C80級(jí)高性能泵送混凝土的配制及試驗(yàn)研究

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。C80級(jí)高性能泵送混凝土的配制及試驗(yàn)研究C80級(jí)高性能泵送混凝土的配制及試驗(yàn)研究C80級(jí)高性能泵送混凝土的配制及試驗(yàn)研究 2006年3月6日點(diǎn)擊數(shù)：456王玉棠（北京住總四元橋攪拌站）提要近年隨著建筑技術(shù)的不斷發(fā)展， 混凝土技術(shù)也朝著多性能、高性能混凝土(HPC)方面發(fā)展，目前國內(nèi)外有關(guān)高強(qiáng)、高性能混 凝土(HPC)的研究及應(yīng)用發(fā)展很快，國際上在工程上獲得使用的混凝土強(qiáng)度已 達(dá)到100130MPa，在我國C80級(jí)混凝土已被建設(shè)部定為“九.五”重點(diǎn)推廣項(xiàng)目，而C60級(jí)混 凝土我們于1995年進(jìn)行了研制，并

2、成功地應(yīng)用于航華科貿(mào)中心、靜安大廈等工程，并且榮獲 科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)。為適應(yīng)現(xiàn)代化建設(shè)的需要，提高混凝土技術(shù)水平，增加技 術(shù)儲(chǔ)備，我們在1998年開始研制C80級(jí)高性能混凝土(HPC)的試驗(yàn)研究，目前已通過鑒定，通 過大量的試配，得到了一套完整的數(shù)據(jù)，獲得了理想的結(jié)果。 1原材料的選擇 根據(jù)原材料質(zhì)量、供應(yīng)能力、資源等，優(yōu)選以下幾種原材料進(jìn)行C80級(jí)混凝土的配制。 1.1水泥 選用質(zhì)量穩(wěn)定、活性較高的琉璃河水泥廠的普硅525R水泥和懷北水泥廠拉法基普硅525R水泥 ，其物理學(xué)性能如表1。 表1水泥物理力學(xué)性能 項(xiàng)目 標(biāo)準(zhǔn)值 525R型普硅水泥 琉璃河 拉法基 細(xì)度(80m方篩篩余量) 10.0%

3、 1.8% 1.8% 標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量(%) 26.0 25.2 凝結(jié)時(shí)間 初凝 45min 2h10min 1h55min 終凝 10h 3h20min 4h20min 抗折強(qiáng)度 (MPa) 3d 5.0 5.8 7.7 28d 7.0 7.3 9.7 39.4 3d 26.0 39.4 44.2 28d 52.5 60.6 62.0 安定性(沸煮法) 須合格 合 格 合 格 1.2 粗、細(xì)骨料 (1)砂：選用級(jí)配良好的懷柔龍鳳山分廠的中粗砂，其技術(shù)指標(biāo)見表2。 表2 砂子技術(shù)指標(biāo) 細(xì)度模數(shù) 含泥量(%) 泥塊含量(%) 2.8 1.8 0.5 (2)石：選用質(zhì)地堅(jiān)硬、表面粗糙、級(jí)配良好的三河

4、520mm碎石，其技術(shù)指標(biāo)見表3。 表3 石子技術(shù)指標(biāo) 顆粒粒級(jí) (mm) 含泥量 (%) 泥塊含量 (%) 針片狀顆粒含量(%) 壓碎指標(biāo) (%) 520 0.8 0.3 7.6 8.1 2 外加劑的選擇 通過市場調(diào)研及混凝土試拌初步選定以下4種高性能外加劑，結(jié)合本單位混凝土生產(chǎn)工藝均 選用液體外加劑，其品種與基本性能見表4。 表4 外加劑品種與性能 名稱 含固量(%) 摻量(%) (占膠凝材料) 減水率 (%) RH-8 40±2 4 25 JL118 30±2 3 26 DFS- 30±2 3 29 C-SF 30±2 3 28 表4中的外加劑摻量

