劉福戰(zhàn)

（河北大地建設(shè)科技有限公司）

自密實(shí)高性能混凝土技術(shù)性能研究

劉福戰(zhàn)

（河北大地建設(shè)科技有限公司）

本文采用正交試驗(yàn)的設(shè)計(jì)方法從水膠比、砂率、摻合料摻量、碎石比例等幾個(gè)方面進(jìn)行了研究，得出了自密實(shí)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的參數(shù)。進(jìn)而通過(guò)優(yōu)化配合比，又得出了混凝土的工作參數(shù)。同時(shí)從抗?jié)B性、抗凍性、碳化、收縮等四個(gè)方面對(duì)自密實(shí)高性能混凝土的耐久性進(jìn)行了研究。

自密實(shí)混凝土；高性能；配合比；耐久性；抗?jié)B性；抗凍性；碳化

隨著建筑技術(shù)的不斷改進(jìn)，原有的“肥梁胖柱”現(xiàn)象已逐漸消失，取而代之的是結(jié)構(gòu)靈巧、造型奇特的新型結(jié)構(gòu)。由于新型結(jié)構(gòu)混凝土強(qiáng)度等級(jí)的不斷提高，內(nèi)部配筋狀況也發(fā)生了變化，較密集的配筋布置已成為現(xiàn)實(shí)。在這種情況下，如果再用普通混凝土已不能滿足施工要求，而自密實(shí)高性能混凝土卻能解決這些難題。它可以通過(guò)自流動(dòng)而充實(shí)薄壁混凝土結(jié)構(gòu)和鋼筋密集的結(jié)構(gòu)部位，可以不經(jīng)振搗即可密實(shí)，這樣既解決了混凝土的振搗困難，又消除了施工噪音，因此，這類混凝土極具現(xiàn)實(shí)意義，具有廣闊的發(fā)展前景。

1 試驗(yàn)?zāi)繕?biāo)

對(duì)于自密實(shí)高性能混凝土，拌合物的工作性能是研究的重點(diǎn)。分別從流動(dòng)性、抗離析性、間隙通過(guò)性、填充性四個(gè)方面考慮。要解決好流動(dòng)性與抗離析性、間隙通過(guò)性與填充性之間的矛盾，混凝土高工作性與硬化后力學(xué)和耐久性的矛盾。

具體目標(biāo)：

（1）研制一種高工作性能的易于泵送施工、不用振搗而自行密實(shí)的混凝土。

（2）混凝土的高工作性能能保持較長(zhǎng)時(shí)間，以滿足遠(yuǎn)距離運(yùn)輸后的施工需要。

（3）混凝土硬化后具有理想的力學(xué)性能和耐久性。

（4）采用較常規(guī)的原材料和生產(chǎn)工藝，并經(jīng)濟(jì)合理，便于推廣應(yīng)用。

2 材料選擇

（1）水泥：鹿泉長(zhǎng)城礦渣32.5，3d強(qiáng)度19.1MPa，28d強(qiáng)度36.4MPa；

（2）集料：正定中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量1.2%；

鹿泉碎石5～10mm，10～20mm，含泥量<0.5%，針片狀含量<7.6%；

（3）摻合料：西柏坡電廠粉煤灰，其技術(shù)指標(biāo)見表1。

表1 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

（4）外加劑：采用大新外加劑廠生產(chǎn)的RCMG-5高效泵送劑，建議摻量2.0%～3.5%。為了確定合理?yè)搅?，通過(guò)改變摻量進(jìn)行試配，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 外加劑技術(shù)指標(biāo)

從試驗(yàn)結(jié)果看出：改變外加劑摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度沒有顯著影響，但能有效改變混凝土拌合物的保塑性能，當(dāng)摻量在3.0%時(shí)，混凝土坍落度、擴(kuò)展度在90min內(nèi)基本保持不變，故外加劑摻量為3.0%效果最佳。

3 混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 正交試驗(yàn)

