膠凝材料組成與粗骨料級配對C60混合砂混凝土性能的影響

成定林，蔡萬升，胡紅霞

（中交四航局第三工程有限公司，廣東 湛江 524005）

1 原材料

（1）水泥。采用重慶拉法基瑞安特種水泥有限公司（合川）生產的P.O52.5R水泥，其主要性能為：比表面積360m2/kg，總堿量0.54%，氯離子含量0.014%，初凝時間165min，終凝時間275min，3d抗壓、抗折強度分別為32.5MPa、5.9MPa，28d抗壓、抗折強度分別為 56.1MPa、8.7MPa。

（2）粉煤灰。采用Ⅱ級粉煤灰，其主要性能為：細度19.8%，需水量比95%，燒失量1.94%，SO3含量0.58%，堿含量1.0%，氯離子含量0.001%。

（3）硅灰。其主要性能為：比表面積22.3m2/g，需水量比115%，燒失量3.2%，活性指數（7d快速）125%，堿含量0.89%，氯離子含量0.01%。

（4）細骨料。細骨料采用天然砂和機制砂混合而得。

（5）粗集料。采用南充嘉陵江卵石破碎的大石子（10～20mm）和小石子（5～10mm）兩種規格的粗集料。細骨料及粗集料的基本性能如表1所示，粗集料篩分結果如表2所示。

（6）減水劑：減水劑采用緩凝型高性能減水劑，減水率為30%，含固量為12.6%。

（7）拌合水：自來水。

（8）石粉：采用石灰石磨制而成，其細度為14.6%，流動度比為102%，活性指數（7d快速）為70%，含水率為0.2%，MB值為0.7。

2 試驗方法

混凝土拌合物性能按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2016）規定的方法測試[1]；混凝土抗壓強度試驗按照《混凝土物理力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2019）規定的方法測試[2]。

3 試驗結果及討論

3.1 膠凝材料組成對C60混合砂混凝土性能的影響

膠凝材料組成對水化放熱的影響如表3所示。從表3可以看出，隨著齡期的增長，膠凝材料水化放熱速率呈先增加后降低趨勢，3d后水化放熱速率明顯降低；采用粉煤灰、硅灰和石粉等礦物摻合料可以降低膠凝材料早期的水化放熱速率，單摻12%粉煤灰時，6h水化放熱速率降低程度最大，達到10.8%；摻入礦物摻合料可以降低水化放熱量，進而降低混凝土內部的溫度，對控制由溫度應力引起的混凝土開裂有積極的作用。

表1 細骨料及粗集料的基本性能

表2 粗集料分計篩余性能

膠凝材料組成對混凝土的工作性和抗壓強度也有著重要的影響，膠凝材料對混凝土性能影響配合比如表4所示，膠凝材料組分對混凝土工作性能和強度性能的影響如表5所示。從表5可以看出，摻了硅粉的混凝土拌合物工作性能最差，因為硅粉比表面積最大，且粒型非球狀，降低了混凝土拌合物的工作性；石灰石粉的比表面積適中，能填充水泥之間的空隙，且為惰性填料，有助于改善混凝土的工作性能。表5混合砂混凝土抗壓強度試驗結果表明，混凝土7d抗壓強度達到設計值的90%，28d抗壓強度滿足C60混凝土設計要求。

3.2 粗集料級配對C60混合砂混凝土性能的影響

骨料的級配對混凝土性能的影響顯著，級配良好的骨料空隙率小，總比表面積低，還有少量的細小顆粒能滿足和易性要求。因此，為了使粗骨料的級配合理，并能達到5～20mm連續級配的范圍，對現場使用粗骨料進行搭配。當10～20mm碎石和5～10mm碎石的搭配比例各占50%時，粗骨料的顆粒級配可以滿足5～20mm或5～25mm連續級配的要求，有利于減小水泥用量且能保證混凝土密實度，同時也能減小潤滑骨料表面的需水量。

表3 膠凝材料組成對水化放熱的影響

表4 膠凝材料對混凝土性能的影響 單位：kg

表5 膠凝材料組分對混凝土工作性能和強度性能的影響

粗集料對混合砂混凝土性能的影響配合比如表6所示，試驗結果如表7所示。從表7可以看出，在該試驗條件下，當膠凝材料用量為510kg/m3、水膠比為0.30時，所配制的混凝土拌合物坍落度在225～235mm，擴展度＞590mm，且2h經時損失較小，7d抗壓強度值均大于設計值的90%，28d抗壓強度滿足C60混凝土的設計要求。

表6 粗集料對混凝土性能的影響試驗用配合比 單位：kg/m3

表7 混凝土工作性能和強度性能的影響

從C60混合砂混凝土與天然砂混凝土拌合物性能上看，兩者均有較好流動性，粘聚性和保水性正常，C60天然砂混凝土的初始坍落度和擴展度分別為235mm和610mm，C60混合砂混凝土的初始坍落度和擴展度分別為230mm和635mm。兩種材料配制的拌合物初始坍落度相差不大，混合砂混凝土初始擴展度比天然砂混凝土初始擴展度大25mm，說明該試驗條件下的混合砂混凝土比天然砂混凝土有更好的和易性。

從混凝土拌合物角度上看，采用混合砂所配制的混凝土拌合物性能均優于天然中砂配制的混凝土，當粗骨料中10～20mm粒徑比例達60%時，混合砂混凝土拌合物的中間略有堆臺現象。根據混合砂混凝土拌合物的結果可知，降低粗骨料中10～20mm粒徑的比例，可使得粗骨料級配趨近于5～0mm連續級配，有利于增加混凝土的密實性，改善混凝土工作性。

4 結束語

綜上所述，通過文章研究可知，采用礦物摻合料可降低混凝土的水化放熱速率和放熱量，單摻12%粉煤灰時，混凝土工作性最優，強度等級滿足C60混凝土要求；采用P.O52.5R水泥+粉煤灰+混合砂+連續級配粗骨料+高性能外加劑配制的混凝土，其工作性能（坍落度/擴展度）和抗壓強度均能滿足C60混凝土設計和施工要求。