不同巖性骨料對高強泵送混凝土性能影響研究

摘 要：為研究不同巖性粗骨料對高強泵送混凝土性能的影響，利用片麻巖、石灰巖、玄武巖和輝綠巖4種巖性粗骨料配制了C70和C90 2種強度等級混凝土，并開展了對比試驗研究。結果表明，4種巖性骨料在試驗配合比下均能保持良好的工作狀態；混凝土的力學強度和體積穩定性與骨料吸水率有關，吸水率越高，混凝土的力學強度越低，干燥收縮性越大；C90孔徑分布范圍較C70小，輝綠巖和玄武巖混凝土孔徑主要分布在5～10 nm，片麻巖和石灰巖混凝土孔徑主要分布在10～100 nm；輝綠巖骨料相比其他3種骨料，混凝土漿體的連續性和致密性更好。

關鍵詞：骨料；高強泵送混凝土；力學強度；體積穩定性；孔徑分布；骨料吸水率

中圖分類號：

TU52;TQ172.72+4

文獻標志碼：

A文章編號：

1001-5922（2024）01-0090-04

Study on the effect of different lithological aggregates on the performance of high strength pumped concrete

LIN Guanghong

（Wuhan Hanyang Municipal Construction Group Co.，Ltd.，Wuhan 430050，China）

Abstract：In order to study the influence of different lithology coarse aggregate on the performance of high-strength pumped concrete，two strength grades of concrete C70 and C90 were prepared by using four lithology coarse aggregates，namely gneiss，limestone，basalt and diabase，and comparative tests were carried out.The results showed that all four types of lithological aggregates maintained good working conditions under the experimental mix ratio.The mechanical strength and volume stability of concrete wererelated to the water absorption of aggregate，the higher the water absorption，the lower the mechanical strength of concrete，and the greater the drying shrinkage.The pore size distribution range of C90 was smaller than that of C70，the pore size of diabase and basalt concrete was mainly 5～10 nm，and the pore size of gneiss and limestone concrete was mainly 10～100 nm.Compared with the other three aggregates，diabase aggregate hadbetter continuity and compactness of concrete slurry.

Key words：aggregate;high strength pumped concrete;mechanical strength;volume stability;pore size distribution;aggregate water absorption rate

隨著建筑技術的不斷發展，對于混凝土性能的要求也在不斷提高，尤其是在大型高層建筑時，需要用到C60級別以上的高強泵送混凝土［1-3］。影響高強泵送混凝土性能的因素有很多，如攪拌方式［4］、礦物摻合料類型［5］、骨料類型［6］等。

將Khatib - Khayat模型擴展到赫舍爾-巴爾克利和改進的賓漢流體應用到泵送混凝土泵送性能方面的分析［7］。對比研究了石灰巖和花崗巖2種骨料的性能，通過試驗確定了花崗巖更適合做機制砂石骨料的結論［8］。選用了輝綠巖、玄武巖、石灰巖及片麻巖4種粗骨料，對不同強度等級大流態混凝土抗壓強度影響進行了對比研究，認為輝綠巖更適合做骨料［9］。研究了片麻巖骨料摻入下混凝土基本力學性能的變化規律，并得出了力學性能參數與抗壓強度之間的相關關系［10］。綜上研究可以看出：由于骨料所起的骨架作用和填充作用，巖性差異所帶來的力學性能差異是不可忽視的，因此要綜合各項因素，選取最適合的粗骨料。

研究設計了C70和C90 2種強度等級的高強泵送混凝土，并對片麻巖、石灰巖、玄武巖和輝綠巖4種巖性骨料對高強泵送混凝土性能影響展開了試驗研究，以期能為高強泵送混凝土粗骨料的合理選取提供借鑒。

1 試驗概況

1.1 試驗原材料

水泥：P·O42.5普通硅酸鹽水泥，比表面積386 m2/kg，平均密度為 2.96 g/cm3，標準稠度用水量為29.7%，初凝和終凝時間分別為210、265 min，28 d抗折和抗壓強度分別為8.2 、50.5 MPa。

粉煤灰：Ⅰ級，平均細度（45 μm篩余）為10.2%，密度為2.20 g/cm3，平均需水量為94%，比表面積為385 m2/kg，平均燒失量為2.9%。

S95級礦渣粉：平均細度（45 μm篩余）為3.46%，平均密度為2.85 g/cm3，流動度比為96%，比表面積為450 m2/kg。

硅灰：平均比表面積為2.2×105cm2/g，SiO2含量為95.6%，平均需水量為112%。

粗骨料：包括片麻巖、石灰巖、玄武巖和輝綠巖4種不同巖性粗骨料。片麻巖密度為2.58 g/cm3，壓碎值為10%，吸水率為2.6%；石灰巖密度為2.6" g/cm3，壓碎指標為6%，吸水率為1.7%；玄武巖密度為2.74 g/cm3，壓碎值為5%，吸水率為1.1%；輝綠巖密度為2.65 g/cm3，壓碎指標為3%，吸水率為1%。4種粗骨料粒徑為5～25 mm，均按照圖1所示級配進行復配。

