C30-C60自密实混凝土的配制及性能研究

表1水泥物理力学性能0前言自密实混凝土技术是《建筑业10项新技术》中提出的需要积极推广的高性能混凝土技术。与普通混凝土相比,自密实混凝土具有优异的工作性能,不仅可以提高施工效率、保证施工质量,而且可以改善建筑施工环境、缩短施工工期,符合我国绿色施工和节能环保的要求。配制工作性能优异的自密实混凝土需要较多胶凝材料。因此,我国建筑工程中高强度自密实混凝土应用较多[1-3],而低于C60的自密实混凝土应用相对较少。本文采用大掺量矿物掺合料配制C30~C60自密实混凝土,并对自密实混凝土的工作性能、强度及抗氯离子渗透性能进行研究,为自密实混凝土的工程应用提供技术参考。1原材料及试验方法1.1原材料水泥：华润42.5级普通硅酸盐水泥,其物理性能指标见表1；粉煤灰：漳州后石电厂生产的域级F类粉煤灰,细度16.8%,需水量比98%,烧失量2.49%；矿粉：S95级矿渣粉,比表面积425m2/kg,流动度比99%；石子：5~20mm反击破碎石；砂：细度模数2.8的中砂,含泥量0.9%；减水剂：福建某公司生产Point-S聚羧酸高效减水剂,固含量20.3%；水：自来水,满足JGJ63-2006《混凝土用水标准》要求。1.2试验方法(1)混凝土工作性能及力学性能测试自密实混凝土拌合物的工作性能按照JGJ/T283-2012《自密实混凝土应用技术规程》进行,测试扩展时间T500、坍落扩展度、J型环扩展度和筛析离析率；混凝土的力学性能按照GB/T50081-2011《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行,测试混凝土3d、7d、14d、28d、56d和90d的抗压强度。(2)混凝土抗氯离子渗透试验使用CABR-RCP9型混凝土氯离子渗透仪,按C30~C60自密实混凝土的配制及性能研究徐仁崇1,陈茜1,苏艺凡1,刘光锐1,徐少杰2(1.厦门市建筑科学研究院集团股份有限公司,361004；2.厦门天润锦龙建材有限公司,361009)摘要：采用大掺量矿物掺合料配制C30~C60自密实混凝土，并对自密实混凝土的工作性能、强度及抗氯离子渗透性能进行研究。结果表明，增加胶凝材料用量可以改善混凝土的自密实性能，采用大掺量矿物掺合料替代水泥保证混凝土粉体总量，是配制中低强度自密实混凝土的方法之一；大掺量矿物掺合料自密实混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能随龄期的增长不断提高，大矿物掺合料自密实混凝土的抗压强度和抗氯离子渗透性能评价应以56d龄期为准。关键词：自密实混凝土；大掺量矿物掺合料；抗压强度；氯离子渗透性能Abstract:C30~C60self-compactingconcrete(SCC)ismadebyahighvolumeofmineraladmixtures.Theworkabili-ty,strengthandthepenetrationresistanceofchlorideionsperformanceofSCCareinvestigated.Theresultsshowthatin-creasingtheproportionofbindingmaterialcanimprovetheselfcompactingperformanceofconcrete,andusinglargeamountofmineraladmixtureassubstitutionofcementisawayofmakingmid-lowstrengthSCC.ThecompressivestrengthandpenetrationresistanceofchlorideionsperformanceofSCCwithalargeproportionofmineraladmixturesareimprovedcontinuallywiththeincreaseofcuringperiod,andshouldbeevaluatedbytheageof56d.Keywords:Self-compactingconcrete;Highvolumeofmineraladmixtures;Compressivestrength;Permeabilityofchlorideion中图分类号：TU528.53文献标识码：A文章编号：1000-4637（2014）02-09-04比表面积/(m2/kg)安定性凝结时间/min抗折强度/MPa抗压强度/MPa初凝终凝3d28d3d28d370合格2102545.38.328.350.2圆O14年第2期混凝土与水泥制品圆O14No.22月CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCTSFebruary9--PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中电通量法进行试验,分别测试混凝土28d、56d和90d时的电通量值。