C80 高性能混凝土配制及專用外加劑研究

付海平

（北京金隅水泥節(jié)能科技有限公司，北京 102403）

1 緒論

隨著建設(shè)力度的加大，現(xiàn)代建筑物對混凝土的強(qiáng)度和耐久性提出了更高的要求，使得高強(qiáng)高性能混凝土迅速發(fā)展。

水泥與礦物摻合料的有效搭配，可以提升高強(qiáng)高性能混凝土的工作性能及耐久性，隨著對礦物摻合料的深入研究，微珠已經(jīng)在生產(chǎn)實(shí)踐中大量使用，其對混凝土體系的填充作用，及在流態(tài)混凝土中起到滾珠效應(yīng)，使混凝土更加松軟、流速加快，又使其結(jié)構(gòu)更加致密，強(qiáng)度發(fā)展更好。

機(jī)制砂有一些缺點(diǎn)，如級配較差、顆粒粒形不好使拌制的混凝土和易性較差、需水量和水泥用量多、拌制的混凝土振動后易離析等[1]。有研究中指出機(jī)制砂中小于 0.08mm 石粉對混凝土拌合物性能的影響，認(rèn)為石粉是一種惰性摻合料，顆粒細(xì)小，補(bǔ)充了混凝土中缺少的細(xì)顆粒，增大了固體表面積對水體積的比例，從而減少了泌水和離析，而且石粉和水泥及水形成的漿體增加了混凝土的漿量，從而改善了混凝土的和易性[2]。本文主要利用邯鄲地區(qū)現(xiàn)有原材料，兩種不同機(jī)制砂與天然砂混合搭配，與單獨(dú)使用天然砂進(jìn)行了對比試驗，選擇合適的細(xì)骨料使用方案，配制出滿足各項性能指標(biāo)的 C80高強(qiáng)高性能混凝土。

2 原材料情況

2.1 水泥

本研究選用邯鄲金隅太行水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O42.5 水泥，具體性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥主要性能指標(biāo)

2.2 礦物摻合料

礦物摻合料的性能指標(biāo)見表2。

表2 礦物摻合料主要性能指標(biāo)

2.3 骨料

邯鄲地區(qū)的粗、細(xì)骨料，性能指標(biāo)見表3，石子為5～16mm 連續(xù)粒級。

表3 粗、細(xì)骨料主要性能指標(biāo)

2.4 外加劑

由于 C80 混凝土水膠比低，所以高強(qiáng)混凝土生產(chǎn)時具有粘性較大、需水量大、泵送性能差的特點(diǎn)，要選擇合適的外加劑，通過其優(yōu)良的減水及降粘作用，釋放更多的自由水來改善其和易性，降低粘性[3]。本試驗將針對 C80 高強(qiáng)高性能混凝土的特點(diǎn)進(jìn)行有針對性的外加劑研究。下面為試驗過程中所用到的功能性母液及相關(guān)配料：

（1）減水型母液：JY-TS-1-50，減水率 30%，含固量 50%。

（2）減水保坍型母液：JY-TS-2，緩釋效果良好，含固量 40%。

（3）降粘型母液：JY-JN-OZS，降粘效果良好，含固量 50%。

（4）緩凝劑 1：PS-HN-01 葡萄糖酸鈉。

（5）緩凝劑 2：PS-HN-05 磷酸類緩凝劑，緩凝保坍效果良好。

（6）引氣劑：PS-AE-01 復(fù)合型高性能表面活性劑，引氣性能良好。

3 C80 混凝土配合比的確定

3.1 配合比設(shè)計思路

根據(jù) JGJ/T 281—2012《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中的要求，C80 混凝土水膠比宜為 0.26～0.28，膠材用量宜為 520～580kg/m3，砂率宜為 35%～42%，礦物摻合料宜為 25%～40%；硅灰摻量不宜大于 10%[4]。

3.2 配合比設(shè)計方案

根據(jù)邯鄲地區(qū)的地材情況及技術(shù)規(guī)程要求設(shè)計如表4 的配合比進(jìn)行試配，固定膠凝材料總量、水膠比以及外加劑配方和摻量，主要進(jìn)行砂率及砂子品種搭配的調(diào)整對比試驗，確定最適宜的砂率及砂子品種搭配方案。外加劑根據(jù)以往試驗經(jīng)驗暫定按照表5 所示的配方 A-1進(jìn)行前期配合比調(diào)整試驗。

表5 外加劑配方 kg/t

3.3 試驗結(jié)果及分析

根據(jù)表4 的設(shè)計方案進(jìn)行了系列試驗，結(jié)果見表6。從試驗結(jié)果看，混凝土流速慢、發(fā)粘是共性的問題，倒提流空時間都較長，沒有達(dá)到很理想的效果。

但是從系列試驗過程中可以發(fā)現(xiàn)，變量中的砂率，42% 砂率的混凝土狀態(tài)優(yōu)于 38% 砂率，從混凝土流速及粘度方面分析，天然砂與機(jī)制砂配合使用要優(yōu)于單獨(dú)使用天然砂或者機(jī)制砂。

