吉林地材配制高强混凝土试验研究

魏春明，苏 卉，赵 强，曹 利，孟德智，林子翔

(东北电力大学建筑工程学院，吉林 吉林 132012)

高强混凝土具有高流动性、低坍落度损失和早期强度高等特点[1]，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。本文依托吉林本地现有的优质原材料，加入硅灰和粉煤灰双掺的复合矿物掺和料以及聚胺基磺酸盐系高效减水剂AN3000，配制出了C60、C80、C100级高强混凝土，可为吉林当地实际工程提供参考。

1 原材料的选择

1.1 水泥

配制高强混凝土要求选用质量稳定、强度等级不低于P.O42.5级的硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，水泥要具有较高的C3S含量和细度特性，同时还应考虑水化热的限制以及早期强度和耐久性等对水泥品种的要求[2]。本试验选用冀东水泥公司吉林分公司生产的P.O42.5(525)标号普通硅酸盐水泥，水泥细度为3400 cm2/g;初凝时间2小时40分钟，终凝时间3小时40分钟;标准稠度用水量为27%;烧失量为0.5%。该水泥的矿物组成见表1，胶砂强度试验结果见表2。

1.2 集料

配制高强混凝土应选用洁净、质地坚硬、颗粒接近圆形、石英含量较高的优质天然中、粗河砂。同时，砂的级配要良好，其细度模数应控制在2.6～3.2为宜，大于5 mm和小于0.31 mm的数量要少，含泥量小于5%[2]。本试验选用的细集料为质地坚硬、级配良好的吉林当地河砂，含泥量小于1%。按照国家标准《建筑用砂》(GB/T 14684－2001)进行相关检验，其细度模数为2.5左右，不符合高强混凝土的细集料标准。经过重新筛配，将细度模数调整为2.8(C80)和3.1(C100)，其颗粒级配结果见表3。

表1 P.O42.5号水泥的熟矿物组成

表2 P.O42.5号水泥的主要力学性能表

表3 细集料的颗粒级配

由于粗集料的性能对高强混凝土的抗压强度及弹性模量起到决定性的制约作用，因此应选择表面粗糙、外形有棱角、针片状颗粒含量低、级配良好的5～20 mm石灰岩碎石[3]，含泥量和针片状颗粒含量不宜超过5%。结合吉林当地情况，粗骨料选用吉林市政采石场生产的级配良好的5～20 mm石灰岩碎石，表面粗糙、针片状颗粒含量低，含泥量小于5%。其余各项指标均符合“普通混凝土用砂质量标准与检验方法”JGJ52－92。

1.3 外加剂

采用北京建筑工程研究所生产的聚胺基磺酸盐系高效减水剂AN3000，其特征状态为深红色液体，减水率为29%，固含量为30%，1个小时无坍落度损失。

1.4 掺合料

选用吉林热电厂生产的Ⅰ级粉煤灰，实测细度小于8%，烧结量小于5%，需水量比小于95%。选用宁夏惠农区天先特种材料研究所生产的硅灰，密度为2.214 kg/m3，粒径在2 μm以下，平均粒径为0.31 μm左右，比表面积为143100 cm2/g。硅粉试样检验结果见表4，粒度分析结果见表5。各项指标均符合《高强高性能混凝土用矿物外加剂》(GB/T18736－2002)中的要求。

表4 硅粉试样检验结果

表5 硅粉粒度分析结果

1.5 拌合水

采用日常饮用水作为拌合水。

2 配合比的确定

到目前为止，高强混凝土的配制还没有一个被普遍认可的方法。本试验参考国内的有关资料和试配经验，结合吉林地区原材料的供应情况，通过不断的调整材料的用量和反复的试配后，确定了一个比较合适的配合比[2]。

2.1 外加剂掺量的确定

在外加剂的选择上，考虑了高效减水剂与水泥的相容性问题。AN3000的最佳掺量为2%～3%左右(水剂，其中固含量为30%，有效成分折合为0.6% ～0.9%)[4]。在试配过程中，开始选用的掺量为胶凝材料的4%(C80)和4.2%(C100)。因为减水剂的掺量对拌和物的流动性起关键的作用，所以对于水胶比较低的干硬性混凝土，掺量必须大大提高。为了使工作性更好，最终将掺量分别调整为5%(C80)和6%(C100)。

2.2 配合比的设计

配合比设计按照普通混凝土设计规程JGJ55－2000进行。配制高强、高性能混凝土，仅仅依靠高强度等级水泥和提高水泥用量是不够的，而且水泥用量过大，对混凝土性能并不完全有利。因此，必须选择优质矿物掺合料，以改善混凝土工作性[5]。根据复合材料的“超叠加效应”原理，添加了粉煤灰和硅灰两种矿物掺合料。粉煤灰一般限制在40%以内，硅灰在10%以内。本试验采用的是等量取代法，C60、C80和C100的粉煤灰掺量取代率分别为30%、15%和20%;C80和C100的硅灰掺量取代率约为5%和10%，具体配合比见表6。

表6 高强混凝土实验室配合比

2.3 高强混凝土的制备过程

每次试配之前，先测定砂和石的含水率，根据每次的测量值对配合比进行重新调整。采用60L的强制式搅拌机，搅拌投料顺序见图1。搅拌结束后，将新拌制的混凝土倒入试模内成型，并立即放在振动台上，振动时应持续到表面出浆为止，不得过振，且应避免混凝土离析[6]。一昼夜后，将浇注好的试件拆模、编号，存放于标准养护箱中养护，养护箱内温度为20±2℃，湿度为95%以上。

图1 高强混凝土拌制的投料顺序

2.4 抗压试验数据

本次试验采用济南试金集团有限公司生产的500吨微机控制电液伺服压力试验机，试验加载方式根据试验规范、试验仪器设备、试件强度情况决定。每组配合比方案制备3个立方体试件，尺寸为150 mm×150 mm×150 mm。经过抗压试验，所得数据见表7。

表7 高强混凝土抗压试验数据

6 结 论

采用吉林当地易得的优质原材料和通用的工艺方法，在大量的试验研究基础上，通过选择合适的配合比，合理的搅拌、养护和成型工艺，成功配制出了C60、C80、C100级高强混凝土。说明采用吉林地产材料配制高强混凝土的路线是可行的，可为吉林当地工程施工提供参考。

[1]陈肇元，朱金铨，吴佩刚.高强混凝土及其应用[M].北京:清华大学出版社，1992.

[2]刁彦平.地材高强混凝土的优化配比及工程结构中设计对比研究[D].郑州大学，2006.

[3]毕苏萍，党伟，贺强.河南地材C80高性能高强混凝土配合比试验[J].人民黄河，2009，3(8):84－85.

[4]朱清江.高强高性能混凝土研制及应用[M].北京:中国建材工业出版社，1999.

[5]路来军，朱效荣，高兴燕，等.C100高性能混凝土的研究与应用[J].混凝土，2003(7):43－47.

[6]GB/T 50081－2002，普通混凝土力学性能试验方法标准[S].北京:中国建筑工业出社，2003.