C50高性能混凝土配合比研究

摘 要:通過大量對比試驗，對C50高性能混凝土配合比不斷進行優化，最終確定最佳試驗室配合比。

關鍵詞:高性能混凝土; 最佳摻合劑量; 混凝土拌合物;力學性能

中圖分類號:TU 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3198(2010)06-0327-02

0 前言

對于高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)，為了達到較高的強度，通常采取低水膠比，一般在0. 22～0. 40之間。但同時為了滿足施工要求，保證一定的和易性，通常要加入高效減水劑。本文試圖通過大量的對比試驗，找出C50高性能混凝土最佳試驗室配合比。

1 原材料的選擇

1.1 水泥

福建水泥股份有限公司煉石水泥廠生產的煉石牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，細度1.8%、28天抗壓48.6MPa。

1.2 粗骨料

霞浦石料廠生產的(5-25)mm連續粒級碎石，含泥量0.3%、表觀密度2640kg/m3、堆積密度1520kg/m3、緊密密度1640kg/m3.

1.3 細骨料

霞浦Ⅱ區粗砂，含泥量0.2%。

1.4 粉煤灰

長樂華能電廠生產的Ⅱ級粉煤灰，細度10.8%，需水量比93%、燒失量2.12%。

1.5 礦渣微粉

福建益材生產的S95級礦渣微粉，比表面積481m2/kg、活性指數R28=98%。

1.6 外加劑

廈門宏發先科化工建材有限公司生產的FDN-5R緩凝高效減水劑和上海格雷斯化工建材有限公司生產的ADVA-152-A緩凝高效減水劑，摻量分別為1.5%和1.3%。

2 混凝土配合比設計的一般步驟、試驗過程與結果分析

耐久性、強度及工作性是影響高性能混凝土拌和物性能的因素，因此高性能混凝土配合比的特點是:水膠比低、粉體量大、漿集比大、粗集料量小。據此，先介紹一下配合比參數、混凝土配合比設計的一般步驟及主要試驗方法。

2.1 混凝土配合比設計的一般步驟

(1)根據設計要求，初步選定混凝土的水泥、礦物摻合料、骨料、外加劑、拌合水的品種以及水膠比、膠凝材料總用量、礦物摻合料和外加劑的摻量;

(2)參照《普通混凝土配合比設計規程》(JGJ55-2000)的規定計算單方混凝土中各原材料組分用量;

(3)采用工程中實際使用的原材料和攪拌方法，通過適當調整混凝土外加劑用量或砂率，調配出符合要求的混凝土配合比，該配合比作為基準配合比;

(4)改變基準配合比的水膠比、膠凝材料用量、礦物摻合料摻量、外加劑摻量或砂率等參數，調配出拌合物性能與要求值基本接近的配合比3-5個;

(5)按要求對上述不同配合比混凝土制作力學性能對比試件，養護至規定齡期時進行試驗;

(6)從上述配合比中優選出拌合物性能和抗壓強度適宜的一個配合比成型一組耐久性試件，養護至規定齡期時進行試驗;

(7)根據上述配合比混凝土拌合物的性能、抗壓強度、抗裂性以及耐久性能試驗結果，按照工作性能優良、強度和耐久性滿足要求、經濟合理的原則，選定該配合比作為理論配合比;

(8)采用工程實際使用的原材料拌合混凝土，測定混凝土的表觀密度。根據實測拌合物的表觀密度，求出校正系數，對理論配合比進行校正。校正系數按下式計算:校正系數 = 實測拌合物密度值 ∕ 理論配合比拌合物密度值

(9)當混凝土的力學性能或耐久性能試驗結果不滿足設計或施工的要求時，則應重新選擇水膠比、膠凝材料用量或礦物摻合料用量，并按照上述步驟重新試拌和調整混凝土配合比，直至滿足要求為止。

2.2 試驗過程

根據高性能混凝土配合比設計原則，選定初步配合比為:

水水泥細骨料粗骨料外摻料外加劑編號173kg368kg589kg1049kg158kg7.89(FDN-5R)1#154kg327kg609kg1080kg140kg6.07(ADVA-152-A)2#外加劑為廈門宏發先科化工建材有限公司FDN-5R緩凝高效減水劑

(1) 外摻料為粉煤灰。

表2

水水泥細骨料粗骨料粉煤灰FDN-5R緩凝高效減水劑173kg368kg589kg1049kg158kg7.89kg坍落度表觀密度7d強度28d強度185mm2340kg/m334.4MPa53.6MPa(2) 外摻料為礦渣微粉。

水水泥細骨料粗骨料粉煤灰礦渣微粉FDN-5緩凝

高效減水劑173kg368kg589kg1049kg79kg79kg7.89kg坍落度表觀密度7d強度28d強度210mm2370kg/m341.3MPa66.1MPa(4) 外摻料為粉煤灰和礦渣微粉各半，外加劑為上海格雷斯化工建材有限公司ADVA-152-A緩凝高效減水劑。

表5

水水泥細骨料粗骨料粉煤灰礦渣微粉ADVA-152-A

緩凝高效減水劑154kg327kg609kg1080kg70kg70kg6.07kg坍落度表觀密度7d強度28d強度170mm2340kg/m348.0MPa61.6MPa(5) 兩種配合比電通量和抗裂性結果匯(外摻料為粉煤灰和礦渣微粉各半)

