C50高性能混凝土配合比研究

摘 要:通过大量对比试验,对C50高性能混凝土配合比不断进行优化,最终确定最佳试验室配合比。

关键词:高性能混凝土; 最佳掺合剂量; 混凝土拌合物;力学性能

中图分类号:TU 文献标识码:A 文章编号:1672-3198(2010)06-0327-02

0 前言

对于高性能混凝土(High Performance Concrete,HPC),为了达到较高的强度,通常采取低水胶比,一般在0. 22～0. 40之间。但同时为了满足施工要求,保证一定的和易性,通常要加入高效减水剂。本文试图通过大量的对比试验,找出C50高性能混凝土最佳试验室配合比。

1 原材料的选择

1.1 水泥

福建水泥股份有限公司炼石水泥厂生产的炼石牌P.O42.5普通硅酸盐水泥,细度1.8%、28天抗压48.6MPa。

1.2 粗骨料

霞浦石料厂生产的(5-25)mm连续粒级碎石,含泥量0.3%、表观密度2640kg/m3、堆积密度1520kg/m3、紧密密度1640kg/m3.

1.3 细骨料

霞浦Ⅱ区粗砂,含泥量0.2%。

1.4 粉煤灰

长乐华能电厂生产的Ⅱ级粉煤灰,细度10.8%,需水量比93%、烧失量2.12%。

1.5 矿渣微粉

福建益材生产的S95级矿渣微粉,比表面积481m2/kg、活性指数R28=98%。

1.6 外加剂

厦门宏发先科化工建材有限公司生产的FDN-5R缓凝高效减水剂和上海格雷斯化工建材有限公司生产的ADVA-152-A缓凝高效减水剂,掺量分别为1.5%和1.3%。

2 混凝土配合比设计的一般步骤、试验过程与结果分析

耐久性、强度及工作性是影响高性能混凝土拌和物性能的因素,因此高性能混凝土配合比的特点是:水胶比低、粉体量大、浆集比大、粗集料量小。据此,先介绍一下配合比参数、混凝土配合比设计的一般步骤及主要试验方法。

2.1 混凝土配合比设计的一般步骤

(1)根据设计要求,初步选定混凝土的水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂、拌合水的品种以及水胶比、胶凝材料总用量、矿物掺合料和外加剂的掺量;

(2)参照《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55-2000)的规定计算单方混凝土中各原材料组分用量;

(3)采用工程中实际使用的原材料和搅拌方法,通过适当调整混凝土外加剂用量或砂率,调配出符合要求的混凝土配合比,该配合比作为基准配合比;

(4)改变基准配合比的水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料掺量、外加剂掺量或砂率等参数,调配出拌合物性能与要求值基本接近的配合比3-5个;

(5)按要求对上述不同配合比混凝土制作力学性能对比试件,养护至规定龄期时进行试验;

(6)从上述配合比中优选出拌合物性能和抗压强度适宜的一个配合比成型一组耐久性试件,养护至规定龄期时进行试验;

(7)根据上述配合比混凝土拌合物的性能、抗压强度、抗裂性以及耐久性能试验结果,按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则,选定该配合比作为理论配合比;

(8)采用工程实际使用的原材料拌合混凝土,测定混凝土的表观密度。根据实测拌合物的表观密度,求出校正系数,对理论配合比进行校正。校正系数按下式计算:校正系数 = 实测拌合物密度值 理论配合比拌合物密度值

(9)当混凝土的力学性能或耐久性能试验结果不满足设计或施工的要求时,则应重新选择水胶比、胶凝材料用量或矿物掺合料用量,并按照上述步骤重新试拌和调整混凝土配合比,直至满足要求为止。

2.2 试验过程

根据高性能混凝土配合比设计原则,选定初步配合比为:

水水泥细骨料粗骨料外掺料外加剂编号173kg368kg589kg1049kg158kg7.89(FDN-5R)1#154kg327kg609kg1080kg140kg6.07(ADVA-152-A)2#外加剂为厦门宏发先科化工建材有限公司FDN-5R缓凝高效减水剂

(1) 外掺料为粉煤灰。

表2

水水泥细骨料粗骨料粉煤灰FDN-5R缓凝高效减水剂173kg368kg589kg1049kg158kg7.89kg坍落度表观密度7d强度28d强度185mm2340kg/m334.4MPa53.6MPa(2) 外掺料为矿渣微粉。

水水泥细骨料粗骨料粉煤灰矿渣微粉FDN-5缓凝

高效减水剂173kg368kg589kg1049kg79kg79kg7.89kg坍落度表观密度7d强度28d强度210mm2370kg/m341.3MPa66.1MPa(4) 外掺料为粉煤灰和矿渣微粉各半,外加剂为上海格雷斯化工建材有限公司ADVA-152-A缓凝高效减水剂。

表5

水水泥细骨料粗骨料粉煤灰矿渣微粉ADVA-152-A

缓凝高效减水剂154kg327kg609kg1080kg70kg70kg6.07kg坍落度表观密度7d强度28d强度170mm2340kg/m348.0MPa61.6MPa(5) 两种配合比电通量和抗裂性结果汇(外掺料为粉煤灰和矿渣微粉各半)

