高强混凝土 低粘度超高强C100混凝土制备和性能试验研究

随着我国社会经济的大发展与建筑科学技术的进步,人们的生存空间得到了不断地扩展,土地集约化使用要求越来越严格,使得现代化建筑的体量不断增大,建筑高度逐渐刷新纪录,高层建筑在城市中随处可见,超高层建筑也得到了快速发展,随之而来的高强材料也得到了广泛地应用。

由于超高强混凝土具有优异的高强、高耐久性能,超高强度混凝土的使用可以大幅度降低建筑物自重,提高相同基础设计时建筑的高度;降低同样承载要求条件下梁板柱的结构构件的截面积,进而减少单位建筑面积的混凝土使用量;相应地增大有限建筑面积内的使用空间,节约大量的混凝土与钢材,由于其具有较高的耐久性能,可以使建筑物使用寿命得到极大地延长。

使得其符合我国当今建筑材料发展的所要求得节材、节能的绿色经济技术政策,因此,成为了当今建筑材料绿色化技术需要发展的关键。

虽然,超高强混凝土经济技术优势较为明显,但是由于在生产制备超高强混凝土土中往往需要较高的胶凝材料用量、较低的水胶比,使得超高强混凝土拌合物非常的粘稠,不易泵送施工使用,收缩较大,开裂风险较大。因此研究降低混凝土拌合物粘度,改善混凝土拌合物工作性能问题成为其推广应用中急需解决的问题。

文中拟通过不同混凝土活性矿物掺合料的选取与掺量选择、粉煤灰玻化微珠的掺加、适宜砂率与水胶比的确定等配合比优化技术手段,研究强度等级为C100的超高强度混凝土的工作性与抗压强度影响规律,为低粘度超高强C100级泵送混凝土配合比设计与制备提供技术参数。

1原材料及研究方案

1.1原材料

试验采用哈尔滨宾西水泥厂产虎鼎P·O52.5普通硅酸盐水泥,3d抗压强度31.5MPa,28d抗压强度63.2MPa,比表面积394m2/kg;五常拉林河产的II区连续级配中砂,细度模数为2.85,含泥量0.

1%;5mm~20mm连续级配的玄武岩碎石;大庆热电厂产I级粉煤灰,需水量比98.6%,28d抗压强度比95.4%,细度45μm筛筛余2.4%;吉林产S95级矿渣,比表面积为453m2/kg,需水量比92%,28d活性指数99.7;辽宁东科聚羧酸系高性能减水剂(粉剂),减水率33.6%,大连产硅灰,北京产粉煤灰漂珠,市售液体有机硅消泡剂。

1.2试验研究方案

为了获悉混凝土水胶比、胶凝材料用量、粉煤灰取代率以及砂率对超高强度混凝土工作性与强度的影响规律,基于前期初步试验研究结果,确定固定混凝土设计容重为2450kg/m3,消泡剂掺量为胶凝材料质量的0.02%,保证混凝土的含气量为1.5%~2.0%,降低含气量对混凝土强度的影响,硅灰掺量为胶凝材料质量的5.0%,进行下列性能影响因素试验。

(1)水胶比变化影响试验。混凝土配合比中砂率为41%,固定胶凝材料总质量为610kg/m3,胶凝材料各组分质量比为,水泥:矿粉:粉煤灰:玻化微珠=65%:15%:10%:5%:5%,水胶比变化为0.18、0.19、0.20、0.21和0.22,进行对应试验研究,混凝土配合比见表1。

(2)胶凝材料用量变化影响试验。混凝土配合比中砂率为41%,固定水胶比为0.20,胶凝材料用量变化为550、580、610、630、660kg/m3,胶凝材料各组分质量比为,水泥:矿粉:粉煤灰:玻化微珠=65%:15%:10%:5%:5%,减水剂掺量为胶凝材料质量的1.05%,进行对应试验研究,混凝土配合比见表2。

(3)砂率影响试验。混凝土配合比中固定水胶比为0.20,固定胶凝材料总质量为610kg/m3,胶凝材料各组分质量比为,水泥:矿粉:粉煤灰:玻化微珠=65%:15%:10%:5%:5%,减水剂掺量为胶凝材料质量的1.05%,砂率采用37%、39%、41%、43%和45%。进行对应试验研究,混凝土配合比见表3。

试验按照相关标准试验方法进行混凝土坍落度、坍落扩展度、T50时间、混凝土的3、7、28d和56d抗压强度试验。

2试验结果与分析

不同配合比参数混凝土抗压强度试验结果分别列于表1~表3中,试验采用混凝土坍落度、坍落扩展度和混凝土T50达到时间来评价混凝土的工作性及可泵送性能。

2.1水胶比对混凝土流动性及强度性能的影响

试验中混凝土坍落度、扩展度与T50达到时间结果如图1和图2所示。

由表1不同龄期混凝土抗压强度数据结果可知,随着水胶比的降低混凝土不同龄期的抗压强度逐渐增高。混凝土28d抗压强度,从0.22水胶比时的105.7MPa提升到0.18水胶比时的138.8MPa,当水胶比为0.

