介紹
超高效能混凝土（UHPC）是一種具有高強度、高韌性、低孔隙率和高耐久性的纖維增強膠凝材料，是公認的一種具有巨大發展前景和未來應用價值的新型結構材料。 雖然近30年來對超高效能混凝土及其成分進行了深入研究，150MPa UHPC的配方工藝在振動和高溫養護條件下相對成熟，但如果不經過特殊處理（如熱養護、加壓或振動），是很難做到的。 由於矽粉具有較高的活性效果和良好的珠效應，在大多數UHPC和RPC中，其最佳含量達到15%30%，並且由於矽粉的比表面積大，在用量大的情況動性較差，必須採用振動成型條件，常溫下矽粉的活性效果有限， 所以高溫固化是其獲得優良機械效能的重要條件。隨著UHPC在各個建築領域的逐步和廣泛使用。 自密實和無蒸汽固化是UHPC的新效能要求。
粉煤灰微珠（以下簡稱微珠）是一種新型的超細粉體材料，是以優質粉煤灰為原料，經獨特選型加工而成的粒度連續分布的超細、完美的正球形粉體產品。 粉煤灰珠具有活性高、水化熱低、重量輕、耐腐蝕、抗壓強度高、流動性好、熱穩定性好等優良功能，可作為高效能混凝土的新型活性超細骨料。
本文採用顆粒堆積密實度試驗方法研究了粉煤灰珠對UHPC填料密實度和抗壓強度的影響，製備了28D抗壓強度為140MPa和抗壓強度為56D的自密實非蒸汽UHPC。
1 實驗部分
1.1 測試原材料
1） 水泥： Conch p·o 525級水泥。
2）粉煤灰珠：內蒙古某廠生產的粉煤灰珠，圖1為珠子的顆粒形態，從圖1可以看出珠子表面光滑，均為標準球形，粒徑多分布在05 4 m，能很好地填補水泥與矽粉之間粒度分布不連續的不足。 表1是微珠、粉煤灰和矽粉的化學成分，可以看出微珠中SiO2和Al2O3的含量高於粉煤灰，非活性雜質較少，SiO2是玻璃體的主要成分，也是形成水合矽酸鈣凝膠的主要成分， 粉煤灰中的SiO2和Al2O3對粉煤灰的火山灰性質貢獻較大，含量越高，粉煤灰的火山灰活性越大。
3）矽粉：山東淄博產的微矽粉，SiO294%，比表面積20900m2 kg。
4）石英砂：本文選用20 40目、40 70目石英砂，採用傳統方法測試堆積密度，當20 40目時40 0目=05∶0.在5、包裝密實度最高，堆積密度為1915kg m3，密實度為723%。
5）外加劑：西卡540粉狀高效減水劑。
1.2 測試方法
Kwan等人通過分析、試驗比較和驗證，開發了一種粉末堆積的濕法測試方法，該方法可以準確測量膠凝材料或粉末在真實狀態下（與水混合並在高效減水劑的作用下）的堆積密度。
溼顆粒填料密實度試驗方法的原理很簡單，即將膠凝材料（粉體）以不同的復合比例與不同的水膠比混合，根據各種顆粒的密度和含量計算混合物膠體材料顆粒的體積與漿料體積的比值， 即顆粒堆積密實度越大，相應的漿料空隙率越小。通過初步測試，膠凝材料漿料的流動性在190-210mm之間，砂漿的流動性在270-290mm之間具有更高的填料緻密性。
按GB T2419-2005《水泥砂漿流動性測定法》測定膠凝材料漿料的強度，採用40mm40mm 160mm試塊。 根據JGJT 283-2012《自密實混凝土應用技術規範》和GB T31387-2015《活性粉混凝土》測定了UHPC的強度，試塊為100mm立方體試塊。 澆注為自密實，維護為標準固化。
2. 測試比設計及測試結果
本試驗研究了低水膠比條件下礦物摻合量對淨漿堆積致密度和強度的影響，混合比和試驗結果見表2和表3。 為保證漿料和砂漿具有良好的自密實效果和高度的填料壓實，漿料在漿料試驗條件下應保證流動性在190-210mm之間，砂漿在錐截斷試驗條件下應保證在270-290mm之間具有流動性。 A0和B0為純水泥，水泥矽粉=1 01 個空白對照組。
表2中，A4比的強度較高，採用鹼性復合比，表3為矽粉與水泥和微珠復合膠凝材料混合的膠凝體系，用同質替代復合共混體系，混合比和試驗結果如表3所示。
3 測試結果分析
3.1. 微珠含量對漿料效能的影響
微珠對紙漿堆積密度和強度的影響如圖2所示，微珠量對紙漿需水量和強度的影響如圖3所示。
從圖2和圖3可以看出，漿料的抗壓強度與漿料的溼顆粒堆積致密度呈正相關，隨著微珠數量的增加，漿料的溼顆粒堆積密度先增大後減小。 由於珠子的顆粒形狀較好，粒徑比水泥小，有效填充了水泥顆粒之間的空隙，在保證良好流動性的條件下不斷降低水灰比，但強度沒有不斷增加，主要是因為如果用量過大， 微珠的用量超過最佳水泥間隙填充量，多餘的微珠不能起到填充效果，珠子不能與水發生化學反應，因此微珠的最佳用量為20%。由於粉煤灰中顆粒形狀較好、活性好的部分，微珠的活性也較慢，因此其後期活性較為明顯。
3.2 矽粉含量對漿料效能的影響
矽粉含量對漿料需水量的影響如圖4所示，對漿料緻密性和強度的影響如圖5所示。
由於矽粉粒徑小，比表面積大，從圖4和圖5可以看出，在相同的流動性下，摻雜10%（第一直方圖）的矽粉淨漿具有較大的需水量，流動性差，溼顆粒堆積密度低，抗壓強度低， 需要與微珠混合。從圖5可以得出結論，自密實漿料略微提高了矽粉的28d抗壓強度，56d的抗壓強度與單摻雜微珠大致相同，考慮到對流動性的影響，最佳矽粉含量為6%12%。 因此，在常溫條件下，矽粉的活性作用有限，學者們對矽粉的活性作用有限。Zanni使用SINMR（核磁共振波譜）定量分析了矽粉在室溫下的反應程度，結論是一致的。 結果表明，在20°C的固化溫度下，水培養56 d後，只有10%的矽粉發生反應。 在固化溫度為90°C持續48小時的條件下，49%的矽粉在56天齡時發生反應。
經試驗，水泥微珠中矽粉=1 02∶0.1.在膠凝體系下，當砂膠比為0時8 1、砂漿漿料流動性好，摻入2%鋼纖維，可製備常溫固化28d抗壓強度為140MPa，56D抗壓強度為155MPa的自密實UHPC。
4 結論
1）粉煤灰珠形態效果好，可大大降低漿料的需水量，提高漿料的流動性。此外，微珠的活性高於一般粉煤灰，形態和火山灰的雙重作用會提高漿料的抗壓強度，後期漿料的強度會明顯提高，最佳含量為10%-25%。
2）常溫條件下，矽粉活性有限，微珠水泥復合體系在室溫下28 d可略微提高抗壓強度，由於其對流動性的不利影響，最佳用量為6%-12%。
3）膠凝體系為水泥、微珠、矽粉=1 0時2∶0.1、水泥漿流動性好，抗壓強度可達150MPa。 在上述膠凝體系下，當砂膠比為08 1、加入2%鋼纖維，室溫下可獲得28D抗壓強度為140MPa的自密實UHPC。
4）膠凝材料漿料的抗壓強度與溼顆粒的堆積密度呈很強的正相關關係。