吉林地材配制高強混凝土試驗研究

魏春明，蘇 卉，趙 強，曹 利，孟德智，林子翔

(東北電力大學建筑工程學院，吉林 吉林 132012)

高強混凝土具有高流動性、低坍落度損失和早期強度高等特點[1]，在高層建筑結構、大跨度橋梁結構以及某些特種結構中得到廣泛的應用。本文依托吉林本地現有的優質原材料，加入硅灰和粉煤灰雙摻的復合礦物摻和料以及聚胺基磺酸鹽系高效減水劑AN3000，配制出了C60、C80、C100級高強混凝土，可為吉林當地實際工程提供參考。

1 原材料的選擇

1.1 水泥

配制高強混凝土要求選用質量穩定、強度等級不低于P.O42.5級的硅酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥，水泥要具有較高的C3S含量和細度特性，同時還應考慮水化熱的限制以及早期強度和耐久性等對水泥品種的要求[2]。本試驗選用冀東水泥公司吉林分公司生產的P.O42.5(525)標號普通硅酸鹽水泥，水泥細度為3400 cm2/g;初凝時間2小時40分鐘，終凝時間3小時40分鐘;標準稠度用水量為27%;燒失量為0.5%。該水泥的礦物組成見表1，膠砂強度試驗結果見表2。

1.2 集料

配制高強混凝土應選用潔凈、質地堅硬、顆粒接近圓形、石英含量較高的優質天然中、粗河砂。同時，砂的級配要良好，其細度模數應控制在2.6～3.2為宜，大于5 mm和小于0.31 mm的數量要少，含泥量小于5%[2]。本試驗選用的細集料為質地堅硬、級配良好的吉林當地河砂，含泥量小于1%。按照國家標準《建筑用砂》(GB/T 14684－2001)進行相關檢驗，其細度模數為2.5左右，不符合高強混凝土的細集料標準。經過重新篩配，將細度模數調整為2.8(C80)和3.1(C100)，其顆粒級配結果見表3。

表1 P.O42.5號水泥的熟礦物組成

表2 P.O42.5號水泥的主要力學性能表

表3 細集料的顆粒級配

由于粗集料的性能對高強混凝土的抗壓強度及彈性模量起到決定性的制約作用，因此應選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀顆粒含量低、級配良好的5～20 mm石灰巖碎石[3]，含泥量和針片狀顆粒含量不宜超過5%。結合吉林當地情況，粗骨料選用吉林市政采石場生產的級配良好的5～20 mm石灰巖碎石，表面粗糙、針片狀顆粒含量低，含泥量小于5%。其余各項指標均符合“普通混凝土用砂質量標準與檢驗方法”JGJ52－92。

1.3 外加劑

采用北京建筑工程研究所生產的聚胺基磺酸鹽系高效減水劑AN3000，其特征狀態為深紅色液體，減水率為29%，固含量為30%，1個小時無坍落度損失。

1.4 摻合料

選用吉林熱電廠生產的Ⅰ級粉煤灰，實測細度小于8%，燒結量小于5%，需水量比小于95%。選用寧夏惠農區天先特種材料研究所生產的硅灰，密度為2.214 kg/m3，粒徑在2 μm以下，平均粒徑為0.31 μm左右，比表面積為143100 cm2/g。硅粉試樣檢驗結果見表4，粒度分析結果見表5。各項指標均符合《高強高性能混凝土用礦物外加劑》(GB/T18736－2002)中的要求。

表4 硅粉試樣檢驗結果

表5 硅粉粒度分析結果

1.5 拌合水

采用日常飲用水作為拌合水。

2 配合比的確定

到目前為止，高強混凝土的配制還沒有一個被普遍認可的方法。本試驗參考國內的有關資料和試配經驗，結合吉林地區原材料的供應情況，通過不斷的調整材料的用量和反復的試配后，確定了一個比較合適的配合比[2]。

2.1 外加劑摻量的確定

在外加劑的選擇上，考慮了高效減水劑與水泥的相容性問題。AN3000的最佳摻量為2%～3%左右(水劑，其中固含量為30%，有效成分折合為0.6% ～0.9%)[4]。在試配過程中，開始選用的摻量為膠凝材料的4%(C80)和4.2%(C100)。因為減水劑的摻量對拌和物的流動性起關鍵的作用，所以對于水膠比較低的干硬性混凝土，摻量必須大大提高。為了使工作性更好，最終將摻量分別調整為5%(C80)和6%(C100)。

2.2 配合比的設計

配合比設計按照普通混凝土設計規程JGJ55－2000進行。配制高強、高性能混凝土，僅僅依靠高強度等級水泥和提高水泥用量是不夠的，而且水泥用量過大，對混凝土性能并不完全有利。因此，必須選擇優質礦物摻合料，以改善混凝土工作性[5]。根據復合材料的“超疊加效應”原理，添加了粉煤灰和硅灰兩種礦物摻合料。粉煤灰一般限制在40%以內，硅灰在10%以內。本試驗采用的是等量取代法，C60、C80和C100的粉煤灰摻量取代率分別為30%、15%和20%;C80和C100的硅灰摻量取代率約為5%和10%，具體配合比見表6。

表6 高強混凝土實驗室配合比

2.3 高強混凝土的制備過程

每次試配之前，先測定砂和石的含水率，根據每次的測量值對配合比進行重新調整。采用60L的強制式攪拌機，攪拌投料順序見圖1。攪拌結束后，將新拌制的混凝土倒入試模內成型，并立即放在振動臺上，振動時應持續到表面出漿為止，不得過振，且應避免混凝土離析[6]。一晝夜后，將澆注好的試件拆模、編號，存放于標準養護箱中養護，養護箱內溫度為20±2℃，濕度為95%以上。

圖1 高強混凝土拌制的投料順序

2.4 抗壓試驗數據

本次試驗采用濟南試金集團有限公司生產的500噸微機控制電液伺服壓力試驗機，試驗加載方式根據試驗規范、試驗儀器設備、試件強度情況決定。每組配合比方案制備3個立方體試件，尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。經過抗壓試驗，所得數據見表7。

表7 高強混凝土抗壓試驗數據

6 結 論

采用吉林當地易得的優質原材料和通用的工藝方法，在大量的試驗研究基礎上，通過選擇合適的配合比，合理的攪拌、養護和成型工藝，成功配制出了C60、C80、C100級高強混凝土。說明采用吉林地產材料配制高強混凝土的路線是可行的，可為吉林當地工程施工提供參考。

[1]陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強混凝土及其應用[M].北京:清華大學出版社，1992.

[2]刁彥平.地材高強混凝土的優化配比及工程結構中設計對比研究[D].鄭州大學，2006.

[3]畢蘇萍，黨偉，賀強.河南地材C80高性能高強混凝土配合比試驗[J].人民黃河，2009，3(8):84－85.

[4]朱清江.高強高性能混凝土研制及應用[M].北京:中國建材工業出版社，1999.

[5]路來軍，朱效榮，高興燕，等.C100高性能混凝土的研究與應用[J].混凝土，2003(7):43－47.

[6]GB/T 50081－2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].北京:中國建筑工業出社，2003.