吉林地材配制高強(qiáng)混凝土試驗(yàn)研究

魏春明，蘇 卉，趙 強(qiáng)，曹 利，孟德智，林子翔

(東北電力大學(xué)建筑工程學(xué)院，吉林 吉林 132012)

高強(qiáng)混凝土具有高流動(dòng)性、低坍落度損失和早期強(qiáng)度高等特點(diǎn)[1]，在高層建筑結(jié)構(gòu)、大跨度橋梁結(jié)構(gòu)以及某些特種結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。本文依托吉林本地現(xiàn)有的優(yōu)質(zhì)原材料，加入硅灰和粉煤灰雙摻的復(fù)合礦物摻和料以及聚胺基磺酸鹽系高效減水劑AN3000，配制出了C60、C80、C100級高強(qiáng)混凝土，可為吉林當(dāng)?shù)貙?shí)際工程提供參考。

1 原材料的選擇

1.1 水泥

配制高強(qiáng)混凝土要求選用質(zhì)量穩(wěn)定、強(qiáng)度等級不低于P.O42.5級的硅酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥，水泥要具有較高的C3S含量和細(xì)度特性，同時(shí)還應(yīng)考慮水化熱的限制以及早期強(qiáng)度和耐久性等對水泥品種的要求[2]。本試驗(yàn)選用冀東水泥公司吉林分公司生產(chǎn)的P.O42.5(525)標(biāo)號普通硅酸鹽水泥，水泥細(xì)度為3400 cm2/g;初凝時(shí)間2小時(shí)40分鐘，終凝時(shí)間3小時(shí)40分鐘;標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27%;燒失量為0.5%。該水泥的礦物組成見表1，膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表2。

1.2 集料

配制高強(qiáng)混凝土應(yīng)選用潔凈、質(zhì)地堅(jiān)硬、顆粒接近圓形、石英含量較高的優(yōu)質(zhì)天然中、粗河砂。同時(shí)，砂的級配要良好，其細(xì)度模數(shù)應(yīng)控制在2.6～3.2為宜，大于5 mm和小于0.31 mm的數(shù)量要少，含泥量小于5%[2]。本試驗(yàn)選用的細(xì)集料為質(zhì)地堅(jiān)硬、級配良好的吉林當(dāng)?shù)睾由?，含泥量小?%。按照國家標(biāo)準(zhǔn)《建筑用砂》(GB/T 14684－2001)進(jìn)行相關(guān)檢驗(yàn)，其細(xì)度模數(shù)為2.5左右，不符合高強(qiáng)混凝土的細(xì)集料標(biāo)準(zhǔn)。經(jīng)過重新篩配，將細(xì)度模數(shù)調(diào)整為2.8(C80)和3.1(C100)，其顆粒級配結(jié)果見表3。

表1 P.O42.5號水泥的熟礦物組成

表2 P.O42.5號水泥的主要力學(xué)性能表

表3 細(xì)集料的顆粒級配

由于粗集料的性能對高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度及彈性模量起到?jīng)Q定性的制約作用，因此應(yīng)選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀顆粒含量低、級配良好的5～20 mm石灰?guī)r碎石[3]，含泥量和針片狀顆粒含量不宜超過5%。結(jié)合吉林當(dāng)?shù)厍闆r，粗骨料選用吉林市政采石場生產(chǎn)的級配良好的5～20 mm石灰?guī)r碎石，表面粗糙、針片狀顆粒含量低，含泥量小于5%。其余各項(xiàng)指標(biāo)均符合“普通混凝土用砂質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)與檢驗(yàn)方法”JGJ52－92。

1.3 外加劑

采用北京建筑工程研究所生產(chǎn)的聚胺基磺酸鹽系高效減水劑AN3000，其特征狀態(tài)為深紅色液體，減水率為29%，固含量為30%，1個(gè)小時(shí)無坍落度損失。

1.4 摻合料

選用吉林熱電廠生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，實(shí)測細(xì)度小于8%，燒結(jié)量小于5%，需水量比小于95%。選用寧夏惠農(nóng)區(qū)天先特種材料研究所生產(chǎn)的硅灰，密度為2.214 kg/m3，粒徑在2 μm以下，平均粒徑為0.31 μm左右，比表面積為143100 cm2/g。硅粉試樣檢驗(yàn)結(jié)果見表4，粒度分析結(jié)果見表5。各項(xiàng)指標(biāo)均符合《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》(GB/T18736－2002)中的要求。

