细骨料粒径分布对自密实混凝土性能及可持续性的影响机制研究

本研究针对自密实混凝土(SCC)中细骨料粒径分布(FM)对性能的影响机制展开系统探究，通过调控河砂细度模数(3.43-1.94)，揭示了FM降低会削弱SCC初始流动性、通过性及含气量，但能提升早期强度、表观密度及抗渗透性，为优化SCC可持续性设计提供理论依据。

　　

自密实混凝土(SCC)作为现代建筑工程的重要材料，其流变性能和长期耐久性直接决定结构安全与使用寿命。随着建筑结构复杂化与钢筋密集化，传统振捣混凝土难以满足施工需求，而SCC虽能通过自重实现密实成型，但其性能受细骨料特性的显著影响。河砂作为SCC主要细骨料，其粒径分布(Fineness Modulus, FM)通过改变颗粒间摩擦力和堆积密度，进而影响混凝土的流变行为、力学强度和耐久性。然而现有研究多聚焦短期性能，对FM与SCC可持续性（包括能耗效率和经济性）的关联机制缺乏系统认知。

华中科技大学的研究团队在《Physics and Chemistry of the Earth, Parts A/B/C》发表研究，通过制备FM为3.43、2.90、2.65和1.94的四组河砂SCC样本，综合评估了FM对新鲜状态性能（流动性、通过性、离析率）、硬化性能（抗压/抗折强度、弹性模量）及耐久性（吸水率、碳化深度、氯离子渗透）的影响，并首次量化了FM对生产能耗和经济性的贡献。研究采用标准测试方法包括坍落流动度试验(BSEN 12390)、气孔结构分析(ASTM C642)、碳化加速试验(GBJ 50082)和氯离子迁移系数检测(NT BUILD 492)等关键技术。

【新鲜性能】FM从3.43降至1.94使初始流动性降低9.2%（756.2→686.4mm），含气量减少28%，因细颗粒增大了比表面积和颗粒间摩擦。但细颗粒河砂（FM=1.94）使离析风险降低42%，因其增强了浆体包裹性。

【力学性能】细颗粒河砂(FM=1.94)使7天抗压强度提升18%，但长期养护(28天后)会削弱这种优势，因粗颗粒体系后期水化更充分。FM降低还使弹性模量提高12%，表观密度增加1.8%，渗透孔隙体积减少23%。

【耐久性】细颗粒体系(FM=1.94)的碳化深度和氯离子迁移系数分别降低37%和41%，但初始吸水率提高19%，干缩应变增加14%，反映细颗粒对毛细作用的敏感性。

【可持续性】细颗粒河砂使单位体积SCC生产能耗降低15%，材料成本节约8%，因其优化了颗粒级配减少了水泥用量。

该研究创新性建立了FM与SCC全生命周期性能的定量关系，提出FM控制在2.65-2.90区间可实现流变性能-耐久性-经济性的最佳平衡，为绿色高性能SCC设计提供了关键技术参数。成果对推动建筑行业低碳发展具有重要实践价值，特别适用于核电站、跨海大桥等对混凝土耐久性要求严苛的重大工程。