初步確定高強混凝土C60的尺寸折算系數

鹿 磊，賈 貞，張新全，薄永濤，馮明亮，李金瑞，李星晨

(哈爾濱學院工學院)

1 實驗材料與方法

1.1 實驗材料

(1)水泥的選擇

在使用的原材料中，水泥對外加劑的影響最大，水泥品種不同，將影響減水劑的減水、增強效果，尤其對減水效果影響更明顯。由于不同水泥，其礦物組成、摻和料、堿含量、細度等都不盡相同，因此對減水劑的影響效果也不同。而高效減水劑對水泥的要求更有選擇性，如摻硬石膏的水泥，對某些摻減水劑的混凝土會產生速硬或使混凝土初凝時間大大縮短，其中奈系減水劑影響較小，木鈣型減水劑會使初凝時間延長。同一種減水劑即使在相同摻量下，由于水泥的品種不同，使用效果也明顯不同。在保證早期強度要求的情況下，盡量選用C3A 含量較低的水泥來配制混凝土，而C3S 對混凝土的徐變影響較大，隨著C3S 的增加，混凝土的徐變減小，對于大跨徑的橋梁結構應選用C3S 較大的水泥。因此綜合比較而言，本實驗選擇佳木斯北方水泥有限公司生產的pc42.5 普通硅酸鹽水泥。

(2)采用高效減水劑

普通減水劑在正常摻量下減水率約8%～12%，用量過大(木鈣型減水劑)又會導致過度緩凝。高效減水劑通常減水率約達20%～40%，使用較低的用水量就能夠獲得較大的工作性能，而且不會過度緩凝。為獲得低水膠比和低用水量，并考慮到夏季高溫施工的特點，選用的高效減水劑除具有均質性外，還應具有配制的混凝土坍落度、流動性損失小，粘度合適，早期強度(3 d、4 d、5 d)高等性能，經對幾種高效減水劑進行試配，選用了山東同盛建材有限公司生產的萘系緩凝高效減水劑。它是由萘系原液與調節混凝土凝結時間的材料復合而成，能夠延長混凝土的凝結時間，對控制混凝土大面積裂縫和提高混凝土后期強度具有明顯作用。

(3)砂、石的控制

細集料常采用天然河砂，細度模數在2.6～3.0 之間(中粗砂)，細度模數過小，比表面積增大，需要較多的膠結料來包裹，相對而言，減少了膠結料，強度就會降低。砂為河南濮陽石英砂，碎石為黑龍江宇峰路橋材料有限公司生產的粒徑不超過20 mm，針片狀顆粒含量小于5%，含泥量低于1%。

(4)摻入活性礦物材料

工程上常用的活性礦物材料有硅粉、礦渣、粉煤灰、火山灰等。本實驗采用山東濟南微硅粉廠生產的硅灰來增強混凝土的強度。

1.2 實驗儀器

標準稠度儀VBR－1，滄州冀路試驗儀器有限公司;水泥凈漿攪拌機NJ－160A，河北省虹宇儀器設備有限公司;電子稱APTP452 500～0.01 g，上海升徽電子有限公司;萬能試驗機WSLT－200C，浙江拉力試驗機生產;SZZ 系列自定中心振動篩，宏利振動機械有限公司;烘箱BE－B200－3 型，蘇州金立方工業烘箱有限公司;攪拌機JDY500DD，山東建凌機械有限公司;量筒，搗棒，塌落度筒，100 ×100 ×100 mm試模、150 ×150 ×150 mm 試模。

1.3 實驗方法

(1)C60高強混凝土配合比

參照普通混凝土配合比設計規程，只采用水泥、砂、碎石、摻和一定數量及粒徑的輕集料和水，按絕對體積法計算:砂率為34%，硅灰占膠結材料總量的20.3%，高效減水劑占膠結材料總量的3%，坍落度為190，水膠比為0.30，如表1 所示。

