C60高性能混凝土配合比設(shè)計及其工作性能

盧 偉

（江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 21000）

C60高性能混凝土配合比設(shè)計及其工作性能

盧 偉

（江蘇蘇博特新材料股份有限公司，江蘇 南京 21000）

近年來，國內(nèi)外對于制備高性能混凝土已進(jìn)行了很多研究，也提出了較多方法，但高性能混凝土組分復(fù)雜，諸多因素相互影響，難以制定一個統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)律能一勞永逸的設(shè)計制備高性能混凝土。本文根據(jù)杭州某攪拌站現(xiàn)場材料、外加劑及提供的初始配合比，以此為基礎(chǔ)，通過混凝土工作性能及強(qiáng)度這兩方面來系統(tǒng)討論C60高強(qiáng)度高性能混凝土的設(shè)計與制備。

高性能混凝土 C60 工作性能 強(qiáng)度

高性能混凝土(High-performance Concrete，簡寫為HPC)是一種復(fù)合礦物外加劑及摻合料的體積穩(wěn)定性好、具有高耐久性、高強(qiáng)度與高工作性能的混凝土。HPC一般具有的特點(diǎn)：(1)在新拌階段具有高工作性，即高流動度、可泵性，或自密實(shí)、免振搗的性能。(2)在水化、硬化早期和服役過程中具有高體積穩(wěn)定性，即具有高彈模、低收縮、低徐變和低溫度應(yīng)變的特性。(3)在硬化后具有足夠的強(qiáng)度和低滲透性滿足工程所需的力學(xué)性能和耐久性[1-3]。

由于高強(qiáng)度高性能混凝土應(yīng)具有高工作性、高強(qiáng)度和高耐久性等特性，所以配制HPC 對原材料的質(zhì)量、性能的要求較為嚴(yán)格。

水泥的性能要求：⑴采用不低于525#普通硅酸鹽水泥；⑵C3A 含量＜5%，堿含量≤0.7%，需水量小；⑶強(qiáng)度有較大富余系數(shù)。

對礦物細(xì)摻料的性能要求：⑴細(xì)度≤20%(0.045mm 方孔篩余)，有一定的活性；⑵需水量比≤105%，能改善拌合物的流動性；⑶化學(xué)成分和性能穩(wěn)定。

對骨料的性能要求⑴質(zhì)量應(yīng)符合砂石標(biāo)準(zhǔn)、潔凈，針片狀少；⑵顆粒級配好，粗骨料應(yīng)是連續(xù)級配；⑶吸水率低，否則將降低強(qiáng)度和耐久性；⑷無堿骨料反應(yīng)；⑸粗骨料強(qiáng)度壓碎指標(biāo)≤12%，針片狀含量≤15%[4-6]。

另配制高性能混凝土的關(guān)鍵之一是選擇與水泥相容性好的外加劑。外加劑與水泥的適應(yīng)性較好時表現(xiàn)為：新拌混凝土工作性能得到明顯的改善；根據(jù)需要能有效控制混凝土凝結(jié)時間；坍落度損失小；混凝土密實(shí)性好，各齡期強(qiáng)度有較大的提高；混凝土各耐久性指標(biāo)有較大提高[7]。

然而在現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)中，由于資源短缺、管理不嚴(yán)、偷工減料等現(xiàn)象嚴(yán)重，造成混凝土原材料質(zhì)量良莠不齊，很難滿足配制高性能混凝土要求，本文根據(jù)杭州某攪拌站所提供的原材料及初始配合比，進(jìn)行了C60混凝土的適配試驗(yàn)，從混凝土工作性能及28d強(qiáng)度這兩方面進(jìn)行綜合評價。

1. 原材料及初始配合比

1.1 原材料

水泥：應(yīng)選用強(qiáng)度較高、水化熱低、C3A含量低、標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量低的水泥。試配時，采用金鋒P.O42.5普通硅酸鹽水泥，其細(xì)度、初終凝時間、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、安定性等指標(biāo)均滿足要求。

粉煤灰：舟山某廠家生產(chǎn)的I級F類粉煤灰。細(xì)度為9.5%、燒失量3.0%、需水量比94%。

礦粉：采用然金提供的S95級礦渣微粉，比表面積為420m2/kg，活性指數(shù)7d為76%、28d為97%，燒失量為0.8%。

砂子：制備高性能混凝土最好采用含泥量不超過2%的河砂，然而試配時采用的是細(xì)度模數(shù)為2.9的機(jī)制砂。

石子：應(yīng)采用級配要求穩(wěn)定，壓碎值、含泥量、針片狀含量均優(yōu)于規(guī)范要求。但試配時采用粒徑為20～25mm單級配石灰?guī)r。

外加劑：采用江蘇某外加劑公司生產(chǎn)的JM-VIII與JM-IX緩凝高效減水劑。1.2混凝土初始配合比

C60高強(qiáng)混凝土的初始配合比如表1所示。

表1 C60混凝土初始配合比

其初始配合比的總膠材用量為580kg/m3，粉煤灰摻量為31%，礦粉摻量為10.3%，水膠比為31%，砂率38%，容重2430kg/m3。

2. 試驗(yàn)過程

2.1 凈漿試驗(yàn)

在正式試配混凝土之前進(jìn)行了凈漿相關(guān)試驗(yàn)，目的在于驗(yàn)證摻入摻合料對漿體流動性的影響，從而根據(jù)凈漿擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果適當(dāng)?shù)恼{(diào)整摻合料的摻入比例。具體試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。采用JM-VIII外加劑，摻量2.2%，用水量87g。