5、均為按液體計(jì)。在前期的混凝土試配工作中，采用這四種外加劑， 在相同原材料和等稠度條件下進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，其結(jié)果列于表5。 表5高性能外加劑對(duì)比試驗(yàn)強(qiáng)度值 編號(hào) 外加劑 品種 用水量 (L/m 3 ) 外加劑摻量(kg/m 3 ) 坍落度 (mm) 抗壓強(qiáng)度(MPa) 3D 7D 28D 1 RH-8 146 24.8 205 68.0 87.4 97.8 2 JL118 143 16.5 215 70.4 92.2 99.5 3 DFS- 143 16.5 205 76.7 97.4 100.8 4 C-SF 147 22.8 絮狀 76.8 81.3 98.8 從試驗(yàn)得出以RH8所配制的混凝土過

6、粘，以CSF配制的混凝土流動(dòng)性差，JL118及DFS-早期強(qiáng)度高，且與各種細(xì)摻料及選定的水泥適應(yīng)性良好，由此我們選擇了JL118和DFS-兩種外加劑。 3 細(xì)摻料的選擇 在原材料及外加劑選定之后，我們采用10種細(xì)摻料(多為復(fù)合型)，進(jìn)行對(duì)水泥、外加劑的適 應(yīng)性試驗(yàn)，經(jīng)綜合分析，選擇Z-1、Z-2、Z-6、Z-8、Z-8及Z-9六種細(xì)摻料，其試驗(yàn) 結(jié)果見表6和表7。 表6 坍落度及其經(jīng)時(shí)損失 細(xì)摻料 名稱 初始坍落度(mm) 坍落度保留值(mm) 擴(kuò)展度 (mm) 30min 60min 90min Z-1 200 195 190 190 570 Z-2 220 220 215 210 585

7、Z-6 215 215 215 215 600 Z-8 215 215 215 215 550 Z-8 215 215 210 210 580 Z-9 215 210 210 210 560 表7C80級(jí)混凝土抗壓強(qiáng)度值 細(xì)摻料 組數(shù) 坍落度 (mm) 水膠比 f cu,3d 均值 f cu,7d 均值 f cu,28d 均值 Z-1 5 160200 0.260.28 70.3 83.9 99.3 Z-2 7 155220 0.250.27 79.0 94.5 102.4 Z-6 4 195215 0.260.28 66.3 78.6 96.6 Z-8 5 190215 0.250.28 6

8、9.7 80.6 99.7 Z-8 5 175215 0.250.28 68.9 84.2 99.0 Z-9 5 200230 0.250.29 64.6 84.8 95.9 總計(jì) 31 155230 0.250.29 70.5 85.2 99.1 由表6、表7可見，被選定的6種細(xì)摻料與選定的水泥和高性能 外加劑有很好的適應(yīng)性，配制的混凝土具有良好的流動(dòng)性、粘聚性和 保塑性，硬化后的混凝土具有早期強(qiáng)度高(3d強(qiáng)度平均值達(dá)到28d的 71，7d強(qiáng)度平均值達(dá)到28d的86)，具備了配制高強(qiáng)、高性能混凝 土的基本性能。 由表7還可看出，在被選定的6種細(xì)摻料中Z2配制的混凝土強(qiáng) 度最高，特別是早齡期強(qiáng)

9、度好，本應(yīng)作為首選細(xì)摻料，但因運(yùn)輸不便 等原因，在C80級(jí)混凝土復(fù)驗(yàn)時(shí)選用了細(xì)摻料Z-8。 4 主要設(shè)備及相關(guān)技術(shù)要求 4.1主要設(shè)備 攪拌機(jī)：中國建筑科學(xué)研究院HJW60型混凝土攪拌機(jī)。 4.2相關(guān)技術(shù)要求 攪拌時(shí)間：180240s； 養(yǎng)護(hù)條件：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)(溫度20±3，濕度90)。 5推薦配合比 混凝土配合比設(shè)計(jì)一般是通過計(jì)算和試配調(diào)整后確定。 5.1配制強(qiáng)度 C80級(jí)混凝土配合比設(shè)計(jì)參照J(rèn)GJT5596普通混凝土設(shè)計(jì)規(guī)程和GBJl0787混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。由于工程應(yīng)用時(shí)的生產(chǎn)施工條件與試驗(yàn)室各種條件存在差異，而試驗(yàn)條 件對(duì)高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度影響又特別敏感。因此在試配中

