礦物摻合料對高強混凝土配制的影響-

前言

近年來，我國已建和在建的建筑中，已有許多100m以上高層建筑，而且采用了高強混凝土。高強混凝土多用于高層建筑底層柱，體積較大(斷面最小尺寸超過1m)。如果水泥用量較多，會在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生較大溫升，引起溫度應(yīng)力，造成開裂，影響混凝土的耐久性。因此近年來美、加、日、挪、法等國提出高性能混凝土的概念，即以耐久性為目標(biāo)設(shè)計混凝土。除使用低水灰比和實現(xiàn)高流動性便于成型密實外，加入礦物摻合料是提高混凝土耐久性的重要措施。不同礦物摻合料有不同的特點，在高強混凝土中有不同的作用。我們從1994年開始，對摻用硅灰和沸石粉的高強混凝土的配制和性能進行了對比性試驗研究。1995年又結(jié)合航華科貿(mào)中心大廈C60泵送混凝土的施工，對摻用粉煤灰的C60泵送混凝土進行了試配，并用于實際工程。

原材料

2.1　水泥　冀東水泥廠散裝盾石牌525號硅酸鹽水泥，主要技術(shù)性能見表1

2.2　礦物摻合料

粉煤灰：內(nèi)蒙赤峰元寶山電廠Ⅰ級粉煤灰，其性能見表2。

沸石粉：河北省欒平斜發(fā)、絲光沸石粉，其性能見表3。

硅灰：河北丹江生產(chǎn)，測定其SiO2含量89％，密度2.16kg/m3。

2.3　集料

砂：昌平產(chǎn)河砂，技術(shù)性能見表4。

石：三河市黃土莊鎂質(zhì)石灰?guī)r碎石5～25mm，技術(shù)性能見表5。

2.4　減水劑　中國建材院JK－2A，減水率23％，清華華迪合成材料公司NF－2－6，減水率25％。

3　試驗及結(jié)果分析

3.1　由于磨細沸石粉需水量大，用于高強流態(tài)混凝土?xí)r，摻量不宜10％。因此本試驗采用沸石粉的摻量基本一致(8～10％)，混凝土坍落度相同時，改變配合比，測定混凝土強度結(jié)果見表6。

(1)由于沸石粉的需水量較大(需水比106％)，沸石粉摻量增加時，應(yīng)增加總用灰量或高效減水劑；

(2)當(dāng)水灰比相同、總用灰量相同時，增加高效減水劑以保持坍落度不變，摻入9％的沸石粉后，強度基本不下降，或有所提高，而混凝土的和易性得到改善，目測離析、泌水現(xiàn)象大為減少；

(3)對C60以上的泵送混凝土，以沸石粉摻量≯9％，水灰比≯0.33為宜。

3.2　根據(jù)報道，摻硅灰的混凝土強度隨硅灰的摻量而提高，但摻量超過10％以后，需水量增加較大。從經(jīng)濟性考慮，以硅灰8～10％等量取代水泥進行高強混凝土的試配結(jié)果見表7。

由表7可見：

(1)在水灰比和總用灰量相同的情況下，摻入硅灰后，混凝土28d后強度可提高20％以上，硅灰摻入量以8～10％為宜。

(2)摻入硅灰的高強混凝土28d前強度增長幅度較大，但60d強度基本不增長。

3.3　摻用粉煤灰的高強混凝土試配。優(yōu)質(zhì)粉煤灰需水比小，有利于改善混凝土和易性，因此可以加大其在混凝土中的摻量，以降低混凝土的內(nèi)部溫升；而且，粉煤灰對混凝土強度的貢獻隨齡期的增長而增加，有利于后期強度的發(fā)展。見圖1所示為粉煤灰和水泥體積比為1∶1時，在不同水膠比下粉煤灰和水泥對混凝土強度的貢獻。以不同量的粉煤灰等量取代水泥配制高強混凝土的配比和強度見表8。

