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第 14 卷 01 期 2016 年 2 月 南水北调 与水利科技 South2to2North Water T ransfers and Water Science 2. 河北省南水北调工程建设管理局, 石家庄 050035) 摘要: 在原有试验的基础上, 以复合掺合料中的矿粉与粉煤灰的比为 1B1 作为前提, 研究了不同复合掺合料掺量及 水胶比对混凝土抗压强度的影响, 为工程施工和试验室配比提供参考依据。对于同一掺量不同水胶比的混凝土试 块, 试块的抗压强度在水胶比均匀减小的情况下是近似均匀增大的; 水胶比较大的试块抗压强度的变化幅度高于水 胶比较小的试块。对于同一水胶比不同掺量的试块抗压强度来说, 在复合料掺量逐渐减少的情况下, 同一水胶比试 块强度的变化幅度也是随之相应减小的。文章综合考虑混凝土的和易性和经济等方面, 提出了工程施工中常用的 混凝土标号的水胶比和复合掺合料掺量。 关键词: 复合掺合料; 水胶比; 混凝土强度 中图分类号: TU528 文献标识码: A 文章编号: 167221683( 2016)00120090203 Influence of composite admixture and water2binder ratio on concrete strength M A Zhen 2bo1, HAN Qing2, HAO Zhuo2jun1, WANG Lei1, LI Zhi 2xue1, SHEN Pei 2pei1 (1. H ebei Provincial A cademy of Water Resources, Shij iazhuang 050057, China; 2. T he A dministration of the South 2to2North Water Diversion Proj ect Construction in H ebei Province, Shij iazhuang 050035, China) Abstract:T he article is on the base of the original test, there is a prerequisite that the composite admixture ratio of mineral powder and fly ash is 1: 1, study in impact of concrete strength on the different amount of admixture and water 2binder ratio, it is can provide a reference basis for engi2 neering construction and laboratory mix ratio. For the concrete block of the same amount of admixture but different water 2binder ratio, as the water2binder ratio evenness decreased the concrete strength is also approximately evenness increase; the change range of strength of larger wa2 ter 2binder block is higher than smaller water 2binder. For the concrete block of the same water 2binder ratio but different amount of admixture, the change range of strength of the same water 2binder ratio block is reduced along with admixture is gradually reduced. T he article considers the workability of concrete and economy, proposing water 2binder