熱帶地區高吸水率骨料對混凝土性能的影響

溫超凱，劉曉鈺，祝云，陳景

（中建西部建設西南有限公司，四川 成都 610052）

0 引言

作為“基建狂魔”的中國，正越來越多的承建世界范圍內不同種類的工程，例如鐵路、公路、房建、水利等。不同的國家將面臨不同的氣候環境，不同的原材料特性，這成為我國在海外的工程公司面臨的巨大挑戰。印度尼西亞作為東南亞最大經濟體，其發展趨勢不容小視，Meikarta 項目位于印度尼西亞西爪哇加西芝卡朗地區，為印尼最大的新城建設項目，總建筑面積超過8000 萬平方米，容納超過 100 萬人的城市社區。

Meikarta 項目一期工程混凝土需求量將超過 450 萬立方米，巨大的混凝土需求量對原材料的保供產生巨大的壓力。骨料作為混凝土重要原材料之一，其占據混凝土體積的 70% 左右，骨料質量的好壞將直接影響混凝土的性能。國標中規定混凝土用粗骨料的吸水率應不大于 2%，但印尼某些地區的粗骨料吸水率達到 3%，這為工程建設和混凝土的質量控制帶來的新的難題。

目前國內對高吸水率骨料的研究主要集中在再生骨料，研究結果表明[1-3]，高吸水率骨料主要影響混凝土的工作性能，特別是坍落度損失；同時影響混凝土的干縮和徐變，造成混凝土干燥收縮較大，在熱帶地區影響更為明顯。因此，研究印尼熱帶地區高吸水率骨料對混凝土性能的影響，對指導高吸水率骨料在混凝土中的應用具有工程意義。

1 原材料及試驗

1.1 原材料

水泥：采用 GarudaOPC 水泥，初凝時間 165min，終凝時間 265min，3d 抗壓強度 28.9MPa，28d 抗壓強度 56.4MPa，安定性合格。

粉煤灰：采用 Suralaya 電廠Ⅱ級 C 類粉煤灰，需水比 95%，細度 18.6%，燒失量 2.4%，安定性合格。

礦粉：采用 Jakarta 水泥廠 S95 級礦粉，流動度比105%，28d 活性 105%。

細骨料：采用 KalimantanⅡ區河砂，級配合理、質地均勻堅固、細度模數 2.7～2.8。

外加劑：聚羧酸減水劑，固含量 21%。

粗骨料：采用印尼當地高吸水率骨料和普通骨料，為 5～31.5mm連續級配碎石，其中兩種骨料均為干骨料，其主要性能見表 1。

表 1 粗骨料檢測指標

1.2 試驗配合比

試驗對比研究高吸水率骨料和普通骨料對 C30 和C50 混凝土性能的影響，配合比如表 2 所示。

表 2 基準配合比 kg/m3

2 結果與分析

2.1 混凝土工作性能

C30 和 C50 混凝土工作性能試驗結果如表 3 所示，在保證用水量和外加劑用量相同的條件下，高吸水率骨料不利于混凝土的初始工作性能，且混凝土 1h 坍落度損失較大，普通骨料混凝土 1h 坍落度基本無損失。

表 3 混凝土工作性能

C30-1 和 C50-1 組混凝土工作性能和坍落度損失均優于采用高吸水率骨料的 C30-2 和 C50-2 組混凝土?；炷林胁捎酶呶使橇?，在用水量和外加劑用量相同的條件下，高吸水率骨料吸收了混凝土中的水分，造成混凝土初始工作性能下降，且隨著時間的推移高吸水率骨料吸收的水分逐漸增加，造成混凝土中自由水減少，從而影響混凝土的坍落度損失。由試驗可知，C30 和C50 混凝土均得出相同的規律。

2.2 混凝土力學性能

混凝土力學性能試驗結果如表 4 所示，采用高吸水率骨料的 C30-2 組混凝土 28d 抗壓強度同 C30-1 組混凝土基本相同，但 56d 抗壓強度較 C30-1 組下降了3.2MPa，說明采用高吸水率骨料主要影響混凝土的長齡期抗壓強度，C50 混凝土具有相似的規律。

