1、超细粉煤灰对低水胶比复合胶凝材料浆体流动性的影响阎培渝1，黄静2（1.清华大学 土木工程系，北京100084；2.厦门路桥工程设计院有限公司，福建 厦门361006）摘要：研究了超细粉煤灰掺量对低水胶比复合胶凝材料浆体流动性的影响，分析了浆体流动性与流变性能的关系。结果表明：在相同水胶比和硅灰掺量下，随着超细粉煤灰掺量的增加，浆体流动度增大，流动时长先缩短后延长，平均流动速率先提高后下降，浆体的黏度系数减小，屈服应力增大，剪切增稠性增强；在相同超细粉煤灰掺量下，浆体的流动度-黏度系数和流动度-屈服应力均呈负相关，黏度系数或屈服应力减小，浆体的流动度增大；在相同流动度下，当超细粉煤灰掺量较高时，
2、浆体的黏度系数减小，屈服应力增大；浆体的流动度同时受其黏度和变形能力的影响。关键词：低水胶比浆体；超细粉煤灰；工作性；流变性能；影响因素中图分类号：TU528.0文献标识码：Adoi:10.19761/j.1000-4637.2023.07.001.06The effect of superfine fly ash on the fluidity of composite cementitious materialpaste with low water-binder ratioYAN Peiyu1,HUANG Jing2(1.Department of Civil Engineering,T
3、singhua University,Beijing 100084,China;2.Xiamen Road and Bridge DesignInstitute Co.,Ltd.,Xiamen 361006,China)Abstract:The influence of superfine fly ash content on the fluidity of low water-binder ratio composite cementitiousmaterial pastes was studied.The relationship between fluidity and rheologi
4、cal properties of pastes was analyzed.Theresults show that at the same water-binder ratio and content of silica fume,the flow spread of pastes increases,and flowingtime of pastes shortens first and then lengthens,and average flowing rate of pastes increases first and then decreases withthe increase
5、of substituted rate of cement by superfine fly ash,and the viscosity coefficient of pastes decreases while theiryield stress remains increasing.At the same content of superfine fly ash,both the relationships of flow spread and viscositycoefficient as well as yield stress of pastes are negative,and v
6、iscosity coefficient or yield stress decreases,and the fluidityof pastes increases.At the same fluidity,when the content of superfine fly ash is high,the viscosity coefficient of the pastesdecreases and the yield stress increases.The fluidity of pastes is affected by both its viscosity and deformati
7、on capacity.Keywords:Paste with low water-binder ratio;Superfine fly ash;Workability;Rheological property;Influencing factor基金项目：国家自然科学基金项目（51878381）。0引言近年来，具有优异力学性能和耐久性能的超高性能混凝土（以下简称UHPC）迅速发展，并开始在实际工程中大量应用1-2。UHPC材料组成的显著特点之一是低水胶比的胶凝材料浆体的体积分数大。低水胶比的胶凝材料浆体较黏稠，变形量大，流动缓慢，导致UHPC的工作性与普通混凝土有明显差异3-4。因此，探索低
8、水胶比复合胶凝材料浆体的流动性能及其影响因素是研究其工作性的基础。胶凝材料的组成是影响浆体流动性和流变行为的主要因素之一5-6。粉煤灰是常用的矿物掺合料之一，在配制UHPC时，为了获得要求的力学性能，常使用超细粉煤灰或粉煤灰微珠7。目前，超细粉煤灰对低水胶比复合水泥基材料浆体的流动性和流变行为的影响结论并未统一，影响机理也尚未明确8-9。这是因为低水胶比的胶凝材料浆体具有剪切增稠或剪切稀化的特点，已偏离Bingham模型描述的线性流变特性，而非线性的改进Bingham模型、Herchel-Bulkley模型、Casson模型等参数的物理意义不明确，计算过程复杂，给实际应用带来困难10-11。因
9、此，关于2023年第7期混 凝 土 与 水 泥 制 品2023 No.77月CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTSJuly1-表2试验配合比Table 2Test mix proportions0.16-6-C0102030400.1694.084.675.265.856.46666609.418.828.237.60.18-6-C0102030400.1894.084.675.265.856.46666609.418.828.237.60.16-8-C0102030400.1692.082.873.664.455.28888809.218.427.636.80.
