胶凝材料组成与粗骨料级配对C60混合砂混凝土性能的影响

成定林，蔡万升，胡红霞

（中交四航局第三工程有限公司，广东 湛江 524005）

1 原材料

（1）水泥。采用重庆拉法基瑞安特种水泥有限公司（合川）生产的P.O52.5R水泥，其主要性能为：比表面积360m2/kg，总碱量0.54%，氯离子含量0.014%，初凝时间165min，终凝时间275min，3d抗压、抗折强度分别为32.5MPa、5.9MPa，28d抗压、抗折强度分别为 56.1MPa、8.7MPa。

（2）粉煤灰。采用Ⅱ级粉煤灰，其主要性能为：细度19.8%，需水量比95%，烧失量1.94%，SO3含量0.58%，碱含量1.0%，氯离子含量0.001%。

（3）硅灰。其主要性能为：比表面积22.3m2/g，需水量比115%，烧失量3.2%，活性指数（7d快速）125%，碱含量0.89%，氯离子含量0.01%。

（4）细骨料。细骨料采用天然砂和机制砂混合而得。

（5）粗集料。采用南充嘉陵江卵石破碎的大石子（10～20mm）和小石子（5～10mm）两种规格的粗集料。细骨料及粗集料的基本性能如表1所示，粗集料筛分结果如表2所示。

（6）减水剂：减水剂采用缓凝型高性能减水剂，减水率为30%，含固量为12.6%。

（7）拌合水：自来水。

（8）石粉：采用石灰石磨制而成，其细度为14.6%，流动度比为102%，活性指数（7d快速）为70%，含水率为0.2%，MB值为0.7。

2 试验方法

混凝土拌合物性能按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080—2016）规定的方法测试[1]；混凝土抗压强度试验按照《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB/T 50081—2019）规定的方法测试[2]。

3 试验结果及讨论

3.1 胶凝材料组成对C60混合砂混凝土性能的影响

胶凝材料组成对水化放热的影响如表3所示。从表3可以看出，随着龄期的增长，胶凝材料水化放热速率呈先增加后降低趋势，3d后水化放热速率明显降低；采用粉煤灰、硅灰和石粉等矿物掺合料可以降低胶凝材料早期的水化放热速率，单掺12%粉煤灰时，6h水化放热速率降低程度最大，达到10.8%；掺入矿物掺合料可以降低水化放热量，进而降低混凝土内部的温度，对控制由温度应力引起的混凝土开裂有积极的作用。

表1 细骨料及粗集料的基本性能

表2 粗集料分计筛余性能

胶凝材料组成对混凝土的工作性和抗压强度也有着重要的影响，胶凝材料对混凝土性能影响配合比如表4所示，胶凝材料组分对混凝土工作性能和强度性能的影响如表5所示。从表5可以看出，掺了硅粉的混凝土拌合物工作性能最差，因为硅粉比表面积最大，且粒型非球状，降低了混凝土拌合物的工作性；石灰石粉的比表面积适中，能填充水泥之间的空隙，且为惰性填料，有助于改善混凝土的工作性能。表5混合砂混凝土抗压强度试验结果表明，混凝土7d抗压强度达到设计值的90%，28d抗压强度满足C60混凝土设计要求。

3.2 粗集料级配对C60混合砂混凝土性能的影响

骨料的级配对混凝土性能的影响显著，级配良好的骨料空隙率小，总比表面积低，还有少量的细小颗粒能满足和易性要求。因此，为了使粗骨料的级配合理，并能达到5～20mm连续级配的范围，对现场使用粗骨料进行搭配。当10～20mm碎石和5～10mm碎石的搭配比例各占50%时，粗骨料的颗粒级配可以满足5～20mm或5～25mm连续级配的要求，有利于减小水泥用量且能保证混凝土密实度，同时也能减小润滑骨料表面的需水量。

表3 胶凝材料组成对水化放热的影响

表4 胶凝材料对混凝土性能的影响 单位：kg

表5 胶凝材料组分对混凝土工作性能和强度性能的影响

粗集料对混合砂混凝土性能的影响配合比如表6所示，试验结果如表7所示。从表7可以看出，在该试验条件下，当胶凝材料用量为510kg/m3、水胶比为0.30时，所配制的混凝土拌合物坍落度在225～235mm，扩展度＞590mm，且2h经时损失较小，7d抗压强度值均大于设计值的90%，28d抗压强度满足C60混凝土的设计要求。

表6 粗集料对混凝土性能的影响试验用配合比 单位：kg/m3

表7 混凝土工作性能和强度性能的影响

从C60混合砂混凝土与天然砂混凝土拌合物性能上看，两者均有较好流动性，粘聚性和保水性正常，C60天然砂混凝土的初始坍落度和扩展度分别为235mm和610mm，C60混合砂混凝土的初始坍落度和扩展度分别为230mm和635mm。两种材料配制的拌合物初始坍落度相差不大，混合砂混凝土初始扩展度比天然砂混凝土初始扩展度大25mm，说明该试验条件下的混合砂混凝土比天然砂混凝土有更好的和易性。

从混凝土拌合物角度上看，采用混合砂所配制的混凝土拌合物性能均优于天然中砂配制的混凝土，当粗骨料中10～20mm粒径比例达60%时，混合砂混凝土拌合物的中间略有堆台现象。根据混合砂混凝土拌合物的结果可知，降低粗骨料中10～20mm粒径的比例，可使得粗骨料级配趋近于5～0mm连续级配，有利于增加混凝土的密实性，改善混凝土工作性。

4 结束语

综上所述，通过文章研究可知，采用矿物掺合料可降低混凝土的水化放热速率和放热量，单掺12%粉煤灰时，混凝土工作性最优，强度等级满足C60混凝土要求；采用P.O52.5R水泥+粉煤灰+混合砂+连续级配粗骨料+高性能外加剂配制的混凝土，其工作性能（坍落度/扩展度）和抗压强度均能满足C60混凝土设计和施工要求。