集團(tuán)動(dòng)態(tài) News Information
低粘度超高強(qiáng)C100混凝土制備和性能試驗(yàn)研究
引言
隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的大發(fā)展與建筑科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，人們的生存空間得到了不斷地?cái)U(kuò)展，土地集約化使用要求越來(lái)越嚴(yán)格，使得現(xiàn)代化建筑的體量不斷增大，建筑高度逐漸刷新紀(jì)錄，高層建筑在城市中隨處可見(jiàn)，超高層建筑也得到了快速發(fā)展，隨之而來(lái)的高強(qiáng)材料也得到了廣泛地應(yīng)用。
由于超高強(qiáng)混凝土具有優(yōu)異的高強(qiáng)、高耐久性能，超高強(qiáng)度混凝土的使用可以大幅度降低建筑物自重，提高相同基礎(chǔ)設(shè)計(jì)時(shí)建筑的高度；降低同樣承載要求條件下梁板柱的結(jié)構(gòu)構(gòu)件的截面積，進(jìn)而減少單位建筑面積的混凝土使用量；相應(yīng)地增大有限建筑面積內(nèi)的使用空間，節(jié)約大量的混凝土與鋼材，由于其具有較高的耐久性能，可以使建筑物使用壽命得到極大地延長(zhǎng)。使得其符合我國(guó)當(dāng)今建筑材料發(fā)展的所要求得節(jié)材、節(jié)能的綠色經(jīng)濟(jì)技術(shù)政策，因此，成為了當(dāng)今建筑材料綠色化技術(shù)需要發(fā)展的關(guān)鍵。
雖然，超高強(qiáng)混凝土經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢(shì)較為明顯，但是由于在生產(chǎn)制備超高強(qiáng)混凝土土中往往需要較高的膠凝材料用量、較低的水膠比，使得超高強(qiáng)混凝土拌合物非常的粘稠，不易泵送施工使用，收縮較大，開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)較大。因此研究降低混凝土拌合物粘度，改善混凝土拌合物工作性能問(wèn)題成為其推廣應(yīng)用中急需解決的問(wèn)題。
文中擬通過(guò)不同混凝土活性礦物摻合料的選取與摻量選擇、粉煤灰?；⒅榈膿郊?、適宜砂率與水膠比的確定等配合比優(yōu)化技術(shù)手段，研究強(qiáng)度等級(jí)為C100的超高強(qiáng)度混凝土的工作性與抗壓強(qiáng)度影響規(guī)律，為低粘度超高強(qiáng)C100級(jí)泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)與制備提供技術(shù)參數(shù)。
1原材料及研究方案
1.1原材料
試驗(yàn)采用哈爾濱賓西水泥廠(chǎng)產(chǎn)虎鼎P·O52.5普通硅酸鹽水泥，3d抗壓強(qiáng)度31.5MPa，28d抗壓強(qiáng)度63.2MPa，比表面積394m2/kg；五常拉林河產(chǎn)的II區(qū)連續(xù)級(jí)配中砂，細(xì)度模數(shù)為2.85，含泥量0.1%；5mm～20mm連續(xù)級(jí)配的玄武巖碎石；大慶熱電廠(chǎng)產(chǎn)I級(jí)粉煤灰，需水量比98.6%，28d抗壓強(qiáng)度比95.4%，細(xì)度45μm篩篩余2.4%；吉林產(chǎn)S95級(jí)礦渣，比表面積為453m2/kg，需水量比92%，28d活性指數(shù)99.7；遼寧東科聚羧酸系高性能減水劑（粉劑），減水率33.6%，大連產(chǎn)硅灰，北京產(chǎn)粉煤灰漂珠，市售液體有機(jī)硅消泡劑。
1.2試驗(yàn)研究方案
為了獲悉混凝土水膠比、膠凝材料用量、粉煤灰取代率以及砂率對(duì)超高強(qiáng)度混凝土工作性與強(qiáng)度的影響規(guī)律，基于前期初步試驗(yàn)研究結(jié)果，確定固定混凝土設(shè)計(jì)容重為2450kg/m3，消泡劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.02%，保證混凝土的含氣量為1.5%～2.0%，降低含氣量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響，硅灰摻量為膠凝材料質(zhì)量的5.0%，進(jìn)行下列性能影響因素試驗(yàn)。
