C60高性能砼的試驗(yàn)研究

　　前言：

　　隨著商品砼的發(fā)展，對(duì)砼的質(zhì)量和服務(wù)要求日益提高，高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性是高性能砼（HPC）的顯著特性，是當(dāng)前國(guó)際范圍內(nèi)砼技術(shù)的發(fā)展方向，它適應(yīng)于現(xiàn)代化工程結(jié)構(gòu)高性能砼的應(yīng)用主要目的，是使砼結(jié)構(gòu)能安全可靠使用50~100年，大大減少增加的結(jié)構(gòu)物破壞的危險(xiǎn)，目前，在無錫地區(qū)，已經(jīng)出現(xiàn)C60高強(qiáng)度砼，主要應(yīng)用于高架橋結(jié)構(gòu)，但是量較小，以后高性能混凝土必然會(huì)大量需要，作為砼供應(yīng)單位，我們嘗試了配制C60及以上高性能砼以備將來能夠快速應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐，提高企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。

　　一、高性能砼（HPC）的工藝原理及思路

　　高性能砼的工藝原理與配制技術(shù)，與高強(qiáng)砼有相似之處，即常采用低水灰比并摻入高效減水劑，在低水灰比時(shí)，礦物摻合料的種類、品質(zhì)與用量對(duì)高性能砼的強(qiáng)度和其他性能的影響很大，此外，集料（尤其是粗集料）的種類與用量對(duì)砼的體積穩(wěn)定性的影響很大，在沒有成套的規(guī)則和方法配制HPC的條件下，必須選擇適應(yīng)的原材料和配比進(jìn)行試配，以期達(dá)到相應(yīng)的技術(shù)指標(biāo)。

　　根據(jù)本公司現(xiàn)有材料結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)及工程經(jīng)驗(yàn)，預(yù)擬采用兩套方案進(jìn)行C60高性能混凝土的試配工作，一種使用現(xiàn)有常規(guī)原材料，主要是普通萘系減水劑（本公司使用BS-2）和普通水泥（金峰P.O42.5），另一種主要采用江蘇省建科院研制的JM-PCA（I）砼超塑化劑，輔以其他摻合料進(jìn)行試驗(yàn)，通過兩種方法的比較，總結(jié)出可行的配比方案（方案1：水泥：粉灰：礦粉=65~75：15~20：10~15；方案2：水泥：粉煤灰=70~80：30~20）。

　　二、試驗(yàn)原材料的準(zhǔn)備

　?。?）  水泥：選用現(xiàn)有使用的常州金峰P.O42.5以及寧國(guó)海螺水泥廠生產(chǎn)的寧國(guó)P.O52.5。兩種水泥進(jìn)行試配，在一定范圍內(nèi)砼的強(qiáng)度與水泥強(qiáng)度成正比，這兩種水泥的質(zhì)量和生產(chǎn)能力均相當(dāng)穩(wěn)定。其檢測(cè)結(jié)果見下表一：

　　(2)礦物摻合料：在配制HPC時(shí)，摻加粉煤灰、礦渣微粉、硅粉等活性輔助膠凝材料是必要的，并具有顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)地位，HPC的高強(qiáng)度部分來源于其基材的密實(shí),即使有一部分水泥被一種或多種輔助膠凝材料代替，對(duì)砼早期強(qiáng)度不會(huì)有明顯的副作用，而且從控制水化熱和流變性能的角度也是有益的，摻加礦物摻合料既有利于砼施工和易性，又有利于砼的密度性而提高強(qiáng)度，還有利于后期強(qiáng)度的發(fā)展。依據(jù)上述要求，并結(jié)合本地材料特性，選用了沙鋼集團(tuán)生產(chǎn)的礦粉S95以及江陰夏港電廠I級(jí)粉煤灰，其具體技術(shù)指標(biāo)見下表二：