表6

編號28d自由收縮應

變( ×10-6)28d擴散系數

( ×10-8cm2/s)40d 6小時電

通量(庫侖)60d擴散系數

(×10-8cm2/s)60d 6小時電

通量(庫侖)1#2571.917541.4113142#1922.32833————2.3 結果分析

根據以上數據分析，28天觀測試件頂面和外側面，均未出現裂縫，說明這兩種配合比體積穩定性較好，抗裂性均較好;由于1#配合比骨料含量少于2#配合比，所以1#配合比28自由收縮應變大于2#配合比;而1#配合比比2#配合比有較好的工作性、較大的表觀密度、較高的28天抗壓強度和較低的電通量。但根據電通量法，40天時， 1#配合比的滲透能力屬于低，而2#配合比的滲透能力為中等。選擇摻廈門宏發先科化工建材有限公司FDN-5R緩凝高效減水劑、外摻料為粉煤灰和礦渣微粉各半的配合比為基準配合比進行進一步研究。最后，按照基準配合比進行試拌，得到相關數據匯總如下:

(1)抗壓強度和抗折強度。

表7

7天抗壓強度28天抗壓強度47.6MPa43.3MPa45.3MPa66.0MPa66.9MPa67.3MPa47.6MPa 66.7MPa7天抗折強度28天抗折強度6.6MPa6.0MPa8.1MPa7.5MPa7.7MPa5.3MPa6.9MPa7.7MPa(2)抗劈裂強度。

表8

7天抗劈裂強度28天抗劈裂強度3.1MPa3.7MPa3.6MPa4.8MPa4.6MPa4.3MPa3.5MPa 4.6MPa(3) 軸心抗壓強度和彈性模量

表9

28天軸心抗壓強度28天彈性模量46.2MPa51.3MPa54.4MPa334(100MPa)416(100MPa)351(100MPa)50.6MPa367(100MPa)(4) 抗滲試驗。

按基準配合比成型的試件經標準養護到28天后進行抗滲性能試驗，壓力從0.1MPa起，每隔8小時加壓0.1MPa，直到壓力加到3.2MPa時六個試件仍未滲水，說明抗滲等級至少大于P32。

(5)抗凍試驗質量損失情況和強度損失情況。

表10

試驗

項目試件編號1#2#3#4#5#6#7#8#9#凍融循環次數200次250次300次原試件質量g812582088136813982488206831783288194凍后試件質量g810981898119812582308192829883048180質量損失g161917141814192414損失百分率%0.200.230.210.170.220.170.230.290.17平均損失百分率%0.210.190.23凍前抗壓強度MPa67.671.667.471.370.469.276.074.276.9凍后抗壓強度MPa60.264.464.060.760.262.059.956.660.3強度損失MPa7.47.23.410.610.47.216.117.616.6損失百分率%10.910.15.014.914.810.421.223.721.6平均損失百分率%8.713.422.23 試驗中出現的問題

由于高性能混凝土具有高強、高耐久性和高工作性等特點，一般只在一些重要的或是有特殊要求的工程中使用。由于我們缺少高性能混凝土方面的經驗，這給高性能混凝土的開發和研究帶來了一定的困難。在試驗過程中遇到了以下一些問題:

(1)在高性能混凝土配合比設計方面，我國目前尚無關于高性能混凝土的試驗標準和驗收規范，即使是建議的方法也很少。所以，在設計初步配合比時，是在以往試驗的基礎上獲得的。

(2)在儀器設備方面，使用的是傳統的普通混凝土設備，因而在制作和測定混凝土試塊性能方面可能會存在一定的誤差。

(3)高性能混凝土對原材料的性能和試驗方法反應比較敏感， JGJ 55—2000《混凝土配合比設計規程》等對強度等級高于C 50的混凝土，其粗骨料的針片狀顆粒含量宜≯5. 0 %，含泥量應≯0. 5 %。細骨料的細度模數宜> 2. 6，含泥量應≯2. 0 %。在本試驗中石子的針、片狀顆粒含量為7.8%，超過了規范的規定，因而在試塊強度測定時有一定的離散性。

4 結束語

(1)獲得高強度混凝土的重要條件是低水膠比，因而在拌制過程中必須控制用水量，必須扣除各類原材料(特別是砂子和溶液型的高效減水劑)中的含水量。

(2)高性能混凝土對原材料的要求很高，為了獲得高強度，要控制粗骨料的最大粒徑一般≯25 mm，并仔細檢查粗骨料的各種性能，必要時可以通過人工篩選粗骨料。

(3)高性能混凝土的強度與活性混合材料的種類關系較為密切，本試驗采用的活性混合材料為Ⅱ級粉煤灰和S 95級礦粉，若采用不同的混合材料，其試驗結果可能有較大的差異。

(4)為了防止大尺寸混凝土開裂，應采取低熱水泥和礦物摻合料，以降低水化熱。

綜上所述，只要水泥、外摻料和外加劑用量能夠得到有效控制，則C50級高性能混凝土質量能夠得到充分保證。

參考文獻

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