C80高强混凝土配合比的试验研究

赵志峰

(山西四建集团有限公司，山西太原 030012)

随着建筑行业的迅速发展，我国已出现许多研究和应用高强混凝土的典型工程。然而由于各地区发展程度的不同以及地方材料的差异，高强混凝土在我国不同地区发展水平亦不平衡，如在太原及周边地区，工程中所用混凝土的强度等级基本均在C60以下，C70～C80级混凝土的试点应用还较少。由于太原本地碎石材料规格和级配不佳、强度偏低，因此对C80级高强混凝土的配制造成一定的困难，甚至有少数工程需要使用时，当地混凝土公司却无法配制出此种级别的混凝土。本文通过优选地方材料，通过调整矿物掺合料的掺量，矿物掺合料之间的搭配比例来研究其对混凝土强度及施工性能的影响，成功利用太原地区主材配制出施工性能优良的C80高强混凝土。

1 试验材料

相对于普通混凝土，高强混凝土的各性能对原材料的质量更加敏感，因此，原材料的选择是配制高强混凝土的基础。

1.1 水泥

根据业内人士的推荐，以及试验数据得知，邯郸P.O52.5水泥较太原及周边其他水泥而言，该水泥强度较稳定且与外加剂相容性较好，各性能指标见表1。

表1 水泥各项指标

1.2 砂

有关研究表明，当机制砂中石粉含量在8%～12%之间时，混凝土和易性较好，相应的初始坍落度和1 h后坍落度值都比较理想，能够满足施工需要［1］。由于高强混凝土一般粘性较大，所以本试验选择了采用忻州豆罗砂和阳泉机制砂复配。各性能指标见表2。

表2 砂各性能指标

1.3 石子

采用太原镇城石子，各性能指标见表3。

表3 石子各项指标

1.4 矿物掺合料

有研究表明，一级粉煤灰与矿粉双掺的高性能混凝土，能更好的发挥矿物掺合料的复合胶凝效应，混凝土后期强度和耐久性比单独使用粉煤灰的混凝土性能更加优良［2］。因此，本次试验采用神头一电厂Ⅰ级粉煤灰、德隆粉磨厂S95矿粉，然后再配以少量的埃肯硅灰以增加混凝土的密实性，增加混凝土的强度。矿物掺合料各性能指标见表4。

表4 矿物掺合料各性能指标

1.5 外加剂

筛选了三种品牌的聚羧酸系外加剂，通过实验，山西黄腾化工生产的聚羧酸系外加剂较其他品牌而言，具有掺量小且减水率高、保塑性强的优点，性价比较高，各性能指标见表5。

表5 外加剂各性能指标

1.6 水

采用自来水。

2 试验方法

1)配合比的设计。此次混凝土配合比的试验采用的原材料组分较多，通过前期试验，首先确定天然砂与机制砂复掺的比例为6∶4时能获得较好的级配。根据国内外研究资料，目前国内配制高强混凝土的技术措施主要为采用高标号水泥、低水胶比(并保持必要的水灰比)、采用活性矿物掺合料和高效减水剂相配合的技术路线，高强混凝土配制技术的关键在于选定高效减水剂与活性细掺料，并辅以骨料优选和配合比优化等措施。

2)试验方案。通过前期试验，已确定胶凝材料总用量、砂率、外加剂以及水的用量，此次试验主要通过调整矿物掺合料的掺量，矿物掺合料之间的搭配比例来研究其对施工性能(坍落度、扩展度、倒置坍落度排空时间)及混凝土强度的影响，通过试验，尽可能增大矿物掺合料的用量，优选出性能良好，成本又相对较低的混凝土配合比。

3)试验设备及工艺控制。a.试验设备:60 L双卧轴搅拌机、坍落度筒、倒置坍落度筒、150 mm×150 mm×150 mm，100 mm×100 mm×100 mm钢试模、振动台等。b.搅拌工艺:先将水泥、矿物掺合料、粗细骨料投入搅拌机干拌60 s，而后再加水和外加剂搅拌180 s，每盘搅拌30 L。c.成型及养护:将拌合物一次装入试模，并略高出其上口，采用振动台振实，严格控制好振动时间(10 s～15 s)，以拌合物表面出浆为止，最后刮去多余拌合物，用抹刀抹平，1 h后重新收面并覆盖塑料膜，成型试件在温度为(20±5)℃环境中静置24 h后拆模，放入标准养护室养护。

3 试验结果与讨论

3.1 配合比及试验结果

配合比及试验结果见表6。

表6 配合比及实验结果

3.2 试验结果分析

基于原材料的情况和试验取值范围，由图1可知:当矿物总掺量为25%时，3d强度差异较小，粉煤灰与矿粉4∶6时3d强度较高;7 d强度随着粉煤灰比例的加大逐渐降低;粉煤灰与矿粉5∶5复掺时，28 d强度最高。

图1 矿物总掺量为25%时，粉煤灰与矿粉搭配比例对混凝土强度的影响

由图2可知:基于原材料的情况和试验取值范围，当矿物总掺量为30%时，随着粉煤灰掺量的加大，3d强度与7 d强度均逐渐减小;28 d强度基本一致。

图2 矿物总掺量为30%时，粉煤灰与矿粉搭配比例对混凝土强度的影响

由图3可知，基于原材料的情况和试验取值范围，当矿物总掺量为40%时，随着粉煤灰掺量的加大，3d，7 d，28 d强度均逐渐减小。

由图4可知:基于原材料的情况和试验取值范围，当粉煤灰与矿粉5∶5复掺时，随着矿物总掺量的加大，3d强度明显降低;掺量25%，30%时，7 d强度基本相同，掺量40%时，7 d强度最低;随着矿物总掺量的加大，28 d强度略有降低，但强度均在80 MPa以上。

图3 矿物总掺量为40%时，粉煤灰与矿粉搭配比例对混凝土强度的影响

图4 粉煤灰、矿粉5： 5，矿物总掺量对混凝土强度的影响

综合表6及图1～图3可知，随着矿物掺合料掺量的增加，粉煤灰所占比例的加大，倒置坍落度排空时间逐渐减小，工作性能更加优异，但前期及后期强度均有所减小;综合施工性能及强度，应优选矿物总掺量为30%，粉煤灰与矿粉搭配比例可选5∶5与6∶4。

4 结语

1)通过优选太原及周边地区的主材，采用粉煤灰、矿粉、硅灰三种矿物掺合料复掺，再配以聚羧酸系外加剂，水胶比控制在0.23，砂率为38%，可配制出性能良好的C80高强混凝土。

2)随着矿物掺合料总量的加大，混凝土的强度逐渐减小，但减小幅度并不大，随着粉煤灰掺量比例的加大，混凝土的施工性能变得更加优异。综合考虑，当矿物掺合料为30%时，粉煤灰与矿粉比例为5∶5和6∶4时，能获得性能优异的C80高强混凝土。

3)高强混凝土的应用代表着一个地区的发展程度，其不但可以减小结构构件的截面，减少混凝土用量;又因其具有更高的承载能力，可使楼层加高，从而减少每平方米的占地面积。

因此，进行高强混凝土的研发意义重大，本文研究尚浅，仍需要科研机构以及混凝土公司运用地方材料在高强混凝土的研发方面作出努力。

［1］ 于呜新.机制砂在预拌泵送混凝土中应用的探讨［J］.混凝土，2005(7):21-23.

［2］ 田伟丽，汪冬冬.粉煤灰和矿粉双掺的胶砂和混凝土试验研究［J］.粉煤灰，2008，20(4):25-26.