表4 硅粉試樣檢驗(yàn)結(jié)果

表5 硅粉粒度分析結(jié)果

1.5 拌合水

采用日常飲用水作為拌合水。

2 配合比的確定

到目前為止，高強(qiáng)混凝土的配制還沒有一個(gè)被普遍認(rèn)可的方法。本試驗(yàn)參考國內(nèi)的有關(guān)資料和試配經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合吉林地區(qū)原材料的供應(yīng)情況，通過不斷的調(diào)整材料的用量和反復(fù)的試配后，確定了一個(gè)比較合適的配合比[2]。

2.1 外加劑摻量的確定

在外加劑的選擇上，考慮了高效減水劑與水泥的相容性問題。AN3000的最佳摻量為2%～3%左右(水劑，其中固含量為30%，有效成分折合為0.6% ～0.9%)[4]。在試配過程中，開始選用的摻量為膠凝材料的4%(C80)和4.2%(C100)。因?yàn)闇p水劑的摻量對拌和物的流動(dòng)性起關(guān)鍵的作用，所以對于水膠比較低的干硬性混凝土，摻量必須大大提高。為了使工作性更好，最終將摻量分別調(diào)整為5%(C80)和6%(C100)。

2.2 配合比的設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)按照普通混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程JGJ55－2000進(jìn)行。配制高強(qiáng)、高性能混凝土，僅僅依靠高強(qiáng)度等級水泥和提高水泥用量是不夠的，而且水泥用量過大，對混凝土性能并不完全有利。因此，必須選擇優(yōu)質(zhì)礦物摻合料，以改善混凝土工作性[5]。根據(jù)復(fù)合材料的“超疊加效應(yīng)”原理，添加了粉煤灰和硅灰兩種礦物摻合料。粉煤灰一般限制在40%以內(nèi)，硅灰在10%以內(nèi)。本試驗(yàn)采用的是等量取代法，C60、C80和C100的粉煤灰摻量取代率分別為30%、15%和20%;C80和C100的硅灰摻量取代率約為5%和10%，具體配合比見表6。

表6 高強(qiáng)混凝土實(shí)驗(yàn)室配合比

2.3 高強(qiáng)混凝土的制備過程

每次試配之前，先測定砂和石的含水率，根據(jù)每次的測量值對配合比進(jìn)行重新調(diào)整。采用60L的強(qiáng)制式攪拌機(jī)，攪拌投料順序見圖1。攪拌結(jié)束后，將新拌制的混凝土倒入試模內(nèi)成型，并立即放在振動(dòng)臺上，振動(dòng)時(shí)應(yīng)持續(xù)到表面出漿為止，不得過振，且應(yīng)避免混凝土離析[6]。一晝夜后，將澆注好的試件拆模、編號，存放于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)溫度為20±2℃，濕度為95%以上。

圖1 高強(qiáng)混凝土拌制的投料順序

2.4 抗壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

本次試驗(yàn)采用濟(jì)南試金集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的500噸微機(jī)控制電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)加載方式根據(jù)試驗(yàn)規(guī)范、試驗(yàn)儀器設(shè)備、試件強(qiáng)度情況決定。每組配合比方案制備3個(gè)立方體試件，尺寸為150 mm×150 mm×150 mm。經(jīng)過抗壓試驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)見表7。

表7 高強(qiáng)混凝土抗壓試驗(yàn)數(shù)據(jù)

6 結(jié) 論

采用吉林當(dāng)?shù)匾椎玫膬?yōu)質(zhì)原材料和通用的工藝方法，在大量的試驗(yàn)研究基礎(chǔ)上，通過選擇合適的配合比，合理的攪拌、養(yǎng)護(hù)和成型工藝，成功配制出了C60、C80、C100級高強(qiáng)混凝土。說明采用吉林地產(chǎn)材料配制高強(qiáng)混凝土的路線是可行的，可為吉林當(dāng)?shù)毓こ淌┕ぬ峁﹨⒖肌?/p>

[1]陳肇元，朱金銓，吳佩剛.高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用[M].北京:清華大學(xué)出版社，1992.

[2]刁彥平.地材高強(qiáng)混凝土的優(yōu)化配比及工程結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)對比研究[D].鄭州大學(xué)，2006.

[3]畢蘇萍，黨偉，賀強(qiáng).河南地材C80高性能高強(qiáng)混凝土配合比試驗(yàn)[J].人民黃河，2009，3(8):84－85.

[4]朱清江.高強(qiáng)高性能混凝土研制及應(yīng)用[M].北京:中國建材工業(yè)出版社，1999.

[5]路來軍，朱效榮，高興燕，等.C100高性能混凝土的研究與應(yīng)用[J].混凝土，2003(7):43－47.

[6]GB/T 50081－2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)[S].北京:中國建筑工業(yè)出社，2003.