毕业论文（设计）快凝快硬高强混凝土的制备与性能.pdf

中文摘要摘 要早强、超早强混凝土具有凝结时间短、早期强度高且耐久性良好等特点而广 泛用于混凝土路面、机场跑道等需要快速修补的工程以及海港码头、桥梁隧道等 快速抢修抢建工程。传统的配制方法是采用特种水泥或特殊工艺，制备的混凝土 通常后期强度倒缩严重，同时由于原材料价格昂贵、工艺复杂等原因而不适于工 程推广应用。本课题旨在采用常规原材料及普通工艺，研制出凝结时间适宜施工、早期强度高、长期强度不倒缩且耐久性良好的混凝土。本试验以超早强混凝土制备技术和高强混凝土制备技术为基础，提出了利用 42.5R普通硅酸盐水泥掺适量的硅灰，加入自行配制的由快凝早强组分和减水组分 组成的超早强剂，制备出快凝快硬高强混凝土的新途径。采用常规的原材料及通 用的工艺方法（强制搅拌+振动密实），制备出初凝时间不小于30min,终凝时间不 大于60min,6h抗压强度lOMPa,抗折强度1.5MPa,Id抗压强度40MPa,抗折 强度5MPa,28d抗压强度8OMPa,抗折强度lOMPa的快凝快硬高强混凝土。同时,研究了快凝早强组分对水泥净浆凝结时间的影响；胶凝材料总量、硅灰掺量、减 水组分种类、快凝早强组分掺量及内部组分比、水胶比等对混凝土凝结时间和早 期强度的影响。分别利用快速冻融循环试验和硫酸盐干湿循环试验研究了所制备快凝快硬高 强混凝土的抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀性能。结果表明：经历500次快速冻融循环 后，混凝土质量损失率未超过2%,抗压强度损失率未超过15%；经历120次硫酸 盐干湿循环后，混凝土质量不但未损失反而增大，相对抗蚀系数未低于75%O故 而本试验所制备混凝土抗冻性能和抗硫酸盐侵蚀性能良好。通过XRD和TG-DSC分析，研究了本试验所用自制超早强剂对水泥水化硬化 过程的影响，从而从微观层面解释本试验用自制超早强剂的快凝早强机理。关键词：快凝快硬高强混凝土，超早强剂，凝结时间，早期强度，快凝早强机理I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTBecause of these characteristics for example short setting time,high early strength and good durability,early strength concrete and super early strength concrete were widely used in quickly repair engineering such as concrete pavement and airport runway,and the same to fast repair scrambling engineering like harbor wharf,bidge and tunel.The traditional craftsmanship based on special cement or special process,its not suitable for engineering application because of the shrinking late strength of concrete,expensive raw materials or complex technological process.So this subject is designed to compound the fast-seting and rapid-high-strength concrete for using the conventional raw materials and ordinary technological process.Based on super early strength concrete and high strength concrete preparation technology,the study focused on putting forward a new method to compound fast-seting and rapid-high-strength concrete,that is using 42.5R ordinary portland