C80级高性能泵送混凝土的配制及试验研究（下）
2006-03-10 00:00
5、推荐配合比
混凝土配合比设计一般是通过计算和试配调整后确定。
5.1 配制强度
C80级混凝土配合比设计参照JGJ／T55－96《普通混凝土设计规程》和GBJl07－87《混凝土强度检验评定标准》要求进行。由于工程应用时的生产施工条件与试验室各种条件存在差异，而试验条 件对高强混凝土的强度影响又特别敏感。因此在试配中，我们充分考虑了上述因素，按选定的原材料、高性能外加剂及细掺料配制的31组C80级混凝土，其28d平均强度为99.1MPa，留有比较大的强度富余量以弥补生产施工条件不同所产生的影响。
5.2 水胶比与坍落度
为确保C80级混凝土现场施工的可行性，考虑 路途坍落度损失情况，混凝土出机坍落度需控制在200mm左右。经试验，水胶比应控制在0.2～0.30之间，胶凝材料（水泥+细掺料）总用量不超过550kg／m3 ，其中细掺料用量为50～100kg／m3 。
5.3 砂率
高强混凝土常用砂率在28%～32%之间，但从泵送混凝土角度考虑，砂率过小，导致流变参数η下降，对可泵性不利。工程实践证明，砂率大于0.40对混凝土泵送有利；在一般情况下砂率的变化对混凝土强度无明显影响，较大砂率有利于减少粗集料界面氢氧化钙聚集，提高混凝土强度的稳定性。经试验，混凝土砂率应控制在40～45%之间。
由此确定了C80混凝土适宜的材料组成和配合比参数范围：水泥 450～500kg／m 3 ，砂率40～45%，细掺料50～100kg／m 3 ，水胶比0.25～ 0.30，高性能外加剂掺量为胶凝材料的3～3.5%。
6、混凝土性能的试验研究
6.1 混凝土拌合物性能
我们研制的C80级高性能混凝土拌合物具有如下性能指标：
坍落度：155～230mm；
坍落大，不离析，不泌水，和易性好；
扩展度：550～600mm；
表观密度：2410～2470kg／m 3
含气量：0.68～1.07%
压力泌水：21%
坍落度损失：各种细掺料所拌制混凝土，坍落度损失90min最大 值为10mm（见表6）。
6.2 混凝土力学性能
6.2.1 立方体试件抗压强度及其随龄期的增长
6.2.1.1 不同尺寸立方体抗压强度的换算关系
本项目试验中，采用粗骨料最大粒径为20mm，因此采用边长100mm 立方体试件，其强度换算成标准试件（边长为150mm立方体）强度的 尺寸换算系数，现行规范规定仅到C60级混凝土，对C80级混凝土尚 无正式标准给出，所以我们进行了专门试验，其结果列于表8。
表8 不同尺寸试件强度对比试验结果
由表8可见，不同尺寸试件强度的比值尽管已是精心制作与试验，但波动是比较大的，这完全符合制定现行混凝土结构设计规范时的全 国统计规律；专门试验所测定的数据基本上是位于全国统计数据群范 围内的，因此，我们认为 C80级高强混凝土的尺寸换算系数仍可参照普通强度等级混凝土的数值取用。在本报告中的边长为100mm立方体度均己乘了0.95系数。
6.2.1.2 强度的复验及其随龄期的增长
按现行标准规定，在配合比确定之后，对高强混凝土尚应进行强 度复验，这主要是考虑不同批原材料、高性能外加剂和细掺料等的质 量波动对强度的影响，以及由试验误差影响的敏感性等原因。所以我们进行了两次共14组的强度复验，结果列于表9。
表9 C80级混凝土的强度复验结果
由复验结果表明，两次复验共制作14组试件，其28d平均强度为105.5Mpa，可以说对配制C80级混凝土有足够的强度富余量。此外，复验强度平均值与确定推荐配合比时混凝土平均强度值99.1MPa很接近，并略有提高，表明强度的复验性很好。
6.2.2 劈裂抗拉强度
强度复验验证之后，就开始进行各种力学性能试验。劈裂抗拉强 度的试验，其拉、压强度试件均采用边长为150mm立方体标准试件，标准养护，试验结果列于表10。
表10 劈裂抗拉强度及拉压比值