（1）水膠比變化影響試驗(yàn)?；炷僚浜媳戎猩奥蕿?/span>41%，固定膠凝材料總質(zhì)量為610kg/m3，膠凝材料各組分質(zhì)量比為，水泥：礦粉：粉煤灰：?；⒅?/span>=65%：15%：10%：5%：5%，水膠比變化為0.18、0.19、0.20、0.21和0.22，進(jìn)行對(duì)應(yīng)試驗(yàn)研究，混凝土配合比見(jiàn)表1。
（2）膠凝材料用量變化影響試驗(yàn)?；炷僚浜媳戎猩奥蕿?/span>41%，固定水膠比為0.20，膠凝材料用量變化為550、580、610、630、660kg/m3，膠凝材料各組分質(zhì)量比為，水泥：礦粉：粉煤灰：?；⒅?/span>=65%：15%：10%：5%：5%，減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的1.05%，進(jìn)行對(duì)應(yīng)試驗(yàn)研究，混凝土配合比見(jiàn)表2。
（3）砂率影響試驗(yàn)?；炷僚浜媳戎泄潭ㄋz比為0.20，固定膠凝材料總質(zhì)量為610kg/m3，膠凝材料各組分質(zhì)量比為，水泥：礦粉：粉煤灰：玻化微珠=65%：15%：10%：5%：5%，減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的1.05%，砂率采用37%、39%、41%、43%和45%。進(jìn)行對(duì)應(yīng)試驗(yàn)研究，混凝土配合比見(jiàn)表3。
試驗(yàn)按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)方法進(jìn)行混凝土坍落度、坍落擴(kuò)展度、T50時(shí)間、混凝土的3、7、28d和56d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。
2試驗(yàn)結(jié)果與分析
不同配合比參數(shù)混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別列于表1～表3中，試驗(yàn)采用混凝土坍落度、坍落擴(kuò)展度和混凝土T50達(dá)到時(shí)間來(lái)評(píng)價(jià)混凝土的工作性及可泵送性能。
2.1水膠比對(duì)混凝土流動(dòng)性及強(qiáng)度性能的影響
試驗(yàn)中混凝土坍落度、擴(kuò)展度與T50達(dá)到時(shí)間結(jié)果如圖1和圖2所示。
同時(shí)，由圖1的混凝土坍落度、坍落擴(kuò)展度變化規(guī)律可知，隨著混凝土中水膠比的提高，混凝土的坍落度與坍落擴(kuò)展度逐漸提高，且影響較大，在水膠比0.20時(shí)，既可以分別達(dá)到215mm和730mm，具有很好的可泵性能，較為適宜。圖2所示的混凝土T50達(dá)到時(shí)間呈現(xiàn)出隨著水膠比變大，混凝土T50時(shí)間逐漸縮短，且影響顯著，在0.18水膠比時(shí)，T50時(shí)間為20.5s，混凝土較為粘稠，流動(dòng)性不好，在0.20水膠比時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)7.8s達(dá)到T50的擴(kuò)展度要求，流動(dòng)性與粘聚性均達(dá)到最佳。之后隨著水膠比繼續(xù)增加，T50時(shí)間繼續(xù)縮短，但混凝土粘聚性降低。因此，從超高強(qiáng)混凝土需要達(dá)到的低粘度可泵送的工作性角度考慮，混凝土的水膠比最優(yōu)值為0.20。本試驗(yàn)條件下，基于混凝土強(qiáng)度與工作性綜合考慮，低粘度超高強(qiáng)C100泵送混凝土的最佳水膠比應(yīng)為0.20。
2.2膠凝材料用量對(duì)混凝土流動(dòng)性及強(qiáng)度性能的影響
膠凝材料用量對(duì)混凝土流動(dòng)性及強(qiáng)度性能的影響試驗(yàn)中混凝土坍落度、擴(kuò)展度與T50達(dá)到時(shí)間結(jié)果分別如圖3和圖4所示。