20时可以满足C100混凝土的试配强度,且强度值为119.3MPa,非常理想。从数据分析来看,混凝土的水胶比对高强混凝土各个龄期的均具有影响,且随着龄期的增长,影响程度越发显著。在0.22~0.18水胶比变化范围内,混凝土在56d标准养护抗龄期时的抗压强度均可以满足设计强度等级的试配强度要求,从混凝土强度发展与达到设计要求角度考虑,建议混凝土的水胶比不大于0.20。

同时,由图1的混凝土坍落度、坍落扩展度变化规律可知,随着混凝土中水胶比的提高,混凝土的坍落度与坍落扩展度逐渐提高,且影响较大,在水胶比0.20时,既可以分别达到215mm和730mm,具有很好的可泵性能,较为适宜。

图2所示的混凝土T50达到时间呈现出随着水胶比变大,混凝土T50时间逐渐缩短,且影响显著,在0.18水胶比时,T50时间为20.5s,混凝土较为粘稠,流动性不好,在0.20水胶比时,可以实现7.

8s达到T50的扩展度要求,流动性与粘聚性均达到最佳。之后随着水胶比继续增加,T50时间继续缩短,但混凝土粘聚性降低。因此,从超高强混凝土需要达到的低粘度可泵送的工作性角度考虑,混凝土的水胶比最优值为0.20。本试验条件下,基于混凝土强度与工作性综合考虑,低粘度超高强C100泵送混凝土的最佳水胶比应为0.20。

2.2胶凝材料用量对混凝土流动性及强度性能的影响

胶凝材料用量对混凝土流动性及强度性能的影响试验中混凝土坍落度、扩展度与T50达到时间结果分别如图3和图4所示。

由表2强度数据结果分析得知,随着胶凝材料总量的提高,混凝土对应不同龄期的强度逐渐提高,且提高幅度比例较为一致。28d抗压强度,从550kg/m3的96.2MPa提升到660kg/m3的131.5MPa,当胶凝材料用量为610kg/m3时可以满足C100混凝土的试配强度,且强度值为119.3MPa,从混凝土强度发展与达到设计要求和经济性原则考虑,建议混凝土的胶凝材料用量为610kg/m3。

同时,由图3的混凝土坍落度、坍落扩展度变化规律可知,随着混凝土中胶凝材料用量的提高,混凝土的坍落度与坍落扩展度逐渐提高,且影响显著,在胶凝材料用量为610kg/m3时,既可以分别达到215mm和730mm,具有很好的可泵性能,再继续增加后,坍落度与扩展的继续增加。

图4所示的混凝土T50达到时间呈现出随着胶凝材料用量变大,混凝土T50时间逐渐缩短,且影响显著,在胶凝材料用量为610kg/m3时,可以实现7.8s达到T50的扩展度要求,流动性与粘聚性最佳。因此,从超高强混凝土需要达到的低粘度可泵送的工作性角度考虑,混凝土的胶凝材料用量为610kg/m3。

由于随着胶凝材料总用量的增加,混凝土中水泥石体积含量也在大量的增加,过多的水泥石必然带来混凝土抗裂性能的降低、收缩开裂风险增加、混凝土水化温升大幅增高等负面影响,而且不符合经济性原则,因此本试验条件下,基于混凝土强度与工作性综合考虑,低粘度超高强C100泵送混凝土的最佳胶凝材料用量为610kg/m3。

2.3砂率对混凝土流动性及强度性能的影响

砂率对混凝土流动性及强度性能的影响试验的混凝土坍落度、扩展度与T50达到时间结果分别如图5和图6所示。

由表3混凝土抗压强度数据分析可以得出,随着砂率的降低混凝土不同龄期的抗压强度逐渐增高。混凝土28d抗压强度,从砂率45%时的102.5MPa提升到37%砂率时的128.9MPa,当砂率为41%时可以满足C100混凝土的试配强度,且强度值为119.

3MPa。从数据分析来看,混凝土的砂率对高强混凝土各个龄期的均具有影响,但影响程度小于水胶比和胶凝材料总用量。从混凝土强度发展与达到设计要求角度考虑,建议混凝土的砂率不大于41%。

同时,由图5的混凝土坍落度、坍落扩展度变化规律可知,随着混凝土中砂率的提高,混凝土的坍落度与坍落扩展度逐渐提高,且影响较大,在砂率为41%时,既可以分别达到215mm和730mm,具有很好的可泵性能,较为适宜。

图6所示的混凝土T50达到时间呈现出随着砂率变大,时间逐渐缩短,在41砂率时,T50时间为7.8s,流动性与粘聚性均适宜。从超高强混凝土需要达到的低粘度可泵送的工作性角度考虑,混凝土的砂率最优值为41%。

3结语

本试验条件下,基于混凝土强度、工作性、混凝土安全耐久性及经济性的综合考虑,低粘度超高强C100泵送混凝土配合比参数中的水胶比宜为0.20,胶凝材料用量宜为610kg/m3,砂率建议控制在41%,这样可以获得坍落度215mm、坍落扩展度730mm,T50为7.

8s,混凝土3、7、28和56d强度分别为92.5、102.3、119.3和126.8MPa的具有良好可泵性能的低粘度C100超高强度混凝土。返回搜狐,查看更多