有掺合料高强、超高强高性能混凝土的试验结果与分析.pdf

2 0 1 3 年 第 6 期 (总 第 2 8 4 期 ) Nu mb e r 6 i n 2 O l 3 ( T o t a l N o 2 8 4 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 原材料及 辅助物料 M AT ERI AL AND ADM I NI CLE d o i ： 1 0 3 9 6 9 i s s n 1 0 0 2 3 5 5 0 2 0 1 3 0 6 0 2 2 有掺合料高强、 超高强高性能混凝土的试验结果与分析 赵学明 。张晓平 ，尹友非 ，张浦阳 ( 1 中冶天工集团有限公司 ，山西 太原 0 3 0 0 0 3 ；2 天津大学 ，天津 3 0 0 0 7 2 ) 摘要 ： 论述了在无掺合料高强、 超高强高性能混凝土的试验结果与分析的基础上 ， 论述了有掺合料高强、 超高强高性能混凝土 的试验结果与分析， 得出了各掺合料 的活性指数 ， 引入水化活性因子和减水剂增量系数进行高强 、 超高强高性能混凝土配合 比的 修正为超高强高性能混凝土配合比的设计提供了一种实用的方法。 关键词 ： 掺合料 ；高强；超高强；高性能；混凝土；水化活性因子 ；减水剂 ；增量系数 中图分类号 ： T U5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 6 0 0 7 9 0 2 T e s t r e s ul t s a n d a n a l y s i s f or t h e h i g h s t r e n g t h， s u p e r h i g h s t r e n g t h h i g h p e r f o r ma n c e c on c r e t e wi t h a d mi x t ur e ZHAOXu e mi n g ， ZHA NG Xi a up i n g ， YI N You f e i ， ZHANGPu ya n g ( 1 C h i n a Me t a l l u r g i c a l T i a n g o n g G r o u p C o ， L t d ， T a i y u a n 0 3 0 0 0 3 ， C h i n a ； 2 T i anj i n U n i v e r s i t y ， T i a n j i n 3 0 0 0 7 2 ， C h i n a ) Ab str a c t ： D i s c u s s e d t h e t e s t r e s u l t s a n d a n a l y s i s f o r the h i g h s t r e n g t h ， s u p e r h i gh s tr e n g th ， h i g l 1 p e r f o r ma n c e c o n c r e t e 、 v i m a d mi x t u r e o n the b a s i s o f t e s t r e s u l t s and ana l y s i s for the h i【曲 s tr e n g t h ， s u p e r h i gh s e n g t h ， h i gh p e r f o rmanc e c o n c r e t e w i tho u t a dm i x t u r e ， g e t th e a c t i v i ty i n d e x for e a c h a d mi x t u r e ， u p d a t i n g the mi x d e s i g n for h i g h s tr e n g t h ， s u p e r hig h s tr e n g t h