以配制出常溫養(yǎng)護(hù)28d抗壓強(qiáng)度140MPa，56d抗壓強(qiáng)度155MPa的自密實(shí)UHPC。

4   結(jié)論

（1）粉煤灰微珠良好的形態(tài)效應(yīng)可以大大降低漿體的需水量，提高漿體的流動(dòng)度。加之微珠活性比一般粉煤灰要高，其形態(tài)與火山灰雙重效應(yīng)將提高漿體的抗壓強(qiáng)度，且后期強(qiáng)度提高明顯，最佳摻量為10%~25%。

（2）在常溫條件下，硅灰的活性發(fā)揮有限，可以略微提高微珠水泥復(fù)摻體系常溫28d抗壓強(qiáng)度，由于其對(duì)流動(dòng)度的不利影響，最佳摻量為6%~12%。

（3）當(dāng)膠凝體系為水泥∶微珠∶硅灰=1∶0.2∶0.1時(shí)，膠凝凈漿具有良好的流動(dòng)度與抗壓強(qiáng)度，可以達(dá)到150MPa。在上述膠凝體系下，當(dāng)砂膠比為0.8~1時(shí)，加入2%的鋼纖維，可以獲得常溫條件下28d抗壓強(qiáng)度140MPa的自密實(shí)UHPC。

（4）膠凝材料凈漿的抗壓強(qiáng)度與濕顆粒堆積密實(shí)度有著很強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。