C60高強(qiáng)度微膨脹混凝土配合比設(shè)計(jì)研究

程小娟

(中交路建交通科技有限公司 北京市 100121)

0 引言

混凝土配合比就是根據(jù)施工要求與工程需求，選擇所需的各種原材料，在保證混凝土工作性能和經(jīng)濟(jì)性的條件下，確定各種材料比例組成以及相應(yīng)的材料用量。良好的配合比是獲得高強(qiáng)度耐用混凝土的必備條件。目前，雖然混凝土配合比設(shè)計(jì)已經(jīng)有很大的發(fā)展，創(chuàng)建了相應(yīng)的國標(biāo)和行標(biāo)，以及地方標(biāo)準(zhǔn)和企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)[1]，但在不同的建設(shè)工地中，每個(gè)工地的環(huán)境不同，各地所產(chǎn)的原材料也不同，導(dǎo)致了混凝土配合比設(shè)計(jì)不能完全按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的公式和方法進(jìn)行計(jì)算配制。隨著對(duì)節(jié)能減排、可持續(xù)發(fā)展要求的不斷提高，對(duì)混凝土性能的要求也越來越高[2]。鑒于此，對(duì)高強(qiáng)度混凝土進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，設(shè)計(jì)了不同水膠比的混凝土，測(cè)試其坍落度、抗壓強(qiáng)度等各項(xiàng)性能指標(biāo)，掌握水膠比對(duì)混凝土7d、28d齡期強(qiáng)度的影響規(guī)律，研究水膠比對(duì)混凝土各項(xiàng)性能的影響，進(jìn)而確定最經(jīng)濟(jì)、高效的施工方案，選擇滿足工程要求的配料比進(jìn)行施工，實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)混凝土在工程實(shí)踐中的應(yīng)用具有重要意義。

1 工程概況

甘肅某機(jī)場(chǎng)航站樓連接線橋面板采用C60微膨脹混凝土，設(shè)計(jì)方量2500m3，采用現(xiàn)澆混凝土施工工藝。該地區(qū)氣候相對(duì)干燥，常年受季風(fēng)影響，晝夜溫差大，水分蒸發(fā)較快。項(xiàng)目附近碎石供應(yīng)相對(duì)豐富，水泥、外加劑等摻和料選擇空間較小。根據(jù)現(xiàn)有條件需要試配出一種性能穩(wěn)定、適用于拌和、運(yùn)輸、現(xiàn)場(chǎng)澆筑的C60混凝土。

2 混凝土的技術(shù)要求

對(duì)于新拌混凝土要使之具有良好的和易性，同時(shí)不泌水、不分層、不會(huì)出現(xiàn)離析現(xiàn)象。新拌混凝土的坍落度要求為160～200mm，而且要確保60min坍落度的損失小于30mm?；炷列螒B(tài)體積穩(wěn)定時(shí)，21d限制膨脹率大于0。硬化后混凝土的強(qiáng)度會(huì)顯著提高，混凝土28d抗壓強(qiáng)度不小于設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)的1.15倍。

3 混凝土原材料選擇

混凝土是一種必不可少的建筑材料，只有充分利用本地特色的原材料，才有實(shí)際的應(yīng)用價(jià)值，要對(duì)本地混凝土原材料的品質(zhì)，有一個(gè)客觀的、全面的認(rèn)識(shí)，以經(jīng)濟(jì)適用、方便運(yùn)輸為前提，找出適合配制C60微膨脹混凝土的原材料。

3.1 水泥

本試驗(yàn)選擇中材甘肅的賽馬牌P.Ⅱ52.5硅酸鹽水泥。水泥的品種、礦物所含成分、調(diào)凝劑、堿含量、細(xì)度等方面都會(huì)影響外加劑的使用效果。

3.2 集料

混凝土拌和物的和易性受砂石級(jí)配和粒型的影響。潤(rùn)昌砂場(chǎng)產(chǎn)的天然中砂作為細(xì)集料，細(xì)度模數(shù)2.94，含泥量1.8%，泥塊含量0.2%，粗集料選擇王峴產(chǎn)的4.75～19mm的連續(xù)級(jí)配碎石；碎石針片狀含量為5.3%，含泥量0.2%，泥塊含量0.1%，壓碎值9.6%。