表1 C60高強混凝土實驗材料用量

(2)混凝土抗壓強度

根據《建筑結構設計術語和符號標準》GB/T50083－97的規定，混凝土強度等級的定義是:根據混凝土立方體抗壓強度標準值劃分的強度級別。混凝土立方體抗壓強度標準值，系指按照標準方法制作養護的邊長為150 mm 的立方體試件，在28 d 齡期用標準試驗方法測得的具有95%保證率的抗壓強度，見公式(1)。

式中:f 為混凝土抗壓強度，MPa;P 為破壞荷載，N;A 為承壓面積，mm2。

以3 個試件測值的平均值為測定值。如任一個測值與中值的差值超過中值的15%時，則取中值為測定值;如有兩個測值與中值的差值均超過上述規定時，則該組試驗結果無效。計算應精確至0.01 MPa。抗壓強度類型見表2。

表2 混凝土抗壓強度類型

(3)養護條件

根據國家標準規定，我國采用標準立方體抗壓強度作為混凝土強度特征值。制作邊長為150 mm 的立方體標準試件，在標準養護條件(溫度20 ±30 ℃，相對濕度于90%)下，養護至28 d 齡期，用標準試驗方法測得的抗壓強度值稱為混凝土立方體抗壓強度。

(4)折算系數

試件尺寸100 mm×100 mm×100 mm、150 mm×150 mm×150 mm、200 mm×200 mm×200 mm 混凝土抗壓強度試件應同齡期者為一組，每組為3 個同條件制作和養護的混凝土試塊，共30 組。計算公式見公式(2)。

2 結果與討論

混凝土強度等級C60的抗壓強度見表3，折算系數見表4。

表3 非標準試件與標準試件的抗壓強度

表4 混凝土強度等級C60的折算系數

(1)砂、石的影響

本實驗的抗壓強度較低，與選擇的砂、石有一定關系。細集料常采用天然河砂，細度模數在2.6～3.0 之間(中粗砂)，細度模數過小，比表面積增大，需要較多的膠結料來包裹，相對而言，減少了膠結料，強度就會降低。試驗發現混凝土的強度高達C60時，試塊的破壞不是沿石子粘結面破壞，而是石子直接被壓碎破壞，因此，石子的強度對混凝土的強度起著至關重要的作用。粗集料的粒徑不宜超過20 mm，經試驗配制混凝土，在滿足其它指標的前提下，最大粒徑可放寬到25 mm，對高強混凝土來說，最大粒徑對大小對其強度的影響較大，加大粗集料的粒徑會使混凝土強度下降，且強度等級愈高愈明顯，主要原因是骨料尺寸愈大，膠－石粘結面愈小，造成混凝土的不連續的不利影響愈大。

(2)水膠比的影響

為了獲得高強度，在滿足工作性要求的前提下，盡量降低水膠比，但又不能為了降低水膠比而過分地提高膠結料的用量。膠結料過多不但成本高，而且將導致混凝土體積不穩定(如出現收縮裂縫、水化熱裂縫等)。在其他條件不變的情況下，混凝土的水膠比與強度成反比，水分隨著水泥的凝結硬化而逐漸蒸發掉，在水泥石中留下孔隙，密實性變差，孔隙率越大強度越低，反之強度越高。

3 總 結

(1)試塊28 天抗抗壓壓強度均偏小，經分析與混凝土配合比有關，水泥類型的選擇、硅灰的用量需要進一步計算確定，最好選用52.5 型水泥;

(2)實際進行塌落度實驗時只是通過控制用水量來調節塌落度，沒有過多考慮硅灰的影響，在將材料倒入攪拌機攪拌時出現了混凝土過干的狀況，出于材料用量的考慮在攪拌機中加入了一些減水劑使混凝土達到了預期的塌落度;

(3)對外加劑和減水劑用量和類型需要進一步對比，配制高強高性能混凝土，優化水膠比，計算出更為準確的折算系數，為繼續測算混凝土等級＞C60的折算系數做好前提工作;

(4)對于同一種配比的混凝土，三種強度由大到小依次為:立方體抗壓強度、立方體抗壓標準強度、軸心抗壓強度。且相對而言，軸心抗壓強度，更加符合工程實際，下一步我們將通過測試軸心抗壓強度來測算高強度混凝土的折算系數。

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