由表2強(qiáng)度數(shù)據(jù)結(jié)果分析得知，隨著膠凝材料總量的提高，混凝土對(duì)應(yīng)不同齡期的強(qiáng)度逐漸提高，且提高幅度比例較為一致。28d抗壓強(qiáng)度，從550kg/m3的96.2MPa提升到660kg/m3的131.5MPa，當(dāng)膠凝材料用量為610kg/m3時(shí)可以滿(mǎn)足C100混凝土的試配強(qiáng)度，且強(qiáng)度值為119.3MPa，從混凝土強(qiáng)度發(fā)展與達(dá)到設(shè)計(jì)要求和經(jīng)濟(jì)性原則考慮，建議混凝土的膠凝材料用量為610kg/m3。
同時(shí)，由圖3的混凝土坍落度、坍落擴(kuò)展度變化規(guī)律可知，隨著混凝土中膠凝材料用量的提高，混凝土的坍落度與坍落擴(kuò)展度逐漸提高，且影響顯著，在膠凝材料用量為610kg/m3時(shí)，既可以分別達(dá)到215mm和730mm，具有很好的可泵性能，再繼續(xù)增加后，坍落度與擴(kuò)展的繼續(xù)增加。圖4所示的混凝土T50達(dá)到時(shí)間呈現(xiàn)出隨著膠凝材料用量變大，混凝土T50時(shí)間逐漸縮短，且影響顯著，在膠凝材料用量為610kg/m3時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)7.8s達(dá)到T50的擴(kuò)展度要求，流動(dòng)性與粘聚性最佳。因此，從超高強(qiáng)混凝土需要達(dá)到的低粘度可泵送的工作性角度考慮，混凝土的膠凝材料用量為610kg/m3。
由于隨著膠凝材料總用量的增加，混凝土中水泥石體積含量也在大量的增加，過(guò)多的水泥石必然帶來(lái)混凝土抗裂性能的降低、收縮開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)增加、混凝土水化溫升大幅增高等負(fù)面影響，而且不符合經(jīng)濟(jì)性原則，因此本試驗(yàn)條件下，基于混凝土強(qiáng)度與工作性綜合考慮，低粘度超高強(qiáng)C100泵送混凝土的最佳膠凝材料用量為610kg/m3。
2.3砂率對(duì)混凝土流動(dòng)性及強(qiáng)度性能的影響
砂率對(duì)混凝土流動(dòng)性及強(qiáng)度性能的影響試驗(yàn)的混凝土坍落度、擴(kuò)展度與T50達(dá)到時(shí)間結(jié)果分別如圖5和圖6所示。
由表3混凝土抗壓強(qiáng)度數(shù)據(jù)分析可以得出，隨著砂率的降低混凝土不同齡期的抗壓強(qiáng)度逐漸增高?；炷?/span>28d抗壓強(qiáng)度，從砂率45%時(shí)的102.5MPa提升到37%砂率時(shí)的128.9MPa，當(dāng)砂率為41%時(shí)可以滿(mǎn)足C100混凝土的試配強(qiáng)度，且強(qiáng)度值為119.3MPa。從數(shù)據(jù)分析來(lái)看，混凝土的砂率對(duì)高強(qiáng)混凝土各個(gè)齡期的均具有影響，但影響程度小于水膠比和膠凝材料總用量。從混凝土強(qiáng)度發(fā)展與達(dá)到設(shè)計(jì)要求角度考慮，建議混凝土的砂率不大于41%。
同時(shí)，由圖5的混凝土坍落度、坍落擴(kuò)展度變化規(guī)律可知，隨著混凝土中砂率的提高，混凝土的坍落度與坍落擴(kuò)展度逐漸提高，且影響較大，在砂率為41%時(shí)，既可以分別達(dá)到215mm和730mm，具有很好的可泵性能，較為適宜。圖6所示的混凝土T50達(dá)到時(shí)間呈現(xiàn)出隨著砂率變大，時(shí)間逐漸縮短，在41砂率時(shí)，T50時(shí)間為7.8s，流動(dòng)性與粘聚性均適宜。從超高強(qiáng)混凝土需要達(dá)到的低粘度可泵送的工作性角度考慮，混凝土的砂率最優(yōu)值為41%。
3結(jié)語(yǔ)
本試驗(yàn)條件下，基于混凝土強(qiáng)度、工作性、混凝土安全耐久性及經(jīng)濟(jì)性的綜合考慮，低粘度超高強(qiáng)C100泵送混凝土配合比參數(shù)中的水膠比宜為0.20，膠凝材料用量宜為610kg/m3，砂率建議控制在41%，這樣可以獲得坍落度215mm、坍落擴(kuò)展度730mm，T50為7.8s，混凝土3、7、28和56d強(qiáng)度分別為92.5、102.3、119.3和126.8MPa的具有良好可泵性能的低粘度C100超高強(qiáng)度混凝土。
