礦用高性能混凝土配合比實(shí)驗(yàn)研究

徐晶 楊華軍

1.山東東泰工程咨詢(xún)有限公司 山東淄博 255000

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1 原材料選用

（1）水泥。水泥在混凝土各組分中起到粘結(jié)、填充等作用，是混凝土強(qiáng)度的主要來(lái)源，水泥的選用遵循以下原則：考慮工程環(huán)境條件，關(guān)注水泥對(duì)混凝土耐久性是否有不利影響；使配制混凝土強(qiáng)度達(dá)到要求、收縮小、和易性好和節(jié)約水泥為原則。

（2）細(xì)骨料。采用級(jí)配良好、質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈中砂，細(xì)度模數(shù)宜為2．3 ～3．0，含泥量不應(yīng)大于5．0%，泥塊含量不應(yīng)大于0．5%，氯離子含量不應(yīng)大于0．02%。

（3）粗骨料。粗骨料的級(jí)配組成、自身強(qiáng)度、彈性模量、潔凈度等性能指標(biāo)，對(duì)混凝土力學(xué)性能有重要影響。在特殊工程中，應(yīng)選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配合理、粒徑形狀良好的潔凈骨料，堆積密度宜大于1500kg/m3，孔隙率不超過(guò)40%，最大公稱(chēng)粒徑不宜大于25mm，針、片狀顆粒含量不超過(guò)5．0%，含泥量不應(yīng)大于0．5%，泥塊含量不應(yīng)大于0．2%。

（4）摻合料。改善混凝土和易性，一般考慮摻加適量的粉煤灰，粉煤灰對(duì)水化熱、改善混凝土和易性有利，但摻加粉煤灰的混凝土早期極限抗拉值均有所降低，對(duì)混凝土抗?jié)B抗裂不利。

（5）礦用高性能混凝土復(fù)合外加劑，作為一種復(fù)合型外加劑，其應(yīng)用特點(diǎn)主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面，一是在礦用高性能混凝土配制過(guò)程中，替代高性能減水劑、礦粉、硅灰、粉煤灰等多種普通混凝土外加劑和礦物摻和料，優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)流程、減少計(jì)算及計(jì)量次數(shù)、簡(jiǎn)化混凝土生產(chǎn)工藝控制；二是在混凝土應(yīng)用中各組分能夠充分發(fā)揮最大效應(yīng)，使水泥中的表面能提高，化學(xué)活性得到極大改善，發(fā)揮疊加效應(yīng)，填充作用，水化硬化充分，降低其孔隙率，易配制出大流動(dòng)性、和易性好、與水泥適應(yīng)性好、耐久性好的高性能混凝土。

（6）混凝土用水。應(yīng)采用潔凈的自來(lái)水，其pH 值不小于5．0，氯離子含量不得超過(guò)350mg/L。

2 配合比設(shè)計(jì)

（1）設(shè)計(jì)原則。混凝土配合比設(shè)計(jì)應(yīng)滿(mǎn)足混凝土工作性能要求、設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求、耐久性要求以及經(jīng)濟(jì)合理性的原則[1]。

（2）關(guān)鍵指標(biāo)控制。首先，應(yīng)限制每方混凝土中膠凝材料的最低和最高用量，在滿(mǎn)足膠凝材料最低用量的前提下，應(yīng)盡可能降低膠凝材料中水泥用量，以減少自收縮的影響，但水膠比較高時(shí)，又必須滿(mǎn)足水泥最低用量要求。在進(jìn)行高強(qiáng)度混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，通常水泥用量不宜大于500kg/m3。其次，水膠比、砂率、骨膠比是配合比設(shè)計(jì)中的三個(gè)重要指標(biāo)，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化控制[2]。

（3）設(shè)計(jì)過(guò)程。礦用高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程參考《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55），確定配制強(qiáng)度——計(jì)算水膠比——確定每立方米混凝土用水量——計(jì)算水泥用量——計(jì)算礦用高性能混凝土復(fù)合外加劑用量——確定砂率——計(jì)算骨料用量[3]。

需要注意的是，高性能混凝土水膠比的計(jì)算不能采用普通混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算公式，應(yīng)根據(jù)試驗(yàn)資料進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，提出混凝土強(qiáng)度和水膠比的關(guān)系式，然后用作圖法或計(jì)算法求出與混凝土配制強(qiáng)度相對(duì)應(yīng)的水膠比。當(dāng)采用多個(gè)不同的配合比進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，其中一個(gè)應(yīng)為基準(zhǔn)配合比，其他配合比的水膠比，宜較基準(zhǔn)配合比分別增加和減少0．01 ～0．03。根據(jù)大量研究試驗(yàn)資料統(tǒng)計(jì)，本試驗(yàn)選取0．26、0．28、0．30 三個(gè)水膠比進(jìn)行試拌，最終確定水膠比為0．28。

