硅灰裹石掺粉煤灰提高混凝土路用性能研究

孙家瑛　陈志源　吴初航　陈建祥

摘　要：着重研究采用硅灰裹石法对于提高混凝土路用性能的影响。研究结果表明：硅灰裹石掺粉煤灰高性能道路混凝土抗折强度比双掺硅灰、粉煤灰高强度混凝土提高20%左右，脆度系数降低30%左右，耐磨性提高15%以上。此外，对硅灰裹石法提高混凝土路用性能的机理进行了探讨。
关键词：硅灰裹石；路用性能；脆度；耐磨性；抗折强度
中图分类号：TU528　　文献标识码：A　　文章编号：1002-3046(1999)04-17

Influence of Silica Fume Coated Aggregate on Properties of Road
Concrete With Adding Flyash

Sun Jiaying
(Shanghai Municipal Engineering Research Institute,Shanghai 200031)
Chen Zhiyuan
(Tongji University,Shanghai 200092 China)
Wu Chuhang
(Shanghai Municipal Engineering Research Institute,Shanghai 200031)
Chen Jianxiang
(Shanghai Municipal Engineering Research Institute,Shanghai 200031)

Abstract：The effect of coating aggregate surface with silica fume on improving the properties of road concrete is researched in this paper.The results show that the flexural strength of road concrete with coating aggregate surface with silica fume enhances 20%,brittleness coefficient decreases 30% and abrasion resistance increases 15% compared with concrete with adding silica fume.It is discussed and analyzed the mechanism of enhancing the properties of road concrete with silica fume coated aggregate.
Key words：silica fume coated aggregate;properties of road concrete;brittleness;abrasion resisttance;flexural strength▲

　　水泥混凝土道路置于自然环境下长期承受着以交通为主的载荷-卸荷的作用，因此要求道路混凝土具有足够的抗折强度、低的脆度系数和优良的耐磨性能。然而普通混凝土抗折强度较低，而双掺硅灰、粉煤灰高强混凝土虽然抗折强度有所提高，但同时脆度系数也随之增大^〔1〕，降低了道路混凝土的耐久性能。为此有必要对路用混凝土结构和性能进行改善和研究，以满足市政道路混凝土的需要。由大量研究工作者对混凝土界面区域结构与性能研究结果表明：提高界面粘结强度可以降低混凝土的脆度^〔2，3〕。但是应用硅灰裹石法对于提高混凝土路用性能的研究至今还未见报道。笔者着重研究了采用硅灰裹石法对于提高混凝土路用性能的影响，并加以讨论。

1　实验方法
1.1　原材料
　　水泥：三航局小野田水泥有限公司江南牌525^#普硅水泥。其化学成分及性能列于表1和表2中。

表1　江南牌525^#普硅水泥的化学成分质量分数　　%

表2　江南牌525^#普硅水泥的性质

表3　活性混合材化学成分质量分数　　%

2　结果与讨论
2.1　硅灰裹石掺粉煤灰混凝土力学性能
　　目前配制高强混凝土多采用活性混合材，如掺加超细矿渣粉、硅灰、粉煤灰、磨细沸石粉等，因目前尚未见有关硅灰裹石掺粉煤灰方法对混凝土抗折强度影响的报道，故本研究进行了这方面的探讨。表4列出了所测混凝土的配合比。

表4　混凝土配合比

注：粗集料裹石处理是采用等量的水泥与硅灰经球磨机均匀混合后的材料。

　　各种类型混凝土强度列于表5，硅灰裹石掺粉煤灰混凝土强度随硅灰裹石量的变化见图1。

表5　各种配合比混凝土强度

图1　硅灰裹掺体系混凝土强度随硅灰裹石量变化

　　由图中结果可以看出，硅灰裹掺体系对高性能混凝土的抗压强度几乎没有影响，但明显影响高性能混凝土的抗折强度。当硅灰裹石量占整个体系混凝土硅灰掺量50%时，其抗折强度最高。并由表5结果可知该体系混凝土的抗折强度甚至高于水灰比(w_W／w_C)为0.31的双掺硅灰、粉煤灰的高性能混凝土。这是由于硅灰裹石不仅影响裹掺体系混凝土中水泥浆与集料界面结构与性能，而且影响该体系水泥浆本体的结构与性能。当硅灰裹掺体系中硅灰全部用在裹石中，水泥浆本体就以粉煤灰和水泥为主，它本身抗折强度明显小于掺硅灰水泥浆抗折强度，而界面由于硅类的物理填充效应和火山灰效应使其结构致密、强度提高，此时体系的抗折强度由水泥浆本体抗折强度所控制。当硅灰裹掺体系中硅灰裹石量小于50%时，界面结构仍比水泥浆本体疏松，此时体系的抗折强度由界面结构与性质所控制，反映在宏观性能上抗折强度有一个最佳硅灰裹石量。
2.2　硅灰裹石掺粉煤灰对混凝土耐磨性影响
　　表6是硅灰裹掺体系混凝土与双掺硅灰、粉煤灰混凝土耐磨性结果。由表中结果可以发现：硅灰裹掺体系混凝土SFC₂的磨坑宽度仅为SF磨坑宽度的82%左右，这是由于硅灰裹掺体系混凝土不仅提高了水泥浆本体的密实度，而且大大地改善了水泥基材与集料界面结构，从而使混凝土形成一结构致密、基本无结构薄弱区域的均匀整体，在宏观上表现为裹掺体系混凝土耐磨性能较双掺硅灰、粉煤灰高强混凝土为优。

表6　高性能混凝土耐磨性能

表7　混凝土脆度系数

3　结　论
　　硅灰裹掺体系混凝土具有抗折、低脆度、高耐磨等许多优良的路用性能，是既经济又实用的制备高性能道路混凝土有效手段之一。由研究结果可以得出以下结论：
　　(1)硅灰裹石掺粉煤灰混凝土抗折强度可达15MPa左右，比同水灰比(w_W／w_C)、同掺量的双掺硅灰、粉煤灰高性能混凝土提高20%以上。
　　(2)硅灰裹掺体系混凝土脆度系数仅为5.3左右，比双掺硅灰、粉煤灰高性能混凝土低30%左右。
　　(3)硅灰裹掺体系混凝土耐磨性比同水灰比(w_W／w_C)、同掺量双掺硅灰、粉煤灰混凝土提高15%～20%。■

作者简介：孙家瑛，男，1960年生，高级工程师，博士研究生
作者单位：孙家瑛（上海市市政工程研究院，上海 200031）
　　　　　陈志源（同济大学，上海 200092）
　　　　　吴初航（上海市市政工程研究院，上海 200031）
　　　　　陈建祥（上海市市政工程研究院，上海 200031）

参考文献：

［1］孙家瑛.传统方法制备市政工程用高性能混凝土利弊谈[A].第二届高性能混凝土学术研讨会论文集［C］.1999.46～49.
［2］马一平.提高水泥石-集料界面粘结强度的研究[J］.建筑材料学报，1999，2(1)：29～32.
［3］吴科如，周建华.粗集料与硬化水泥浆体界面结合对混凝土力学性能的影响[J].上海建材学院学报，1989，2(3)：211～217.
［4］Kenro Mitsui.Relationship between microstrure and mechanical properties of the paste-aggregate interface[J].ACI Material Journal.1994,91(1):30～39.
［5］Xie Ping.Modification of transition zone microstructure-Silica
fume coating of aggregate surface[J],C.C.R.1992,22(3):597～604.