3.3 外加劑

C60混凝土具有大量的膠結(jié)材料，水灰比低，強(qiáng)度要求高，并且混凝土坍落度大。為了滿足混凝土的性能和施工要求，提高混凝土的和易性，減少水泥用量并節(jié)省成本，外加劑的選擇尤為重要[3]。在選擇摻和料時(shí)，應(yīng)考慮摻和料的適應(yīng)性和保水性，以有效控制混凝土拌和料的坍落度損失，提高混凝土拌和料的保水率，并減少混凝土拌和料的離析和泌水。高性能減水劑是高強(qiáng)度高性能混凝土最常用的外加劑。減水率一般要求大于20%[4]。故選用山西TJXC-B聚羧酸高性能減水劑(標(biāo)準(zhǔn)型)，減水劑性能見表1。

表1 減水劑性能

3.4 粉煤灰和礦渣

在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，應(yīng)加入具有良好活性的礦物摻和料，特別是效果好的復(fù)合摻和料，活性摻和料的火山灰效應(yīng)能進(jìn)一步促進(jìn)混凝土水化，提高混凝土強(qiáng)度；其形態(tài)和微集料效應(yīng)提高了混凝土的流動(dòng)性和保塑性，減小了坍落度的經(jīng)時(shí)損失，可泵性好，并能顯著改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)和耐久性，選用鑫凱F類I級(jí)粉煤灰和福順通S95級(jí)礦渣粉。

3.5 膨脹劑

微膨脹混凝土就是在普通的混凝土中添加一種膨脹劑，使混凝土在水化期間能夠依靠膨脹劑的作用而發(fā)生一定膨脹，從而彌補(bǔ)了混凝土的收縮，達(dá)到防治混凝土收縮的性能，膨脹劑的化學(xué)成分及物理性能見表2。

表2 膨脹劑化學(xué)成分和物理性能

選用湖北順遠(yuǎn)HEA型膨脹劑，HEA型抗裂膨脹劑可與水泥水化產(chǎn)物結(jié)合生成大量的礦物微膨脹晶體，可以降低混凝土在靜水壓力下的透水性，同時(shí)具有堵塞和切斷毛細(xì)通道的功能，進(jìn)一步減少混凝土的泌水性，提高混凝土的密實(shí)度，提高混凝土的抗裂性能；此外，HEA型抗裂膨脹劑摻進(jìn)混凝土中，能提供一種特殊的憎水涂層，減小壓力作用下的水分遷移，有效提高混凝土對(duì)有害物質(zhì)的耐腐蝕性和耐久性，使混凝土具有結(jié)構(gòu)自防水和抗裂防滲的性能，從而提高混凝土的耐久性。

3.6 水

選用生活飲用水-自來水。

4 混凝土配比設(shè)計(jì)

C60微膨脹混凝土的水灰比低，混凝土的流動(dòng)性是一項(xiàng)重要的指標(biāo)。當(dāng)混凝土強(qiáng)度等級(jí)在C60級(jí)以上時(shí)，水膠比與混凝土強(qiáng)度的線性關(guān)系較差，分散性較大，鮑羅米公式只對(duì)C60等級(jí)以下的混凝土適用。但對(duì)于高強(qiáng)混凝土鮑羅米公式適用性不大，其水膠比的確定只能按現(xiàn)有的試驗(yàn)資料來參照，然后通過試配進(jìn)行調(diào)整，高強(qiáng)混凝土水膠比計(jì)算仍可采用鮑羅米公式，但與普通混凝土不同的是其回歸系數(shù)有所改變?；炷恋膹?qiáng)度值見表3。

表3 C60混凝土強(qiáng)度值

(1)

式中，aa，ab—回歸系數(shù)；

fb—膠凝材料28d膠砂抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值(MPa)；

fcu,o—混凝土配制強(qiáng)度(MPa)。

4.1 水膠比的確定

C60微膨脹混凝土屬于高性能混凝土。根據(jù)《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工指南》第二版要求混凝土的施工配制強(qiáng)度不能低于設(shè)計(jì)強(qiáng)度的1.15倍，因此根據(jù)規(guī)范可得出該混凝土配制強(qiáng)度不小于69MPa。目前無完善的公式可以選用，故根據(jù)資料統(tǒng)計(jì)水膠比可采用0.28～0.32。

4.2 摻合料用量

水泥為硅酸鹽水泥，粉煤灰摻量取10%，礦渣粉摻量取15%。依據(jù)廠家說明HEA型膨脹劑摻量取6%。試驗(yàn)方法為外摻法。

主要考核指標(biāo)：按填充用膨脹混凝土配制，分析其不同齡期內(nèi)豎向自由膨脹率及7d、28d的抗壓強(qiáng)度；按補(bǔ)償收縮混凝土配制，考慮其在水中及空氣中的限制膨脹率及28d抗壓強(qiáng)度[5]。