一般来讲，劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的比值随强度等级提高而降低，根据混凝土结构设计规范取值时的统计资料表明其比值 （f pt ／f cu ）约为10%～7%。由表10可见，C80级高性能混凝土的劈裂 抗拉强度平均值为7.00MPa，其拉压比值为7.4%，比普通强度等级混 凝土略低，但规律是一致的。
6.2.3 混凝土轴心抗压强度与弹性模量
混凝土轴心抗压强度与静力弹性模量的试件均采用100×100× 300mm棱柱体试件，其轴心抗压强度均乘以0.95系数（G8J81－85标准 规定）。试验结果列于表11。
表11 C80级混凝土的轴心抗压强度与弹性模量
试验结果表明：轴压比值比普通等级混凝土的轴压比值略有偏高。 静力弹性模量值比规范统计公式计算结果偏高，这主要是因为在配合 比设计时，有意识地为了提高弹性模量值，以增加结构物的刚度，采 取了一些措施，例如：（1）控制混凝土的单方材料用量中的细粉总含量不 超过550kg；（2）在满足混凝土和易性要求的前提下，取较低的砂率值， 效果比较显著。
6.3 混凝土长期性能及耐久性能
6.3.1 收缩性能
混凝土的干燥收缩试件采用100×100×515标准试件，技《普通 混凝土长期性能与耐久性能试验方法》（GBJ82－85）国家标准规定的 标准条件下养护及检测。试验结果列于表12。为与普通强度等级混凝 土的收缩值相比较，采用C40级混凝土收缩值随龄期变化规律（2组平 均值）和本项目配制的C80级混凝土收缩值（2组平均值）相比绘于图。
表12 C80级混凝土的干燥收缩性
试验结果表明，由于C80级高性能混凝土，掺用了高性能外加剂 和具有一定活性的细掺料，配制的混凝土具有用水量少，水胶比低和 密实度高的特点，因此，它的干燥收缩比普通等级混凝土的低，且较 早的趋于稳定，（见图1）。
6.3.2 抗碳化性能
根据C80级混凝土用的石子最大粒径为20mm，采用碳化性能试件 为100×100×300mm棱柱体；碳化箱内CO 2 ，浓度20±3%，湿度70±5%， 温度20±5℃，试件标准养护28d取出，在60℃温度下烘干48h，然后 将试件放入碳化箱中经受碳化，结果所有试件均测不出碳化深度，表 明这种混凝土具有很好的抗碳化性能。
6.3.3 抗渗性能
为验证所配制的C80级混凝土的抗渗性能，我们成型了一组混凝 土抗渗标准试件，标准养护28d后，进行抗渗压试验，试验水压从0.1MPa 开始，每隔8h增加水压0.1Mpa，加压至4.0Mpa，并持压8小时后， 无透水现象，劈开后渗水高度如图2所示：
从图2看出，C80级混凝土渗水高度在22mm～29mm，这说明抗掺等 级大于P40。
6.3.4 抗冻性能
抗冻性能试验采用慢冻法。其试件采用边长为100mm立方体试件， 标养28d后进行冻融试验。试验前4d将冻融试件从标养室中取出，放 入15℃～20℃水中浸泡4d，对比试件仍留在标养室养护，直至完成冻 融循环后，与抗冻试件同时试压。
冻结时温度为-15℃～-20℃，经4h后取出并立即将抗冻试件放 入能使水温保持在15℃～20℃的水槽中，再融化4h为一个循环。
本试验共留置7组试件，28d龄期试压1组，其余6组中，有4 组作冻融试验，分别经100次、200次循环后各试压2组，另外2组为 对比试件。试验结果列于表13。
表13 C80级混凝土抗冻性能试验结果
注：f co ——为同龄期对比试件的抗压强度（MPa）；
mf cn ——为经n次循环后的抗压强度平均值（MPa）。
由表13可见，经100次、200次冻融循环，其强度损失率均小于 25%（标准规定），无重量损失。表明本课题研制的C80级高性能混凝 土具有较高的抗冻融性能。
7 结语
（1）配制高强高性能（HPC）混凝土应优选高性能外加剂和具有一定 活性的掺和料。
（2）控制单方水泥用量，采用普通硅525R或硅酸盐525R。
（3）通过卵石5～20mm与碎石5～20mm粒径的对比，宜选用石灰岩碎石，粒径5～20mm石子，沙 子采用细度模数2.4～2.9的中粗砂。
