C50P8 超大體積筏板混凝土力學(xué)性能及耐久性能的研究

周風(fēng)華，楊海濤

（1.天津市建設(shè)工程質(zhì)量安全監(jiān)督管理總隊(duì)，天津 300000；2.中建商品混凝土天津有限公司，天津 300450）

0 引言

近十幾年來(lái)，伴隨超高層建筑物的發(fā)展，鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛[1]。基礎(chǔ)采用箱基、筏基等混凝土結(jié)構(gòu)，這些基礎(chǔ)筏板的混凝土結(jié)構(gòu)相對(duì)于普通大體積混凝土結(jié)構(gòu)具有自己的特點(diǎn)[2-5]：首先，對(duì)于結(jié)構(gòu)斷面而言，民用筏板基礎(chǔ)塊體較薄、體積小、混凝土用量少，通常按照受力情況進(jìn)行鋼筋配置，而水利水電工程的塊體較厚，體積比較大，基本不配筋或者只配構(gòu)造筋[6]；其次，筏板基礎(chǔ)大體積混凝土每方水泥用量較多，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)高，而普通民用筏板單方水泥用量較少，設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)較低；高層筏板基礎(chǔ)大體積混凝土的澆筑方法整體性要求高，并且要求混凝土連續(xù)性澆筑[7]，而普通民用筏板可以合理分縫分塊澆筑，從而減少一次的澆筑量[8]。

本課題基于天津 117 項(xiàng)目，深入研究了原材料對(duì)混凝土絕熱溫升的影響，優(yōu)選性能優(yōu)良的原材料，并提出合理匹配方法，以在減少和延緩混凝土水化熱峰值的基礎(chǔ)上，尋找強(qiáng)度與水化溫升之間的平衡點(diǎn)，確定設(shè)計(jì)配合比。最終通過(guò)確定摻合料合理?yè)搅俊⒒炷恋膹?qiáng)度、水化熱及耐久性能等指標(biāo)的要求，建立 C50P8 超大體積混凝土的配合比評(píng)價(jià)體系。

1 材料及實(shí)驗(yàn)方法

1.1 材料

（1）水泥：采用冀東 P·O 42.5水泥，技術(shù)指標(biāo)符合現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。水泥比表面積為 350m3/kg；水泥的堿含量小于 0.6%；在對(duì)其進(jìn)行安定性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、比表面積、燒失量、含堿量、三氧化硫和不溶物等全項(xiàng)目抽檢后，其指標(biāo)全部合格，部分檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1 所示。

表1 水泥基本性能

（2）粉煤灰：選用北疆電廠 Ⅰ 級(jí)粉煤灰和 Ⅱ 級(jí)粉煤灰，在產(chǎn)量滿足的前提下，優(yōu)先采用 Ⅰ 級(jí)粉煤灰，其 Cl-的含量不超過(guò) 0.02%，SO3含量不超過(guò) 3%，游離 CaO 不超過(guò)1.0%。依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》對(duì)粉煤灰進(jìn)行檢驗(yàn)，兩種粉煤灰的檢測(cè)指標(biāo)如表2 所示。

表2 粉煤灰基本性能

（3）礦粉：選用建昌 S95 級(jí)礦粉，其主要檢測(cè)指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 礦粉基本性能

（4）減水劑：依據(jù) GB8086—1998《混凝土外加劑》中的相關(guān)規(guī)定，對(duì)所選用的博特生產(chǎn)的高性能聚羧酸減水劑的相關(guān)性能進(jìn)行實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表4。本文減水劑摻量按照廠家建議添加。

表4 減水劑性能指標(biāo)

（5）砂子：采用閩江的天然河砂，該砂細(xì)度適中、含泥量、泥塊含量低，有機(jī)物含量少，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證無(wú)堿活性。細(xì)集料的相關(guān)性能檢測(cè)如表5 所示。

表5 河砂基本性能

（6）石子：采用玉田碎石，相關(guān)基本性能見(jiàn)表6。

表6 碎石基本性能

1.2 試驗(yàn)方法

（1）混凝土拌合物性能試驗(yàn)

采用 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)混凝土拌合物的性能測(cè)試。

（2）混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

采用 GB/T50081—2011《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)混凝土力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

依據(jù)工程設(shè)計(jì)要求、配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，按膠凝材料總量 450～500kg/m3，礦物摻合料用量30%～50%，水灰比 0.33～0.36，通過(guò)調(diào)整外加劑的摻量來(lái)控制混凝土的工作性，在保證不出現(xiàn)泌水、泌漿的前提下具有較好的流動(dòng)性，測(cè)試混凝土的坍落度和擴(kuò)展度及 7d、28d 抗壓強(qiáng)度。配合比設(shè)計(jì)、工作性能和力學(xué)性能結(jié)果見(jiàn)表7。

