耐久性混凝土技術(shù)分析

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摘要：文章闡述了復(fù)摻技術(shù)的耐久性混凝土發(fā)展與應(yīng)用的必經(jīng)之路，結(jié)合合寧客運專線的耐久性混凝土的應(yīng)用，配合比設(shè)計圍繞混凝土的工作性能、使用性能、經(jīng)濟性能、耐久性等方面的要求，并充分分析了粉煤灰、礦渣粉、UC-IA高效減水劑三者聯(lián)合復(fù)摻對混凝土性能的貢獻(xiàn)。文章對產(chǎn)生的有關(guān)試驗現(xiàn)象及機理也進(jìn)行了一定的分析，充分論述了使用于合寧客運專線中的耐久性混凝土優(yōu)點及配制技術(shù)。

　　關(guān)鍵詞：耐久性混凝土；粉煤灰；礦渣粉；UC-IA

　　近年來，國內(nèi)外許多專家學(xué)者提出生態(tài)環(huán)保混凝土理念，并認(rèn)為這是混凝土材料發(fā)展的方向，而發(fā)展應(yīng)用各種摻合料配制高性能混凝土（HPC）帶來的經(jīng)濟和社會意義，以及技術(shù)性的保證，已為廣大科研人員認(rèn)同。尤其耐久性混凝土在客運專線中滿足100年以上的生命需求的概念，在實際使用中，不斷被社會認(rèn)可和強化。

　　高性能混凝土（HPC）是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的一種良好施工性能、力學(xué)性能、體積穩(wěn)定性能、耐久性能、經(jīng)濟性能為基本特征的預(yù)拌復(fù)摻混凝土。由HPC理念的出現(xiàn)，使人們進(jìn)一步認(rèn)識各類摻合料的“火山灰質(zhì)效應(yīng)”、“微集料效應(yīng)”、“顆粒形態(tài)效應(yīng)”對混凝土的影響作用。尤其作為脆性材料的混凝土，抗裂效果是HPC重要衡量指標(biāo)，因此“復(fù)摻”的概念在混凝土的配制技術(shù)中被廣泛運用。

　　本文以合寧城際鐵路項目Ⅲ標(biāo)工程為對象，對耐久性混凝土部分技術(shù)進(jìn)行研究論述。我們局在合寧城際鐵路項目中標(biāo)金額為7.18億人民幣，其中襄滁河特大橋和萬壽河特大橋、永寧河特大橋，結(jié)構(gòu)混凝土約337413立方米，根據(jù)設(shè)計要求，均需采用耐久性砼設(shè)計及施工工藝，混凝土強度等級均需滿足高于C30要求。針對混凝土澆筑設(shè)計要求，基礎(chǔ)部分區(qū)域要考慮防止水化熱形成溫度裂縫，又要考慮大面積混凝土澆灌時，收縮裂縫的產(chǎn)生；同時由于設(shè)計事實，造成混凝土基礎(chǔ)塊體自身約束條件存在變截面變化，以及防腐蝕的要求。而我們以前從來沒有接觸過耐久性混凝土，因此，我們在混凝土施工前3個月內(nèi)進(jìn)行詳細(xì)試驗研究。

　　一、混凝土配合比設(shè)計原則及材料檢驗

　　（一）設(shè)計原則

　　1．試驗混凝土采用假定表現(xiàn)密度法進(jìn)行配合比設(shè)計，并以體積復(fù)核為準(zhǔn)，混凝土設(shè)計表現(xiàn)密度為2450kg/m³。

　　2．混凝土電通量（C30）56天齡期，測試應(yīng)低于1500Q。

　　3．混凝土單方總堿含量應(yīng)低于3000g。

　　4．要求混凝土生產(chǎn)完畢后75分鐘內(nèi)施工性能良好，混凝土坍落度要求80～160mm，并有相對較好的流動度，有利于混凝土在較密集的鋼筋網(wǎng)格中密實。（流動度達(dá)45×25cm）