block and amount of admixture that used commonly composite admixture content in engineering construction. Key words:Composite admixture; water2binder ratio; concrete strength 抗压强度是混凝土的质量指标之一, 水胶比和掺合料掺 量是影响混凝土试块强度的主要因素, 水胶比越小, 强度越 高; 为了减少水泥用量, 降低成本, 同时改善混凝土的工作性 能, 在混凝土配合比的工程实际操作和试验室试验中常常加 入复合掺合料。配合比试验结果往往具有不确定性, 一组配 合比试验常常需要反复进行, 既耗时又耗力。文章集合文献 和数据资料, 在原有试验的基础上, 研究了不同水胶比和复 合掺合料的掺量对混凝土强度的影响, 为工程施工和试验室 的配合比试验提供依据。 1 原材料检验 在试验进行前, 进行原材料检验: 水泥为鹿泉曲寨生产 的 P. O42. 5等级水泥, 依据标准为 GB 175- 20075通用硅酸 盐水泥6; 矿粉为河北冀泰生产, 依据标准为 GB/ T 18046- 2008; 粉煤灰为山东华能德州电力实业总公司生产, 依据标 准为 DL/T 5055- 20075水工混凝土掺用粉煤灰技术规范6; 碎石的产地为金拓矿业有限公司, 砂子产于灵寿县西孙楼沙 场, 其依据标准为 DL/ T 5144- 2001、 SL 352- 2006、 GB/T 14684- 2011、 GB/T 14685- 2011; 试验所用水为石家庄的自 来水。检验结果见表 1。 2 试验方案 在研究复合掺合料掺量比例对混凝土强度影响的试验 中已得出: 当掺合料中的矿粉与粉煤灰的比为 1B1 时, 混凝 土的强度最高1, 以此为基础, 设计试验的配合比中混凝土 掺合料中的矿粉与粉煤灰的比均为 1B1。 依据水工混凝土试验规程, 混凝土强度试验采用 3 个不 同水胶比的配合比, 其中一个为基准配合比, 其他配合比的 #90# 试 验 研 究 表 1 原材料检验结果 指标 水泥物理性能 密度 / ( g # cm23) 比表面积 / ( m2# kg21) 标稠用水量 ( % ) 初凝 / min 终凝 / min 安定性 ( 试饼法) 抗折强度/ MPa 3 d28 d 抗折强度/ MPa 3 d28 d 结果3. 1136827. 8162260合格5. 68. 624. 950. 8 指标 矿渣粉技术指标 比表面积 / ( m2# kg21) 流动度比 ( % ) 含水量 ( % ) 烧失量 ( % ) 密度 / ( g # cm23) 活性指数( % ) 7 d28 d 氯离子 ( % ) 碱含量 ( % ) 三氧化硫 ( % ) 结果442990. 241. 442. 9376. 998. 70. 0180. 491. 94 指标 粉煤灰技术指标 细度( % )需水量比( % )含水量( % )三氧化硫( % )烧失量( % ) 结果10. 2920. 210. 803.12 指标 碎石技术指标 表观密度/ ( kg # m23)堆积密度/ ( kg # m23)压碎指标( % )含泥量( % )针片状颗粒含量( % )空隙率( %)有机质含量 结果272014609. 30. 6346合格 指标 砂子技术指标 细度模数表观密度/ ( kg # m23)堆积密度/ ( kg # m23)含泥量( % )吸水率( % )空隙率( % ) 结果2. 46264015402. 61. 342 用水量不变, 水胶比依次增减, 变化幅度为 0 1 05, 砂率相应减 少 1% 2 。根据相关文献和经验, 试验将掺合料的掺量范围 定为 15% 40% , 依次变动幅度为 5% , 相对应的水胶比变 化范围为 0 1 30 0160, 依次变动幅度为 0 1 05。试验中不同 掺合料的掺量及对应水胶比的试验方案见表 2。 表 2 不同掺合料掺量对应不同水胶比的试验方案 水胶比 复合掺合料掺量 40%35%30%25%20%15% 0. 60KKKK/ 0. 55KKKK/ 0. 50KKKKKK 0. 45/KKK 0. 40/KKK 0. 35/K 0. 