細骨料：天然河砂，粒徑0～5 mm，平均細度模數2.4（Ⅱ區中砂），平均密度2 650 kg/m3，堆積密度為1 725 kg/m3，平均孔隙率為34.6%，含泥量為1.7%。

減水劑：高性能聚羧酸減水劑，固含量為15%，平均減水率為25%。

水：實驗室自來水。

1.2 配合比設計

試驗共設計了C70和C90 2種高強泵送混凝土，每種強度下均分別利用4種粗骨料進行制備，2種強度等級混凝土配合比情況見表1。

1.3 性能測試方法

工作性能測試：包括坍落度、擴展度和倒置坍落度筒排空試驗。力學性能測試：抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度。體積穩定性能測試：干燥收縮性能試驗和圓環抗裂性能試驗。孔隙結構分布測試：通過壓汞法測試混凝土內部孔徑范圍和對應孔徑所占的比例值。微觀結構測試：利用SEM電鏡掃描各

骨料巖性拌制混凝土，對比微觀結構形態的差異，分析力學性質差異的機理。

2 試驗結果分析

2.1 工作性能

不同巖性骨料高強泵送混凝土工作性能指標測試結果見圖2。

由圖2可知，在C70強度等級下，混凝土的坍落度在240～245 mm，擴展度在550～570 mm，工作性能較為理想；在C90強度等級下，坍落度為240～245 mm，擴展度在580～620 mm，工作性能也較為理想；C70和C90所有試驗組均未出現離析和泌水現象。從總體上來講，片麻巖試驗組的坍落度和擴展度相對較小，這主要是因為片麻巖的吸水率高，在拌合過程中需要吸收更多的水分，故而導致漿體的坍落度和擴展度降低，對泵送性能產生不利影響，若想保持相同程度的工作性能，則需要摻加更多的減水劑，于混凝土制造成本不利。

2.2 力學性能

不同巖性骨料28 d力學強度測試結果見表2。

由表2可知，無論是C70還是C90強度等級，片麻巖試驗組的抗壓強度、抗折強度和劈裂抗拉強度在4種巖性骨料混凝土中均是最小的，整體力學強度表現為：輝綠巖gt;玄武巖gt;石灰巖gt;片麻巖，與此同時，片麻巖與其他3種巖性骨料相比，其表面的片層狀紋理使得片麻巖的比表面積相對更小，這不利于水泥漿體與片麻巖骨料進行粘接，再加上片麻巖自身強度在4種巖性骨料中也相對較低，因而最終導致片麻巖試驗組的力學性能最差。

2.3 體積穩定性

不同巖性骨料高強泵送混凝土干燥收縮變形隨時間變化曲線見圖3。

由圖3可知，隨著齡期的增加，混凝土的體積收縮率呈冪函數型增加，短期內可劃分為減速收縮和穩定收縮兩個階段，0～14 d齡期是混凝土干燥收縮變形最快的時間段，當齡期超過14 d后，干燥收縮變形速率放緩，并最終趨于穩定；相同齡期下，采用輝綠巖骨料拌制的混凝土干燥收縮率最大，即干燥收縮率：輝綠巖骨料gt;玄武巖骨料gt;片麻巖骨料gt;石灰巖骨料，與力學性能的表現恰好相反。這是因為當骨料吸水率越低時，混凝土基體中存在的自由水（游離水）含量越高，自由水會在自收縮過程中大量蒸發，故而收縮率更大，而吸水率相對更高的片麻巖或者石灰巖，這些骨料所吸收的水分會緩慢析出，達到自養護的效果，故而收縮率較小。

2.4 孔隙分布特征

通過壓汞法試驗得到的不同巖性骨料高強泵送混凝土孔結構分布特征見圖4。

由圖4可知，C70強度等級下，不同巖性骨料拌制的混凝土孔徑分布范圍為5～150 nm。在C90強度等級下，混凝土孔徑分布范圍為5～100 nm。這主要是因為C90混凝土在設計時，摻入了粒徑更小的硅灰，這些硅灰可以起到填充孔隙的作用，故而主要以小孔徑為主。輝綠巖和玄武巖骨料混凝土的主要孔徑分布在5～10 nm，片麻巖和石灰巖的主要孔徑分布在10～100 nm，即當孔徑為5～10 nm時，輝綠巖gt;玄武巖gt;石灰巖gt;片麻巖；當孔徑為10～100 nm時，片麻巖gt;石灰巖gt;玄武巖gt;輝綠巖，孔隙的平均孔徑越大，表明混凝土結構越疏松11，力學性能越差。

