C60高性能砼的试验研究

水泥 2008-08-19

　　前言：

　　随着商品砼的发展，对砼的质量和服务要求日益提高，高工作性、高强度、高耐久性是高性能砼（HPC）的显著特性，是当前国际范围内砼技术的发展方向，它适应于现代化工程结构高性能砼的应用主要目的，是使砼结构能安全可靠使用50~100年，大大减少增加的结构物破坏的危险，目前，在无锡地区，已经出现C60高强度砼，主要应用于高架桥结构，但是量较小，以后高性能混凝土必然会大量需要，作为砼供应单位，我们尝试了配制C60及以上高性能砼以备将来能够快速应用于生产实践，提高企业的市场竞争力。

　　一、高性能砼（HPC）的工艺原理及思路

　　高性能砼的工艺原理与配制技术，与高强砼有相似之处，即常采用低水灰比并掺入高效减水剂，在低水灰比时，矿物掺合料的种类、品质与用量对高性能砼的强度和其他性能的影响很大，此外，集料（尤其是粗集料）的种类与用量对砼的体积稳定性的影响很大，在没有成套的规则和方法配制HPC的条件下，必须选择适应的原材料和配比进行试配，以期达到相应的技术指标。

　　根据本公司现有材料结合相关文献及工程经验，预拟采用两套方案进行C60高性能混凝土的试配工作，一种使用现有常规原材料，主要是普通萘系减水剂（本公司使用BS-2）和普通水泥（金峰P.O42.5），另一种主要采用江苏省建科院研制的JM-PCA（I）砼超塑化剂，辅以其他掺合料进行试验，通过两种方法的比较，总结出可行的配比方案（方案1：水泥：粉灰：矿粉=65~75：15~20：10~15；方案2：水泥：粉煤灰=70~80：30~20）。

　　二、试验原材料的准备

　　（1）水泥：选用现有使用的常州金峰P.O42.5以及宁国海螺水泥厂生产的宁国P.O52.5。两种水泥进行试配，在一定范围内砼的强度与水泥强度成正比，这两种水泥的质量和生产能力均相当稳定。其检测结果见下表一：

　　(2)矿物掺合料：在配制HPC时，掺加粉煤灰、矿渣微粉、硅粉等活性辅助胶凝材料是必要的，并具有显著的技术经济地位，HPC的高强度部分来源于其基材的密实,即使有一部分水泥被一种或多种辅助胶凝材料代替，对砼早期强度不会有明显的副作用，而且从控制水化热和流变性能的角度也是有益的，掺加矿物掺合料既有利于砼施工和易性，又有利于砼的密度性而提高强度，还有利于后期强度的发展。依据上述要求，并结合本地材料特性，选用了沙钢集团生产的矿粉S95以及江阴夏港电厂I级粉煤灰，其具体技术指标见下表二：

　　（3）骨料：骨料的性能和种类在配制HPC时有较大的影响，骨料在HPC中更活跃地参与了力学反应，其中最主要的是骨料的强度和界面的粘结力，粗骨料的颗粒强度，针片状颗料含量及含泥粉量往往就控制了HPC的强度，而粗骨料的最大粒径也与界面过渡区的强弱有密切关系，因此，用于高性能砼的粗骨料的粒径不宜过大，通常以10-15mm为最佳，超过25mm时，对砼强度和抗渗透性能不利，考虑材料状况，本试验特选用了浙江湖州太子山矿的5~25碎石，含泥量0.2%，泥块含量为0，针片状颗粒含量为5%，压碎值指标为5.8%除骨料材质外，使用级配良好、洁净骨料是必要的，作为细骨料，通常采用中等细度模数（2.5~3.0）的天然砂为好，本次试验选用了赣江砂，其细度为2.7，含泥量0.3%，泥块含量为0。

　　（4）用水量，HPC的关键技术之一是拌和水大大降低的情况下获得大流动性，使硬化砼具有高强度和高密实性。必须选用高效高性能减水剂破坏水泥粒子的絮凝结构，使水泥颗粒分散，通常在掺有掺合料的时候采用水胶比的概念来表现HPC的性能，本次试验选用饮用水。

　　（5）外加剂，配制HPC必不可少的是高效高性能减水剂，当前在适当地区主要选用的是省建科院的超塑化剂JM-PCA，选择外加剂应考虑其与水泥及矿物掺和料的相容性，砼工作性的维持，减水率，砼泌水特性，砼凝结特性，砼孔结构改善性和HPC的体积稳定性要求，本次试验选用了江苏省建科院生产的JM-PCA（I）砼塑化剂，作为对比样，适用了本公司常用江阴暨阳外加剂厂生产的萘系高效减水剂（BS-2）其中JM-PCA（I）是具有高效减水率（>25%）,坍落度保留值大的优点。