表 4 混凝土力學性能

高吸水率骨料對混凝土抗壓強度的影響主要體現在其對混凝土中用于水泥水化自由水的影響，一方面高吸水率骨料吸收了混凝土中的部分自由水造成混凝土水膠比降低，從而提高混凝土的強度；另一方面由于骨料周圍的水分被骨料吸收，造成可用于水泥水化的自由水減少，從而使包裹在骨料周圍的水泥水化不充分，在混凝土內部形成大量缺陷，不利于混凝土的抗壓強度的增長。在兩種效果的共同作用下，造成混凝土 28d 抗壓強度接近但降低了 56d 抗壓強度，且高吸水率骨料對 C30抗壓強度的影響大于 C50 混凝土。

2.3 混凝土抗滲性能

混凝土的抗滲性能在很大程度上影響混凝土的長期耐久性能[4]，高吸水率骨料對混凝土抗滲性能的影響將直接影響其在混凝土中的應用。試驗對比研究了高吸水率骨料對 C30 和 C50 混凝土抗滲性能的影響，試驗結果如表 5 所示。

表 5 混凝土氯離子滲透擴散系數

混凝土氯離子滲透擴散系數試驗結果如表 5 所示，采用高吸水率骨料的 C30-2 和 C50-2 組混凝土氯離子滲透擴散系數分別為 6.54×10-12和 3.39×10-12，較 C30-1和 C50-1 組分別提高了 27.7% 和 24.6%。說明采用高吸水率骨料制備的混凝土內部存在較多缺陷，不利于混凝土的密實性。因此，采用高吸水率骨料會降低混凝土的抗滲性能。

2.4 混凝土干燥收縮性能

混凝土停止養護后，置于未飽和空氣中的混凝土因失去內部毛細孔和凝膠孔的吸附水而發生的不可逆收縮，稱為干燥收縮變形，是混凝土收縮的主要影響因素，也是造成混凝土開裂的較為重要的原因[5]。高吸水率骨料對混凝土干燥收縮的影響將直接導致高吸水率骨料在混凝土中的應用，試驗對比研究了高吸水率骨料對C30 和 C50 混凝土干燥收縮的影響，試驗結果如表 6、圖 1 和圖 2 所示。

表 6 混凝土干燥收縮測試結果

圖 1 C 30 混凝土干燥收縮測試結果

圖 2 C 50 混凝土干燥收縮測試結果

由圖 1 可知，采用高吸水率骨料的 C30-2 組混凝土的 28d 干燥收縮率為 331×10-6，較采用普通骨料的C30-1 組混凝土的 28d 干燥收縮提高了 21.7%。C50-2組混凝土的 28d 干燥收縮率為 271×10-6，較采用普通骨料的 C50-1 組混凝土的 28d 干燥收縮提高了 16.8%。說明采用高吸水率骨料可以顯著增加混凝土的干燥收縮，增大混凝土開裂的風險。

2.4 混凝土碳化性能

混凝土抗碳化性能直接影響混凝土的長期使用性能，碳化反應將導致混凝土內部的堿度降低，減弱混凝土對鋼筋的保護作用，可能導致鋼筋的銹蝕[6]。試驗對比研究了高吸水率骨料對 C30 和 C50 混凝土抗碳化性能的影響，試驗結果如表 7 所示。

表 7 混凝土碳化試驗結果

由表 6 可知，高吸水率骨料相對普通骨料制備的混凝土抗碳化能力較差，且其對 C30 混凝土抗碳化性能的影響大于其對 C50 混凝土抗碳化性能的影響。從混凝土抗氯離子滲透性能試驗結果可以得出，高吸水率骨料對混凝土碳化性能的影響主要體現在其制備混凝土內部結構密實性稍差，由于高吸水率骨料混凝土的密實性稍差，造成混凝土抗碳化能力降低。對于 C50 混凝土，由于其水泥用量較高，混凝土本身的密實性較高，因此高吸水率骨料對 C50 混凝土的抗碳化性能的影響相對 C30 混凝土較小。

3 結論

（1）采用大吸水率骨料制備 C30 和 C50 混凝土，其初始工作性能和坍落度損失較普通骨料混凝土均較差。

（2）高吸水率骨料對混凝土 28d 抗壓強度影響不大，C30 和 C50 混凝土 56d 抗壓強度分別低于普通骨料混凝土 3.2MPa 和 1.5MPa，說明高吸水骨料主要影響混凝土長齡期抗壓強度，且對 C30 混凝土抗壓強度的影響大于 C50 混凝土。

（3）高吸水率骨料混凝土相對普通骨料混凝土具有較差的抗滲性能、較大的干燥收縮和較差的抗碳化性能。因此，對于高吸水率骨料在混凝土中的應用需要通過試驗確定混凝土各項指標是否滿足其對工程項目的要求。