cement mixing appropriate amount of silica fume,at the same time,the super early strength agent which was made up of the quick setting early strength component and water reducing component was joined to compound fast-seting and rapid-high-strength concrete.Using traditional raw materials and general technological process to develop the concrete which owns these features,for example no less than 30min initial setting time and not more than 50min final setting time,the lOMPa compressive strength and 1.5MPa flexural strength at 6h,the 40MPa compressive strength and 5MPa flexural strength at Id,the 80MPa compressive strength and lOMPa flexural strength at 28d,and so on.At the same time,the quick setting early strength component having inflence on cement paste setting time was studied.And that the total dosage of gelled material,dosage of silica fume,types of water reducing component,dosage of the quick setting early strength component and ratio of its internal components,water/binder ratio etc.had effect on the setting time and early compressive strength was studied too.The frost resistance performance and sulfate attack resistance performance of the fast-seting and rapid-high-strength concrete was studied by using fast freeze-thaw cycling test and sulfate dry-wet cycling text.The results prove that the concrete mass loss did not exceed 2%and the compressive strength loss of concrete was no more than 15%after 500 times fast freezing and thawing cycles.And there was no loss but increased of the concrete mass and the corrosion coeffcient of concrete had no less than ill重庆大学硕士学位论文75%after 120 times sulfate dry-wet circulation.That is to say,the test prepration concrete has good performance of frost resistance and sulfate attack resistance.The homemade super early strength agent haing effect on the cement hydration and hardening process was studied based on analysis