表7 配合比設(shè)計(jì)、工作性能和力學(xué)性能結(jié)果 kg/m3

通過(guò)強(qiáng)度結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)：用水量為 158kg 的 9 組試樣平均強(qiáng)度為 55.8MPa，用水量為 164kg 的 9 組試樣平均強(qiáng)度為52.1MPa，用水量降低 8kg，平均強(qiáng)度增加了 7%；膠材總量在 481kg 以上的兩組試樣的平均強(qiáng)度為 57.3 MPa，膠材總量為 455kg 的四組試樣的平均強(qiáng)度為 55.0 MPa，膠材總量增加 26kg，平均強(qiáng)度增加了 4.2%；水泥用量低于 220kg 的兩組試樣的平均強(qiáng)度為 49.0MPa，水泥用量為 265kg 的兩組試樣的平均強(qiáng)度為 54.6MPa，水泥用量增加 45kg，平均強(qiáng)度上升了 11.4%。結(jié)合工作性能與力學(xué)性能對(duì)試樣配比進(jìn)行綜合分析，優(yōu)選出了五組配合比進(jìn)行反復(fù)驗(yàn)證的試驗(yàn)后確定采用C5001、C5008、C5016 三組配比，進(jìn)行水化熱及相關(guān)的耐久性試驗(yàn)。

3 C50P8超大體積筏板混凝土耐久性評(píng)價(jià)

3.1 水化熱性能

在強(qiáng)度要求得到滿足的情況下，應(yīng)當(dāng)優(yōu)選膠凝材料水化熱較低的配合比，因此 C5001、C5008、C5016 三組膠凝材料進(jìn)行水化熱檢測(cè)，結(jié)果見(jiàn)表8。

表8 凈漿 3d 和 7d 水化熱

由表8 可見(jiàn)，三組配合比中 3d 的水化熱最高的是 C5001為 215kJ/kg，C5016 最低為 174kJ/kg，C5008 的水化熱略高于C5016；7d 水化熱值 C5008 最低為 228kJ/kg；早期水化熱的來(lái)源主要是水泥，所以水泥比例越大水化熱越高，因此 3d水化熱值 C5001＞C5008＞C5016；而 7d 時(shí)水化熱因礦粉和粉煤灰活性的發(fā)揮受到影響，由于 C5016 的總膠凝用量大于C5008，故 7d 水化熱值C5001＞C5016＞C5008。同時(shí) C5008的 28d 抗壓強(qiáng)度符合強(qiáng)度要求為 57.9MPa。所以結(jié)合工作性、力學(xué)性能及水化熱三方面評(píng)價(jià)，C5008 配合比的綜合評(píng)價(jià)最高。

3.2 抗?jié)B性能

根據(jù) GB/T50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中抗水滲透試驗(yàn)方法對(duì) C5001、C5008、C50016 進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的抗?jié)B等級(jí)，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表9。

表9 抗?jié)B性能測(cè)試結(jié)果

如表9 所示，上述三組配合比的抗?jié)B等級(jí)均達(dá)到 P10，從滲水高度看 C5001 及 C5008 的滲水高度低于 C5016，說(shuō)明C5001 及 C5008 抗?jié)B性優(yōu)于 C5016。

3.3 抗氯離子滲透性能

借助電通量試驗(yàn)方法對(duì)選定配合比為 C5001、C5008、C50016 的試樣進(jìn)行混凝土抗?jié)B試驗(yàn)，來(lái)評(píng)定混凝土的抗 Cl-滲等級(jí)。齡期為 28d、56d，測(cè)試結(jié)果如表10。

表10 氯離子抗?jié)B透性能試驗(yàn)結(jié)果

如表10 所示，配合比 C5001、C5008 在兩個(gè)齡期時(shí)的電通量都比較低，均處于 100～1000 的極低范圍，具有很好的抗氯離子滲透性能。通過(guò) 28d 及 56d 的測(cè)試結(jié)果分析三個(gè)配合比的 56d 的電通量值與 28d 相比均減少了 300C 左右，說(shuō)明采用大摻量礦物摻合料技術(shù)，降低水灰比的設(shè)計(jì)思路有助于提高混凝土的長(zhǎng)期抗氯離子滲透性能。

3.4 抗堿—集料反應(yīng)性能及抗鋼筋銹蝕性能

依據(jù)原材料的堿含量及氯離子含量的檢測(cè)結(jié)果計(jì)算不同配合比下混凝土的堿含量和 Cl-含量，結(jié)果見(jiàn)表11。

表11 混凝土的堿含量和 Cl- 含量計(jì)算結(jié)果

CECS53:93《混凝土堿含量限值標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定，重要工程結(jié)構(gòu)潮濕環(huán)境下混凝土中的最大堿含量為 3.0kg/m3；GB50164－2011《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》中規(guī)定,預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的最大氯離子含量為 0.06%。由以上結(jié)果可見(jiàn)，各配合比混凝土的堿含量指標(biāo)和氯離子含量均符合要求。

3.5 抗硫酸鹽侵蝕性能

依據(jù) GB/T50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中抗硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)方法，檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)表12。

表12 硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)結(jié)果

如表12 所示，經(jīng) 120 次侵蝕其耐蝕系數(shù)為 96.5%；經(jīng)抗硫酸鹽侵蝕 150 次，耐蝕系數(shù)為 87.1%，滿足規(guī)范中不得小于 75% 的要求。

4 結(jié)論

試驗(yàn)通過(guò)確定摻合料的合理?yè)搅俊⒒炷恋膹?qiáng)度以及耐久性能等指標(biāo)的要求，建立 C50P8 超大體積混凝土的配合比評(píng)價(jià)體系，滿足了筏板混凝土的體積大、設(shè)計(jì)使用年限長(zhǎng)的要求。

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