h i gh p e r f o rmanc e c o n c r e t e b y b r i n g i n g i n t o h y d r a - t i o n a c t i v i ty f a c t o r and w a t e r r e d u c e r in c r e me n t c o e ffic i e n t S O tha t t 0 p r o v i d e a p r a c t i c a l me tho d f o r mi x d e s i gn o f s u p e r h i gh and h i g h p e r f o r man c e c o n c r e t e K e y wo r d s ： a d mi x t ure ； h i g h s tr e n g t h ； s u p e r h i 曲 s tr e n g t h ； h i gh p e r f o rm anc e ； c o n c r e t e ； h y dra t i o n a c t i v i ty f a c t o r ； w a t e r r e d u c e r ； i n c r e me nt c o e 伍c i e n t 0 引 言 虽然目 前国内在高强、 超高强高性能混凝土的配制技术 及应用上有了很大进步， 但大都是靠经验摸索提出配合比， 在 此基础上通过不断试配调整满足要求， 没有统一的高性能混 凝土配合比设计方法。 现有各种混凝土配合比设计方法都具 有一定 的针对l 生 和局限性 ， 虽然按照该方法在一定条件下能 生产出满足一定要求的混凝土， 但对于不同的原材料和使用 要求 ， 这些方法不具有普遍适应性。 因此 ， 综合已有成果 ， 针 对有掺合料高强超高强高性能混凝土的试验结果与分析找 出其设计方法和修正系数具有一定 的理论意义和现实意义。 1 无掺合 高强、 超高强高性能混凝土计算公式 正如我 国 J G J 5 5 2 0 0 O所规定 的那样 ，配制高强 、 超 高强高性能混凝土时不仅应掺用高效减水剂 ， 还应掺用活 性较好的矿物掺合料。 于是 ， 笔者在鲍罗米公式 中引入与水 灰比有关的系数 ， 得到： ， 1 ，0= I 一 一 ) ( 1 ) Ir， ， 式中除 系数外， 其余符号含义同鲍罗米公式。 笔者运用 自己配制的 1 9组无掺合高强超高强高性能 收稿 15 t 期 ： 2 0 1 2 1 2 - 0 7 混凝土的试验结果， 采用数理统计中的最 I x -乘法与水灰 比的关系进行一元线性回归 ， 得 ： 一 0 4 9 5 2 + 5 5 1 4 W C ( 2 ) 回归相关系数y = O 9 5 8 5 0 根据实际隋况， 规定当y l 时， 取 1 ， 当 y l时 ， 取 1 ， 当 y 一 g 莶 0 0 【 1 9 9 6 、 G B T 1 5 9 6 一l 9 9 1 等测得的标准活性指数或抗压强 图1 混凝土强度与掺合料品种间的关系( 直方底表示基准混凝土 度 比， 并应充分注意试验条件 的差异对活性指数的影 响。 强度， 直方顶表示掺合料取代水泥后的混凝土强度) 表 2 各掺合料的活性指数 设计时 ， 其强度可 以用对应 的无掺合 的基准混凝土 的 强度乘以该掺合料的活性指数来表示 ， 即： ， ) ( 3 ) 式 中： A 掺合料的活性指数 ； 曰 单位立方米胶凝材料用量 ， 即水泥用量加上掺 合料用量。 一 0 4 9 5 2 + 5 5 1 4 W B ( 4 ) 注意 ， 乘积 A 是否可称为含了矿物掺合料 的胶结材 ( B水泥) 的标准胶砂强度或如何给它以新的定义， 都值得探 讨。 这样， 在无具体试验资料和有关经验时， 可以采用式( 3 ) 作为有掺合料高强超高强高性能混凝土配合比计算的基 本公式 。 