由表8可見，加入粉煤灰直到30％，都可配制出28d強度為70MPa、坍落度170mm的高強混凝土。

4　航華大廈C60泵送混凝土生產(chǎn)應(yīng)用

4.1　C60泵送混凝土的生產(chǎn)　經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟比較，最后采用摻粉煤灰的高強泵送混凝土用于航華大廈的施工。為了使目前人們能夠接受而且可靠，選擇粉煤灰摻入量為18％，水灰比為0.29，出機混凝土強度統(tǒng)計結(jié)果見表9。

4.2　C60泵送混凝土拌合物性能(見表10)

4.3　硬化混凝土部分性能(見表11)

4.4　高強混凝土的冬季施工　高強混凝土水灰比低，水泥用量較大，早期強度發(fā)展快，體積較大的混凝土柱內(nèi)溫升較大。在負溫下，可以不摻用防凍劑。為了確定施工方案，對摻與不摻防凍劑的上述配合比混凝土進行負溫養(yǎng)護和負溫－標(biāo)養(yǎng)聯(lián)合養(yǎng)護下的強度對比試驗。聯(lián)合養(yǎng)護的制度為：成型后在－10℃下養(yǎng)護3d后繼續(xù)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d，記作“－3＋28”；依此類推為“－7＋28”“－10＋28”，試驗結(jié)果見表12

由表12可見,由于C60混凝土的強度發(fā)展快,即使置于負溫下養(yǎng)護,強度照樣增長；早期處于低溫時，只要恢復(fù)養(yǎng)護，強度就會正常增長。無論標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護還是聯(lián)合養(yǎng)護，不加防凍劑的混凝土都比加防凍劑的混凝土強度高。在0℃下養(yǎng)護時，不加防凍劑的混凝土和加防凍劑的混凝土強度無明顯差別，說明本技術(shù)的C60混凝土具有良好的抵抗負溫影響的性能；即使在－10℃下養(yǎng)護10d，再進入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d后，強度仍然達到67MPa以上。有鑒于此，決定不使用防凍劑，按原配合比進行－10℃以上的冬季施工。同時采取相應(yīng)的蓄熱措施，防止混凝土內(nèi)溫度下降過快?，F(xiàn)場施工時由在混凝土中預(yù)埋的溫度傳感器測出混凝土中的實際溫度表明，在氣溫為1.8～2.2℃下澆筑的混凝土，養(yǎng)護7d后柱中心溫度仍有11℃。此時跟蹤現(xiàn)場構(gòu)件溫度養(yǎng)護的混凝土試件強度為65.0MPa，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護試件強度為56.0MPa，混凝土已產(chǎn)生足夠抵抗凍結(jié)的強度。

5　結(jié)論

(1)在高強混凝土中摻入不同的礦物摻合料，除節(jié)省水泥、降低成本外，還可以有不同的作用：摻入天然沸石巖可解決加入高效減水劑后的高流動性混凝土易離析、泌水的問題；摻用硅灰可以在相同配合比下較大幅度地提高強度；粉煤灰則由于需水比低而可增大摻入量，以降低混凝土內(nèi)部溫升(該混凝土9月底實測溫度為52℃)、發(fā)送混凝土拌合物的和易性，由于滲透性大大降低，可提高混凝土的耐久性。

(2)摻用粉煤灰的C60泵送混凝土和易性好，生產(chǎn)時預(yù)留83組試塊，平均強度為74.35MPa，最低強度為61.4MPa，最高強度為88.2MPa，材料成本至少可降低20元/m3?！?/p>

(3)高強混凝土由于水灰比很低，早期強度較高，較大斷面的構(gòu)件中的內(nèi)部溫升足夠保持冬季施工的混凝土在受凍以前處于正溫下，因此高強混凝土用于冬季施工時，在不低于－10℃氣溫環(huán)境，按照冬季施工要求的各項保溫、蓄熱措施的情況下，可不加防凍劑。