原材料對高自密實混凝土性能影響的研究

曾 旭，羅 鑫，張文勝，張全意

(1.遵義水利水電勘測設(shè)計研究院，貴州 遵義 563000；2.北京華石納固科技有限公司，北京 100085)

0 前言

國內(nèi)早期許多完建的堆石混凝土項目，在工程初期并未對混凝土各項原材料的品質(zhì)、生產(chǎn)提出要求，考慮到原材料性能差異大，為保證做出符合設(shè)計要求的高自密實性能混凝土(以下簡稱HSCC)配合比，往往需要對配合比參數(shù)做較大調(diào)整，普遍通過提高水粉比、減少骨料用量、增大粉體用量尤其是水泥用量的方式來提高混凝土工作性能。以安徽大龍?zhí)端畮鞛槔?，C9015HSCC的水粉比達到1.2，水泥單方用量接近200 kg，這無疑大大提高了壩體混凝土水化熱，更不利于材料成本控制[1]。

因此，在配合比設(shè)計之前對原材料品質(zhì)、生產(chǎn)提出要求，為下一步配合比設(shè)計優(yōu)化、降低水泥用量提供條件，是十分有必要的[2]。

1 試驗原材料

試驗原材料見表1。

2 試驗成果分析

本次試驗流程見圖1，匯總相關(guān)試驗成果見表2～表6。

圖1 試驗流程圖

表1 試驗原材料一覽

表2 1#～11#組試驗成果匯總表

續(xù)表2

(1)不同強度等級水泥對混凝土水泥用量的影響

分別采用P.S.A 32.5水泥(單價380元/t～400元/t)、P.O 42.5水泥(單價420元/t～440元/t)配制各齡期抗壓強度相似的混凝土，詳見1#、2#配合比。結(jié)果表明P.S.A 32.5水泥雖然單價便宜但用量高，其材料成本55元也高于P.O 42.5水泥的45元。

(2)水泥用量對混凝土立方體抗壓強度的影響

對比2#、3#、4#、5#，及X1、X2配合比，混凝土單方水泥用量與混凝土立方體抗壓強度的關(guān)系曲線見圖2。結(jié)果表明抗壓強度隨著水泥用量不斷增大，但不是線性趨勢[3]。以滿足C9015強度指標為例，最優(yōu)水泥用量可控制在約105 kg。

圖2 混凝土抗壓強度與水泥用量關(guān)系

圖3 混凝土各齡期抗壓強度與28 d抗壓強度相對值

(3)石粉取代粉煤灰混凝土立方體抗壓強度的影響

設(shè)計4組石粉取代粉煤灰量分別為0%、25%、50%和75%的配合比(詳見2#、6#、7#、8#)，檢測混凝土各齡期抗壓強度，表明當(dāng)石粉取代量不超過粉煤灰摻量的50%時，不會對混凝土強度產(chǎn)生顯著影響；當(dāng)石粉取代量超過粉煤灰摻量的75%時，混凝土強度會顯著降低。

(4)粉煤灰品質(zhì)對混凝土水泥用量的影響

1)針對不同品質(zhì)粉煤灰對混凝土水泥用量的影響進行試驗，數(shù)據(jù)見表3。結(jié)果表明原狀灰的凈漿水粉比低于磨細灰，Ⅱ級灰低于Ⅲ級灰；細度、燒失量是影響需水量、外加劑吸附量的指標[4]；需水量比不能完全體現(xiàn)粉煤灰對漿體粘性以及外加劑吸附量的影響，應(yīng)檢測粉煤灰凈漿擴展度和V漏斗時間方能準確評價粉煤灰性能。

表3 粉煤灰試驗成果

2)統(tǒng)計四組配合比(2#、9#、10#、11#)抗壓強度相對值見圖3。4種粉煤灰性能、等級雖然存在差異，但各齡期強度發(fā)展規(guī)律相似，表明粉煤灰水化活性接近。混凝土水泥用量隨混凝土用水量的增大而提高[5]。由于各組混凝土骨料用量相同，混凝土用水量只與混凝土水粉比相關(guān)，因此混凝土水粉比是決定混凝土水泥用量的主要影響因素。