3 设计 配合 比公 式推 导 3 1 胶 水 比公式的修 正 普通混凝 土设计 中的灰水 比公式是混凝 土配合 比设 计的基础 ， 高性能混凝土的配合 比设计也 同样基于灰水 比 公式， 但须对其进行适当修正， 以区别于普通混凝土。 ( 1 ) 胶水比公式系数。 根据普通混凝土的灰水比定则， 有 ： ( 5 ) 式 中 混凝土 2 8 d配制抗压强度 ， MP a ； C 胶水 比； C 胶凝材料用量 ， k g ； 用水量 ， k g ； A、 D 常数。 由于超高强高性能混凝土的胶凝材料除了水泥之外， 经常还有矿物掺合料。 基于前期高性能混凝土配合比试验资料， 对配合比及 立方强度数据进行 回归拟合 ， 得 出 A = 3 2 4 ， D = 一 2 6 7 ， 则胶 水 比公式为 ： ，p = 3 2 4 7 ( 6 ) ( 2 ) 水化活性因子的引入。 由于超高强高性能混凝土 中掺加了多种掺合料和外加剂， 其中最常用的是粉煤灰和 8 0 硅灰， 粉煤灰可以提高混凝土的流动性 、 耐久性能及经济 性能 ， 硅灰对混凝土的强度贡献很 大 ， 是配制超 高强混凝 土之首选原材料。 因此， 须对胶水比定则作适当修正， 把二 者对混凝土的强度影响在胶水 比公式 中表征出来。 根据研究 ， 引入掺合料水化活性因子的概念 ， 胶凝材料 的活性可 以用强度来表征 ， 因此粉煤灰及硅灰的活性可 以 用水泥的强度修正值来进行表征。 对于水胶比可以表示为： ( 罟)t= cw- - 1 一 E ( 1 ) ( 7 ) 式 中： ( w c ) 混凝土的实 际功效水胶比 ； W 胶凝材料 中矿物掺合料的百分数 ； 矿物掺合料的水化活性 因子。 式( 7 ) 中 ， 硅灰 的水化 活性 因子 k f= 3 0 ， 粉煤灰 的水化 活性因子 k - 0 4 。 3 2 砂 率的确定 混凝土配合比中的砂率与用水量存在着一定的关系， 相关文献进行 了强度为 6 0 1 4 0 MP a 的高性能混凝土和超 高强高性能混凝土的配制试验， 数据如表 3 所示。 对表 3 数据进行 回归分析 ， 得 出以下砂率与用水量之 间的关系式 ： 5 P = = s_ 一= ( 0 1 2 8 W+1 5 1 1 ) 1 0 0 ( 8 ) m s +m c 式中 ： S 砂率 ； w用水量 ； m 砂子质量 ； m 。 石子质量 。 3 3 胶凝材料用量的确定 根据美国 P K Me h t a 和 P C Ai t c i n教授的观点，要使高 性能混凝土同时达到最佳的施工和易性和强度性能， 其水 泥浆与骨料的体积比应为 3 5 ： 6 5 ， 故有 ： 曼 +! ! ! +! ! F_+ 兰 墨 L 且 = ( 9 ) 里 I_ O ) p G p G 从而可知 1 m 混凝土拌合料中的水泥浆体为 0 3 5 m3 ， 下转第 8 7页 如 加 步伐， 为我国“ 十二五” 的宏伟计划和建设蓝图添砖加瓦。 参考文献 ： 1 】刘斌夫 汶川大地震灾后城乡再造、 生态复建与资源移民 国务 院发展研究中心 z 经济要参， 特稿 2 12 周雪梅A P A愿意为四川汶川地震的灾后重建提供技术援 助美国规划协会( A P A ) 主任J e ff r e y L S o u l e 访谈【 J 】 北京规 划建设 ， 2 0 0 8 ( 4 ) 【 3 祁祖斌， 高淑芳 四川省阿坝州受灾地区灾后重建若干问题探 讨 J 1 会计之友， 2 0 0 8 ( 3 3 ) 4 】王越 灾后重建基础设施项目后评价指标体系研究 D 1 天津 ： 天 津大学 ， 2 0 1 0 【 5 5顾滔绿色高性能外加剂在绿色高性能混凝土中的应用【 J 】 江苏 建筑 ， 2 0 0 5 ( 3 ) 6 6 彭善民 政府主导型社会工作 N P O与灾后重建以上海 L非 营利组织为例 J 1 社会科学， 2 0 0 9 ( 2 ) 7 】蔡志海， 沈洋 N G O参与社会治理： 适应、 困境和出咯一以 