表2 凈漿試驗(yàn)結(jié)果

粉煤灰：60礦粉：60

由凈漿試驗(yàn)結(jié)果可知，粉煤灰的摻入降低了漿體的流動性，需水量增加，粘度增加，而礦粉的摻入反而顯著降低用水量、漿體亦不稠。故對粉煤灰重新進(jìn)行了需水量比試驗(yàn)，試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，其實(shí)際需水量比為106%，與廠家提供的94%需水量比有較大出入，根本達(dá)不到I級粉煤灰的標(biāo)準(zhǔn)。所以在設(shè)計混凝土配合比時，應(yīng)注意粉煤灰摻量不宜過高，可適當(dāng)提高礦粉摻量、降低粉煤灰摻量。

2.2 第一次混凝土試配

根據(jù)凈漿試驗(yàn)，混凝土配合比中膠材部分的比例有所改動，降低粉煤灰摻量至10.3%，提高礦粉摻量至20.7%。其余水膠比、砂率、容重均保持不變。外加劑采用JM-VIII，摻量為2.2%，具體配比見表3所示。

表3 第一次試配C60混凝土配合比

根據(jù)以上配比，進(jìn)行了第一組混凝土試拌試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果顯示：混凝土和易性較差，流速慢，接近流不動，混凝土略顯干澀，于是在攪拌后的混凝土上添加少量外加劑進(jìn)行人工攪拌后，混凝土便有較好的流動性，故初步判定為外加劑減水不夠。但由于石子粒型較差、級配不合理，導(dǎo)致漿體很難將石子包裹住，故石子外露較多。

2.3 第二次混凝土試配

根據(jù)第一次試配情況，適當(dāng)?shù)膶ε浜媳冗M(jìn)行了調(diào)整，保持砂率不變的情況下，降低了砂石用量，容重降低至2388kg/m3，從而增加了漿骨比。外加劑采用JM-IX，摻量為2.2%，具體配合比見表4。

表4 第二次試配C60混凝土配合比

圖1 第二次試配新拌混凝土狀態(tài)

圖1為新拌混凝土狀態(tài)，由圖可看出，混凝土出鍋后，流動性較好，流速亦較快，測得坍落度為22.5cm，擴(kuò)展度為55cm×57cm，其工作性能已符合相關(guān)要求。相比第一次試配試驗(yàn)，其包裹性已經(jīng)改善很多，但從坍落度測試亦可看出，中間石子堆積較多，“帽子”較高，坍落度外圈存在跑漿現(xiàn)象，包裹性仍然較差。

2.4 第三次混凝土試配

根據(jù)前兩組試配試驗(yàn)，對混凝土配比進(jìn)行了最后一次調(diào)整，膠材總量及比例不變，容重仍為2388kg/m3，砂率提高至40%，并摻入了部分細(xì)砂，石子中也摻入了15%的瓜子片，用以改善石子級配。外加劑采用JM-IX，摻量為2.2%。具體配比見表5所示。

表5 第三次混凝土配比

圖2 第三次試配新拌混凝土狀態(tài)

圖2為第三次新拌混凝土狀態(tài)，由圖可看出，此次混凝土拌合物狀態(tài)較之第二組，其包裹性明顯較好，流動性、和易性都符合相關(guān)要求。測得其坍落度為23.0cm，擴(kuò)展度為60cm×60cm，均符合工作性要求，坍落度測試時，其中間無石子堆積，并未出現(xiàn)“帽子型”，坍落度外圈也無跑漿現(xiàn)象，整體狀態(tài)較優(yōu)。

3. 學(xué)性能

混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)采用兩個配合比，分別為第二、第三次C60混凝土試配配合比，測試其3d、7d、28d強(qiáng)度。具體數(shù)據(jù)如圖3所示。

圖3 不同齡期的抗壓強(qiáng)度值

根據(jù)圖3可知，無論是3d、7d還是28d強(qiáng)度，三次試配配比的強(qiáng)度都優(yōu)于二次試配配比的強(qiáng)度。對于混凝土而言，高密實(shí)度就等于高強(qiáng)度，砂率的提高，細(xì)砂的摻入以及石子級配的調(diào)整，一定程度上有效的降低了骨料之間的空隙率，使骨料之間能更有效的緊密堆積，從而使混凝土整體的均勻性得到很大的改善，強(qiáng)度也自然增長較大。

4. 結(jié)論

高性能混凝土的制備離不開礦物摻合料的摻入以及高性能外加劑的運(yùn)用，優(yōu)良的配合比設(shè)計是制備高性能混凝土的技術(shù)先要，優(yōu)質(zhì)的原材料是制備高性能混凝土的物質(zhì)基礎(chǔ)。此次試驗(yàn)采用浙江當(dāng)?shù)氐夭模ㄟ^多次試配，成功制備出工作性能、力學(xué)性能均符合高性能混凝土要求的C60高強(qiáng)度混凝土，以期為浙江當(dāng)?shù)馗咝阅芑炷恋闹苽浼捌浒l(fā)展提供相應(yīng)的科研數(shù)據(jù)。

[1]賀東青，任志剛.高性能混凝土配合比設(shè)計方法研究綜述[J].國外建材科技，2006,27（4）：32-34.

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[3]馬保國，何永佳，呂林女.高性能混凝土配合比設(shè)計[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報，2002,24（7）：14-16.

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[5]朱健芳.C60高性能混凝土配合比的設(shè)計和應(yīng)用[J].中國西部科技，2008,07（32）17-18.

[6]朱紅娟，朱文通，羅思欣.C60高性能混凝土配合比設(shè)計[J].公路交通技術(shù)，2009，（04）：45-17.

[7]張國防，姚建林.高效減水劑及粉煤灰在高強(qiáng)高性能混凝土中的應(yīng)用[J].2008.

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1007-6344（2015）11-0031-02