（4）对C80级高性能混凝土试件应避免风吹日晒，及时覆盖养护，对于构筑物也应如此，才能 满足强度及耐久性。
混凝土配合比设计一般是通过计算和试配调整后确定。
5.1 配制强度
C80级混凝土配合比设计参照JGJ／T55－96《普通混凝土设计规程》和GBJl07－87《混凝土强度检验评定标准》要求进行。由于工程应用时的生产施工条件与试验室各种条件存在差异，而试验条 件对高强混凝土的强度影响又特别敏感。因此在试配中，我们充分考虑了上述因素，按选定的原材料、高性能外加剂及细掺料配制的31组C80级混凝土，其28d平均强度为99.1MPa，留有比较大的强度富余量以弥补生产施工条件不同所产生的影响。
5.2 水胶比与坍落度
为确保C80级混凝土现场施工的可行性，考虑 路途坍落度损失情况，混凝土出机坍落度需控制在200mm左右。经试验，水胶比应控制在0.2～0.30之间，胶凝材料（水泥+细掺料）总用量不超过550kg／m3 ，其中细掺料用量为50～100kg／m3 。
5.3 砂率
高强混凝土常用砂率在28%～32%之间，但从泵送混凝土角度考虑，砂率过小，导致流变参数η下降，对可泵性不利。工程实践证明，砂率大于0.40对混凝土泵送有利；在一般情况下砂率的变化对混凝土强度无明显影响，较大砂率有利于减少粗集料界面氢氧化钙聚集，提高混凝土强度的稳定性。经试验，混凝土砂率应控制在40～45%之间。
由此确定了C80混凝土适宜的材料组成和配合比参数范围：水泥 450～500kg／m 3 ，砂率40～45%，细掺料50～100kg／m 3 ，水胶比0.25～ 0.30，高性能外加剂掺量为胶凝材料的3～3.5%。
6、混凝土性能的试验研究
6.1 混凝土拌合物性能
我们研制的C80级高性能混凝土拌合物具有如下性能指标：
坍落度：155～230mm；
坍落大，不离析，不泌水，和易性好；
扩展度：550～600mm；
表观密度：2410～2470kg／m 3
含气量：0.68～1.07%
压力泌水：21%
坍落度损失：各种细掺料所拌制混凝土，坍落度损失90min最大 值为10mm（见表6）。
6.2 混凝土力学性能
6.2.1 立方体试件抗压强度及其随龄期的增长
6.2.1.1 不同尺寸立方体抗压强度的换算关系
本项目试验中，采用粗骨料最大粒径为20mm，因此采用边长100mm 立方体试件，其强度换算成标准试件（边长为150mm立方体）强度的 尺寸换算系数，现行规范规定仅到C60级混凝土，对C80级混凝土尚 无正式标准给出，所以我们进行了专门试验，其结果列于表8。
表8 不同尺寸试件强度对比试验结果
|
序 号 |
f cu,15,28d |
f cu,10,28d |
f cu,15,28d /f cu,10,28d |
|
1 |
113.3 |
118.8 |
0.9537 |
|
2 |
110.0 |
116.3 |
0.9458 |
|
3 |
117.9 |
114.1 |
1.0333 |
|
4 |
101.2 |
93.3 |
1.0847 |
|
5 |
97.8 |
96.2 |
1.0166 |
|
6 |
88.3 |
92.0 |
0.9598 |
|
7 |
95.0 |
88.5 |
1.0734 |
|
8 |
92.3 |
96.0 |
0.9615 |
|
9 |
95.1 |
99.3 |
0.9577 |
|
10 |
95.6 |
110.3 |
0.8667 |
|
平均值 |
------------- |
-------------- |
0.9853 |
由表8可见，不同尺寸试件强度的比值尽管已是精心制作与试验，但波动是比较大的，这完全符合制定现行混凝土结构设计规范时的全 国统计规律；专门试验所测定的数据基本上是位于全国统计数据群范 围内的，因此，我们认为 C80级高强混凝土的尺寸换算系数仍可参照普通强度等级混凝土的数值取用。在本报告中的边长为100mm立方体度均己乘了0.95系数。