對(duì)試驗(yàn)成果進(jìn)行多方面的比較，最終確定膨脹劑摻量是6%。

摻量計(jì)算，確定每立方米用水量(mwo)。設(shè)計(jì)坍落度160～200mm，根據(jù)碎石及砂樣品情況，查表確定用水量217kg，由于摻入了減水劑，經(jīng)試配確定減水劑的減水率為32%，調(diào)整后選用用水量為217×(1-32%)=148kg/m3；每立方米混凝土拌和物用量見表4。

表4 每立方米混凝土拌和物用量

4.3 確定砂率(βs)

根據(jù)碎石及砂樣品情況，初步暫定砂率為βs=37%。

4.4 計(jì)算粗、細(xì)集料、膨脹劑的摻量

按質(zhì)量法計(jì)算粗細(xì)集料的質(zhì)量，假定水泥混凝土的表觀密度(mcp)為2450kg/m3。通過以下計(jì)算公式：

mco+mfo+mko+mgo+mso+mwo+mwj=mcp

(2)

(3)

(4)

(5)

解得：mso=647kg/m3，mgo=1102kg/m3，結(jié)合表4每立方米混凝土拌和物的用量，可得到基準(zhǔn)配合比見表5。

表5 基準(zhǔn)配合比(單位：kg/m3)

4.5 混凝土配合比的試配、調(diào)整與確定

按計(jì)算水泥混凝土基準(zhǔn)配合比(W/B=0.27)，同時(shí)以基準(zhǔn)配合比的水膠比為基準(zhǔn)分別減少0.03和增加0.03，用水量與基準(zhǔn)配合比保持一致。砂率分別減少1%和增加1%進(jìn)行試拌。經(jīng)試驗(yàn)，混凝土拌和物和易性良好，各材料用量及其拌和物坍落度、表觀密度見表6，各材料用量及其混凝土7d、28d強(qiáng)度見表7。

表6 各材料用量及其拌和物坍落度、表觀密度

表7 各材料用量及其混凝土強(qiáng)度

不同水膠比情況下7d、28d的混凝土抗壓強(qiáng)度變化見圖1，隨著水膠比的增大，混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)線性降低的趨勢(shì)。

圖1 混凝土抗壓強(qiáng)度與水膠比關(guān)系曲線

5 混凝土的養(yǎng)護(hù)

C60微膨脹混凝土需要充分濕養(yǎng)護(hù)才能更好地發(fā)揮其膨脹效應(yīng)，施工期間，應(yīng)保持一定的環(huán)境溫度。如果環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，要采取保溫措施。夏季天氣酷熱，砂石要采用一定的遮陽措施，當(dāng)混凝土澆注完成后，其應(yīng)避免在烈日下暴曬，或遭受雨水侵襲；在常溫下，膨脹水泥混凝土澆注后4h應(yīng)進(jìn)行遮蓋，8～12h要開始澆水養(yǎng)護(hù)，當(dāng)拆模后需大量的水進(jìn)行澆水養(yǎng)護(hù)，使混凝土保持在潮濕或半濕潤(rùn)狀態(tài)。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不能低于14d，同時(shí)應(yīng)快速檢測(cè)限制膨脹率。

6 結(jié)語

C60微膨脹混凝土在配合比設(shè)計(jì)過程中，受到原材料品質(zhì)、環(huán)境溫度、拌和工藝等多方面因素影響，需要多崗位協(xié)同作戰(zhàn)才能確?；炷恋馁|(zhì)量。

通過對(duì)原材料的化學(xué)和物理性能進(jìn)行對(duì)比，挑選出適合的原料；對(duì)摻和料的設(shè)計(jì)計(jì)算，得出每個(gè)材料的基準(zhǔn)配合比。按基準(zhǔn)配合比的基準(zhǔn)，對(duì)水膠比分別減少0.03和增加0.03，砂率分別減少1%和增加1%進(jìn)行試拌；通過試驗(yàn)分析結(jié)果表明，隨著水膠比和砂率的增加，混凝土的7d、28d抗壓強(qiáng)度和坍落度呈線性降低的趨勢(shì)。由此可見，水膠比對(duì)混凝土強(qiáng)度起到關(guān)鍵作用。

研究表明，在微膨脹混凝土的配合比設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工等方面必須嚴(yán)格控制與管理，并進(jìn)一步加強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)和檢測(cè)，不斷總結(jié)和改進(jìn)，高標(biāo)號(hào)微膨脹混凝土施工質(zhì)量完全可控。