150～200MPa超高性能混凝土的配制.pdf

150 200MPa 超高性能混凝土的配制 * 王 冲 蒲心诚 刘 芳 吴建华 王勇威 重庆大学 B区 建筑材料工程系 重庆 400045 摘 要 在分析活性粉末混凝土特点的基础上, 研究了利用常规材料和普通工艺制备 150 200MPa 超高 性能混凝土的可行性。研究结果表明, 在不剔除粗集料的情况下, 采用极低水胶比, 配制出最高抗压强度达 到 17013MPa 的超高性能混凝土, 混凝土拌合物的坍落度可以达到 245mm, 扩展度达到 563mm。研究认为, 为 充分发挥混凝土成本低廉的优势, 配制超高性能混凝土最佳的技术路径并不是剔除粗集料, 而是如何去解决 混凝土中由于粗集料所带来的缺陷问题。 关键词 超高强高性能混凝土 活性粉末混凝土 粗集料 强度 流动性 THE PREPARATION OF 150 200MPa SUPER HIGH STRENGTH 2 硅灰 贵阳清镇铁合金厂生产, 化学成分和比 表面积见表2; 3 矿渣 重庆钢铁公司生产, 经振动磨磨细, 化 学成分和比表面积见表 2; 4 高效减水剂 采用密胺树脂型高效减水剂, 固 含量 3110, 掺量按胶凝材料重量的固定比例掺 入; 5 粗集料 采用重庆小泉石灰石碎石, 最大粒径 20mm; 6 细集料 采用四川简阳中砂, 细度模数 2140。 212 试验方法 1 混凝土成型 经原料称量、 充分搅拌后, 测试 拌合物的流动性, 再振动成型; 2 养护 混凝土入模后静置 24h 拆模, 标准养护至 规定龄期,或在175e 下蒸压养护后,进行强度测试; 3 强度测试 试件尺寸10cm 10cm 10cm。 表 2 胶凝材料化学成分和比表面积 材料 化学成分 P CaO SiO2Al2O3Fe2O3TiO2 MgO SO3 烧失量 比表面积 P cm2g- 1 水泥6416720175512131780 1511185217111153 730 硅灰01569419001491107-0170-1190约20 万 矿渣39135321641410621422 1907113--8 800 3 试验结果及分析 水胶比是决定混凝土强度最关键的因素, 为保 证充分密实, 本研究在参照高性能混凝土配制经验 基础上 [ 1, 2] , 进一步降低水胶比, 同时, 为保证混凝土 具有良好的流动性, 胶凝材料用量也相应提高, 试验 结果如表 3。 从试验结果可以得出 表 3 试验研究结果 配比编号 胶凝材料用量 P kgm- 3 掺和料P 硅灰矿渣 水胶比 减水剂 P 砂率 P 流动性P mm强度 P MPa 塌落度扩展度3d28d56d90d蒸压 备注 150010001182400-9216130 14 13917 15112- 270010001182401252629416134 17 14616 16013- 3900100011824024556310513136 18 15012 17013- 47001020011424010-9614144 15 15312-- 5900102001142401722949811149 15 15911-- 61 1001020011424026256010410154 10 16215-- 7900100011424043-10317145 17 15816-- 870010200118240238480-118 15 13618-16910 91 000102001182100280804-138 10 15613-17511无粗集料 107001020011821000--124 16 14617-17316无粗集料 1 在水 胶比为 0118 时, 胶 凝材料 用量从 500kg/m 3增加到900kg/ m3 配比 1、 2、 3 , 混凝土流动 性增加, 坍落度从 0mm 增加到 245mm, 而扩展度也 从不扩展到扩展直径达到 563mm; 从强度值来看, 与 普通混凝土不同的是, 本文试验中的强度随胶凝材 料用量的增加而增加, 在每个龄期都表现出这样的 19 150 200MPa 超高性能混凝土的配制 王 冲, 等 规律, 特别是配比 3, 胶凝材料用量为 900kgP m 3, 其 90d 抗压强度达到 17013MPa。 2 由于混凝土水胶比控制技术取得突破, 水胶 比可降低至 0114, 其结果与水胶比 0118时表现出一 致的规律, 当胶凝材料 用量从 700kgP m 3 增加到 1 100kgP m 3时, 混凝土坍落度可达到 262mm, 扩展度 达560mm, 而抗压强度在 56d 就可达到 16215MPa。 3水胶比仍然是决定混凝土强度的关键。