6.2.1.2 强度的复验及其随龄期的增长
按现行标准规定，在配合比确定之后，对高强混凝土尚应进行强 度复验，这主要是考虑不同批原材料、高性能外加剂和细掺料等的质 量波动对强度的影响，以及由试验误差影响的敏感性等原因。所以我们进行了两次共14组的强度复验，结果列于表9。
表9 C80级混凝土的强度复验结果
|
水胶比 |
砂率(%) |
坍落度(mm) |
28d强度（MPa) | |||||
|
n |
mf u,28d |
f cu,max |
f d,min |
σn-1 |
δ(%) |
|
|
|
|
0.25～0.26 |
43 |
210～220 |
14 |
105.5 |
117.3 |
91.2 |
7.14 |
6.77 |
由复验结果表明，两次复验共制作14组试件，其28d平均强度为105.5Mpa，可以说对配制C80级混凝土有足够的强度富余量。此外，复验强度平均值与确定推荐配合比时混凝土平均强度值99.1MPa很接近，并略有提高，表明强度的复验性很好。
6.2.2 劈裂抗拉强度
强度复验验证之后，就开始进行各种力学性能试验。劈裂抗拉强 度的试验，其拉、压强度试件均采用边长为150mm立方体标准试件，标准养护，试验结果列于表10。
表10 劈裂抗拉强度及拉压比值
|
编号 |
劈拉强度（MPa) |
抗压强度（MPa) |
拉压比 |
|
1 |
6.89 |
92.3 |
0.0746 |
|
2 |
7.74 |
95.1 |
0.0814 |
|
3 |
6.37 |
95.6 |
0.0666 |
|
总平均值 |
7.00 |
94.3 |
0.0742 |
一般来讲，劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的比值随强度等级提高而降低，根据混凝土结构设计规范取值时的统计资料表明其比值 （f pt ／f cu ）约为10%～7%。由表10可见，C80级高性能混凝土的劈裂 抗拉强度平均值为7.00MPa，其拉压比值为7.4%，比普通强度等级混 凝土略低，但规律是一致的。
6.2.3 混凝土轴心抗压强度与弹性模量
混凝土轴心抗压强度与静力弹性模量的试件均采用100×100× 300mm棱柱体试件，其轴心抗压强度均乘以0.95系数（G8J81－85标准 规定）。试验结果列于表11。
表11 C80级混凝土的轴心抗压强度与弹性模量
|
试件编号 |
28d立方体抗压强度（MPa) |
轴心抗压强度(MPa) |
弹性模量(1×10 4 MPa) | |||
|
组平均值 |
总平均值 |
组平均值 |
总平均值 |
组平均值 |
总平均值 |
|
|
H-6’ |
108.2 |
108.7 |
91.0 |
89.5 |
4.94 |
4.92 |
|
H-7’ |
108.2 |
91.9 |
4.89 |
|
|
|
|
H-9’ |
109.7 |
85.5 |
4.92 |
|
|
|
|
平均轴压比 |
89.5/108.7=0.8234 | |||||
试验结果表明：轴压比值比普通等级混凝土的轴压比值略有偏高。 静力弹性模量值比规范统计公式计算结果偏高，这主要是因为在配合 比设计时，有意识地为了提高弹性模量值，以增加结构物的刚度，采 取了一些措施，例如：（1）控制混凝土的单方材料用量中的细粉总含量不 超过550kg；（2）在满足混凝土和易性要求的前提下，取较低的砂率值， 效果比较显著。
6.3 混凝土长期性能及耐久性能
6.3.1 收缩性能
混凝土的干燥收缩试件采用100×100×515标准试件，技《普通 混凝土长期性能与耐久性能试验方法》（GBJ82－85）国家标准规定的 标准条件下养护及检测。试验结果列于表12。为与普通强度等级混凝 土的收缩值相比较，采用C40级混凝土收缩值随龄期变化规律（2组平 均值）和本项目配制的C80级混凝土收缩值（2组平均值）相比绘于图。