　　5．運輸澆筑過程要求坍落度損失：2h內(nèi)，25～34℃條件下，損失不大與30mm。

　　6．混凝土采用泵送施工工藝，應(yīng)具有良好的泵送性能，不離析，抗?jié)B等級P8。

　　7．混凝土成型后，不因混凝土收縮或局部水化熱影響出現(xiàn)而形成的貫通性破壞裂縫。

　　8．混凝土成型、放腐蝕能力達(dá)Ⅲ級以上。

　　9．現(xiàn)場新鮮混凝土溫度≤32℃。

　　（二）材料試驗

　　1．水泥。中國海螺水泥股份集團公司生產(chǎn)的P.O42.5（普通硅酸鹽水泥）。

　　2．粉煤灰。華能南京電廠生產(chǎn)的工級粉煤灰（該灰曾用于三峽工程）。

　　3．礦渣粉：采用磨細(xì)礦渣粉S95。

　　4．實驗方法依據(jù)。本研究檢驗方法主要依據(jù)：混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（GBJ119）、普通混凝土力學(xué)性能試驗方法（GBJ81）、普通混凝土長期性能試驗方法（GBJ82）以及水泥水化熱試驗方法（GB2022）。本試驗過程中：礦粉、粉煤灰、UC-IA均采用內(nèi)摻法進(jìn)行試驗，按等量替代水泥來計算。

　　二、設(shè)計與結(jié)果分析

　　（一）混凝土配合比設(shè)計

　　設(shè)計時采用內(nèi)摻法通過改變FA和礦粉S95的摻量等量取代水泥，保持混凝土膠凝材料總量不變，并保證初始140～160mm；設(shè)計采用了8類32組試塊，系統(tǒng)測試了各組變化對混凝土的影響，最后，結(jié)合經(jīng)濟成本與技術(shù)可行性，優(yōu)化使用了合適的配合比。

　　根據(jù)C30-0與C30-1比較：UC-V1有良好施工性能。采用UC-V1能顯著提高混凝土坍落度（摻量9%），能把原坍落度6mm激增至165mm以上；對混凝土早期強度的提高（增強效果）較明顯；混凝土沾聚性能顯著增加，有利于鋼筋與混凝土的粘結(jié)握裹。如采用V1配置同等級強度混凝土，與基準(zhǔn)混凝土相比，能有效節(jié)省水泥用量達(dá)20%以上，同時V1有良好的取代水泥性能，不影響混凝土強度。

　　（二）粉煤灰的摻加分析

　　1．C30-1與C30-2比較：由于我們采用的I級粉煤灰，其組份是磨細(xì)的球形顆粒，在混合的膠凝材料中，能起到有效疏散水泥膠材顆粒的粘結(jié)，起到膠材之間的“滾球”作用，從而能使混凝土流動度增加。同時由于C30-2配方中，粉煤灰等量取代PO42.5水泥，由于粉煤灰容重較小，取代后，膠凝材砂漿體積也將隨之加大，充分的漿體保證了拌合的流動性。

　　2．由于粉煤灰早期活動性相對較低，水化熱釋放也相應(yīng)延緩，因此，摻加粉煤灰后C30-2坍落度損失相對較小。

　　3．C30-7與C30-2號較比較，粉煤灰的摻量大幅增加，混凝土的坍落度卻減損，而且C30-7混凝土顯示出一定的粘滯性，流動度不好。原因分析認(rèn)為：粉煤灰顆粒呈球狀表面帶孔結(jié)構(gòu)，其表面濕潤需一定水分，由于現(xiàn)試配的混凝土水膠比相對較低，用水量相對較小，加入了過量的粉煤灰后，由于現(xiàn)水分可能不足以濕潤粉煤灰的顆粒表面，從而形成混凝土干澀、工作性不佳的現(xiàn)象。也就是說混凝土配制摻加粉煤灰時，其摻量大小應(yīng)考慮混凝土的用水量能否能確保粉煤灰顆粒表面充分濕潤后，它才能體現(xiàn)出良好的工作性能。

