C60高強(qiáng)度超高性能混凝土配制

□文 /裴俊萍

提高工程結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度，配制高強(qiáng)超高性能混凝土已成為當(dāng)今世界各國建筑工程界普遍重視的研究課題。超高性能混凝土內(nèi)涵包括多方面，可實(shí)現(xiàn)的技術(shù)途徑也很多。本文圍繞著如何選擇基材，改善集料與膠結(jié)料的粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)研究，力求不采用特殊原材料，不改變常規(guī)的施工工藝，配制出強(qiáng)度高、工作性能優(yōu)異，耐久性良好的C60混凝土。

1 配制要求及原材料的選擇

1.1 配制基本要求

采用常規(guī)的生產(chǎn)工藝，選擇利用天津及周圍地區(qū)常用的混凝土基材，選用與水泥適應(yīng)性好的高效減水劑并復(fù)合摻用粉煤灰、高爐粒化礦渣粉、硅粉，配制C60泵送混凝土。

1.2 原材料的選擇

1）水泥。膠凝材料水泥是高強(qiáng)超高性能混凝土中的最關(guān)鍵的組分，高強(qiáng)超高性能混凝土選用的水泥必須滿足：標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量要低，要使混凝土在低水膠比時(shí)也能獲得較大的流動(dòng)性；水化放熱量和放熱速度要低；水泥硬化后強(qiáng)度要高。

本研究對(duì)冀東盾石P.O42.5低堿和冀東盾石P.O42.5水泥進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)，見表1。

表1 2種水泥主要技術(shù)檢測指標(biāo)

對(duì)2種水泥分別進(jìn)行同一種外加劑J2的不同摻量流動(dòng)度對(duì)比試驗(yàn)，見圖1。

圖1 流動(dòng)度對(duì)比試驗(yàn)

由圖1可知，冀東盾石P.O42.5低堿水泥與外加劑J2相適性較好，故選用其進(jìn)行C60高強(qiáng)超高性能混凝土試驗(yàn)。

2）集料。粗骨料選用薊縣碎石玄武巖，其最大公稱粒徑16mm，含泥量0.42%；細(xì)集料采用綏中河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6，含泥量1.0%，泥塊含量0.3%。

3）外加劑。超高性能混凝土要求較低的水膠比，選用高效減水劑是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度和高耐久性必不可少的技術(shù)措施之一。津航廠的J2型聚羧酸系高效減水劑具有高效、低堿、低損失等特點(diǎn)，能非常明顯地改善混凝土的流動(dòng)性及粘聚性，提高混凝土的密實(shí)性和耐久性等，其減水率27%，堿含量1.1%。

采用盾石牌P.O42.5低堿水泥和津航的聚羧酸系減水劑J2進(jìn)行適應(yīng)性檢測，見表2。

表2 盾石牌P.O42.5低堿水泥和津航的聚羧酸系減水劑J2適應(yīng)性檢測結(jié)果

4）摻合料。試驗(yàn)所用的摻合料是軍糧城電廠Ⅱ粉煤灰，細(xì)度8.6%，需水量比≥95%。唐山連強(qiáng)利生產(chǎn)的S95粒化高爐礦渣粉，比表面積450 m2/kg，活性指數(shù)7 d達(dá)到76%、28 d達(dá)到104%。鞍美硅粉，比表面積16 000 m2/kg。

2 配合比設(shè)計(jì)步驟

確定水膠比。應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定，在缺乏試驗(yàn)依據(jù)的情況下，其設(shè)計(jì)應(yīng)符合表3規(guī)定。