3)性能良好的粉煤灰能顯著降低漿體水粉比。應(yīng)采用II級以上的原狀粉煤灰；建議增加粉煤灰凈漿試驗，以V漏斗時間2 s～3 s、凈漿水粉比小于0.85的粉煤灰性能為宜。

(5)粗骨料超徑率、遜徑率、針片狀含量對HSCC工作性能的影響

1)選用粒徑在20 mm～25 mm碎石作為粗骨料超徑顆粒，設(shè)計4組超徑率分別為10%、20%、40%和60%的配合比(見12#、13#、14#、15#)，試驗數(shù)據(jù)見表4。隨著石子超徑率的不斷增加，混凝土間隙通過性顯著降低、流動性小幅提高，骨料外露情況顯著增多。當(dāng)粗骨料超徑率不超過20%時，對混凝土工作性能無不利影響。

表4 粗骨料超徑、遜徑試驗成果

2)選用粒徑在2.5 mm～5 mm碎石作為粗骨料遜徑顆粒，設(shè)計4組遜徑率分別為5%、10%、15%、20%的配合比(見16#、17#、18#、19#)。隨著遜徑率的增加，混凝土流動性、間隙通過性出現(xiàn)顯著下降，且下降幅度大于超徑率對于混凝土性能的影響[6]。因此粗骨料遜徑率不應(yīng)大于10%。

3)設(shè)計4組針片狀含量分別為0%、10%、15%、20%的配合比(見20#、21#、22#、23#)，試驗數(shù)據(jù)見表5。隨著粗骨料針片狀含量提高，混凝土V漏斗通過時間增長[7]。當(dāng)針片狀含量超過10%時，雖然抗壓強度沒有受到顯著影響，但混凝土V漏斗性能顯著降低。

表5 粗骨料針片狀含量試驗成果

(6)細骨料MB值對HSCC工作性能的影響

以2區(qū)中砂為基準，向砂中摻入適量泥土模擬不同MB值(見24#、25#、26#、27#)，試驗數(shù)據(jù)見表6。隨著MB值不斷增加，混凝土外加劑用量顯著提高，V漏斗通過時間延長，當(dāng)MB值達到2.0時抗壓強度下降明顯。

表6 細骨料MB值試驗成果

(7)細骨料細度模數(shù)對HSCC配合比的影響

設(shè)計三種砂細度模數(shù)分別為2.0、2.7、3.4的配合比(見28#細砂、24#中砂、29#粗砂)，試驗數(shù)據(jù)見表5。與中砂相比，細砂混凝土的水粉比較大、水泥用量高、外加劑摻量高，材料成本高；粗砂混凝土的粉體總量、骨料總量、外加劑摻量相近，材料成本最為合理。

3 結(jié)論

(1)采用P.O 42.5水泥混凝土的材料成本及水泥用量低于P.S.A 32.5水泥；抗壓強度隨著水泥用量增加而增大；模擬滿足C9015強度混凝土的最優(yōu)水泥用量約105 kg。

(2)當(dāng)石粉取代量不超過粉煤灰摻量的50%時，不會對混凝土強度產(chǎn)生顯著影響。

(3)應(yīng)采用Ⅱ級以上的原狀粉煤灰；現(xiàn)有規(guī)范不能完全體現(xiàn)粉煤灰對漿體粘性的影響，可增加粉煤灰凈漿試驗，以V漏斗時間2 s～3 s、凈漿水粉比小于0.85為宜，可顯著降低混凝土(漿體)水粉比和水泥用量。

(4)在不影響HSCC工作性能條件下，粗骨料超徑率不超過20%、遜徑率不大于10%、針片狀含量不大于10%；細骨料MB值不超過2.0、中粗砂材料成本最為合理。