　　因此，對粉煤灰合適的摻量在混凝土設(shè)計時應(yīng)優(yōu)化選擇，建議用量15%～30%，根據(jù)分析：合適的粉煤灰摻量，有一定的減水作用，并能有效促使混凝土強度的發(fā)揮，有利于高強度等級混凝土的配制；如過量摻加粉煤灰，會影響高等級混凝土的現(xiàn)場施工工作性能，并對其強度產(chǎn)生減損。對于為滿足泵送性能的低強度等級混凝土，作者認(rèn)為粉煤灰宜采用“超摻”，而對于高強度等級、高流動性的混凝土，建議合適等量取代，不宜“超摻”。

　　（三）礦渣粉摻加分析

　　C30-3與C30-1、C30-8比較：磨細(xì)礦渣粉的摻入，混凝土的流動度得到相應(yīng)的增加，凝結(jié)時間大幅推遲，也就是水泥水化熱釋放相對得到延緩。混凝土初始流動性和流動性經(jīng)時變化（損失率）較小。我們知道：磨細(xì)礦粉顆粒屬多角形，但由于它與水泥顆粒之間或礦渣顆粒之間接觸點面積較小，而且礦渣粉顆粒的斥水作用，因此，用礦粉替代部分水泥時，就改善了漿體的流動性，減少漿體流動性損失，而且摻入礦渣粉，隨著摻量增加，其初始流動性也能增加，與FA摻量加大性狀相反。

　　（四）耐久性分析

　　該混凝土具有非常好的抗?jié)B性能，說明混凝土結(jié)構(gòu)密實，孔隙結(jié)構(gòu)合理。分析認(rèn)為：其抗?jié)B性最大的貢獻(xiàn)是具有微膨脹性能的UC-V1，次之是礦渣粉的摻加。

　　（五）強度分析

　　1．C45-3與C45-2對比分析認(rèn)為：粉煤灰摻加，能有效提高7天的強度，對28天、60天強度增加的貢獻(xiàn)要次于礦渣粉。

　　2．C45-3與C45-1對比分析認(rèn)為：礦粉的摻入，混凝土流動性得到相應(yīng)增加，凝結(jié)時間也大幅推遲，早期強度也出現(xiàn)減損，但由于礦渣粉良好的活性，它對混凝土28天、60天的強度有較明顯的提高作用。

　　3．C45-4與C45-1、C45-2、C45-3，比較分析認(rèn)為：摻加15ú+20%S95對混凝土早期強度雖有一定減損，但減損幅度不大、能滿足設(shè)計強度要求。復(fù)摻效果FA與S95性能相互互補，有利混凝土強度的發(fā)展。

　　三、結(jié)語

　　采用南京地區(qū)的材料，能配制出適合常規(guī)工藝生產(chǎn)的復(fù)摻（粉煤灰、細(xì)礦渣粉、UC-V1）高性能混凝土（既了解按此設(shè)計的混凝土已在揚子巴斯夫一體化合資項目中成功運用）。由于UC-V1的膨脹效果，復(fù)摻FA、S95的混凝土含氣量<2%，有著密實的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其抗?jié)B等級大于P20，與鋼筋粘結(jié)力強，并無銹蝕作用，抗酸蝕性、抗碳化能力、抗凍能力顯著提高，也就是說其耐久性良好。在混凝土配合比設(shè)計時，應(yīng)合理選擇粉煤灰、礦渣粉、UC-V1摻量，合理的設(shè)計，摻加粉煤灰、礦渣粉，有利于充分利用自然和社會資源，變廢為寶，創(chuàng)造再生產(chǎn)價值，保護環(huán)境等方面，有著積極的經(jīng)濟意義和社會意義。