C40P10大體積混凝土研究與制備

袁學成

（東莞市福匯多建材有限公司，廣東 東莞 523145）

0 前言

與薄壁結構相比，大體積混凝土不易散熱，水化熱易集聚，水化溫升相對較高。而水泥水化反應除了與自身的礦物組成和比表面積相關外，水化溫度也是一個重要影響因素。大體積混凝土水化放熱集聚的特性，又會加速水泥水化，使得放熱更加集中，二者之間惡性循環，最終導致大體積混凝土中心溫度不斷升高，而中心溫度與邊緣溫度之差也不斷增加，溫度應力誘發的開裂風險也就增大。大摻量礦物摻合料可以等效替代水泥，減少放熱源，又可減少單方用水量、改善混凝土耐久性。膨脹劑水化反應可以增強混凝土的補償收縮能力，已成功應用于大體積混凝土溫度控制。本文采用復摻礦渣、粉煤灰和膨脹劑制備 C40 大體積混凝土，利用它們之間的疊加協同效應，提高大體積混凝土的抗溫度開裂能力。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：P·O42.5 普通硅酸鹽水泥，SO3含量 2.48%，堿含量 0.72%，Cl-含量 0.72%，比表面積 324m2/kg，其物理性能見表1。

表1 水泥物理性能

礦粉：S95 級，密度 2.85g/cm3，含水率 0.1%，燒失量 0.38%，SO3含量 0.04%，Cl-含量 0.005%，比表面積 410m2/kg，流動度比 100%，28d 活性指數 95%。

粉煤灰：Ⅰ級 F 類，45μm 方孔篩篩余 4.0%，需水量比 95%，SO3含量 0.81%，游離 CaO 含量 0.92%，含水量 0.2%。

膨脹劑：性能符合 GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》的Ⅱ型混凝土膨脹劑，水中 7d 限制膨脹率0.064%，空氣中 21d 限制膨脹率 0.016%，其膨脹性能見圖1。

砂：河砂，細度模數 2.4，含泥量 0.8%，泥塊含量0.1%，堿活性 0.09%。

石：5～20mm 連續級配碎石，針片狀含量 3%，壓碎值指標 9.0%，堿活性 0.01%。

減水劑：聚羧酸減水劑，減水率 38%，常壓泌水率比 17%，含氣量 2.7%，7d 抗壓強度比為 181%、28d 抗壓強度比為 176%。

圖1 膨脹劑膨脹性能

1.2 試驗方法

C40P10 大體積混凝土的膠凝材料用量分別設計為400kg/m3、420kg/m3和 380kg/m3，配合比見表2。依據表2 拌制混凝土，依據 GB 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》對新拌混凝土進行出機坍落度、容重和 2h 經時損失測量。依據 GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》對硬化混凝土分別進行抗壓強度測試，依據 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》對硬化混凝土進行電通量、抗滲性測試，依據 GB/T 23439—2009《混凝土膨脹劑》對硬化混凝土進行限制膨脹率測試。

表2 混凝土配合比 kg/m3

2 結果與分析

2.1 新拌混凝土性能

綜合考慮混凝土工作性能、力學性能和耐久性能，C40P10 大體積混凝土的坍落度設計為 (180±20)mm。新拌混凝土的工作性能測試結果見表3。

表3 新拌混凝土性能試驗記錄

由表3 可知，3 個配合比的 C40P10 大體積混凝土拌合物工作性能良好，無泌水、不離析，漿體帶著骨料流動。出機坍落度在 190～220mm，2h 后坍落度在160～175mm，混凝土容重在 2370～2380kg/m3，各項性能指標均符合設計和施工要求。此外，隨著膠凝材料用量的增多，新拌混凝土的工作性得到改善。

2.2 抗壓強度

依據 GB/T 50080—2002《普通混凝土配合比設計規程》，標準差 取 5.0，C40P10 大體積混凝土的配制強度不應小于48.2MPa。三個配合比的硬化混凝土抗壓強度測試結果見表4 和圖2。

表4 混凝土抗壓強度測試

由表4 和圖2 可知，三個配合比混凝土抗壓強度持續增長，沒有出現強度倒縮現象。3d 強度在 25.6～26.4MPa（約為 28d 強度的 46%～53%），7d 強度在32.7～36.3MPa（約為 28d 強度的 60%～70%），28d 強度在 48.4～57.3MPa。三個配合比 28d 抗壓強度均達到了配制強度不低于 48.2MPa 的要求。并且，隨著膠凝材料的增加，混凝土的抗壓強度增長。