虽然在 低水胶比条件下, 水泥水化程度非常低, 根据文献[ 7] 计算可以得到, 水胶比在 0 114 时, 水泥最大水化程度为 38 19,而水胶比为 0 118 时, 水化程度也只有 50 不 考虑掺合料火山灰反应 , 但是由于密实度的增加, 水 胶比为 0 114时,其最高强度56d达到16215 MPa。 4 在掺入 10硅灰条件下, 再掺入 20的矿渣 对混凝土流动性贡献极大 配比 5、 7 。在极低的水 胶比 0114 条件下, 同等条件下不掺矿渣, 坍落度只 有43mm, 基本无扩展, 而掺入矿渣后坍落度可达到 172mm, 且强度降低很少。 5 混凝土在蒸压养护后强度提高幅度较大 配 比8、 9、 10 , 与标准养护试件相比, 蒸压养护后强度 最高可以达到 17511MPa。 6 混凝土中粗集料对混凝土强度不利。与有粗 集料混凝土相比, 混凝土中无粗集料时的强度明显 较高 配比 8、 9、 10 , 从而也说明了活性粉末混凝土 技术基础的合理性。 4 问题与讨论 1 本文试验表明, 在有粗集料存在的条件下, 混 凝土强度完全可以达到活性粉末混凝土 RPC200 级 别。这说明在保证混凝土价廉优势的同时, 配制超 高性能混凝土最应该做的, 并不是剔除粗集料, 而是 应该怎样克服粗集料带来的缺陷。 2 本文只对 150 200MPa 超高性能混凝土的配 制技术做了可行性研究, 结果表明, 用普通工艺和常 规材料完全可以制备 150 200MPa 超高性能混凝 土, 但胶凝材料用量较多, 其收缩等问题需要进一步 研究, 不过, 相对活性粉末混凝土, 本研究所用胶凝 材料还是较少。 3 由于胶凝材料用量多, 又掺入了大量的超细 矿物掺合料, 水胶比极低, 导致混凝土拌合物粘滞性 非常大, 在振动密实过程中, 混凝土内部排气极为困 难, 密实不充分, 这也影响到强度的增加。 4 由于掺入了较多的活性矿物掺合料, 试验中 发现, 混凝土龄期到 28d 时, 强度并未得到充分发 展, 到56、 90d 时增长趋势仍然明显, 因此, 混凝土强 度设计规范以 28d 强度作为设计依据不是很合理, 有必要以 56d, 甚至 90d 强度作为设计规范依据。 5 由于超高性能混凝土的脆性特征表现比高性 能混凝土更为强烈, 在工程应用中需要与韧性材料 复合, 这也是活性粉末混凝土掺入钢纤维的原因。 因此, 可以采用与钢管复合的方法制备超高性能钢 管混凝土, 或掺入钢纤维, 都可以对超高性能混凝土 脆性进行弥补或改善。 参考文献 1 蒲心诚, 严吴南, 王 冲, 等. 150MPa 超高强高性能混凝土研究与 应用前景. 混凝土, 1999 3 2 蒲心诚, 严吴南, 王 冲, 等. 100 150MPa 超高强高性能混凝土 的配制技术. 混凝土, 1998 6 3 覃维祖. 活性粉末混凝土的研究. 见 水泥基复合材料科学与技术 吴中伟院士从事科教工作60 年学术讨论会论文集. 北京 中 国建材工业出版社, 1999. 33 35 4 陈 兵, 张 东. 新型水泥基复合材料的研究与应用. 新型建筑材 料, 20004 28 30 5 朱英磊. 活性粉末混凝土的性能研究及应用. 混凝土, 2000 7 31 33 6 潘钢华. 水泥基复合材料的组成结构和界面效应与强度关系的研 究 [ 博士学位论文] . 南京 东南大学,1997. 55 56 7 许仲梓. 低孔隙率胶凝材料组成、 结构和力学性能的关系及其改 性研究 [ 博士学位论文] . 南京 南京化工学院,1988. 22 上接第 4页 参考文献 1 王继宗, 梁晓颖, 梁宾桥.混凝土配合比设计方法的研究进展. 河 北建筑科技学院学报,2003, 20 2 30 34 2 Wang Jizong, Ni Hongguang, He Jinyun. The Application of Automatic Acquisition of Knowledge to Mix Design of Concrete.Cement and Concrete Research,1999, 29 12 1 875 1 880 3 李荣湘, 李岳军. 混凝土配合比多目标优化实时控制. 水利学报, 1996 4 34 39 4 张继先. 混凝土优化设计方法. 混凝土,1996 5 3 10 5 黄胜伟, 方维凤, 赵法起. 基于 Matlab 语言的结构优化设计. 建筑 技术开发, 2002, 296 2 4 6 迟培云, 吕 平, 周宗辉. 现代混凝土技术. 上海 同济大学出版 社, 1999 7 薛履中. 工程最优化技术. 天津 天津大学出版社, 1988 8 苏金明, 阮沈勇.MATLAB 6. 1 实用指南 下册 . 北京 电子工业出 版社, 2002 9 高强与高性能混凝土委员会. 高强混凝土工程应用. 北京 清华大 学出版社, 1998 欢迎订阅5工业建筑6, 邮发代号 2- 825 20 工业建筑 2005 年第 35 卷第 1期