超高性能混凝土造殼改善大吸水率骨料混凝土性能研究

趙 楊，張 云，夏京亮，周永祥，李 康

(1.中國路橋工程有限責任公司，北京 100011；2.中國建筑科學研究院，北京 100013)

當前，國家正在積極推進“一帶一路”倡議，蒙-內鐵路是“一帶一路”倡議的重要項目，其連接了東非最大港口蒙巴薩和肯尼亞首都內羅畢，全長480 km。對于鐵路工程而言，混凝土工程質量起到了基礎性的作用。骨料占混凝土體積分數較高，對混凝土質量影響較大[1-3]。蒙內鐵路沿線某些地區的骨料存在吸水率較大的問題，《鐵路混凝土》TB/T3275—2011中規定：混凝土用粗骨料的吸水率應小于2%，但蒙內鐵路沿線某些地區骨料的吸水率在3%左右，不滿足標準要求，這給工程建設帶來了難題。

“造殼”工藝是指使骨料表面形成一薄層漿殼而獲得增強效果的技術[4,5]。超高性能混凝土因其超高強度與超高耐久性等突出的性能優點而逐漸受到關注和研究，目前超高性能混凝土分為兩種，即抗壓強度高于100 MPa的含粗骨料的超高性能混凝土和不含粗骨料的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)[6,7]。該文研究了通過摻加UHPC的漿體在大吸水率骨料表面造殼改善大吸水率骨料混凝土性能，從而促進了大吸水率骨料的應用。

1 試 驗

1.1 原材料

1)粗骨料：級配粒徑范圍為5～20 mm(見圖1)，化學成分見表1，物理指標見表2。

2)細骨料：河砂，II區中砂，細度模數2.8。

3)水泥：普通硅酸鹽42.5水泥，物理力學性能見表3。

表1 蒙內鐵路沿線部分地區骨料化學成分 w/%

表2 蒙內鐵路沿線部分地區骨料物理指標

表3 普通硅酸鹽42.5水泥物理力學性能

標準稠度用水量/%凝結時間/min初凝終凝抗折強度/MPa3 d28 d抗壓強度/MPa3 d28 d251502804.957.0526.448.7

4)粉煤灰：I級粉煤灰，需水量比93%，細度7.2%，密度2.2 g/cm3。

5)超過性能混凝土：建研昆侖有限公司生產的超高性能混凝土干混料。

6)外加劑：聚羧酸系減水劑，減水率 29.5%，含固量為20.3%。

1.2 方法

1.2.1 “造殼”工藝

“造殼”工藝流程見圖2。

具體步驟：將“造殼”所用UHPC放入攪拌機攪拌，然后加入確定的用水量，攪拌60 s，然后將骨料放入，攪拌60 s后，再將原配合比中其他原材料正常加入，攪拌120 s，得到試驗混凝土。“造殼”漿液的組成為：UHPC+水，“造殼”處理后，再進行混凝土的拌制。

1.2.2 試驗配合比

試驗配合比如表4所示。

表4 試驗混凝土配合比 kg/m3

1.2.3 試驗方法

混凝土工作性能按照GB/T50080—2016《普通混凝土拌和物性能試驗方法標準》進行；抗壓強度按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》進行；長期性能和耐久性能按照GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行。