表3 水膠比

選擇單位用水量。根據(jù)膠凝材料用量范圍和選定的水膠比，粗步計(jì)算混凝土配比試拌單位用水量并在試拌的過程中進(jìn)行調(diào)整，最終確定單位用水量。膠凝材料用量。礦物摻合料量宜為25%～40%；硅灰摻量≯10%。外加劑摻量通過試配確定。砂率宜按表3選用并應(yīng)經(jīng)試配調(diào)整確定。砂石用量確定。依據(jù)以上步驟計(jì)算后調(diào)整拌和物的試拌配合比，同時(shí)確定另外2個(gè)配合比的水膠比，宜較試拌配合比分別增加和減少0.02，砂率相應(yīng)地增加和減少1%，對(duì)3個(gè)不同的配合比進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)。配合比確定后，尚應(yīng)采用該配合比進(jìn)行不少于3盤混凝土的重復(fù)試驗(yàn)，每盤混凝土應(yīng)至少成型一組試件，每組混凝土抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于配制強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度測定宜采用標(biāo)準(zhǔn)尺寸試件。

3 配合比設(shè)計(jì)試配實(shí)例

3.1 配合比的優(yōu)化

選取水膠比0.32、0.30、0.28、0.26進(jìn)行試配及28 d強(qiáng)度的檢測，見表4。

表4 0.32、0.30、0.28、0.26水膠比設(shè)計(jì)試配強(qiáng)度檢測

1）表4中0.32水膠比4組試配28 d強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的 104%～129%；0.30、0.28、0.26水膠比 28 d強(qiáng)度達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)度的130%～145%。除0.32水膠比的28 d配制強(qiáng)度在C60混凝土設(shè)計(jì)要求值的左右浮動(dòng)外，其余水膠比的28 d配制強(qiáng)度均達(dá)到了C60混凝土設(shè)計(jì)要求值以上，因此C60強(qiáng)度混凝土試拌配合比水膠比可以選擇0.30，另外兩個(gè)配合比宜較0.30試拌配合比分別增加和減少0.02，進(jìn)行3個(gè)不同的配合比混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)。

2）可以圍繞表4中0.30水膠比的配比，微調(diào)砂率或礦物摻合料用量以滿足混凝土拌和物的工作性能。

3.2 試拌配合比的強(qiáng)度試驗(yàn)及最終配比的確定

對(duì)0.30水膠比為試拌配合比進(jìn)行3個(gè)不同的配合比進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)，見表5。

表5 0.32、0.30、0.28 水膠比強(qiáng)度

0.30和0 .28水膠比配比可以滿足C60混凝土設(shè)計(jì)要求，最終確定C60混凝土配合比見表6。

表6 混凝土配合比 kg/m3

3.3 工作性能

C60高強(qiáng)混凝土拌和物工作性能檢測見表7。

表7 混凝土拌和物工作性能

3.4 力學(xué)性能

按照已經(jīng)確定的配合比重復(fù)進(jìn)行3次立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，以驗(yàn)證該配比的穩(wěn)定性；同時(shí)進(jìn)行了該配比的劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。從檢測結(jié)果看，采用以上原材料和配合比配出的C60高性能混凝土，其28 d抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定≥1.15fcu。

3.5 耐久性

混凝土抗?jié)B性能反映混凝土耐久性能的重要指標(biāo)之一。為驗(yàn)證C60混凝土的抗?jié)B性能，對(duì)其進(jìn)行抗?jié)B性能試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，其抗?jié)B等級(jí)可達(dá)到P25以上，密實(shí)性良好。混凝土抗凍性是評(píng)定混凝土耐久性的重要指標(biāo)，以抗凍等級(jí)表示。成型了100mm×100mm×100mm的C60混凝土試件進(jìn)行抗凍試驗(yàn)，在慢凍融試驗(yàn)150次后，試件重量依然無損失。

4 結(jié)論

經(jīng)試驗(yàn)確定的C60高強(qiáng)超高性能混凝土拌和物粘聚性小且無泌水、扒底現(xiàn)象，和易性良好，能夠滿足泵送混凝土施工技術(shù)要求；其28 d抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定≥1.15 fcu，滿足強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求；其抗?jié)B等級(jí)可達(dá)到P25以上，密實(shí)性良好；凍融等級(jí)大于D150，滿足了普通工藝條件下C60高強(qiáng)超高性能混凝土配制設(shè)計(jì)要求。