10、，我們充分考慮了上述因素，按選定的原材料、高性能外加劑及細(xì)摻料配制的31組C80級(jí)混凝土，其28d平均強(qiáng)度為99.1MPa，留有比較大的強(qiáng)度富余量以彌補(bǔ)生產(chǎn)施工條件不同所產(chǎn)生的影響。 5.2水膠比與坍落度 為確保C80級(jí)混凝土現(xiàn)場施工的可行性，考慮 路途坍落度損失情況，混凝土出機(jī)坍落度需控制在200mm左右。經(jīng)試驗(yàn)，水膠比應(yīng)控制在0.20.30之間，膠凝材料(水泥+細(xì)摻料)總用量不超過550kgm 3 ，其中細(xì)摻料用量為50100kgm 3 。 5.3 砂率 高強(qiáng)混凝土常用砂率在2832之間，但從泵送混凝土角度考慮，砂率過小，導(dǎo)致流變參數(shù)下降，對(duì)可泵性不利。工程實(shí)踐證明，砂率大于0.40對(duì)混凝

11、土泵送有利；在一般情況下砂率的變化對(duì)混凝土強(qiáng)度無明顯影響，較大砂率有利于減少粗集料界面氫氧化鈣聚集，提高混凝土強(qiáng)度的穩(wěn)定性。經(jīng)試驗(yàn)，混凝土砂率應(yīng)控制在4045之間。 由此確定了C80混凝土適宜的材料組成和配合比參數(shù)范圍：水泥 450500kgm 3 ，砂率4045，細(xì)摻料50100kgm 3 ，水膠比0.25 0.30，高性能外加劑摻量為膠凝材料的33.5。 6混凝土性能的試驗(yàn)研究 6.1混凝土拌合物性能 我們研制的C80級(jí)高性能混凝土拌合物具有如下性能指標(biāo)： 坍落度:155230mm; 坍落大，不離析，不泌水，和易性好； 擴(kuò)展度：550600mm； 表觀密度：24102470kgm 3 含氣

12、量：0.681.07 壓力泌水：21 坍落度損失：各種細(xì)摻料所拌制混凝土，坍落度損失90min最大 值為10mm(見表6)。 6.2混凝土力學(xué)性能 6.2.1立方體試件抗壓強(qiáng)度及其隨齡期的增長 6.2.1.1不同尺寸立方體抗壓強(qiáng)度的換算關(guān)系 本項(xiàng)目試驗(yàn)中，采用粗骨料最大粒徑為20mm，因此采用邊長100mm 立方體試件，其強(qiáng)度換算成標(biāo)準(zhǔn)試件(邊長為150mm立方體)強(qiáng)度的 尺寸換算系數(shù)，現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定僅到C60級(jí)混凝土，對(duì)C80級(jí)混凝土尚 無正式標(biāo)準(zhǔn)給出，所以我們進(jìn)行了專門試驗(yàn)，其結(jié)果列于表8。 表8不同尺寸試件強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果 序 號(hào) f cu,15,28d f cu,10,28d f cu,