3 微觀結構對比

不同巖性骨料SEM掃描結果見圖5。

由圖5可知，片麻巖試驗組中粗骨料周邊硬化漿體中的水化產物，相比其他3種骨料而言較少，漿體結構更加疏松，而且由于片麻巖自身強度不足，導致C90片麻巖組骨料在受力過程中發生了開裂；在C70強度等級下，石灰巖骨料試驗組的水化產物雖然較多，但存在一些孔隙間隙，而在摻入適當硅粉后（C90強度等級），這些孔隙被填充密實，密實度得到進一步提升；輝綠巖骨料試驗組相比石灰巖和玄武巖而言，硬化漿體更加連續和致密，與粗骨料之間的粘接性更好，幾乎與骨料融為一體，故而輝綠巖混凝土的力學性能在4種骨料中是最好的［12-14］。

4 結語

（1）4種巖性骨料配制的高強混凝土坍落度和擴展度相差不大，坍落度在240～245 mm，C70強度等級擴展度為550～570 mm，C90強度等級擴展度為580～620 mm，均未出現離析和泌水現象，工作性能良好;

（2）不同巖性骨料高強混凝土的抗壓強度、抗折強度、劈拉強度、干燥收縮率排序大小依次為：輝綠巖、玄武巖、石灰巖、片麻巖;

（3）C70強度等級混凝土孔徑分布為5～150 nm，C90強度等級混凝土孔徑分布為5～100 nm，輝綠巖和玄武巖混凝土孔徑主要分布為5～10 nm，片麻巖和石灰巖混凝土孔徑主要分布為10～100 nm;

（4）輝綠巖骨料混凝土漿體連續性和致密性更好，與骨料的粘接融合性更佳，故而力學性能最好，但由于其收縮性較大，易造成混凝土開裂，因而在使用時應適當添加膨脹劑。

【參考文獻】

［1］

李悅，宋春英，梅期威，等.高強混凝土泵送壓力損失計算方法的比較研究［J］.混凝土，2020，369（7）：88-91.

［2］ 覃善總，庾明鋒，李桂青，等.C60～C80HPC在廣州東塔超高泵送的工程應用［J］.混凝土，2019，351（1）：132-135.

［3］ 秦堃，雷勁松，王寧，等.C80超高層泵送混凝土關鍵技術研究［J］.混凝土，2023，402（4）：126-130.

［4］ 申文凱，元強，紀友紅，等.攪拌程序對高性能混凝土泵送性能的影響［J］.硅酸鹽通報，2023，42（3）：878-887.

［5］ 趙迪.一種聚丙烯纖維摻和改性的高強混凝土性能測試研究［J］.粘接，2023，50（3）：146-150.

［6］ 王輝，趙嘉興，何世欽，等.泵送混凝土流變性及泵送過程的數值模擬研究進展［J］.粉煤灰綜合利用，2023，37（1）：70-75.

［7］ ZHAIDARBEK B，TLEUBEK A，BERDIBEK G，et al.Analytical predictions of concrete pumping： Extending the Khatib-Khayat model to Herschel-Bulkley and modified Bingham fluids［J］Cement and Concrete Research.Volume 163，Issue.2023.

［8］ 王曉波，亢澤千，孔亞寧，等.母巖類型和巖性對混凝土骨料性能的影響［J］.混凝土，2023，401（3）：77-80.

［9］ 郭宏，盧京宇，賀鑫鑫.不同巖性粗骨料對大流態混凝土抗壓強度影響［J］.鐵道建筑技術，2022，348（3）：17-21.

［10］ 徐志華，熊文勇，劉輝，等.片麻巖骨料混凝土基本力學性能及其換算關系研究［J］.建筑科學與工程學報，2023，40（3）：10-19.

［11］ 付希堯.聚丙烯酸鈣預處理輝綠巖骨料透水混凝土性能研究［J］.新型建筑材料，2022，49（7）：40-44.

［12］ 王雷，黃小坤，徐福泉.基于隨機損傷理論的C80及以上高強混凝土單軸受壓應力應變模型［J］.建筑科學，2023，39（5）：32-42.

［13］ 劉玉濤，高藝榕，馬必聰.內養生混凝土力學行為及抗氯離子滲透性能研究［J］.硅酸鹽通報，2023，42（6）：2027-2036.

［14］ 趙蘇政，張文.溫度對不同摻量纖維混凝土孔隙結構劣化影響分析［J］.復合材料科學與工程，2023，352（5）：59-64.