　　三、试验的组织与性能测试

　　根据以上的试配思路及原材料情况，参考大量的工程实例及资料，结合公司实际，采用以下试配方案，并对于性能测试主要检测其新拌砼的坍落度、3天、7天、28天抗压强度，另外考虑了粘度及扩展度，由于高性能砼的粘度大，只用坍落度一项指标无法评价砼的可泵性，为此，我们采用了以倒坍落度简测定流出时间和扩展度为主，坍落度为参考的可泵性评定方法，粘度（也即流空时间）是这样测定的，将坍落度筒倒置在一个三角支架上，下口离地面500mm，且有一挡板，将砼一次性装入筒内刮平，迅速抽去挡板，砼由筒内流出，从抽出挡板到砼全部流出筒所需的时间即流空时间,砼扩展度（也叫坍落度流动度）的测定：在测试砼坍落度时，砼在坍落度过程中不断向四周扩展，当扩展停止后，垂直量取两个方向的扩展宽度，取平均值，即为扩展度。一般，扩展度≥500mm，流空时间为12~30s，砼具有最佳的可泵性。具体试验内容见下表四：

　　四、结果分析

　　由表四、表五的试验数据，可以看出此次试验的28天抗压强度在65Mpa以上，基本上能够满足设计要求，由P01至P10均是使用了JM-PCA（I）砼超塑化剂（羧酸盐系接枝共聚物为主要成分）进行砼试配工作，其拌合物具有良好的工作状态，坍落度保留值大，具有较高的减水率，用水量均在170kg/m³以下并且砼拌合物扩展度大（≥550mm），流空时间短(≤25s)，其扩展度1小时损失以及1小时后流空时间的变化趋势相对很小，在使用了水泥、矿粉、粉煤灰的复合胶凝材料下，早期强度增长较大，P06、P07、P09试配具有较好的参考价值，其各项指标比较符合生产要求，可以进行反复试验，向生产实践靠拢，由P01至P10可以综合得出，聚羧酸盐类外加剂JM-PCA（I）配制HPC具有减水率大，与掺合料适应性好，保坍性能优异，强度增长快等特性，适应于配制HPC。

　　由B11至B17可以看出，在使用现有材料的情况下，经过材料筛选，也可以配制出C60高性能砼，砼拌合物可以获得良好的工作状态，但经时损失较大，水泥及各掺合料用量应增加，给砼实际泵送过程带来一定压力，现有BS-2外加剂掺量较大，砼拌合物的气泡较多，凝结时间较长，均有待进一步研究。

　　五、试验体会

　　通过大量的试验工作，对于C60高性能砼有以下几方面体会，

　　（1）适宜采用矿粉、粉煤灰等复合胶凝材料配制HPC，矿粉S95可以等量替代水泥，I级粉煤灰一超代水泥，使用其“双掺”可以使砼拌和物具有良好的工作状态，后期强度增长较快。

　　（2）在使用常规42.5或52.5普通硅酸盐水泥以及普通，萘系减水剂，在严格控制材料质量的情况下，可以配制出高强度，高工作性能的砼，其强度可达到70Mpa以上，但经时损失有待进一步改善。

　　（3）C60HPC应严格控制骨料的质量，粗集料的最大粒径不宜大于25mm，细集料细度在2.6~2.8较佳，泥含量，泥块含量应尽量低。

　　（4）使用“双掺”和使用羧酸盐类外加剂配制C60高性能砼时，坍落度保留值大，流动性能好，强度较高（本试验可以高达80Mpa），通过复试，应该可以尽快应用与生产实践。

　　（5）通过两种方法，进行试验配制C60高性能砼，其强度均可达到设计要求，工作性能上亦接近于生产，双掺即可提高砼性能，又能降低成本，带来显著经济效益，是配制HPC的好途径，应优先采用羧酸盐类外加剂配制HPC，C60及以上等级砼的试验成功可以提升企业的市场竞争能力，给单位带来丰厚的利润空间，本次试验尚须再次反复试验，力争应用于生产实践。

　　参考：《高性能混凝土的配制与应用》张明征，编著

原作者：无锡华太混凝土有限公司顾昊

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