　?。?）骨料：骨料的性能和種類在配制HPC時(shí)有較大的影響，骨料在HPC中更活躍地參與了力學(xué)反應(yīng)，其中最主要的是骨料的強(qiáng)度和界面的粘結(jié)力，粗骨料的顆粒強(qiáng)度，針片狀顆料含量及含泥粉量往往就控制了HPC的強(qiáng)度，而粗骨料的最大粒徑也與界面過渡區(qū)的強(qiáng)弱有密切關(guān)系，因此，用于高性能砼的粗骨料的粒徑不宜過大，通常以10-15mm為最佳，超過25mm時(shí)，對(duì)砼強(qiáng)度和抗?jié)B透性能不利，考慮材料狀況，本試驗(yàn)特選用了浙江湖州太子山礦的5~25碎石，含泥量0.2%，泥塊含量為0，針片狀顆粒含量為5%，壓碎值指標(biāo)為5.8%除骨料材質(zhì)外，使用級(jí)配良好、潔凈骨料是必要的，作為細(xì)骨料，通常采用中等細(xì)度模數(shù)（2.5~3.0）的天然砂為好，本次試驗(yàn)選用了贛江砂，其細(xì)度為2.7，含泥量0.3%，泥塊含量為0。

　　（4）用水量，HPC的關(guān)鍵技術(shù)之一是拌和水大大降低的情況下獲得大流動(dòng)性，使硬化砼具有高強(qiáng)度和高密實(shí)性。必須選用高效高性能減水劑破壞水泥粒子的絮凝結(jié)構(gòu)，使水泥顆粒分散，通常在摻有摻合料的時(shí)候采用水膠比的概念來表現(xiàn)HPC的性能，本次試驗(yàn)選用飲用水。

　?。?）外加劑，配制HPC必不可少的是高效高性能減水劑，當(dāng)前在適當(dāng)?shù)貐^(qū)主要選用的是省建科院的超塑化劑JM-PCA，選擇外加劑應(yīng)考慮其與水泥及礦物摻和料的相容性，砼工作性的維持，減水率，砼泌水特性，砼凝結(jié)特性，砼孔結(jié)構(gòu)改善性和HPC的體積穩(wěn)定性要求，本次試驗(yàn)選用了江蘇省建科院生產(chǎn)的JM-PCA（I）砼塑化劑，作為對(duì)比樣，適用了本公司常用江陰暨陽外加劑廠生產(chǎn)的萘系高效減水劑（BS-2）其中JM-PCA（I）是具有高效減水率（>25%）,坍落度保留值大的優(yōu)點(diǎn)。

　　三、試驗(yàn)的組織與性能測(cè)試

　　根據(jù)以上的試配思路及原材料情況，參考大量的工程實(shí)例及資料，結(jié)合公司實(shí)際，采用以下試配方案，并對(duì)于性能測(cè)試主要檢測(cè)其新拌砼的坍落度、3天、7天、28天抗壓強(qiáng)度，另外考慮了粘度及擴(kuò)展度，由于高性能砼的粘度大，只用坍落度一項(xiàng)指標(biāo)無法評(píng)價(jià)砼的可泵性，為此，我們采用了以倒坍落度簡(jiǎn)測(cè)定流出時(shí)間和擴(kuò)展度為主，坍落度為參考的可泵性評(píng)定方法，粘度（也即流空時(shí)間）是這樣測(cè)定的，將坍落度筒倒置在一個(gè)三角支架上，下口離地面500mm，且有一擋板，將砼一次性裝入筒內(nèi)刮平，迅速抽去擋板，砼由筒內(nèi)流出，從抽出擋板到砼全部流出筒所需的時(shí)間即流空時(shí)間,砼擴(kuò)展度（也叫坍落度流動(dòng)度）的測(cè)定：在測(cè)試砼坍落度時(shí)，砼在坍落度過程中不斷向四周擴(kuò)展，當(dāng)擴(kuò)展停止后，垂直量取兩個(gè)方向的擴(kuò)展寬度，取平均值，即為擴(kuò)展度。一般，擴(kuò)展度≥500mm，流空時(shí)間為12~30s，砼具有最佳的可泵性。具體試驗(yàn)內(nèi)容見下表四：