of XRD and DTA-TG test.Then we can explain the rapid harding and early strength mechanism of the homemade super early strength agent in this test on the microcosmic side.Keywords:Fast-seting and rapid-high-strength concrete,Super early strength agent,Setting time,early strength,Rapid harding and early strength mechanism.IV目 录目 录中文摘要.I英文摘要.III1绪论.11.1 课题研究背景.11.1.1 高强混凝土.11.1.2 超早强混凝土.21.1.3 快凝快硬高强混凝土.41.2 课题研究的意义及内容.51.2.1 快凝快硬高强混凝土研究意义.51.2.2 快凝快硬高强混凝土研究内容.51.2.3 快凝快硬高强混凝土预期目标.61.2.4 快凝快硬高强混凝土可行性论证.62原材料及试验方法.92.1 试验原材料.92.1.1 水泥.92.1.2 矿物掺合料.92.1.3 粗集料.92.1.4 细集料.102.1.5 超早强剂.102.1.6 拌合用水.102.2 试验方法.102.2.1 制备工艺和养护制度.102.2.2 工作性能试验.112.2.3 混凝土力学性能试验.122.2.4 耐久性研究试验.122.2.5 微观机理研究方法.133快凝快硬高强混凝土的制备.153.1 用于快凝快硬高强混凝土超早强剂的配制.153.1.1 快凝早强组分综述.153.1.2 超早强剂的配制.173.2 快凝快硬高强混凝土的制备.19V重庆大学硕士学位论文3.2.1 快凝快硬高强混凝土制备技术路线.193.2.2 快凝快硬高强混凝土配合比设计.213.2.3 快凝快硬高强混凝土凝结时间.253.2.3 快凝快硬高强混凝土力学性能.303.3 本章小结.394快凝快硬高强混凝土的耐久性.414.1 抗冻性试验.414.1.1 抗冻性试验方法及实验配合比.414.1.2 抗冻性试验结果及分析.424.2 抗硫酸盐侵蚀试验.474.2.1 抗硫酸盐侵蚀试验方法及实验配合比.474.2.2 抗硫酸盐侵蚀试验结果及分析.484.3 本章小结.515混凝土快凝早强机理研究.535.1 试样制备条件.535.2 试验结果分析.545.2.1 XRD 分析.545.2.2 TG-DSC 分析.565.2.3 快凝早强机理分析.595.3 本章小结.606结论与展望.616.1 主要结论.616.2 研究展望.62致 谢.63参考文献.65附 录.69VI1绪论1绪论水泥混凝土是当今世界上建筑工程中使用量最大、适用范围最广的土木工程 材料。因其原料易得、成本低、操作简便、耐久性好而广泛应用于工业和民用建 筑以及交通、市政、能源、水利、海洋等建设工程中1。高强混凝土、早强混凝土、超早强混凝土以及快凝快硬高强混凝土等高性能混凝土也随着现代建筑工业的发 展而被日益广泛的应用。近年来，很多混凝土结构如混凝土路面、机场跑道、水 工结构等工程由于设计寿命及其他原因，将大量进去维修阶段而造成众多问题，给社会经济的发展带来不利影响。因此，在桥梁、港口等混凝土结构维修加固和 混凝土路面的快速维修以及军工抢修等快速抢修抢建工程中，这类有着凝结时间 短、早期强度高等特点的快硬早强混凝土将有着较大的发挥空间。1.1 课题研究背景1.1.1 高强混凝土高强混凝土概述及其特点根据目前混凝土材料强度发展现状，国内外强度等级为C60及其以上的混凝 土称为高强混凝土。高强混凝土结构技术规程给高强混凝土下的定义是：采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰、超细矿渣、硅灰等矿物掺合 料，以常规工艺配制的C50C80混凝土。高强混凝土具有抗压强度高、抗变形能 力强、密度大、孔隙率低等特点。高强混凝土在建筑工程方面具有以下优点：抗压强度高、抗变形能力强，可 减小构件截面尺寸，且减轻了结构自重；变形小，刚度高；密实性好，抗渗、抗 冻性能良好，抗海水侵蚀冲刷的能力强，提高工程使用寿命；预应力技术提供了 有利条件；节省混凝土用量，技术经济效益显著。