選用L9（34）正交表。其因素與水平的安排見表3；L9（34）正交表見表4；試驗(yàn)結(jié)果見表5；L9 （34） 正交設(shè)計(jì)計(jì)算表見表6。

表3 正交設(shè)計(jì)

通過(guò)L9（34）正交計(jì)算表可知各因素對(duì)混凝土拌合物性能及力學(xué)性能的影響順序?yàn)椋?/p>

（1）坍落度為A＞B＞C＞D（主次），最優(yōu)配合比A1B2C2D1（或A2B2C2D3）。

（2）擴(kuò)展度為A＞C＞D＞B（主次），最優(yōu)配合比A1C2D3B3。

表4 正交試驗(yàn)

表5 正交設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果

（3）中邊差為B＞D＞A＞C（主次），最優(yōu)配合比B1D1A1C1（或B2D1A1C1）。

（4）7d強(qiáng)度為A＞B＞C＞D（主次），最優(yōu)配合比A1B1C2D2。

（5）28d強(qiáng)度為A＞B＞D＞C（主次），最優(yōu)配合比A1B2D1C2。

（6）56d強(qiáng)度為A＞C＞B＞D（主次），最優(yōu)配合比A1C2B1D1。

由上述影響順序及最優(yōu)配合比可以作出綜合評(píng)價(jià)：

（1）水灰比和砂率對(duì)自密實(shí)高性能混凝土的坍落度，28d強(qiáng)度影響較顯著，而超細(xì)礦渣粉對(duì)于后期強(qiáng)度有一定幅度的提高，而且其長(zhǎng)期強(qiáng)度的發(fā)展程度仍較大。

（2）水灰比、礦渣粉摻量及碎石比例對(duì)混凝土拌合物的擴(kuò)展度影響較顯著，砂率的變化對(duì)其影響甚微。

（3）砂率和碎石比例的變化對(duì)中邊差有顯著影響。

（4水灰比最好控制在0.40以下，砂率在40%～50%，超細(xì)礦渣粉摻量在30%左右，碎石比例3:7較好。

3.2 優(yōu)化配比

通過(guò)正交試驗(yàn)分析，得出自密實(shí)高性能混凝土的配合比方案。為了進(jìn)一步研究其各項(xiàng)性能指標(biāo)，在上述試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了特定配合比研究。主要考慮拌合物的坍落度（包括90min后）、擴(kuò)展度（包括90min后）、擴(kuò)展速度、勻質(zhì)性和抗壓強(qiáng)度等幾個(gè)方面。其中擴(kuò)展速度采用L-800型自密實(shí)混凝土流變性能測(cè)定儀測(cè)定，以流過(guò)400mm處所經(jīng)時(shí)間t400(s)為準(zhǔn)，勻質(zhì)性采用混凝土抗離析儀測(cè)定，以圓筒法測(cè)定1h后拌合物粗骨料分布情況為準(zhǔn)。經(jīng)過(guò)大量試驗(yàn)，其測(cè)試結(jié)果見表7（自密實(shí)混凝土優(yōu)化配比及實(shí)測(cè)結(jié)果）。

表6 正交設(shè)計(jì)計(jì)算表

分析數(shù)據(jù)可知：當(dāng)混凝土拌合物的工作性能控制在坍落度≥240mm，擴(kuò)展度≥550mm，擴(kuò)展速度≤20s，中邊差≤25mm，用抗離析儀測(cè)定的粗骨料之差控制在±10%時(shí)，其流動(dòng)性、抗離析性和間隙通過(guò)性能都已很好，且振搗前后抗壓強(qiáng)度基本一致。這說(shuō)明優(yōu)化的配合比其自密實(shí)性能已達(dá)到最佳狀態(tài)，不需要再機(jī)械振搗。

表7 自密實(shí)混凝土優(yōu)化配比及實(shí)測(cè)結(jié)果

4 耐久性研究

自密實(shí)高性能混凝土在配制過(guò)程中摻入了較多的活性摻合料，同時(shí)流動(dòng)性較大，硬化后對(duì)混凝土的耐久性是否有影響，值得研究。現(xiàn)從混凝土抗?jié)B性、抗凍性、碳化、收縮四個(gè)方面加以考慮。