L 组织参与汶川地震灾后重建为例 J 1 _ 广西大学学报： 哲学社会 上接第 8 0页 科学版， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 3 ) 【 8 】 沈洋 N G O与灾后重建以香港乐施会参与四川地震灾区贫 困村恢复重建为例【 D 华中师范大学， 2 0 1 0 【 9 9 钱宁 灾后重建中的矛盾和冲突及其化解f J 1 中国减灾， 2 0 1 0 ( 1 O ) 【 1 O 】 住房和城乡建设部科技发展促进中心， 沈阳建筑大学 新农村 建设实用技术【 M 北京： 中国建筑工业出版社， 2 0 1 1 【 l 1 】 张佳 灾后成都农村住房多样性建设 M 北京： 中国建筑工业出 版社 ， 2 0 1 1 【 1 2 1J 娟红 ， 宋少民绿色高性能混凝土技术与工程应用【 M 】 匕 京： 中国电力出版 社， 2 0 1 1 【 1 3 】 香港华艺设计顾问( 深圳) 有限公司 匕 J _ I 新县城行政中心施工 图 Z J 2 0 1 0 作者简介： 赵立( 1 9 7 7 一 ) ， 男， 硕士， 研究方向： 工程项目管理和绿 色建筑。 联 系地址 ： 联系电话 ： 1 号 成都工业学院( 6 1 1 7 3 0 ) 表 3 H P C强度和配合比 骨料的体积为 0 6 5 m3 。 故式 ( 9 ) 也可写成 ： +翌+塑+盟=0 3 5 ( 1 0 ) P w Pc PF p ms+m=0 6 5 ( 1 1 ) p G p G 式中 ： m w ， m 。 ， m ， m ， m 。 ， 毗 水 、 水泥、 粉煤灰 、 硅灰 、 砂 、 石子的质量 ； ，P c ， P F ， P ， P ， 水、 水泥、 粉煤灰 、 硅灰 、 砂 、 石 子的表观密度 。 3 4 外加剂( 减水剂) 用量的确定 对于减水剂的掺加 ， 有 以下的关 系式 ： ( + A t ) 3 6 7 ) 式中： 减水剂掺量； 用水量 ， k g ； 。 坍落度 7 - 9 c m基 准混凝土用水量 ， 。 。与石子最大粒径有关， 取值如表 4 所示。 表 4 基准混凝土用水量 材料 P O 5 2 5 级水泥和西卡减水剂 ， 通过试验测试得出 ， 当 s L = 1 0 1 2 c m时 ， O 0 4 ； 当 s t = 1 3 - 1 5 c m时 ， A - 0 0 5 ； 当 s 1 6 1 8 c m 时， A = - 0 0 6 。 综合上述， 配制超高强高性能混凝土时， 先选定矿物掺 合料的种类与掺量， 接着根据式( 6 ) ( 8 ) 、 ( 1 0 ) ( 1 2 ) 式可求解 出各原材料用量， 从而获得超高强高性能混凝土的配合比。 参考文献 ： 1 潘忠仁 ， 宋易莉， 李晔 高强混凝土的应用分析J 吉林交通科 技 ， 2 0 0 4 ( 2 ) 2 】2 刘洋， 程伟刚 高强混凝土在实际工程中的应用 J 黑龙江科技 信息， 2 0 1 0 ( 4 ) 3 】3 汪强浅谈高强混凝土配合比设计叨中国水运 ： 学术版 ， 2 0 0 7 ( 3 ) 4 戴会生， 王博， 田大萍高强混凝土的配合比设计及试验研究 J 山东建材， 2 0 0 8 ( 1 ) 5 】 孟祥丽， 赵桂霞， 曲殿义， 等 高强混凝土配合比设计浅析 J 北 方交通 ， 2 0 0 6 ( 6 ) 【 6 】 徐军， 戴春阳， 张磊 高强混凝土配合比优化设计 J 】 _山西建筑， 2 o 0 7 ( 2 7 ) 作者简介： 卵为减水剂增量系数 ， 是与超高强高性能混凝土的坍 联系地址： 落度( ) 相关的 一个经 验系 数。 利用珠三角地区生 产的原 鐾 墨 皇 重 赵学明( 1 9 7 0 一 ) ， 男， 高级工程师， 主要从事施工技术 管理。 山西省太原市大同路2 6 8 号( 0 3 0 0 0 3 ) 1 3 45 3 11 1 73 8 8 7