30/K 注:/ K0表示所要进行的水胶比和掺合料掺量的配比试验;/ /0 表示不要进行 的水胶比和掺合料掺量的配比试验。 将不同掺合料的掺量及其对应的水胶比进行试块的成 型试验, 并放入养护室至 7 d、 28 d 时测其抗压强度。 3 试验数据 3. 1 数据整理 试验进行时, 配比室的温度为 21 e , 相对湿度为 50% 。 试验对不同掺量及不同水胶比的配合比试块进行 7 d 和28 d 的抗压强度试验, 得出的强度数据见表 3: 将表 3 中的胶水比与相对应的试块强度数据做成曲线 见图 1。 图1 不同复合掺合料掺量及不同胶水比的混凝土抗压强度 表 3 不同复合掺合料掺量及不同水胶比的混凝土抗压强度 MPa 水胶比 复合掺合料掺量 40% 7 d28 d 35% 7 d28 d 30% 7 d28 d 25% 7 d28 d 20% 7 d28 d 15% 7 d28 d 0. 60( 1. 67)19. 5126. 3319. 5028. 8317. 4831. 7423. 9132. 99/ 0. 55( 1. 82)23. 2931. 1921. 6933. 6922. 7635. 7127. 7937. 51/ 0. 50( 2. 00)24. 3935. 6925. 0138. 1922. 0341. 3330. 5242. 4032. 2244. 0133. 0245. 27 0. 45( 2. 22)/38. 0345. 2635. 7547. 1136. 6248. 83 0. 40( 2. 50)/41. 4449. 0340. 2550. 7440. 5952. 06 0. 35( 2. 86)/45. 4858. 96 0. 30( 3. 33)/49. 6758. 50 注: 表中水胶比的括号中为其相对应的胶水比。 3. 2 数据分析 通过对试验数据的分析整理, 试验所成型试块的 7 d 抗 压强度达到 28 d 抗压强度的 53% 84% , 从图中总体趋势 来看, 混凝土的抗压强度随着水胶比的减小而增大, 混凝土 的抗压强度最小为 26 1 33 MPa, 对应的水胶比为 0 1 60, 掺合 料的掺量为 40% ; 混凝土的抗压强度最大为 58 1 5 MPa, 对应 #91# 马振波等# 复合掺合料掺量及水胶比对混凝土强度的影响 试 验 研 究 的水胶比为 0 1 30, 掺合料的掺量为 15% 。当水胶比为 0 1 40, 复合料掺量为 20% 时, 混凝土抗压强度已达到 50 MPa。 对于同一掺量不同水胶比的混凝土试块, 试块的抗压强 度是随着水胶比的减小而增大的, 且趋势近似直线走向, 试 块的抗压强度在水胶比均匀减小的情况下是近似均匀增大 的。水胶比为 0 1 50、 0 1 45 和 0140 时, 强度曲线的变化趋势 比水胶比为 0 1 60、 0 1 55 和 0 1 50 时的曲线平缓, 水胶比为 0160、 0 1 55 和 0150 时, 强度的变化幅度要高于水胶比为 0150、 0 1 45 和 0 1 40 时的变化幅度。在复合料掺量为 15% , 水胶比为 0 1 35 和 0 1 30 时, 强度曲线近乎为直线, 在水胶比 较小, 复合掺合料掺量较少的情况下, 混凝土强度几乎不变。 对于同一水胶比不同掺量的试块抗压强度来说, 强度是 随着掺量的减小而增大的, 在复合料掺量逐渐减少的情况下, 同一水胶比的试块强度的变化幅度也是随之相应减小的。 3. 3 相关性分析 (1) 回归曲线。 依据规范将不同复合料掺量的混凝土强度与其对应的 胶水比做成回归曲线: 复合掺合料掺量为 40% 回归曲线: y= 27. 994x - 20. 112; 复合掺合料掺量为 35% 回归曲线: y= 27. 994x - 17. 612; 复合掺合料掺量为 30% 回归曲线: y= 28. 869x - 16. 522; 复合掺合料掺量为 25% 回归曲线一: y= 28. 211x - 13. 946; 复合掺合料掺量为 25% 回归曲线二: y= 13. 272x + 15. 8274; 复合掺合料掺量为 20% 回归曲线: y= 13. 443x + 17. 165; 复合掺合料掺量为 15% 回归曲线: y= 13. 499x + 18. 473。 