超高性能混凝土造殼改善大吸水率骨料混凝土性能研究

趙 楊，張 云，夏京亮，周永祥，李 康

(1.中國路橋工程有限責(zé)任公司，北京 100011；2.中國建筑科學(xué)研究院，北京 100013)

當(dāng)前，國家正在積極推進(jìn)“一帶一路”倡議，蒙-內(nèi)鐵路是“一帶一路”倡議的重要項(xiàng)目，其連接了東非最大港口蒙巴薩和肯尼亞首都內(nèi)羅畢，全長480 km。對于鐵路工程而言，混凝土工程質(zhì)量起到了基礎(chǔ)性的作用。骨料占混凝土體積分?jǐn)?shù)較高，對混凝土質(zhì)量影響較大[1-3]。蒙內(nèi)鐵路沿線某些地區(qū)的骨料存在吸水率較大的問題，《鐵路混凝土》TB/T3275—2011中規(guī)定：混凝土用粗骨料的吸水率應(yīng)小于2%，但蒙內(nèi)鐵路沿線某些地區(qū)骨料的吸水率在3%左右，不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，這給工程建設(shè)帶來了難題。

“造殼”工藝是指使骨料表面形成一薄層漿殼而獲得增強(qiáng)效果的技術(shù)[4,5]。超高性能混凝土因其超高強(qiáng)度與超高耐久性等突出的性能優(yōu)點(diǎn)而逐漸受到關(guān)注和研究，目前超高性能混凝土分為兩種，即抗壓強(qiáng)度高于100 MPa的含粗骨料的超高性能混凝土和不含粗骨料的活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)[6,7]。該文研究了通過摻加UHPC的漿體在大吸水率骨料表面造殼改善大吸水率骨料混凝土性能，從而促進(jìn)了大吸水率骨料的應(yīng)用。

1 試 驗(yàn)

1.1 原材料

1)粗骨料：級配粒徑范圍為5～20 mm(見圖1)，化學(xué)成分見表1，物理指標(biāo)見表2。

2)細(xì)骨料：河砂，II區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)2.8。

3)水泥：普通硅酸鹽42.5水泥，物理力學(xué)性能見表3。

表1 蒙內(nèi)鐵路沿線部分地區(qū)骨料化學(xué)成分 w/%

表2 蒙內(nèi)鐵路沿線部分地區(qū)骨料物理指標(biāo)

表3 普通硅酸鹽42.5水泥物理力學(xué)性能

標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量/%凝結(jié)時間/min初凝終凝抗折強(qiáng)度/MPa3 d28 d抗壓強(qiáng)度/MPa3 d28 d251502804.957.0526.448.7

4)粉煤灰：I級粉煤灰，需水量比93%，細(xì)度7.2%，密度2.2 g/cm3。

5)超過性能混凝土：建研昆侖有限公司生產(chǎn)的超高性能混凝土干混料。

6)外加劑：聚羧酸系減水劑，減水率 29.5%，含固量為20.3%。

1.2 方法

1.2.1 “造殼”工藝

“造殼”工藝流程見圖2。

具體步驟：將“造殼”所用UHPC放入攪拌機(jī)攪拌，然后加入確定的用水量，攪拌60 s，然后將骨料放入，攪拌60 s后，再將原配合比中其他原材料正常加入，攪拌120 s，得到試驗(yàn)混凝土。“造殼”漿液的組成為：UHPC+水，“造殼”處理后，再進(jìn)行混凝土的拌制。

1.2.2 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)配合比如表4所示。

表4 試驗(yàn)混凝土配合比 kg/m3

1.2.3 試驗(yàn)方法

混凝土工作性能按照GB/T50080—2016《普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；抗壓強(qiáng)度按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行；長期性能和耐久性能按照GB/T50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 混凝土工作性能

按照UHPC干混料的試驗(yàn)方案對蒙內(nèi)鐵路沿線某地區(qū)大吸水率骨料進(jìn)行“造殼”后配制的混凝土工作性能如表5所示，圖3為拌合物工作狀態(tài)圖。