　　四、結(jié)果分析

　　由表四、表五的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以看出此次試驗(yàn)的28天抗壓強(qiáng)度在65Mpa以上，基本上能夠滿足設(shè)計(jì)要求，由P01至P10均是使用了JM-PCA（I）砼超塑化劑（羧酸鹽系接枝共聚物為主要成分）進(jìn)行砼試配工作，其拌合物具有良好的工作狀態(tài)，坍落度保留值大，具有較高的減水率，用水量均在170kg/m³以下并且砼拌合物擴(kuò)展度大（≥550mm），流空時(shí)間短(≤25s)，其擴(kuò)展度1小時(shí)損失以及1小時(shí)后流空時(shí)間的變化趨勢(shì)相對(duì)很小，在使用了水泥、礦粉、粉煤灰的復(fù)合膠凝材料下，早期強(qiáng)度增長(zhǎng)較大，P06、P07、P09試配具有較好的參考價(jià)值，其各項(xiàng)指標(biāo)比較符合生產(chǎn)要求，可以進(jìn)行反復(fù)試驗(yàn)，向生產(chǎn)實(shí)踐靠攏，由P01至P10可以綜合得出，聚羧酸鹽類外加劑JM-PCA（I）配制HPC具有減水率大，與摻合料適應(yīng)性好，保坍性能優(yōu)異，強(qiáng)度增長(zhǎng)快等特性，適應(yīng)于配制HPC。

　　由B11至B17可以看出，在使用現(xiàn)有材料的情況下，經(jīng)過材料篩選，也可以配制出C60高性能砼，砼拌合物可以獲得良好的工作狀態(tài)，但經(jīng)時(shí)損失較大，水泥及各摻合料用量應(yīng)增加，給砼實(shí)際泵送過程帶來一定壓力，現(xiàn)有BS-2外加劑摻量較大，砼拌合物的氣泡較多，凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，均有待進(jìn)一步研究。

　　五、試驗(yàn)體會(huì)

　　通過大量的試驗(yàn)工作，對(duì)于C60高性能砼有以下幾方面體會(huì)，

　?。?）適宜采用礦粉、粉煤灰等復(fù)合膠凝材料配制HPC，礦粉S95可以等量替代水泥，I級(jí)粉煤灰一超代水泥，使用其“雙摻”可以使砼拌和物具有良好的工作狀態(tài)，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快。

　?。?）在使用常規(guī)42.5或52.5普通硅酸鹽水泥以及普通，萘系減水劑，在嚴(yán)格控制材料質(zhì)量的情況下，可以配制出高強(qiáng)度，高工作性能的砼，其強(qiáng)度可達(dá)到70Mpa以上，但經(jīng)時(shí)損失有待進(jìn)一步改善。

　?。?）C60HPC應(yīng)嚴(yán)格控制骨料的質(zhì)量，粗集料的最大粒徑不宜大于25mm，細(xì)集料細(xì)度在2.6~2.8較佳，泥含量，泥塊含量應(yīng)盡量低。

　?。?）使用“雙摻”和使用羧酸鹽類外加劑配制C60高性能砼時(shí)，坍落度保留值大，流動(dòng)性能好，強(qiáng)度較高（本試驗(yàn)可以高達(dá)80Mpa），通過復(fù)試，應(yīng)該可以盡快應(yīng)用與生產(chǎn)實(shí)踐。

　　（5）通過兩種方法，進(jìn)行試驗(yàn)配制C60高性能砼，其強(qiáng)度均可達(dá)到設(shè)計(jì)要求，工作性能上亦接近于生產(chǎn)，雙摻即可提高砼性能，又能降低成本，帶來顯著經(jīng)濟(jì)效益，是配制HPC的好途徑，應(yīng)優(yōu)先采用羧酸鹽類外加劑配制HPC，C60及以上等級(jí)砼的試驗(yàn)成功可以提升企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，給單位帶來豐厚的利潤(rùn)空間，本次試驗(yàn)尚須再次反復(fù)試驗(yàn)，力爭(zhēng)應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)踐。

　　參考：《高性能混凝土的配制與應(yīng)用》  張明征， 編著