高强混凝土有着很多普通混凝土难以达到的优点而成为当代混凝土研究和应 用领域中的一个热点，但也存在着不可忽视的缺点，如自收缩开裂、湿涨开裂以 及高脆性等。但瑕不掩瑜，高强混凝土在未来建筑工业上依然有着广阔的前景。因此，国内外对高强混凝土的配制技术、工作性以及耐久性的改善等方面进行了 大量的深入研究。高强混凝土的发展及研究现状欧美等国家从20世纪60年代就已经开始推广使用高强混凝土，我国虽然起 步较晚，但同样也高度重视高强混凝土作为新型建筑材料在资源节约、环境保护、以及提高资源综合利用等方面的重要作用。2004年建设部明确提出：加大C30、1重庆大学硕士学位论文C40向C40、C50升级应用，以及C70、C80高强高性能混凝土在建筑结构中的 应用技术研究；并建议将C100-C160混凝土作为高端战略，争取把我国建设成 世界高强高性能混凝土技术强国叫经过数十年发展，高强混凝土已经广泛应用于 房屋、桥梁、道路、港口等领域。在房屋建筑方面，位于北美西雅图的58层、220m高的Two Union Square工 程实际混凝土强度达到130MPa。现代日本很多建筑物以钢筋混凝土或钢管混凝 土形式使用130MPa高强混凝土，最高强度可达到150MPa以上。位于迪拜的世 界最高建筑Burj Dubai将80MPa高强混凝土成功应用到混凝土框架结构，并显著 降低工程成本。我国沈阳的富林大厦和皇朝万鑫大厦，采用了 C100高强混凝土。高101层，高度为492米的上海环球金融中心采用了 C60高强混凝土。在桥梁工程方面，日本于1974年建成的Fukaimitsu公路桥和1976年建成的 Akgawa铁路桥均采用78.6MPa高强混凝土。我国2001年竣工的大佛青长江大 桥、2004年竣工的巴东长江大桥和2008年施工的湖北武英高速公路杨柳互通A 匝道桥均采用C60预应力混凝土网。2006年施工的天津滨海新区永定新河特大桥 桥梁防撞墩采用C80铁钢砂混凝土。在混凝土制品方面也广泛采用高强混凝土，日本在1987年生产的混凝土桩中 预应力高强混凝土占90%,我国目前也已经能够生产C80高强混凝土管桩和高强 混凝土盾构管片等高端制品网。在港口和海洋工程方面因其需要良好的耐久性也采用高强混凝土。1973年在 挪威北海油田建成的第一个混凝土储油和钻井平台，其防波堤使用C70高强混凝 土叫为了推动高强混凝土在工程应用中更加广泛安全的应用，国内外对高强混凝 土的研究也日益全面，特别是在高强混凝土脆性研究、抗裂研究以及耐火性研究 等方面也越来越深入。但高强混凝土用作修补材料的研究，国内外鲜有报道。作 者认为，高强混凝土在建筑工程中作为修补材料也将是未来高性能混凝土发展的 一个重要方向，且有着重要的工程实际意义。1.1.2 超早强混凝土超早强混凝土概述及其特点超早强混凝土目前主要的作用是用于混凝土路面的修补，水泥混凝土路面因 其优良的性能而成为我国高等级公路主要的路面结构型式。常规的修补方法因修 补操作复杂、养护时间长、开放交通迟等缺点成为制约混凝土路面更大规模发展 的重要因素。超早强混凝土应具有快硬早强的特性，在施工允许的凝结时间内尽 快发展早期强度，以便在较短的养护期内满足开放交通的要求。近十几年来，人 们也高度注视超早强混凝土的研究。21绪论超早强混凝土的发展及研究现状从超早强混凝土用作水泥混凝土路面破损快速修补材料的研究来看，国内外 配制早强混凝土的技术途径各有不同，可总结为以下两种：一是利用快硬早强型 特种水泥；二是使用早强剂和各种外加剂。第一种途径：利用快硬早强型特种水泥主要是用具有快硬早强性能的特种水泥（如高铝水泥、调凝水泥、快硬硫铝 酸盐水泥等）来配制超早强混凝土。美国、英国、日本等发达国家先后对此问题 进行了研究并取得一定成果。美国波波维奇教授研究了 一种特种水泥快硬混凝 土，lh达到1520MPa抗压强度，可用于紧急情况下的快速抢修。日本广泛应用 调凝水泥（或称喷射水泥），掺入缓凝剂后，混凝土初凝时间约为40min,Id时喷射 水泥混凝土的抗弯强度可达4.1MPa,抗拉强度可达2.5MPa,且12h内可以完成修 补并恢复交通。解放军后勤工程学院与同济大学共同研究的采用硫铝酸盐水泥+硅 酸盐水泥并添加含有高铝成分等促进水泥水化的矿物外加剂的新型水泥基复合胶 凝材料，其具有初凝结时间适中、快硬早强、大流动度及长期强度好等特点。第二种途径：使用早强剂和各种外加剂该途径的关键是要得到早强效果较好的早强剂，同时优选其性能以期获得优 良的综合性能。