4.1 混凝土抗?jié)B性

混凝土的抗?jié)B性是耐久性的首道防線，抗?jié)B性好，反映了結(jié)構(gòu)致密，混凝土的密實(shí)性是決定抗凍性、抗侵蝕性的主要因素，可以說(shuō)混凝土結(jié)構(gòu)致密是優(yōu)良耐久性的保證。

采用不振搗方法制作的抗?jié)B試件，標(biāo)養(yǎng)28d后進(jìn)行抗?jié)B試驗(yàn)，水壓從0.1MPa開始，隔8h增壓0.1MPa，逐級(jí)加至2.0MPa，加壓結(jié)束，劈開試件測(cè)試滲水高度，其結(jié)果見表8。從表中可以看出自密實(shí)高性能混凝土具有較好的抗?jié)B性能。

表8 抗?jié)B試件

4.2 混凝土抗凍性

采用不振搗方法制作的抗凍試件，標(biāo)養(yǎng)28d后進(jìn)行凍融試驗(yàn)，飽水試件放在-20℃冰箱內(nèi)凍4h，然后放入20℃水中融化4h，作為一次凍融循環(huán)。連續(xù)做50次，其試驗(yàn)結(jié)果見表9。

表9 抗凍試件

從表中可以看出，自密實(shí)高性能混凝土的強(qiáng)度損失和重量損失均明顯低于規(guī)定要求的25%和5%，說(shuō)明它具有良好的抗凍性。

4.3 混凝土的碳化

由于摻入了較多的超細(xì)礦渣粉，因此需對(duì)混凝土的抗碳化能力加以研究。碳化試驗(yàn)試件成型采用不振搗成型方法，尺寸為100mm×100mm×300mm，碳化箱內(nèi)二氧化碳濃度20±3%，濕度70±5%，溫度20±5℃。試件標(biāo)養(yǎng)28d后放入碳化箱進(jìn)行碳化試驗(yàn)，其結(jié)果如表10。

表10 碳化深度

從試驗(yàn)結(jié)果看,自密實(shí)高性能混凝土具有較好的抗碳化性能。

4.4 混凝土的收縮

采用不振搗成型方法制作試件，其尺寸為100mm× 100mm×515mm，試件帶模養(yǎng)護(hù)2d（摻有礦渣粉，有緩凝作用），拆模后立即粘好測(cè)頭，放至標(biāo)養(yǎng)室養(yǎng)護(hù)，試件在3d 齡期時(shí)從標(biāo)養(yǎng)室取出移到恒溫恒濕室（溫度20±2℃，濕度60±5%），測(cè)定其初始長(zhǎng)度，以后按下列規(guī)定時(shí)間間隔測(cè)量其變形，其變形讀數(shù)見表11。

表11 自密實(shí)高性能混凝土的收縮性能

從收縮試驗(yàn)結(jié)果看：自密實(shí)高性能混凝土由于礦渣粉和外加劑的雙重作用，其收縮較小，且隨著齡期的增長(zhǎng)，收縮逐漸趨于穩(wěn)定。

5 結(jié)論

（1）所制自密實(shí)高性能混凝土配合比需滿足以下條件：①水灰比≤0.40；②砂率控制在40%～50%；③超細(xì)礦渣粉摻量30%左右；④碎石比例3:7。

（2）自密實(shí)高性能混凝土工作性能指標(biāo)必須滿足：①坍落度≥240mm；②擴(kuò)展度≥550mm；③擴(kuò)展速度≤20s；④中邊差≤25mm；⑤粗骨料之差控制在±10%以內(nèi)。

（3）自密實(shí)高性能混凝土具備良好的力學(xué)性能和硬化后的耐久性能。

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劉福戰(zhàn)（1976-），男，高級(jí)工程師，大學(xué)本科。

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