圖2 混凝土強度增長率

2.3 電通量

與氯離子擴散系數類似，電通量[1]也是一種快速評價混凝土滲透性或密實性的有效手段。電通量法是在真空飽水處理過的試件兩端施加 (60±0.1)V 直流電壓下，測量通過 6h 流過混凝土試件的電量值。三個配比混凝土的 28d、56d 電通量測量結果見表5。由表5 可知，三個配比的 C40P10 大體積混凝土 28d 電通量值在最小值在 730C，最大值為 850C。56d 電通量最小值為493C，最大值為 622C。結果表明，混凝土電通量隨著水灰比的減小而降低。混凝土中摻入粉煤灰和礦渣粉后，可有效改善混凝土孔結構，填充孔隙，減水有害孔，提高混凝土的密實性，降低滲透性[2-3]。此外，混凝土中摻入膨脹劑后，在約束作用下，膨脹劑生成的水化產物可進一步填充優化孔結構，提高混凝土抗滲性。

表5 硬化混凝土電通量值

2.4 抗滲性

混凝土試件水中養護至齡期后，取出進行混凝土抗滲性檢測。采用蠟封試件，加壓范圍 0.1～1.2MPa，每隔 8h 加 0.1 MPa。三個配合比的 C40P10 大體積混凝土試件加壓至 1.2MPa 時均未發生透水現象，抗滲等級都達到 P11。劈開試件后，試件滲水高度在 1.0～2.5cm。結果表明，三個配比混凝土的抗滲性能都非常好，這與混凝土電通量試驗結果相吻合。

2.5 限制膨脹率

膨脹劑水化反應生成的膨脹性水化產物使得混凝土產生膨脹，在鋼筋約束作用下，構成有效約束膨脹，從而可以補償混凝土后期的收縮變形，提高混凝土的體積穩定性[4]。C40P10 大體積混凝土三個配合比的限制膨脹率測試結果見圖3。

由圖3 可知，三個配合比混凝土試件水中 14d 的限制膨脹率在 0.026%～0.031%，并且混凝土試件限制膨脹率隨著膠凝材料用量的增加而下降。這是因為混凝土的限制膨脹率與強度增長相匹配，強度增長速率高，則混凝土受到的約束越大，相應的混凝土限制膨脹率就相應的小一些。此外，三個配合比混凝土試件在空氣中28d 的限制膨脹率在 0.002%～0.011%。該結果表明，所有混凝土試件即使暴露在空氣中依然處于膨脹狀態，混凝土未發生收縮。這對于保證大體積混凝土的體積穩定性十分重要。

圖3 C40P10 混凝土限制膨脹率

綜合考慮新拌混凝土的工作性、硬化混凝土的抗壓強度、電通量、抗滲性和限制膨脹率，C40P10 大體積混凝土的配合比采用膠凝材料 400kg/m3的 1# 配合比較為適宜。

3 結論

（1）復摻礦渣、粉煤灰和膨脹劑制備的 C40P10大體積混凝土工作性能良好，坍落度經時損失小，28d 抗壓強度可達 52.0MPa，56d 電通量僅為 566C，混凝土抗滲等級達到 P11，水中 14d 限制膨脹率分別為0.029%，空氣中 28d 限制膨脹率 0.007%，混凝土始終處于膨脹狀態，體積穩定性好。

（2）礦渣、粉煤灰和膨脹劑疊加協同作用，填充孔隙，消除有害孔，優化孔結構，提高混凝土的密實性和抗滲性，從而減少外界有害離子的侵入，提高混凝土的耐久性。

[1]馮仲偉，謝永江，朱長華，等．混凝土電通量和氯離子擴散系數的若干問題研究[J]．混凝土，2007,10:7-11．

[2]張嘉新，董淑慧．粉煤灰對混凝土孔結構和抗滲性的影響[J]．低溫建筑技術，2012,6:15-17．

[3]周勝波，申愛琴，馮云，等．基于細觀孔結構特征探討礦渣微粉對混凝土抗凍性能的影響[J]．混凝土，2012,10: 94-96+136．

[4]蔡才勤，唐玲．高性能混凝土在大體積混凝土工程中的應用[J]．混凝土，2001,9:25-27．