式中: y 表示混凝土的配制强度( MPa) ; x 为胶水比; 复合掺 合料掺量为 25% 回归曲线一是水胶比为 0 1 60、 0 1 55 和 0 150 对应的回归方程; 复合掺合料掺量为 25% 回归曲线二是水胶 比为 0 1 50、 0 1 45 和 0140 对应的回归方程。复合掺合料掺量 为 15% 回归曲线是 0 1 50、 0 1 45 和 0140 对应的回归方程, 舍 去了水胶比为 0 1 35 和 0 1 30的曲线点。 (2) 水胶比及掺合量选取。 在工程施工中, 常用的混凝土强度有 C20, C25, C30, C35, 高强度混凝土有 C40, C50, 依据规范 C20, C25, C30, C35, C40, C50 对应的配制强度分别为 26 1 6 MPa, 3116 M Pa, 37 1 4 M Pa, 42 1 4 M Pa, 48 1 2 MPa, 59 1 0 MPa。 C20混凝土的配制强度为 2616 M Pa, 代入复合料掺量 为 40% 的曲线中, 其适合的水胶比为 0160, 其他掺量的曲线 不处于 C20 混凝土的配制强度范围内, 为此舍去, 适合配制 C20混凝土的水胶比为 0 1 60, 复合料掺量为 40% ; 将 C25 混 凝土的配制强度分别代入复合掺合料掺量为 40% , 35% 和 30% 的回归 曲线中, 得出 的水胶 比分别为 0 1 54, 0 1 53 和 0160, 综合考虑混凝土的和易性和经济等方面, 水胶比为 0153, 复合掺合料掺量为 35% 较为适合 C25 混凝土的拌制; 以此种方法类推, C30 混凝土拌制的最佳水胶比为 0 154, 复 合掺合料掺量为 30% ; C35 混凝 土拌制的最佳水胶比为 0150, 复合掺合料掺量为 25% ; C40 混凝土拌制的最佳水胶 比为 0 1 43, 复合掺合料掺量为 20% ; C50 混凝土拌制的最佳 水胶比为 0 1 33, 复合掺合料掺量为 15% 。 4 结论 文章在复合掺合料中的矿粉与粉煤灰的比为 1B1 的情 况下, 研究了不同水胶比及复合料掺量对混凝土抗压强度的 影响, 对于同一掺量不同水胶比的混凝土试块, 试块的抗压 强度是随着水胶比的减小而增大的, 且趋势近似直线走向, 试块的抗压强度在水胶比均匀减小的情况下是近似均匀增 大的; 水胶比较小的强度曲线的变化趋势比水胶比较大的曲 线变化趋势平缓, 水胶比较大的试块强度的变化幅度高于水 胶比较小的试块强度的变化幅度; 在水胶比较小, 复合掺合 料掺量较少的情况下, 混凝土强度增长趋势并不明显。对于 同一水胶比不同掺量的试块抗压强度来说, 强度是随着掺量 的减小而增大的, 在复合料掺量逐渐减少的情况下, 同一水 胶比的试块强度的变化幅度也是随之相应减小的。 工程实际施工中, 经过试验数据计算, 综合考虑混凝土 的和易性和经济等方面, 推荐 C20 的混凝土的水胶比为 0160, 复合料掺量为 40% ; C25 混凝土的水胶比为 0 1 53, 复合 掺合料掺量为 35% ; C30 混凝土的水胶比为 0 154, 复合掺合 料掺量为 30% ; C35 混凝土的水胶比为 0 1 50, 复合掺合料掺 量为 25% ; C40 混凝土的水胶比为 0143, 复合掺合料掺量为 20% ; C50 混凝土的水胶比为 0 1 33, 复合掺合料掺量为 15% 。 参考文献: 1 SL 352- 2006 水工混凝土试验规程 S . 2 马振波, 韩清, 郝卓君, 等. 复合掺合料比例对混凝土坍落度及 强度影响 J . 南水北调与水利科技, 2015, 13( 2) : 33 235. 3 张超. 粉煤灰和炉渣作水泥混合材及粉煤灰掺量对不同水胶比 混凝土的强度影响研究 D . 西安建筑科技大学, 2012. 4 吴佳健, 林国雄, 张荣, 等. 利用水胶比与强度的回归关系解决 混凝土配合比设计问题 J . 混凝土世界, 2012( 7) : 76 282. 5 高相东, 王新友. 低水胶比粉煤灰混凝土强度与断裂性能 J . 粉煤灰综合利用, 1999( 3) : 5 210. 6 魏勇, 左文銮, 张宏明, 等. 固定水胶比下三元胶凝材料体系对 混凝土力学及工作性能影响研究 J . 安徽农业科学, 2013 ( 12) : 39242. #92# 第 14 卷 01 期# 南水北调与水利科技# 2016年 2月