在高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中，每立方米混凝土中所用的水必須是潔凈飲用水或用磁化水，不能含有害雜質(zhì)或受污染。這樣膠凝材料、高性能混凝土復(fù)合外加劑才能在水中發(fā)揮最大作用，水泥顆粒才能充分水化，完全硬化，形成致密的整體，提高混凝土強(qiáng)度、耐久性。礦用高性能混凝土拌合物的高工作性能中的流動(dòng)性主要是水提供，而且還提供膠凝材料水化、硬化的環(huán)境，起橋梁和載體的作用。一般說(shuō)來(lái)，水泥完全水化需0．20 左右的水即可，多余部分主要提高混凝土流動(dòng)性或殘留或蒸發(fā)。所以用水量的選擇，直接影響砼流動(dòng)性、強(qiáng)度。本次試驗(yàn)選用的礦用高性能混凝土復(fù)合外加劑，推薦單位用水量控制在145-165kg/m3，在本次配合比設(shè)計(jì)中選取用水量為150kg/m3。

在高性能混凝土?xí)r，水泥的用量是至關(guān)重要的，它直接影響到水泥與骨料的粘結(jié)力，不能直接按普通混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算，需要對(duì)水泥用量進(jìn)行試驗(yàn)確定。為了增加砂漿中膠質(zhì)結(jié)料的比例，水泥含量要比較高，但要注意的是，如果水泥用量過(guò)高，會(huì)引起水化期間放熱速度過(guò)快或收縮量過(guò)大等問(wèn)題，在確定時(shí)應(yīng)遵循材料限量原則進(jìn)行綜合考慮。本試驗(yàn)通過(guò)大量的試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)資料，確定水泥用量為460kg/m3。

根據(jù)以上礦用高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程，最終確定下表所示的9 組配合比。

3 配合比試驗(yàn)

（1）試驗(yàn)過(guò)程控制。在進(jìn)行混凝土配合比試驗(yàn)過(guò)程中，應(yīng)嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)試驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行控制，試驗(yàn)工程中各個(gè)環(huán)節(jié)的不確定性，容易對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成較大影響，在高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中影響更為突出。根據(jù)以往的研究經(jīng)驗(yàn)，高性能混凝土強(qiáng)度離散性都比較大，這主要取決于試驗(yàn)過(guò)程中原材料環(huán)境條件、攪拌工藝、振搗方法、養(yǎng)護(hù)工藝、強(qiáng)度試驗(yàn)等的影響。為提高本次試驗(yàn)結(jié)果的有效性，對(duì)各相關(guān)影響因素進(jìn)行嚴(yán)格控制。

（2）試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)9 個(gè)配合比進(jìn)行試驗(yàn)，每個(gè)配合比測(cè)定混凝土拌合物的坍落度、粘聚性，并制作3 組混凝土試件，脫模后放入混凝土標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，分別測(cè)定3d、7d、28d 齡期抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)結(jié)果如表所示。

（3）基于原材料情況和試驗(yàn)的取值范圍，可知：①隨著復(fù)合外加劑摻量的增加，坍落度逐漸增大，當(dāng)摻量超過(guò)22%時(shí)，坍落度增加更為明顯。②當(dāng)復(fù)合外加劑摻量小于24%時(shí)，隨著摻量的增加，礦用高性能混凝土3d 強(qiáng)度、7d 強(qiáng)度、28d 強(qiáng)度均逐漸增加；摻量不小于24%時(shí)，3d 強(qiáng)度、7d 強(qiáng)度、28d 強(qiáng)度均逐漸呈現(xiàn)持平或減小趨勢(shì)。③當(dāng)復(fù)合外加劑摻量大于20%時(shí)，7d 強(qiáng)度能到達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度要求。④當(dāng)復(fù)合外加劑摻量大于18%時(shí)，28d 強(qiáng)度能到達(dá)到配制強(qiáng)度要求。⑤當(dāng)復(fù)合外加劑摻量小于等于16%時(shí)，28d 強(qiáng)度未到達(dá)到配制強(qiáng)度要求。

（4）試驗(yàn)結(jié)論。試驗(yàn)結(jié)果表明，在混凝土配合比設(shè)計(jì)工作中，首先應(yīng)根據(jù)混凝土配合比試配目標(biāo)，合理對(duì)原材料進(jìn)行選取，并按要求控制其主要性能指標(biāo)，其次應(yīng)控制好水膠比、砂率、骨膠比等重要指標(biāo)，通過(guò)不斷的試配調(diào)整，確定外加劑的摻量，最后再?lài)?yán)格控制實(shí)驗(yàn)過(guò)程。合理的配合比設(shè)計(jì)應(yīng)在滿(mǎn)足混凝土設(shè)計(jì)及相關(guān)規(guī)范給出的包括工作性能、強(qiáng)度、耐久性和經(jīng)濟(jì)性等要求的前提下，確定混凝土各組份的用量，從而獲得最經(jīng)濟(jì)適用的混凝土。

4 結(jié)語(yǔ)

混凝土的應(yīng)用代表著一個(gè)國(guó)家基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)發(fā)展的程度，在工程建設(shè)領(lǐng)域中，混凝土具有其他材料不可替代的特點(diǎn)，尤其在特殊工程建設(shè)中，混凝土使用環(huán)境條件惡劣、水文狀況復(fù)雜、化學(xué)侵蝕嚴(yán)重，對(duì)混凝土尤其是高性能混凝土的試配意義重大。本文研究尚淺 ，仍需要相關(guān)科研機(jī)構(gòu)、混凝土外加劑研發(fā)應(yīng)用機(jī)構(gòu)以及商品混凝土公司，運(yùn)用地方材料在混凝土尤其是高性能混凝土的研發(fā)方面作出努力。