從表6 強(qiáng)度值結(jié)果得知，這批試驗 28 天強(qiáng)度未達(dá)到 115%，所以配合比在強(qiáng)度方面需要有較大調(diào)整，保證滿足 C80 強(qiáng)度要求。

3.4 配合比優(yōu)化

為了使混凝土達(dá)到要求強(qiáng)度，下一步試驗的配比設(shè)計中從如下幾個方面進(jìn)行調(diào)整：適當(dāng)提高水泥用量，用到 390kg，粉料總量提高至 600kg，降低水膠比至0.22。

從混凝土流速和粘度角度考慮，為了提高 C80 混凝土工作性能，引入微珠替代粉煤灰，微珠具有良好的滾珠效應(yīng)，可以在漿體中發(fā)揮填充和潤滑作用，會對混凝土體系粘度及流速有幫助。擬摻入量為 110kg，其他粉料進(jìn)行相應(yīng)增減。

表4 混凝土配合比設(shè)計方案 kg/m3

表6 試配混凝土的性能試驗結(jié)果

表7 調(diào)整后的混凝土配合比 kg/m3

表8 試驗結(jié)果

細(xì)骨料方面，從前期試配結(jié)果看，使用了機(jī)制砂的試塊強(qiáng)度明顯高于單純使用天然砂的配比，用細(xì)度模數(shù)為 1.7 的天然砂 2 與細(xì)度模數(shù)為 3.0 的機(jī)制砂 1 搭配使用，混凝土狀態(tài)要優(yōu)于其他搭配形式的細(xì)骨料方案，且砂率高的要優(yōu)于砂率低的。所以下一步試驗的細(xì)骨料調(diào)整方案為天然砂 2 配合機(jī)制砂 1，且砂率往上進(jìn)行調(diào)整，用 42% 砂率和 46% 砂率進(jìn)行試驗，配比見表7。外加劑配方不變，仍然用 A-1 外加劑進(jìn)行試驗，結(jié)果見表8。

3.5 C80 混凝土配比確定

從本次試驗可以發(fā)現(xiàn)微珠的引入對混凝土的工作性改善很大，粘度及流速都相應(yīng)的得到了優(yōu)化，四組試驗中最好的是編號為 C-18 的配比，從強(qiáng)度角度說四組試驗 28 天強(qiáng)度都達(dá)到了 115% 以上，最高的是 C-18，所以從這些系列試配表現(xiàn)的工作性及強(qiáng)度發(fā)展情況，確定C-18 配比為最終的 C80 混凝土所用配比。

4 C80 混凝土專用外加劑的配制

4.1 配制思路

前面試配中 C80 混凝土雖然已經(jīng)具備了高性能混凝土的工作性能，但是粘度、流速和保坍三個方面還是沒有達(dá)到最理想的狀態(tài)，可以通過外加劑的調(diào)整使之達(dá)到更優(yōu)秀的狀態(tài)。聚羧酸減水劑可以通過將不同功能的母液復(fù)合到一起，共同發(fā)揮協(xié)同作用，使混凝土的工作性達(dá)到理想狀態(tài)。

4.2 外加劑配方設(shè)計方案

針對本次試驗，選用降粘型母液和保坍型母液與減水母液進(jìn)行復(fù)配，加入保坍劑及引氣劑，配方見表9。

表9 C80 專用外加劑配方 kg/t

4.3 混凝土試配結(jié)果

試驗時使用編號為 C-18 混凝土配比進(jìn)行外加劑的調(diào)整試驗，試驗結(jié)果如表10。

表10 外加劑調(diào)整試配結(jié)果

外加劑調(diào)整后，混凝土的流速和粘度都有所改善，隨著 JY-JN-OZS 降粘型母液的加入量增加，混凝土的粘度有明顯的降低，PS-HN-05 型保坍劑與 JY-TS-2 型保坍母液配合使用，有效解決了混凝土的損失問題，A-5 號配方，混凝土達(dá)到了 2 小時無損失的情況。排空時間與混凝土粘度有很大關(guān)系，A-5 配方混凝土粘度最小，所以它的排空時間最短。

從表10 的強(qiáng)度結(jié)果看，四組試驗的 28 天強(qiáng)度都已經(jīng)滿足要求。

4.4 C80 混凝土專用外加劑配方確定

從試驗混凝土狀態(tài)描述及試塊強(qiáng)度結(jié)果看，外加劑編號為 A-5 的外加劑效果最佳，且混凝土強(qiáng)度也滿足要求，最終確定 C80 混凝土的配合比為編號 C18 配比，外加劑為編號 A-5 配方。

5 結(jié)論

機(jī)制砂與天然細(xì)砂混合搭配，調(diào)整合適的比例，要比單一使用效果好，可以配制出滿足施工泵送要求的C80 高強(qiáng)高性能混凝土。

配比中引入微珠，微珠的填充作用和滾珠效應(yīng)更加有助于混凝土在較低水膠比條件下降低混凝土粘度，改善和易性，提高泵送效果。

（3）配制 C80 專用外加劑，可以明顯改善混凝土的工作性能，提高混凝土流動速度，降低混凝土經(jīng)時損失。