无机盐类、有机物类及复合型类早强剂是目前普遍使用，采用无 机盐类或有机物类早强剂往往会导致后期强度倒缩或耐久性较差，而采用复合早 强剂则需要反复的试验验证来确定较理想的构成，才能获得较好的技术经济效果。总的来看，性能较可靠的复合外加剂具有更广阔的发展前景。重庆大学的蒲心诚 教授口3通过配制高强度混凝土，配合使用早强型外加剂，满足12h抗压大于 35MPao杭州市城市建设科学研究院使用特快硬化剂、调凝剂和减水剂组成的早强 剂配制出6h抗压强度17.6MPa、抗折强度4.19MPa,且符合开放交通要求的快硬 早强混凝土口3另外，矿物掺和料与早强类试剂共同使用也可以配制出良好性能 的混凝土修补剂,如江苏省建筑科学研究院研发的JK系列混凝土快速修补剂mJ”配制的快速修补混凝土快硬早强、收缩小、新老混凝土粘结强、且耐磨。配制的 JK-4型快速修补混凝土 6h龄期的抗折强度只有3.09MPa,抗压强度可达29.4MPa；配制的JK-24型快速修补混凝土 24h龄期的混凝土抗折强度可达3.1MPa,抗压强 度可达18.9MPa。目前，国内外对于早强、超早强混凝土这类混凝土，总体上都尚处于试验研 究阶段。主要是因为配制技术困难，且对其力学性能和耐久性的研究较少。止匕外，这类超早强混凝土往往面对两大难题：一是早期强度高而后期强度倒缩严重；二 是虽然一些快速修补材料能够使混凝土路面快速修复后在短时间内恢复交通，但 可能是使用了特殊性或价格较昂贵的原材料。这都将影响超早强混凝土在实际工 3重庆大学硕士学位论文程中的推广应用。因此，新型水泥混凝土路面快速修补材料的研究依旧是当今混 凝土材料发展的一个重要方向。1.1.3 快凝快硬高强混凝土快凝快硬高强混凝土是根据超早强混凝土和高强混凝土技术而制备的高性能 混凝土，其特点是凝结时间快，早期强度高，后期强度不倒缩，且耐久性良好。主要用在混凝土路面、桥梁隧道、机场跑道以及海港码头等需要快速修补抢修抢 建的工程。目前许多国家对修补材料领域越来越重视，研究成果相继报道，研究 水平也逐渐提高，且在工程上应用也越来越广。国内外针对不同的情况对水泥混凝土路面破损的修补采取了不同的修补材料 与工艺，可以从以下四个方面进行概括和评价：采用有机高分子快硬聚合物混凝土或砂浆进行修补。使用这种方法修补的 路面因具有较好的力学性能而在我国混凝土结构关键部位的修补中比较常用。但 也存在污染环境、施工操作条件恶劣、成本高、耐久性差等缺点。因此该方法仅 适合某些特定环境下工程的少量修补。采用聚合物改性水泥混凝土或砂浆进行修补。该方法可以明显提高路面抗 折强度，改善路面的韧性与抗疲劳能力。但是也存在一些缺点，如早期强度发展 慢，开放交通时间长；后期抗压强度下降太多；韧性随着聚合物的老化有明显下 降而导致使用寿命短；以及施工过程特殊而显得施工较麻烦等等。采用特种水泥混凝土进行修补。该方法主要是利用特种水泥（如磷酸盐水 泥、氟铝酸盐水泥、超快硬硫铝酸盐水泥、高铝水泥等）配制出具有早强特点的 特种修补胶凝材料。该方法配制的快速修补材料能够满足早强的要求，但也存在 特种水泥价格较贵且不易保存增加成本的问题而难以大量推广应用。采用普通水泥混凝土中掺入改性剂进行修补。该方法是在普通材料里掺加 早强剂、促凝剂等外加剂使材料达到快硬早强的要求。但是许多早强剂和促凝剂 含有对钢筋有腐蚀作用的成分，且使用后往往会导致材料的后期性能不良，这是 某些特殊工程或特殊部位施工中是不能接受的。总之，目前己采用的上述方法各有利弊，前三种快速修复材料成本价格较高,修补工艺仍然要求对旧混凝土路面进行大块规则切割清除，施工操作较麻烦，致 使其在工程中难以大量推广应用。第四种方法虽然成本降低，但改性剂的使用往 往会导致混凝土后期强度倒缩，这也是一个难题。因此，有没有一种快速修复胶凝材料，不但能够满足快速修补材料早期强度 高、施工方便等性能指标，而且原材料易得，成本低廉，施工简单，且不影响后 期性能，可以在工程中大量推广应用？本课题根据这个想法，采用42.5R普通硅酸 盐水泥掺适量的硅灰，加入自行配制的快凝早强组分与减水组分组成的超早强剂,41绪论制备出凝结时间能满足施工要求，早期强度高且后期强度不倒缩的高强混凝土。这种快凝快硬高强混凝土不仅能够满足修补材料的各项性能，而且其原材料来源 方便易得，成本低廉，且施工简便，适合工程中大量推广应用。1.2 课题研究的意义及内容121快凝快硬高强混凝土研究意义快凝快硬早强混凝土在桥梁、港口等混凝土结构的维修加固和混凝土路面的 快速维修等工程中具有广阔的市场应用前景。