13、15,28d /f cu,10,28d 1 113.3 118.8 0.9537 2 110.0 116.3 0.9458 3 117.9 114.1 1.0333 4 101.2 93.3 1.0847 5 97.8 96.2 1.0166 6 88.3 92.0 0.9598 7 95.0 88.5 1.0734 8 92.3 96.0 0.9615 9 95.1 99.3 0.9577 10 95.6 110.3 0.8667 平均值 - - 0.9853 由表8可見，不同尺寸試件強(qiáng)度的比值盡管已是精心制作與試驗(yàn)，但波動(dòng)是比較大的，這完全符合制定現(xiàn)行混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范時(shí)的全 國統(tǒng)計(jì)規(guī)律；

14、專門試驗(yàn)所測定的數(shù)據(jù)基本上是位于全國統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)群范 圍內(nèi)的，因此，我們認(rèn)為 C80級(jí)高強(qiáng)混凝土的尺寸換算系數(shù)仍可參照普通強(qiáng)度等級(jí)混凝土的數(shù)值取用。在本報(bào)告中的邊長為100mm立方體度均己乘了0.95系數(shù)。 6.2.1.2強(qiáng)度的復(fù)驗(yàn)及其隨齡期的增長 按現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在配合比確定之后，對(duì)高強(qiáng)混凝土尚應(yīng)進(jìn)行強(qiáng) 度復(fù)驗(yàn)，這主要是考慮不同批原材料、高性能外加劑和細(xì)摻料等的質(zhì) 量波動(dòng)對(duì)強(qiáng)度的影響，以及由試驗(yàn)誤差影響的敏感性等原因。所以我們進(jìn)行了兩次共14組的強(qiáng)度復(fù)驗(yàn)，結(jié)果列于表9。 表9 C80級(jí)混凝土的強(qiáng)度復(fù)驗(yàn)結(jié)果 水膠比 砂率 (%) 坍落度 (mm) 28d強(qiáng)度（MPa) n mf cu,28d f

15、cu,max f cd,min n-1 (%) 0.250.26 43 210220 14 105.5 117.3 91.2 7.14 6.77 由復(fù)驗(yàn)結(jié)果表明，兩次復(fù)驗(yàn)共制作14組試件，其28d平均強(qiáng)度為105.5Mpa，可以說對(duì)配制C80級(jí)混凝土有足夠的強(qiáng)度富余量。此外，復(fù)驗(yàn)強(qiáng)度平均值與確定推薦配合比時(shí)混凝土平均強(qiáng)度值99.1MPa很接近，并略有提高，表明強(qiáng)度的復(fù)驗(yàn)性很好。 6.2.2劈裂抗拉強(qiáng)度 強(qiáng)度復(fù)驗(yàn)驗(yàn)證之后，就開始進(jìn)行各種力學(xué)性能試驗(yàn)。劈裂抗拉強(qiáng) 度的試驗(yàn)，其拉、壓強(qiáng)度試件均采用邊長為150mm立方體標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，試驗(yàn)結(jié)果列于表10。 表10劈裂抗拉強(qiáng)度及拉壓比值 編號(hào) 劈拉

16、強(qiáng)度（MPa) 抗壓強(qiáng)度（MPa) 拉壓比 1 6.89 92.3 0.0746 2 7.74 95.1 0.0814 3 6.37 95.6 0.0666 總平均值 7.00 94.3 0.0742 一般來講，劈裂抗拉強(qiáng)度與立方體抗壓強(qiáng)度的比值隨強(qiáng)度等級(jí)提高而降低，根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范取值時(shí)的統(tǒng)計(jì)資料表明其比值 (f pt f cu )約為107。由表10可見，C80級(jí)高性能混凝土的劈裂 抗拉強(qiáng)度平均值為7.00MPa，其拉壓比值為7.4，比普通強(qiáng)度等級(jí)混 凝土略低，但規(guī)律是一致的。6.2.3混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與彈性模量 混凝土軸心抗壓強(qiáng)度與靜力彈性模量的試件均采用100×100