2 結果與分析

2.1 混凝土工作性能

按照UHPC干混料的試驗方案對蒙內鐵路沿線某地區大吸水率骨料進行“造殼”后配制的混凝土工作性能如表5所示，圖3為拌合物工作狀態圖。

表5 混凝土的工作性能

名稱坍落度/擴展度/mm初始1 h后基準對比組190/450150/320C35-UHPC235/580210/530

由表5和圖3的試驗結果可知，使用UHPC干混料對大吸水率骨料進行“造殼”處理后，配制混凝土的初始坍落度得到顯著提高，且靜置1 h以后依舊保持良好的工作性，對大吸水率骨料混凝土初始坍落度由未處理組190 mm，增大到235 mm，增大了23.7%，初始擴展度由未處理組450 mm，增大到580 mm，增大了28.9%，而混凝土拌合物經過1 h之后，未處理組的大吸水率骨料混凝土坍落度下降到150 mm，1 h坍落度損失了40 mm，擴展度損失了130 mm，經過超高性能混凝土造殼處理后，坍落度下降到210 mm，1 h僅損失了25 mm，擴展度損失了50 mm；另外在相同外加劑用量情況下，C35-UHPC組出現了輕微的泌水現象，表明此時外加劑摻量略多，可見采用UHPC方法對大吸水率骨料進行“造殼”處理不僅能夠改善新拌混凝土的工作性，還能節約一定外加劑的用量。

2.2 混凝土抗壓強度

測試7 d、28 d、56 d、90 d齡期的抗壓強度，試驗數據見表6。

由表6試驗結果可知，經過超高性能混凝土造殼處理的大吸水率骨料混凝土各齡期抗壓強度均比未處理的大吸水率骨料混凝土有明顯的提高，7 d齡期超高性能混凝土造殼處理組抗壓強度為48.2 MPa，未處理對比組為29.4 MPa，提高了63.9%；28 d齡期超高性能混凝土造殼處理組抗壓強度為62.5 MPa，未處理對比組為43.2 MPa，提高了44.7%；56 d齡期超高性能混凝土造殼處理組抗壓強度為73.1 MPa，未處理對比組為49.6 MPa，提高了47.4%；90 d齡期超高性能混凝土造殼處理組抗壓強度為76.7 MPa，未處理對比組為52.4 MPa，提高了46.4%。并且經過超高性能混凝土造殼處理后的大吸水率骨料混凝土抗壓強度遠超出了C35強度等級要求，28 d抗壓強度高達62.5 MPa，另外并未出現強度倒縮、不增長的情況。可見，UHPC干混料在改善新拌混凝土工作狀態的同時，極大地提高了混凝土的抗壓強度。

表6 混凝土不同齡期立方體抗壓強度

2.3 混凝土耐久性能研究

對比試驗56 d抗氯離子滲透性能(RCM)、56 d電通量及長期收縮試驗，試驗結果分別見表7和圖4。

表7 56 d電通量和RCM氯離子擴散系數

組別56 d電通量/CRCM擴散系數/(10-12m2·s-1)基準對比組1 39711.32C35-UHPC8104.27

由表7和圖4的試驗結果可知，超高性能混凝土造殼處理大吸水率骨料混凝土相對于未處理的基準對比組，密實性和抗氯離子滲透性能均有明顯提高，56 d齡期，超高性能混凝土造殼處理組電通量為810 C，基準對比組為1 397 C，下降了42.0%；超高性能混凝土造殼處理組RCM擴散系數為4.27×10-12m2/s，基準對比組為11.32×10-12m2/s，下降了62.3%，并且經過超高性能混凝土造殼處理后，大吸水率骨料混凝土滿足鐵路標準要求的電通量指標(≤1 200 C)。超高性能混凝土造殼處理大吸水率骨料混凝土相對于未處理的基準對比組，各齡期收縮率均有所減小，在1 d齡期，超高性能混凝土造殼處理組收縮率為19×10-6，基準對比組收縮率為23×10-6，減小了17.4%，到了150 d齡期，超高性能混凝土造殼處理組收縮率為384×10-6，基準對比組收縮率為508×10-6，減小了24.4%。

3 結 論

a.使用超高性能混凝土對大吸水率骨料進行“造殼”處理后，配制混凝土的初始坍落度得到顯著提高，且靜置1 h以后依舊保持良好的工作性；經過超高性能混凝土造殼處理的大吸水率骨料混凝土各齡期抗壓強度均比未處理的大吸水率骨料混凝土有明顯的提高，且遠大于C35強度等級的要求；

b.超高性能混凝土造殼處理大吸水率骨料混凝土相對于未處理的基準對比組，密實性和抗氯離子滲透性能均有明顯提高，收縮減小。