新型混凝土配合比設計及試驗分析

陳丹妮

摘要：文章以三種不同水膠比和礦物摻合料摻量為變量，研究混凝土耐久性的變化.通過試驗得出：混凝土早期自生收縮變形發(fā)展較快，幾乎隨時間呈線性增長趨勢;隨著礦物摻合料摻量的增加，混凝土的自生收縮隨之減小;隨著齡期的增加，混凝土的干燥收縮逐漸增大，早期發(fā)展速率較快，15d后增長速率變緩;相同齡期時，隨著混凝土中摻量的增大，其干燥收縮變形減小.

關(guān)鍵詞：混凝土;配合比;摻合料;試驗

中圖分類號：TU398? 文獻標識碼：A? 文章編號：1673-260X（2019）02-0074-03

混凝土配合比設計是高性能混凝土的重要基礎，焦立穎等采用了基于C60混凝土作為基本材料，進行了配合比的優(yōu)化研究，獲得了一類優(yōu)化的配合比數(shù)據(jù)[1].方黃磊等采用了六因素三水平的正交試驗對高稠度的EPS塑性混凝土的配合比進行了優(yōu)化設計，從而降低EPS顆粒上浮程度[2].馬士賓等將水泥、礦粉、粉煤灰視為一組總質(zhì)量不變的混料，細集料和粗集料視為另一組混料，通過組合設計分析了礦物摻合料、水泥、砂率的混料效應[3].高浩等設計了一系列不同配合比的抗沖磨混凝土，以脆性系數(shù)、干縮率為指標，探討了粉煤灰和硅粉對抗沖磨混凝土抗裂性能的影響[4].張會芝等選取水膠比、再生粗骨料取代率、再生細骨料取代率、?；⒅轶w積摻量和活性化尾礦微粉摻量為關(guān)鍵影響因素，設計了自保溫再生混凝土配合比正交試驗，研究了各因素對其性能的影響[5].

為了驗證配合比的設計正確，常常要分析混凝土的各種性能變化.劉家彬等減小混凝土水膠比時，C50箱梁混凝土凝縮和干燥收縮減小，但自收縮增大[6].劉秋美等摻入泡沫可以增大泡沫混凝土料漿的流動度、減小混凝土干密度、降低混凝土強度、增大收縮值和吸水率[7].孫繼成等經(jīng)過測試發(fā)現(xiàn)不同再生骨料成分及成分的不同比例都會對混凝土的性能產(chǎn)生一定影響[8].陳守開等摻入再生粗骨料的透水混凝土抗壓強度隨著取代率的增加而提高，替代率為30%時，提高幅度最大[9].姚賢華等研究出摻有粉煤灰、硅灰和膨脹劑的混凝土循環(huán)120次后，其相對動彈性模量仍然在90%以上，干濕循環(huán)120次后，抗侵蝕系數(shù)也在0.95以上[10].陳夢成等分析一維和二維氯離子擴散行為[11].胡守旺等修正了氯離子擴散系數(shù)[12].竇雪梅等探討了混凝土表觀氯離子擴散系數(shù)的影響因素[13].張立明等得出混凝土Cl-擴散系數(shù)[14].張程強等得出混凝土Cl-質(zhì)量分數(shù)變化規(guī)律[15].馬麗娜等得出了Cl-擴散系數(shù)與混凝土約束時的關(guān)系[16].何化南等得出表面氯離子與水膠比之間的關(guān)系[17].王元戰(zhàn)等得氯離子整體擴散系數(shù)與粗骨料之間的關(guān)系[18].由于處在嚴酷的海洋環(huán)境中，海水中含有的侵蝕性離子會引起混凝土材料劣化[19].從而破壞其結(jié)構(gòu)整體性，并逐步導致混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部鋼筋銹蝕，引起結(jié)構(gòu)耐久性的喪失.盧春房等討論了結(jié)構(gòu)耐久性的影響因素[20].朱垚鋒等研究和評估了該海島建筑的凝土耐久性性能[21].高升論述了混凝土耐久性壽命預測過程中需要注意的關(guān)鍵問題[22].許梅等測定了不同深度混凝土的氯離子含量分布[23].