如桥粱合拢段施工因体系转换需要 混凝土具有高强度、超早强度和良好的耐久性；海港、码头等混凝土建筑物需要 短时间内达到足够高的强度以防止海水冲刷；路面、桥粱、机场跑道等需要快速 抢修以尽快开放交通。这些快速修复工程要求修补混凝土在极短时间内达到足够 的强度，而这是目前常规的混凝土难以达到的，因此需要开发一种快凝快硬高强 混凝土，用于各项工程的快速抢修抢建。另外，快凝快硬高强混凝土在军工抢修方面具有非常重要的地位。交通基础 设施常常因受雨雪、洪水、风暴、地震等自然灾害的影响而中断，给后续的抢险 救灾和社会交通造成较大的困难，这些工程需要在极短的时间内使混凝土达到足 够的强度以满足开放交通。因此，为了提高多样化军事任务军交运输保障能力，研究灾后交通基础设施功能恢复措施将有着重要意义。本课题采用42.5R普通硅酸盐水泥掺适量的硅灰，加入自行配制的超早强剂,配制出凝结时间能满足施工要求，早期强度高且后期强度不倒缩的高强混凝土。这种快凝快硬高强混凝土不仅能够满足修补材料的各项性能，而且原材料来源方 便易得，成本低廉，且施工简便，适合工程中大量推广应用。故而快凝快硬高强 混凝土将有着十分广阔的市场和工程应用前景，对该课题的研究也十分有意义。1.2.2快凝快硬高强混凝土研究内容快凝快硬早强混凝土在桥梁、港口等混凝土结构的维修加固和混凝土路面的 快速维修等工程中具有广阔的市场应用前景。因此需要研制出一种使用低成本的 普通硅酸盐水泥配制出快凝快硬且早强高强的混凝土，用于抢修抢建及快速修补 工程施工，将具有较为广阔的市场性。且其生产成本廉价，便于土木工程中大量 使用。本课题研究的内容主要有：用于快凝快硬高强混凝土的超早强剂的研发本课题所用超早强剂主要包括两种组分：减水组分和快凝早强组分。减水组 分为工程上较为常用的禁系减水剂或聚较酸减水剂，故而本课题所用超早强剂的 研发主要集中在快凝早强组分上。本课题快凝早强组分掺量、以及快凝早强组分 5重庆大学硕士学位论文配比将成为超早强剂研发的重点。通过调整快凝早强组分配比，选择合适的快凝 早强组分掺量，然后与减水组分复配出本试验用超早强剂。快凝快硬高强混凝土的制备技术采用42.5R普通硅酸盐水泥掺适量的硅灰，加入自行配制的超早强剂，制备出 凝结时间能满足施工要求，早期强度高且后期强度不倒缩的高强混凝土。因此，本课题主要针对胶凝材料总量变化、超早强剂掺量变化、快凝早强组分内部组分 比例变化、水胶比变化等因素，采用普通的制备工艺配制出满足凝结时间与早期 强度达标的快凝快硬高强混凝土。快凝快硬高强混凝土凝结时间和力学性能研究主要是对所配制快凝快硬高强混凝土的凝结时间和抗压强度测试。保证初凝 时间不小于30min,终凝时间不大于60min；测试6h Id、28d强度，同时测试180d 长期强度且对部分混凝土选择性做抗折强度测试。快凝快硬高强混凝土的耐久性研究根据快凝快硬高强混凝土配合比所配制出的满足凝结时间、早期力学性能的 混凝土做耐久性研究，选择混凝土抗冻性试验和混凝土抗硫酸盐侵蚀试验来研究 其耐久性，用以评价本试验所配制混凝土的后期性能。选择质量损失率和强度损 失率作为评定快凝快硬高强混凝土的耐久性是否良好。快凝快硬高强混凝土的微观机理分析对所配制的快凝快硬高强混凝土做微观机理分析，通过与普通高强混凝土的 对比，观察不同早期龄期下试样水化产物的种类及形貌，分析其早期水化反应程 度，及本试验用超早强剂的促凝机理。同时联合热分析来验证该混凝土中水泥系 统水化程度。1.2.3 快凝快硬高强混凝土预期目标本课题利用较常用的试验原材料及普通施工方法，制备出快凝快硬高强混凝 土，虽然取材方便、成本低廉，但需保证其作为超早强修补混凝土的指标。即凝 结时间能够满足基本的施工要求：初凝时间不小于30min,终凝时间不大于60min；同时6h、Id达到足够高的强度以满足工程应用要求。故本课题的预期目标是在凝 结时间满足施工要求，28d抗压强度达到80MPa的前提下，尽可能的提高6h和Id 时的抗压强度。1.2.4 快凝快硬高强混凝土可行性论证理论可行能加快水泥水化硬化，通过调整超早强剂掺量及其快凝早强组分配比，理论 61绪论上可以制备出能够凝结时间满足施工要求的快凝快硬高强混凝土；其次，自制超 早强剂加速水泥水化硬化，能够短时间内显著提高混凝土早期强度，理论上能够 满足工程部位早期强度要求；而且，国内早强混凝土、超早强混凝土也做了一定 的研究和相应的分析。所以，理论上制备出满足性能指标的快凝快硬高强混凝土 是可行的，难度大，但能克服。