C80高強混凝土配合比的試驗研究

趙志峰

(山西四建集團有限公司，山西太原 030012)

隨著建筑行業(yè)的迅速發(fā)展，我國已出現(xiàn)許多研究和應用高強混凝土的典型工程。然而由于各地區(qū)發(fā)展程度的不同以及地方材料的差異，高強混凝土在我國不同地區(qū)發(fā)展水平亦不平衡，如在太原及周邊地區(qū)，工程中所用混凝土的強度等級基本均在C60以下，C70～C80級混凝土的試點應用還較少。由于太原本地碎石材料規(guī)格和級配不佳、強度偏低，因此對C80級高強混凝土的配制造成一定的困難，甚至有少數(shù)工程需要使用時，當?shù)鼗炷凉緟s無法配制出此種級別的混凝土。本文通過優(yōu)選地方材料，通過調(diào)整礦物摻合料的摻量，礦物摻合料之間的搭配比例來研究其對混凝土強度及施工性能的影響，成功利用太原地區(qū)主材配制出施工性能優(yōu)良的C80高強混凝土。

1 試驗材料

相對于普通混凝土，高強混凝土的各性能對原材料的質(zhì)量更加敏感，因此，原材料的選擇是配制高強混凝土的基礎。

1.1 水泥

根據(jù)業(yè)內(nèi)人士的推薦，以及試驗數(shù)據(jù)得知，邯鄲P.O52.5水泥較太原及周邊其他水泥而言，該水泥強度較穩(wěn)定且與外加劑相容性較好，各性能指標見表1。

表1 水泥各項指標

1.2 砂

有關(guān)研究表明，當機制砂中石粉含量在8%～12%之間時，混凝土和易性較好，相應的初始坍落度和1 h后坍落度值都比較理想，能夠滿足施工需要［1］。由于高強混凝土一般粘性較大，所以本試驗選擇了采用忻州豆羅砂和陽泉機制砂復配。各性能指標見表2。

表2 砂各性能指標

1.3 石子

采用太原鎮(zhèn)城石子，各性能指標見表3。

表3 石子各項指標

1.4 礦物摻合料

有研究表明，一級粉煤灰與礦粉雙摻的高性能混凝土，能更好的發(fā)揮礦物摻合料的復合膠凝效應，混凝土后期強度和耐久性比單獨使用粉煤灰的混凝土性能更加優(yōu)良［2］。因此，本次試驗采用神頭一電廠Ⅰ級粉煤灰、德隆粉磨廠S95礦粉，然后再配以少量的埃肯硅灰以增加混凝土的密實性，增加混凝土的強度。礦物摻合料各性能指標見表4。

表4 礦物摻合料各性能指標

1.5 外加劑

篩選了三種品牌的聚羧酸系外加劑，通過實驗，山西黃騰化工生產(chǎn)的聚羧酸系外加劑較其他品牌而言，具有摻量小且減水率高、保塑性強的優(yōu)點，性價比較高，各性能指標見表5。

表5 外加劑各性能指標

1.6 水

采用自來水。

2 試驗方法

1)配合比的設計。此次混凝土配合比的試驗采用的原材料組分較多，通過前期試驗，首先確定天然砂與機制砂復摻的比例為6∶4時能獲得較好的級配。根據(jù)國內(nèi)外研究資料，目前國內(nèi)配制高強混凝土的技術(shù)措施主要為采用高標號水泥、低水膠比(并保持必要的水灰比)、采用活性礦物摻合料和高效減水劑相配合的技術(shù)路線，高強混凝土配制技術(shù)的關(guān)鍵在于選定高效減水劑與活性細摻料，并輔以骨料優(yōu)選和配合比優(yōu)化等措施。

2)試驗方案。通過前期試驗，已確定膠凝材料總用量、砂率、外加劑以及水的用量，此次試驗主要通過調(diào)整礦物摻合料的摻量，礦物摻合料之間的搭配比例來研究其對施工性能(坍落度、擴展度、倒置坍落度排空時間)及混凝土強度的影響，通過試驗，盡可能增大礦物摻合料的用量，優(yōu)選出性能良好，成本又相對較低的混凝土配合比。