表6

编号28d自由收缩应

变( ×10-6)28d扩散系数

( ×10-8cm2/s)40d 6小时电

通量(库仑)60d扩散系数

(×10-8cm2/s)60d 6小时电

通量(库仑)1#2571.917541.4113142#1922.32833――――2.3 结果分析

根据以上数据分析,28天观测试件顶面和外侧面,均未出现裂缝,说明这两种配合比体积稳定性较好,抗裂性均较好;由于1#配合比骨料含量少于2#配合比,所以1#配合比28自由收缩应变大于2#配合比;而1#配合比比2#配合比有较好的工作性、较大的表观密度、较高的28天抗压强度和较低的电通量。但根据电通量法,40天时, 1#配合比的渗透能力属于低,而2#配合比的渗透能力为中等。选择掺厦门宏发先科化工建材有限公司FDN-5R缓凝高效减水剂、外掺料为粉煤灰和矿渣微粉各半的配合比为基准配合比进行进一步研究。最后,按照基准配合比进行试拌,得到相关数据汇总如下:

(1)抗压强度和抗折强度。

表7

7天抗压强度28天抗压强度47.6MPa43.3MPa45.3MPa66.0MPa66.9MPa67.3MPa47.6MPa 66.7MPa7天抗折强度28天抗折强度6.6MPa6.0MPa8.1MPa7.5MPa7.7MPa5.3MPa6.9MPa7.7MPa(2)抗劈裂强度。

表8

7天抗劈裂强度28天抗劈裂强度3.1MPa3.7MPa3.6MPa4.8MPa4.6MPa4.3MPa3.5MPa 4.6MPa(3) 轴心抗压强度和弹性模量

表9

28天轴心抗压强度28天弹性模量46.2MPa51.3MPa54.4MPa334(100MPa)416(100MPa)351(100MPa)50.6MPa367(100MPa)(4) 抗渗试验。

按基准配合比成型的试件经标准养护到28天后进行抗渗性能试验,压力从0.1MPa起,每隔8小时加压0.1MPa,直到压力加到3.2MPa时六个试件仍未渗水,说明抗渗等级至少大于P32。

(5)抗冻试验质量损失情况和强度损失情况。

表10

试验

项目试件编号1#2#3#4#5#6#7#8#9#冻融循环次数200次250次300次原试件质量g812582088136813982488206831783288194冻后试件质量g810981898119812582308192829883048180质量损失g161917141814192414损失百分率%0.200.230.210.170.220.170.230.290.17平均损失百分率%0.210.190.23冻前抗压强度MPa67.671.667.471.370.469.276.074.276.9冻后抗压强度MPa60.264.464.060.760.262.059.956.660.3强度损失MPa7.47.23.410.610.47.216.117.616.6损失百分率%10.910.15.014.914.810.421.223.721.6平均损失百分率%8.713.422.23 试验中出现的问题

由于高性能混凝土具有高强、高耐久性和高工作性等特点,一般只在一些重要的或是有特殊要求的工程中使用。由于我们缺少高性能混凝土方面的经验,这给高性能混凝土的开发和研究带来了一定的困难。在试验过程中遇到了以下一些问题:

(1)在高性能混凝土配合比设计方面,我国目前尚无关于高性能混凝土的试验标准和验收规范,即使是建议的方法也很少。所以,在设计初步配合比时,是在以往试验的基础上获得的。

(2)在仪器设备方面,使用的是传统的普通混凝土设备,因而在制作和测定混凝土试块性能方面可能会存在一定的误差。

(3)高性能混凝土对原材料的性能和试验方法反应比较敏感, JGJ 55―2000《混凝土配合比设计规程》等对强度等级高于C 50的混凝土,其粗骨料的针片状颗粒含量宜≯5. 0 %,含泥量应≯0. 5 %。细骨料的细度模数宜> 2. 6,含泥量应≯2. 0 %。在本试验中石子的针、片状颗粒含量为7.8%,超过了规范的规定,因而在试块强度测定时有一定的离散性。

4 结束语

(1)获得高强度混凝土的重要条件是低水胶比,因而在拌制过程中必须控制用水量,必须扣除各类原材料(特别是砂子和溶液型的高效减水剂)中的含水量。

(2)高性能混凝土对原材料的要求很高,为了获得高强度,要控制粗骨料的最大粒径一般≯25 mm,并仔细检查粗骨料的各种性能,必要时可以通过人工筛选粗骨料。

(3)高性能混凝土的强度与活性混合材料的种类关系较为密切,本试验采用的活性混合材料为Ⅱ级粉煤灰和S 95级矿粉,若采用不同的混合材料,其试验结果可能有较大的差异。

(4)为了防止大尺寸混凝土开裂,应采取低热水泥和矿物掺合料,以降低水化热。

综上所述,只要水泥、外掺料和外加剂用量能够得到有效控制,则C50级高性能混凝土质量能够得到充分保证。

参考文献

[1]赵国藩.高性能混凝土发展简介[J].混凝土, 2002,(4):1-2.

[2]冯乃谦.高性能混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社,1996:6-7.

[3]吴中伟,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中国铁道出版社,1999:62-116.