技术可行本实验室已经制备出掺钢纤维自密实C80的高强混凝土及高强、超高强、特 超高强混凝土，本试验小组具有雄厚的技术基础。7重庆大学硕士学位论文2原材料及试验方法2原材料及试验方法2.1 试验原材料2.1.1 水泥水泥：P.O42.5R普通硅酸盐水泥，重庆天助水泥有限公司生产，其化学成分 见表2.1o表2.1 42.5级普通硅酸盐水泥的化学成分Table 2.1 Chemical components of ordinary Portland cement材料化学成分（）SiO2Fe2O3A12O3CaO MgO Na2Ok2oSO3烧失量水泥22.775.158.2653.25 1.85 0.360.852.344.12.1.2 矿物掺合料硅灰：贵州海天铁合金磨料有限公司生产，青灰色，比表面积为18000m2/kg,密度为2.5g/cm3,松散容重为300kg/m3,其化学成分见表2.2。表2.2矿物掺合料化学成分Table 2.2 The chemical components of mineral admixtures材料化学成分（）CaOSiO2A12O3MgO Fe2O3Na2OMnO烧失量硅灰87.960.851.41 0.70.524.92.1.3 粗集料碎石：来自歌乐山采石场，粒径为510mm，碎石的主要性能见表2.3。表2.3碎石性能Table 2.3 Performance of gravel粒径（mm）表观密度堆积密度（g/cm3）空隙率（）(g/cm3)松散紧密松散紧密51026701380147048.244.89重庆大学硕士学位论文2.1.4 细集料中砂：来自岳阳，含有一定的卵石，过4.75mm筛，细度模数为2.37,表观密 度为2687kg/n?,堆积密度为1642kg/m3。表2.4砂的筛分析Table 2.4 Sieve analysis of sand编号23456筛底筛孔孔径(mm)2.361.180.60.30.1555-20.41070101521.536.530.41570101514.52140.42070101511.52250.4565101555-60.410651015112270.41565101512.522.580.4206510151827.590.4560101555-100.41060101523.544110.4156010152234120.4206010152133130.4555101555-140.41055101527.548150.4155510153052160.4205510152750注：表中四种物质TEA、A12(SO4)3 NaF、HCOOH之间的数字为比例关系。从图3.1可以看出，实验组1、2、3、4比较发现，Ab(SO4)3量不变，TEA量 增大，凝结时间呈缩短趋势，说明TEA具有促凝早强效果；从图3.2可以看出，实验组4、8、12、16比较发现，TEA量不变，Ab(SO4)3量减小，凝结时间呈延长 趋势，这也是由于AIMS。具有促凝早强效果。UPU)NaF、HCOOH之间的数字为比例关系。3.2快凝快硬高强混凝土的制备321快凝快硬高强混凝土制备技术路线通过对国内外混凝土速凝剂及早强剂的查阅及本课题组前期的实验成果，理 论分析与试验相结合，在选择良好的原材料与适当的工艺方法下，本试验采用 42.5R普通硅酸盐水泥掺适量的硅灰，加入自行配制的快凝早强组分与减水组分组 成的超早强剂，配制出凝结时间能满足施工要求，早期强度高且后期强度不倒缩 的高强混凝土，并对其凝结时间与力学性能进行分析。同时，研究了快凝快硬高 强混凝土的耐久性及微观机理。19重庆大学硕士学位论文凝”四I 水I1-I-I_1 快产 硫酸铝凝|早产三乙醇胺I-I 甲酸分口;氟化钠减水组分望型暨型J.力学性能.凝结时间未达到要求-优化配比达到要求超 早/强剂图3.3快凝快硬高强混凝土制备的技术路线图Fig.3.3 Technology roadmap of Fast-seting and Rapid-high-strength Concretes.快凝快硬高强混凝土制备的试验步骤如下：第一,配制出超早强剂：将TEA、A12(SO4)3 NaF、HCOOH四种化学试齐J按 一定的配比，加入部分水中溶解，后加入减水组分，搅拌均匀后即为本试验用超 203快凝快硬高强混凝土的制备早强剂。