介绍
超高性能混凝土（UHPC）是一种具有高强度、高韧性、低孔隙率和高耐久性的纤维增强胶凝材料，是公认的一种具有巨大发展前景和未来应用价值的新型结构材料。 虽然近30年来对超高性能混凝土及其成分进行了深入研究，150MPa UHPC的配方工艺在振动和高温养护条件下相对成熟，但如果不经过特殊处理（如热养护、加压或振动），是很难做到的。 由于硅粉具有较高的活性效果和良好的珠效应，在大多数UHPC和RPC中，其最佳含量达到15%30%，并且由于硅粉的比表面积大，在用量大的情况动性较差，必须采用振动成型条件，常温下硅粉的活性效果有限， 所以高温固化是其获得优良机械性能的重要条件。随着UHPC在各个建筑领域的逐步和广泛使用。 自密实和无蒸汽固化是UHPC的新性能要求。
粉煤灰微珠（以下简称微珠）是一种新型的超细粉体材料，是以优质粉煤灰为原料，经独特选型加工而成的粒度连续分布的超细、完美的正球形粉体产品。 粉煤灰珠具有活性高、水化热低、重量轻、耐腐蚀、抗压强度高、流动性好、热稳定性好等优良功能，可作为高性能混凝土的新型活性超细骨料。
本文采用颗粒堆积密实度试验方法研究了粉煤灰珠对UHPC填料密实度和抗压强度的影响，制备了28D抗压强度为140MPa和抗压强度为56D的自密实非蒸汽UHPC。
1 实验部分
1.1 测试原材料
1） 水泥： Conch p·o 525级水泥。
2）粉煤灰珠：内蒙古某厂生产的粉煤灰珠，图1为珠子的颗粒形态，从图1可以看出珠子表面光滑，均为标准球形，粒径多分布在05 4 m，能很好地填补水泥与硅粉之间粒度分布不连续的不足。 表1是微珠、粉煤灰和硅粉的化学成分，可以看出微珠中SiO2和Al2O3的含量高于粉煤灰，非活性杂质较少，SiO2是玻璃体的主要成分，也是形成水合硅酸钙凝胶的主要成分， 粉煤灰中的SiO2和Al2O3对粉煤灰的火山灰性质贡献较大，含量越高，粉煤灰的火山灰活性越大。
3）硅粉：山东淄博产的微硅粉，SiO294%，比表面积20900m2 kg。
4）石英砂：本文选用20 40目、40 70目石英砂，采用传统方法测试堆积密度，当20 40目时40 0目=05∶0.在5、包装密实度最高，堆积密度为1915kg m3，密实度为723%。
5）外加剂：西卡540粉状高效减水剂。
1.2 测试方法
Kwan等人通过分析、试验比较和验证，开发了一种粉末堆积的湿法测试方法，该方法可以准确测量胶凝材料或粉末在真实状态下（与水混合并在高效减水剂的作用下）的堆积密度。
湿颗粒填料密实度试验方法的原理很简单，即将胶凝材料（粉体）以不同的复合比例与不同的水胶比混合，根据各种颗粒的密度和含量计算混合物胶体材料颗粒的体积与浆料体积的比值， 即颗粒堆积密实度越大，相应的浆料空隙率越小。通过初步测试，胶凝材料浆料的流动性在190-210mm之间，砂浆的流动性在270-290mm之间具有更高的填料致密性。
按GB T2419-2005《水泥砂浆流动性测定法》测定胶凝材料浆料的强度，采用40mm40mm 160mm试块。 根据JGJT 283-2012《自密实混凝土应用技术规范》和GB T31387-2015《活性粉混凝土》测定了UHPC的强度，试块为100mm立方体试块。 浇注为自密实，维护为标准固化。
2. 测试比设计及测试结果
本试验研究了低水胶比条件下矿物掺合量对净浆堆积致密度和强度的影响，混合比和试验结果见表2和表3。 为保证浆料和砂浆具有良好的自密实效果和高度的填料压实，浆料在浆料试验条件下应保证流动性在190-210mm之间，砂浆在锥截断试验条件下应保证在270-290mm之间具有流动性。 A0和B0为纯水泥，水泥硅粉=1 01 个空白对照组。
表2中，A4比的强度较高，采用碱性复合比，表3为硅粉与水泥和微珠复合胶凝材料混合的胶凝体系，用同质替代复合共混体系，混合比和试验结果如表3所示。
3 测试结果分析
3.1. 微珠含量对浆料性能的影响
微珠对纸浆堆积密度和强度的影响如图2所示，微珠量对纸浆需水量和强度的影响如图3所示。
从图2和图3可以看出，浆料的抗压强度与浆料的湿颗粒堆积致密度呈正相关，随着微珠数量的增加，浆料的湿颗粒堆积密度先增大后减小。 由于珠子的颗粒形状较好，粒径比水泥小，有效填充了水泥颗粒之间的空隙，在保证良好流动性的条件下不断降低水灰比，但强度没有不断增加，主要是因为如果用量过大， 微珠的用量超过最佳水泥间隙填充量，多余的微珠不能起到填充效果，珠子不能与水发生化学反应，因此微珠的最佳用量为20%。由于粉煤灰中颗粒形状较好、活性好的部分，微珠的活性也较慢，因此其后期活性较为明显。
3.2 硅粉含量对浆料性能的影响
硅粉含量对浆料需水量的影响如图4所示，对浆料致密性和强度的影响如图5所示。
由于硅粉粒径小，比表面积大，从图4和图5可以看出，在相同的流动性下，掺杂10%（第一直方图）的硅粉净浆具有较大的需水量，流动性差，湿颗粒堆积密度低，抗压强度低， 需要与微珠混合。从图5可以得出结论，自密实浆料略微提高了硅粉的28d抗压强度，56d的抗压强度与单掺杂微珠大致相同，考虑到对流动性的影响，最佳硅粉含量为6%12%。 因此，在常温条件下，硅粉的活性作用有限，学者们对硅粉的活性作用有限。Zanni使用SINMR（核磁共振波谱）定量分析了硅粉在室温下的反应程度，结论是一致的。 结果表明，在20°C的固化温度下，水培养56 d后，只有10%的硅粉发生反应。 在固化温度为90°C持续48小时的条件下，49%的硅粉在56天龄时发生反应。
经试验，水泥微珠中硅粉=1 02∶0.1.在胶凝体系下，当砂胶比为0时8 1、砂浆浆料流动性好，掺入2%钢纤维，可制备常温固化28d抗压强度为140MPa，56D抗压强度为155MPa的自密实UHPC。
4 结论
1）粉煤灰珠形态效果好，可大大降低浆料的需水量，提高浆料的流动性。此外，微珠的活性高于一般粉煤灰，形态和火山灰的双重作用会提高浆料的抗压强度，后期浆料的强度会明显提高，最佳含量为10%-25%。
2）常温条件下，硅粉活性有限，微珠水泥复合体系在室温下28 d可略微提高抗压强度，由于其对流动性的不利影响，最佳用量为6%-12%。
3）胶凝体系为水泥、微珠、硅粉=1 0时2∶0.1、水泥浆流动性好，抗压强度可达150MPa。 在上述胶凝体系下，当砂胶比为08 1、加入2%钢纤维，室温下可获得28D抗压强度为140MPa的自密实UHPC。
4）胶凝材料浆料的抗压强度与湿颗粒的堆积密度呈很强的正相关关系。