17、× 300mm棱柱體試件，其軸心抗壓強(qiáng)度均乘以0.95系數(shù)(G8J8185標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定)。試驗(yàn)結(jié)果列于表11。 表11C80級(jí)混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度與彈性模量 試件編號(hào) 28d立方體抗壓強(qiáng)度（MPa) 軸心抗壓強(qiáng)度(MPa) 彈性模量(1×10 4 MPa) 組平均值 總平均值 組平均值 總平均值 組平均值 總平均值 H-6 108.2 108.7 91.0 89.5 4.94 4.92 H-7 108.2 91.9 4.89 H-9 109.7 85.5 4.92 平均軸壓比 89.5/108.7=0.8234 試驗(yàn)結(jié)果表明：軸壓比值比普通等級(jí)混凝土的軸壓比值略有偏高。 靜力

18、彈性模量值比規(guī)范統(tǒng)計(jì)公式計(jì)算結(jié)果偏高，這主要是因?yàn)樵谂浜?比設(shè)計(jì)時(shí)，有意識(shí)地為了提高彈性模量值，以增加結(jié)構(gòu)物的剛度，采 取了一些措施，例如：(1)控制混凝土的單方材料用量中的細(xì)粉總含量不 超過550kg；(2)在滿足混凝土和易性要求的前提下，取較低的砂率值， 效果比較顯著。 6.3混凝土長期性能及耐久性能 6.3.1收縮性能 混凝土的干燥收縮試件采用100×100×515標(biāo)準(zhǔn)試件，技普通 混凝土長期性能與耐久性能試驗(yàn)方法(GBJ8285)國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)及檢測。試驗(yàn)結(jié)果列于表12。為與普通強(qiáng)度等級(jí)混凝 土的收縮值相比較，采用C40級(jí)混凝土收縮值隨齡期變化規(guī)律(

19、2組平 均值)和本項(xiàng)目配制的C80級(jí)混凝土收縮值(2組平均值)相比繪于圖。 表12C80級(jí)混凝土的干燥收縮性 試件編號(hào) 收縮值(mm/m) 1d 3d 7d 14d 28d 45d 60d 90d 120d H-3 0.017 0.057 0.073 0.93 0.143 0.157 0.167 0.213 0.263 H-4 0.023 0.057 0.073 0.093 0.133 0.157 0.177 0.210 0.256 總平均值 0.020 0.057 0.073 0.093 0.138 0.157 0.172 0.212 0.260 試驗(yàn)結(jié)果表明，由于C80級(jí)高性能混凝土，摻用

20、了高性能外加劑 和具有一定活性的細(xì)摻料，配制的混凝土具有用水量少，水膠比低和 密實(shí)度高的特點(diǎn)，因此，它的干燥收縮比普通等級(jí)混凝土的低，且較 早的趨于穩(wěn)定，(見圖1）。 6.3.2抗碳化性能 根據(jù)C80級(jí)混凝土用的石子最大粒徑為20mm，采用碳化性能試件 為100×100×300mm棱柱體；碳化箱內(nèi)CO 2 ，濃度20±3，濕度70±5， 溫度20±5，試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d取出，在60溫度下烘干48h，然后 將試件放入碳化箱中經(jīng)受碳化，結(jié)果所有試件均測不出碳化深度，表 明這種混凝土具有很好的抗碳化性能。 6.3.3 抗?jié)B性能 為驗(yàn)證所配制的C80級(jí)混凝土的抗?jié)B性能，我們成型了一組混凝 土抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后，進(jìn)行抗?jié)B壓試驗(yàn)，試驗(yàn)水壓從0.1MPa 開始，每隔8h增加水壓0.1Mpa，加壓至4.0Mpa，并持壓8小時(shí)后， 無透水現(xiàn)象，劈開后滲水高度如圖2所示： 從圖2看出，C80級(jí)混凝土滲水高度在22mm29mm，這說明抗摻等 級(jí)大于P40。 6.3.4抗凍性能 抗凍性能試驗(yàn)采用慢凍法。其試件采用邊長為100mm立方體試件， 標(biāo)養(yǎng)28d