然而，混凝土在服役于嚴酷的環(huán)境過程中，由于自身的體積變形，或由于外界環(huán)境的變化造成的干濕變形和溫度變形等，在結(jié)構(gòu)中都可能因為約束程度的不同造成一定程度的自生應力，從而導致混凝土的裂縫問題.因此，本文從水膠比和礦物摻合料摻量角度出發(fā)，研究混凝土的變形性能演變規(guī)律.

1 材料

確定試配混凝土水膠比為0.31±0.03，即 0.28、0.31和0.34.選用兩組膠凝材料體系，A組單摻粉煤灰、B組為粉煤灰和礦渣復摻.同時固定水膠比為0.31，通過變化粉煤灰的摻量（即C組）研究其對混凝土性能的影響.

2 自生收縮

高強混凝土由于水膠比低，其早期內(nèi)部自干燥作用強，其早齡期（前3d/7d）的自生收縮明顯增大.參考GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》，采用非接觸法混凝土收縮變形測定儀.為研究混凝土的自生收縮，試驗時混凝土帶模進行測試，并在混凝土拌合物澆筑入試模后立即用塑料膜覆蓋，避免與環(huán)境進行水分交換，因此可忽略其早期的干燥收縮.當混凝土達到初凝時開始測讀初始讀數(shù)，之后7d內(nèi)至少每隔1h測定試件的變形.

由圖1-2可以看出，混凝土早期自生收縮變形發(fā)展較快，幾乎隨時間呈線性增長趨勢，在7d收縮應變達到近10-3，其影響應予以重視;另一方面，隨著粉煤灰（礦物摻合料）摻量的增加，混凝土的自生收縮隨之減小，因此在滿足強度和耐久性指標的基礎上，因根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和約束程度，相應選擇收縮較小的混凝土，避免過大自生應力造成混凝土內(nèi)部微裂紋的開展和連通.

3 干燥收縮

參考GB/T 50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》，采用接觸法測定混凝土在無約束和指定溫濕度條件下的干燥收縮變形.采用100mm×100mm×400mm的棱柱體試件，經(jīng)標準養(yǎng)護后再3d齡期時移入溫度（20±2）℃、濕度（60±5）%恒溫恒濕室，并按規(guī)定的時間間隔（齡期）測量其變形讀數(shù)，試驗裝置如圖3所示.

試驗結(jié)果表明，隨著齡期的增加，混凝土的干燥收縮逐漸增大，早期發(fā)展速率較快，14d后增長速率變緩;相同齡期時，隨著混凝土中粉煤灰摻量的增大，其干燥收縮變形減小.一般認為純水泥混凝土干燥收縮較大，而本試驗中純水泥的C1組可能試驗存在較大誤差，因時間關(guān)系沒有重復進行.

一般而言，高強混凝土的干燥收縮相比中低強混凝土較小，但現(xiàn)澆施工時應注意早期（7d/14d）的保濕養(yǎng)護，后期的干燥收縮影響相對較小.

4 結(jié)論

通過試驗研究了粉煤灰單摻和粉煤灰/礦渣雙摻混凝土的變形性能，在本試驗條件下，得到主要結(jié)論如下：

（1）隨著粉煤灰摻量的增加，混凝土的自生收縮隨之減小.因此在滿足強度和耐久性指標的基礎上，因根據(jù)結(jié)構(gòu)形式和約束程度，相應選擇收縮較小的混凝土，避免過大自生應力造成混凝土內(nèi)部微裂紋的開展和連通.

（2）隨著齡期的增加，混凝土的干燥收縮逐漸增大，早期發(fā)展速率較快，14d后增長速率變緩;相同齡期時，隨著混凝土中粉煤灰摻量的增大，其干燥收縮變形減小.在現(xiàn)澆施工時應注意早期（7d/14d）的保濕養(yǎng)護，后期的干燥收縮影響相對較小.

參考文獻：

〔1〕焦立穎，王超，董軍.基于C60的鋼管混凝土配合比優(yōu)化試驗研究[J].混凝土，2017（1）：97-101.