表5 混凝土的工作性能

名稱坍落度/擴(kuò)展度/mm初始1 h后基準(zhǔn)對比組190/450150/320C35-UHPC235/580210/530

由表5和圖3的試驗(yàn)結(jié)果可知，使用UHPC干混料對大吸水率骨料進(jìn)行“造殼”處理后，配制混凝土的初始坍落度得到顯著提高，且靜置1 h以后依舊保持良好的工作性，對大吸水率骨料混凝土初始坍落度由未處理組190 mm，增大到235 mm，增大了23.7%，初始擴(kuò)展度由未處理組450 mm，增大到580 mm，增大了28.9%，而混凝土拌合物經(jīng)過1 h之后，未處理組的大吸水率骨料混凝土坍落度下降到150 mm，1 h坍落度損失了40 mm，擴(kuò)展度損失了130 mm，經(jīng)過超高性能混凝土造殼處理后，坍落度下降到210 mm，1 h僅損失了25 mm，擴(kuò)展度損失了50 mm；另外在相同外加劑用量情況下，C35-UHPC組出現(xiàn)了輕微的泌水現(xiàn)象，表明此時外加劑摻量略多，可見采用UHPC方法對大吸水率骨料進(jìn)行“造殼”處理不僅能夠改善新拌混凝土的工作性，還能節(jié)約一定外加劑的用量。

2.2 混凝土抗壓強(qiáng)度

測試7 d、28 d、56 d、90 d齡期的抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表6。

由表6試驗(yàn)結(jié)果可知，經(jīng)過超高性能混凝土造殼處理的大吸水率骨料混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均比未處理的大吸水率骨料混凝土有明顯的提高，7 d齡期超高性能混凝土造殼處理組抗壓強(qiáng)度為48.2 MPa，未處理對比組為29.4 MPa，提高了63.9%；28 d齡期超高性能混凝土造殼處理組抗壓強(qiáng)度為62.5 MPa，未處理對比組為43.2 MPa，提高了44.7%；56 d齡期超高性能混凝土造殼處理組抗壓強(qiáng)度為73.1 MPa，未處理對比組為49.6 MPa，提高了47.4%；90 d齡期超高性能混凝土造殼處理組抗壓強(qiáng)度為76.7 MPa，未處理對比組為52.4 MPa，提高了46.4%。并且經(jīng)過超高性能混凝土造殼處理后的大吸水率骨料混凝土抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)超出了C35強(qiáng)度等級要求，28 d抗壓強(qiáng)度高達(dá)62.5 MPa，另外并未出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮、不增長的情況?？梢?，UHPC干混料在改善新拌混凝土工作狀態(tài)的同時，極大地提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度。

表6 混凝土不同齡期立方體抗壓強(qiáng)度

2.3 混凝土耐久性能研究

對比試驗(yàn)56 d抗氯離子滲透性能(RCM)、56 d電通量及長期收縮試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果分別見表7和圖4。

表7 56 d電通量和RCM氯離子擴(kuò)散系數(shù)

組別56 d電通量/CRCM擴(kuò)散系數(shù)/(10-12m2·s-1)基準(zhǔn)對比組1 39711.32C35-UHPC8104.27

由表7和圖4的試驗(yàn)結(jié)果可知，超高性能混凝土造殼處理大吸水率骨料混凝土相對于未處理的基準(zhǔn)對比組，密實(shí)性和抗氯離子滲透性能均有明顯提高，56 d齡期，超高性能混凝土造殼處理組電通量為810 C，基準(zhǔn)對比組為1 397 C，下降了42.0%；超高性能混凝土造殼處理組RCM擴(kuò)散系數(shù)為4.27×10-12m2/s，基準(zhǔn)對比組為11.32×10-12m2/s，下降了62.3%，并且經(jīng)過超高性能混凝土造殼處理后，大吸水率骨料混凝土滿足鐵路標(biāo)準(zhǔn)要求的電通量指標(biāo)(≤1 200 C)。超高性能混凝土造殼處理大吸水率骨料混凝土相對于未處理的基準(zhǔn)對比組，各齡期收縮率均有所減小，在1 d齡期，超高性能混凝土造殼處理組收縮率為19×10-6，基準(zhǔn)對比組收縮率為23×10-6，減小了17.4%，到了150 d齡期，超高性能混凝土造殼處理組收縮率為384×10-6，基準(zhǔn)對比組收縮率為508×10-6，減小了24.4%。

3 結(jié) 論

a.使用超高性能混凝土對大吸水率骨料進(jìn)行“造殼”處理后，配制混凝土的初始坍落度得到顯著提高，且靜置1 h以后依舊保持良好的工作性；經(jīng)過超高性能混凝土造殼處理的大吸水率骨料混凝土各齡期抗壓強(qiáng)度均比未處理的大吸水率骨料混凝土有明顯的提高，且遠(yuǎn)大于C35強(qiáng)度等級的要求；

b.超高性能混凝土造殼處理大吸水率骨料混凝土相對于未處理的基準(zhǔn)對比組，密實(shí)性和抗氯離子滲透性能均有明顯提高，收縮減小。