第二，将胶凝材料（42.5R普通硅酸盐和硅灰）与骨料（砂、石子）混合后在 搅拌机中搅拌，同时加入快凝早强组分中的少量熟石灰粉搅拌均匀，后加入水，搅拌lmino第三，加入已配制超早强剂，搅拌至有浆体产生立即倒出装模，振捣密实后 即为快凝快硬高强混凝土。第四，测试凝结时间和6h、Id、28d抗压强度，若不满足要求，则调整混凝 土配合比及超早强剂掺量或内部组分比，继续试验；若均满足要求，则进行后续 实验。第五，对满足要求的快凝快硬高强混凝土进行耐久性测试，如抗冻性试验、抗硫酸盐侵蚀试验等。第六，针对性做微观实验，如XRD、热分析等，分析本试验自制超早强剂的 促凝早强机理。故而，根据快凝快硬高强混凝土制备的试验步骤，可得本试验快凝快硬高强 混凝土的技术路线如图3.3。3.2.2 快凝快硬高强混凝土配合比设计为了尽可能提高快凝快硬高强混凝土的早期强度，本试验采取下列措施：使 用高效减水剂以减小水灰比；掺适量的快凝早强组分及合适的内部组分比；掺硅 粉。需要在尽量减小水灰比的同时，找到快凝早强组分掺量、合适的快凝早强组 分内部配比、合适的胶凝材料用量，以及合适的硅粉掺量。根究高强混凝土的配 制技术以及本课题组多年来的经验，选取快凝快硬高强混凝土设计参数，然后设 计快凝快硬高强混凝土配合比。快凝快硬高强混凝土设计参数的选取1）水胶比高强混凝土的水胶比可通过文献42的分类来选择：表3.3混凝土配制强度一一水胶比分类表42Table 3.3 Compound strength of concrete一classification of W/B设计等级C50-C60C70C80C90-C100C100水胶比0.330.370.300.340.250.30CB；同时 343快凝快硬高强混凝土的制备对于14d和28d抗压强度，使用快凝早强组分最优配比A较使用快凝早强组分最 优配比C时高，即14d和28d抗压强度AC。故而，选择快凝早强组分最优配比 A作为配制所需快凝快硬高强混凝土所用的快凝早强组分最优配比最合适。4)水胶比对混凝土早期抗压强度影响水泥强度相同时，混凝土强度随水胶比的增大而降低。在加入快凝早强组分 后的混凝土体系中，水胶比对其影响是否一致，故而需分析水胶比对其早期的影 响。在固定胶凝材料总量为800kg/m3,减水组分为蔡系减水剂且掺量为2%,快凝 早强组分掺量为3%且为最优配比A时，针对不同的水胶比(0.24、0.28和0.32),分析其对新拌混凝土抗压强度的影响。表3.18和图3.15为不同水胶比下混凝土的 抗压强度。表3.18不同水胶比混凝土抗压强度Table3.18 Compressive strength of concrete with different water/binder ratio.编号水泥+硅灰(kg/m3)W/B减水组分(%)快凝早强组分抗压强度(MPa)掺量()类型6hId14d28dB1720+800.2423A9.743.076.483.8B6720+800.2823A8.228.468.473.2B7720+800.3223A6.327.060.470.2OAISSoJduIO。图3.15水胶比对混凝土抗压强度的影响Fig.3.15 The influence of water/binder ratio on compressive strength of concrete.从图3.15可以看出，随着水胶比的增大，混凝土各个龄期的抗压强度均呈减 小趋势，且以Id时抗压强度相差最为显著。故而在能够满足施工前提下，尽量选 择较低的水胶比对混凝土早期强度有利。因此，本试验选择水胶比为0.24时配制 35重庆大学硕士学位论文的混凝土强度较高。5)硅灰掺量对凝土早期抗压强度影响硅灰具有填充效应和火山灰质活性，掺入可以提高混凝土强度和耐久性。根 据经验，高强混凝土中硅灰掺量为10%时对强度最有利，而对于本试验的快凝快 硬高强混凝土是否也如此，故需分析不同硅灰掺量下混凝土抗压强度。固定胶凝 材料总量为8OOkg/m3,水胶比为0.24,减水组分为蔡系减水剂且掺量为2%,快凝 早强组分掺量为3%且为最优配比A时，对不同的硅灰掺量(占胶凝材料总量的 4%、7%和10%)时，分析其对抗压强度的影响。表3.19和图3.16为不同硅灰掺 量下混凝土抗压强度。表3.19不同硅灰掺量的混凝土抗压强度Table 3.19 Compressive strength of concrete with different silica fume content.编号硅灰掺量(%)W/B减水组分(%)快凝