〔2〕方黃磊，繆林昌，尤佺，等.基于正交試驗的EPS塑性混凝土配合比優(yōu)化設計[J].硅酸鹽通報，2018（2）.

〔3〕馬士賓，徐文斌，許艷偉，等.基于組合混料設計的高性能混凝土配合比優(yōu)化研究[J].硅酸鹽通報，2017，36（11）：3642-3647.

〔4〕高浩，曾力.復摻粉煤灰和硅粉抗沖磨混凝土配合比設計及抗裂性能[J].中國農(nóng)村水利水電，2017（9）：164-168.

〔5〕張會芝，閆艷紅，崔秀琴.基于總功效系數(shù)法的自保溫再生混凝土配合比優(yōu)化[J].四川建筑科學研究，2017，43（2）：112-115.

〔6〕劉家彬，秦鴻根，郭飛，等.配合比參數(shù)對C50箱梁混凝土收縮性能的影響[J].建筑材料學報，2018（1）.

〔7〕劉秋美，李彩玉，楊江紅，等.泡沫摻量對磷渣粉煤灰泡沫混凝土性能的影響[J].新型建筑材料，2017，44（3）：72-75.

〔8〕孫繼成，胡紫日.再生骨料成分對混凝土性能影響的分析研究[J].科技通報，2017，33（4）：97-100.

〔9〕陳守開，常承艷，郭磊，等.再生骨料摻量對透水混凝土性能的影響[J].應用基礎與工程科學學報，2018（1）.

〔10〕姚賢華，馮忠居，管俊峰，等.不同摻合料對鹽堿腐蝕條件下干濕循環(huán)后混凝土性能的影響[J].工業(yè)建筑，2018（3）.

〔11〕陳夢成，袁素葉.鋼筋混凝土氯離子擴散與壽命預測CA模型研究[J].鐵道學報，2017，39（10）：142-148.

〔12〕胡守旺，彭建新，張建仁.混凝土中氯離子擴散數(shù)值分析方法及實橋應用[J].鐵道科學與工程學報，2017，14（12）：2570-2579.

〔13〕竇雪梅，余紅發(fā)，麻海燕，等.珊瑚混凝土在海洋環(huán)境中氯離子擴散實驗[J].海洋工程，2017，35（1）：129-135.

〔14〕張立明，余紅發(fā).煤渣粉摻量對再生混凝土氯離子擴散系數(shù)的影響[J].硅酸鹽通報，2017，36（7）：2332-2336.

〔15〕張程強，王曙光，韓建德.礦物摻合料對氯離子擴散系數(shù)的影響[J].中國科技論文，2017，12（1）：46-50.

〔16〕馬麗娜，貢金鑫，趙艷華.高性能混凝土約束收縮對氯離子擴散的影響[J].建筑科學與工程學報，2017，34（6）：85-92.

〔17〕何化南，馮葉，張冠華，等.考慮表面氯離子質(zhì)量分數(shù)的沿?；炷翗蛄郝入x子擴散修正模型[J].建筑科學與工程學報，2017，34（4）：57-64.

〔18〕王元戰(zhàn)，呂彥偉，龍俞辰，等.粗骨料對混凝土界面過渡區(qū)氯離子擴散性能影響[J].海洋工程，2018，36（2）：73-82.

〔19〕丁楊，鄧文武，孟偉，等.隧道混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命評價[J].華東交通大學學報，2017，34（1）：28-32.

〔20〕盧春房，吳明友，付建斌.鐵路工程結(jié)構(gòu)耐久性影響因素研究與工程實踐[J].鐵道學報，2018（5）：1-10

〔21〕朱垚鋒，毛江鴻，金偉良，等.寧波市某海島建筑群混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀及提升方法[J].建筑結(jié)構(gòu)，2018（2）：14-18.

〔22〕高升.基于耐久性的混凝土壽命預測方法研究進展[J].混凝土，2018（6）：25-30.

〔23〕許梅，麻海燕，余紅發(fā)，等.大連港服役50年混凝土的力學性能與耐久性[J].材料科學與工程學報，2018（3）：470-477.