表12 C80级混凝土的干燥收缩性
|
试件编号 |
收缩值(mm/m) | ||||||||
|
|
1d |
3d |
7d |
14d |
28d |
45d |
60d |
90d |
120d |
|
H-3 |
0.017 |
0.057 |
0.073 |
0.93 |
0.143 |
0.157 |
0.167 |
0.213 |
0.263 |
|
H-4 |
0.023 |
0.057 |
0.073 |
0.093 |
0.133 |
0.157 |
0.177 |
0.210 |
0.256 |
|
总平均值 |
0.020 |
0.057 |
0.073 |
0.093 |
0.138 |
0.157 |
0.172 |
0.212 |
0.260 |
试验结果表明，由于C80级高性能混凝土，掺用了高性能外加剂 和具有一定活性的细掺料，配制的混凝土具有用水量少，水胶比低和 密实度高的特点，因此，它的干燥收缩比普通等级混凝土的低，且较 早的趋于稳定，（见图1）。
6.3.2 抗碳化性能
根据C80级混凝土用的石子最大粒径为20mm，采用碳化性能试件 为100×100×300mm棱柱体；碳化箱内CO 2 ，浓度20±3%，湿度70±5%， 温度20±5℃，试件标准养护28d取出，在60℃温度下烘干48h，然后 将试件放入碳化箱中经受碳化，结果所有试件均测不出碳化深度，表 明这种混凝土具有很好的抗碳化性能。
6.3.3 抗渗性能
为验证所配制的C80级混凝土的抗渗性能，我们成型了一组混凝 土抗渗标准试件，标准养护28d后，进行抗渗压试验，试验水压从0.1MPa 开始，每隔8h增加水压0.1Mpa，加压至4.0Mpa，并持压8小时后， 无透水现象，劈开后渗水高度如图2所示：
从图2看出，C80级混凝土渗水高度在22mm～29mm，这说明抗掺等 级大于P40。
6.3.4 抗冻性能
抗冻性能试验采用慢冻法。其试件采用边长为100mm立方体试件， 标养28d后进行冻融试验。试验前4d将冻融试件从标养室中取出，放 入15℃～20℃水中浸泡4d，对比试件仍留在标养室养护，直至完成冻 融循环后，与抗冻试件同时试压。
冻结时温度为-15℃～-20℃，经4h后取出并立即将抗冻试件放 入能使水温保持在15℃～20℃的水槽中，再融化4h为一个循环。
本试验共留置7组试件，28d龄期试压1组，其余6组中，有4 组作冻融试验，分别经100次、200次循环后各试压2组，另外2组为 对比试件。试验结果列于表13。
表13 C80级混凝土抗冻性能试验结果
|
检验项目 |
100次循环 |
200次循环 |
|
f co =113.2MPa
mf cn =107.4MPa |
f co =113.0MPa
mf cn =102.4MPa |
|
|
1.强度损失度(%) |
5.12 |
9.38 |
|
2.重量损失率(%) |
无 |
无 |
|
3.外观 |
完整 |
完整 |
注：f co ——为同龄期对比试件的抗压强度（MPa）；
mf cn ——为经n次循环后的抗压强度平均值（MPa）。
由表13可见，经100次、200次冻融循环，其强度损失率均小于 25%（标准规定），无重量损失。表明本课题研制的C80级高性能混凝 土具有较高的抗冻融性能。
7 结语
（1）配制高强高性能（HPC）混凝土应优选高性能外加剂和具有一定 活性的掺和料。
（2）控制单方水泥用量，采用普通硅525R或硅酸盐525R。
（3）通过卵石5～20mm与碎石5～20mm粒径的对比，宜选用石灰岩碎石，粒径5～20mm石子，沙 子采用细度模数2.4～2.9的中粗砂。
（4）对C80级高性能混凝土试件应避免风吹日晒，及时覆盖养护，对于构筑物也应如此，才能 满足强度及耐久性。
编辑：
监督：18969091791
投稿：news@ccement.com
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