3)試驗設備及工藝控制。a.試驗設備:60 L雙臥軸攪拌機、坍落度筒、倒置坍落度筒、150 mm×150 mm×150 mm，100 mm×100 mm×100 mm鋼試模、振動臺等。b.攪拌工藝:先將水泥、礦物摻合料、粗細骨料投入攪拌機干拌60 s，而后再加水和外加劑攪拌180 s，每盤攪拌30 L。c.成型及養(yǎng)護:將拌合物一次裝入試模，并略高出其上口，采用振動臺振實，嚴格控制好振動時間(10 s～15 s)，以拌合物表面出漿為止，最后刮去多余拌合物，用抹刀抹平，1 h后重新收面并覆蓋塑料膜，成型試件在溫度為(20±5)℃環(huán)境中靜置24 h后拆模，放入標準養(yǎng)護室養(yǎng)護。

3 試驗結(jié)果與討論

3.1 配合比及試驗結(jié)果

配合比及試驗結(jié)果見表6。

表6 配合比及實驗結(jié)果

3.2 試驗結(jié)果分析

基于原材料的情況和試驗取值范圍，由圖1可知:當?shù)V物總摻量為25%時，3d強度差異較小，粉煤灰與礦粉4∶6時3d強度較高;7 d強度隨著粉煤灰比例的加大逐漸降低;粉煤灰與礦粉5∶5復摻時，28 d強度最高。

圖1 礦物總摻量為25%時，粉煤灰與礦粉搭配比例對混凝土強度的影響

由圖2可知:基于原材料的情況和試驗取值范圍，當?shù)V物總摻量為30%時，隨著粉煤灰摻量的加大，3d強度與7 d強度均逐漸減小;28 d強度基本一致。

圖2 礦物總摻量為30%時，粉煤灰與礦粉搭配比例對混凝土強度的影響

由圖3可知，基于原材料的情況和試驗取值范圍，當?shù)V物總摻量為40%時，隨著粉煤灰摻量的加大，3d，7 d，28 d強度均逐漸減小。

由圖4可知:基于原材料的情況和試驗取值范圍，當粉煤灰與礦粉5∶5復摻時，隨著礦物總摻量的加大，3d強度明顯降低;摻量25%，30%時，7 d強度基本相同，摻量40%時，7 d強度最低;隨著礦物總摻量的加大，28 d強度略有降低，但強度均在80 MPa以上。

圖3 礦物總摻量為40%時，粉煤灰與礦粉搭配比例對混凝土強度的影響

圖4 粉煤灰、礦粉5： 5，礦物總摻量對混凝土強度的影響

綜合表6及圖1～圖3可知，隨著礦物摻合料摻量的增加，粉煤灰所占比例的加大，倒置坍落度排空時間逐漸減小，工作性能更加優(yōu)異，但前期及后期強度均有所減小;綜合施工性能及強度，應優(yōu)選礦物總摻量為30%，粉煤灰與礦粉搭配比例可選5∶5與6∶4。

4 結(jié)語

1)通過優(yōu)選太原及周邊地區(qū)的主材，采用粉煤灰、礦粉、硅灰三種礦物摻合料復摻，再配以聚羧酸系外加劑，水膠比控制在0.23，砂率為38%，可配制出性能良好的C80高強混凝土。

2)隨著礦物摻合料總量的加大，混凝土的強度逐漸減小，但減小幅度并不大，隨著粉煤灰摻量比例的加大，混凝土的施工性能變得更加優(yōu)異。綜合考慮，當?shù)V物摻合料為30%時，粉煤灰與礦粉比例為5∶5和6∶4時，能獲得性能優(yōu)異的C80高強混凝土。

3)高強混凝土的應用代表著一個地區(qū)的發(fā)展程度，其不但可以減小結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面，減少混凝土用量;又因其具有更高的承載能力，可使樓層加高，從而減少每平方米的占地面積。

因此，進行高強混凝土的研發(fā)意義重大，本文研究尚淺，仍需要科研機構(gòu)以及混凝土公司運用地方材料在高強混凝土的研發(fā)方面作出努力。

［1］ 于嗚新.機制砂在預拌泵送混凝土中應用的探討［J］.混凝土，2005(7):21-23.

［2］ 田偉麗，汪冬冬.粉煤灰和礦粉雙摻的膠砂和混凝土試驗研究［J］.粉煤灰，2008，20(4):25-26.