10、18-8-C0102030400.1892.082.873.664.455.28888809.218.427.636.8水泥硅灰超细粉煤灰组别超细粉煤灰掺量/%水胶比体积百分比/%表1胶凝材料的主要化学组成Table 1Main chemical compositions of cementitious materials图1胶凝材料的粒径分布Figure 1Particle size distribution of cementitious materials低水胶比胶凝材料浆体的流变模型选择和优化还需进一步研究。近年来，复合胶凝材料浆体的流动性与流变性能的关系受到了学者们的广泛关注。复合胶
11、凝材料浆体的流动度、流动速率及流变参数存在一定相关性。建立复合胶凝材料浆体的流动性与流变性能的关系，能从理论上研究复合胶凝材料浆体的工作性变化规律，为探索实用性更好的复合胶凝材料浆体提供理论基础。TREGGER等12建立了浆体的流动度与屈服应力、流动时长与塑性黏度的关系式。MENG等13建立了适用于流动度为280 mm的新拌UHPC浆体塑性黏度与V型漏斗流出时间的关系式。然而，现阶段掺超细粉煤灰的低水胶比复合胶凝材料浆体的流动性与流变性能关系的相关研究仍相对较少14-16。基于课题组前期研究结果17-18，本文通过不同超细粉煤灰掺量、不同水胶比和不同硅灰掺量的复合胶凝材料浆体流动性和流变性测试
12、，研究超细粉煤灰掺量的变化对低水胶比复合胶凝材料浆体流动性与流变性能的影响，分析流动性与流变性能的关系。1试验概况1.1原材料水泥：符合GB 1752007通用硅酸盐水泥要求的P42.5级水泥，比表面积为347 m2/kg。超细粉煤灰：符合GB/T 15962017用于水泥和混凝土中的粉煤灰和GB/T 187362017高强高性能混凝土用矿物外加剂 要求的超细粉煤灰，比表面积为3.69103m2/kg。硅灰：符合GB/T 276902011砂浆和混凝土用硅灰要求的加密硅灰，比表面积为2.00104m2/kg。胶凝材料的化学组成见表1，粒径分布见图1。减水剂：减水率为32%的聚羧酸高效减水剂。胶
13、凝材料CaOSiO2Al2O3Fe2O3MgOSO3K2ONa2O水泥超细粉煤灰硅灰63.277.710.2622.5958.1897.124.4217.020.063.448.630.182.430.830.362.410.100.390.931.600.910.16水：自来水。1.2试验设计试验水胶比为0.16和0.18，减水剂掺量固定为胶凝材料质量的0.8%，硅灰掺量为胶凝材料质量的6%和8%，试验配合比如表2所示，编号中C为超细粉煤灰的质量掺量（0、10%、20%、30%、40%）。1.3性能测试浆体的流动性测试按GB/T 80772012混凝土外加剂匀质性试验方法进行，根据测得的流动
14、度和流动停止时的时间计算浆体的平均流动速率。使用Brookfield RST-SST同轴双圆筒流变仪进行浆体流变性能测试。圆柱形转子的有效高度为0.11.010.0100.01 000.0粒径/m水泥超细粉煤灰硅灰100806040200体积分数/%2023年第7期混凝土与水泥制品总第327期2-表3浆体的流动性和流变性测试结果Table 3The fluidity and rheological properties of pastes组别超细粉煤灰掺量/%流动性流变性能流动度/mm流动时长/s平均流动速率/（mm/s）黏度系数/（Pasn）屈服应力/Pa增稠指数0.16-6-C010203
15、0401731942112122081471351461501621.161.441.461.411.281.661.050.630.300.1401.552.954.424.671.181.281.321.521.690.18-6-C0102030402192322372352321241211221251321.771.921.941.881.760.870.360.320.190.1300.731.752.153.111.261.391.391.511.600.16-8-C0102030401351792012032051201191151181201.131.501.751.721.7
16、13.331.820.900.250.1601.283.154.564.701.011.151.271.541.610.18-8-C0102030402052182212222191121111101111121.831.962.012.001.961.441.320.540.180.1100.971.632.643.121.081.111.231.541.57图2浆体的流变性能测试制度Figure 2Testing system for rheological properties ofcementitious material pastes050100 150 200250 300350时间/s50403020100转速/（r/min）37.5 mm，半径为12.5 mm，外筒内壁半径为13.56 mm，测试过程中外筒保持静止。流变性能测试过程中的转速变化见图2，测试总时长为5.5 min，025 s转速线性增加至50 r/min，25205 s转速保持不变，随后转速以5 r/min呈阶梯式下降，每个转速台阶保持15 s，待扭矩稳定后读数。浆体的流变性能测试结果采用线性Bingha