2配合比设计与试验结果以混凝土拌合物自密实性能和强度为目标,同时兼顾经济性,尝试使用大掺量矿物掺合料取代水泥进行C30~C60自密实混凝土配合比设计与试验。使用大掺量矿物掺合料替代水泥以保证混凝土粉体总量,从而实现混凝土拌合物优良的自密实性能,该设计方法具有以下优点：①大量使用粉煤灰、矿粉等矿物掺合料,减少水泥用量,利用粉煤灰和矿粉与水泥的价格差异降低配制自密实混凝土的成本；②使用矿物掺合料不仅能够延缓混凝土的水化温升,减少混凝土温差裂缝,而且能够改善混凝土的耐久性能[4]；③粉煤灰、矿粉等矿物掺合料来源于工业废弃物,将其用于混凝土中具有环保意义。经过试配,得到工作性能较优的C30~C60自密实混凝土配合比见表2；混凝土的工作性能及抗压强度试验结果见表3。3试验结果分析3.1自密实混凝土工作性能JGJ/T283-2012中,将自密实混凝土的自密实性能分为填充型、间隙通过性和抗离析性,填充型以坍落扩展度和扩展时间T500表征,间隙通过性以坍落扩展度与J环扩展度差值表征,抗离析性以离析率或粗骨料振动离析率表征。从表3可知,试验所配制的C30、C40自密实混凝土的坍落扩展度值介于600~650mm之间,且扩展时间T500大于2s,按照JGJ/T283-2012的规定,混凝土可用于无配筋或配筋较少的结构物,如混凝土桩、深基础及内部无加筋板的钢管等；C50、C60自密实混凝土的扩展度值介于660~755mm之间,扩展时间T500大于2s,可用于一般的普通钢筋混凝土结构；而要将自密实混凝土用于结构紧密的竖向构件、形状复杂的结构等,混凝土的扩展度值应大于760mm,且扩展时间T500应小于2s。坍落扩展度与J环扩展度差值在0~25mm的自密实混凝土具有良好的间隙通过性,可以用于钢筋强度等级原材料用量/(kg/m3)水胶比砂率/%水水泥粉煤灰矿粉石子砂减水剂C30C40C50C60178172172167216245312351192172130108727378819139219339368098177957974.85.15.76.80.370.350.330.3147474646强度等级T500/s坍落扩展度/mmJ环扩展度/mm差值/mm离析率/%抗压强度/MPa3d7d14d28d56d90dC30C40C50C605.14.34.23.4630650685705590615670680403515254.56.79.612.421.923.132.438.524.027.637.446.932.534.541.152.340.348.664.371.653.061.770.878.756.165.374.181.6净间距60~80mm的钢筋混凝土结构；坍落扩展度与J环扩展度差值在30~50mm的自密实混凝土可以用于钢筋净间距80~100mm的钢筋混凝土结构。由表3可知,试验配制的C50自密实混凝土间隙通过性能较好。自密实混凝土的流动性较大,控制不当易产生离析现象,影响自密实性能,JGJ/T283-2012中规定,筛析离析率≤15%的自密实混凝土具有较好的抗离析性能,能够用于流动距离超过5m、钢筋净距大于80mm的竖向结构。因此,试验配制的C30~C60自密实混凝土皆具有良好的抗离析性能。试验配制的C30自密实混凝土的工作性能测试见图1,C60自密实混凝土的工作性能测试见图2。可以看出,相比C30自密实混凝土,C60自密实混凝土的单方浆体量明显较多,而单方石子用量明显较少,大量的浆体可以使C60自密实混凝土获得更大的流动性,但也使混凝土拌合物的离析率增大。3.2自密实混凝土抗压强度由表3可知,试验配制的C30~C60自密实混凝土28d抗压强度均达到设计要求。C30~C60自密实圆O14年第2期混凝土与水泥制品总第214期10--PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建(a)坍落扩展度(b)J环扩展度(c)筛析离析率图1C30自密实混凝土工作性能测试照片(a)坍落扩展度(b)J环扩展度(c)筛析离析率图2C60自密实混凝土工作性能测试照片图3C30~C60自密实混凝土不同龄期抗压强度混凝土的抗压强度随养护龄期的变化见图3,可以看出,混凝土的抗压强度随着养护龄期的延长而增加,在56d龄期时,混凝土的强度基本达到了最终强度的95%。从图3可以看出,试验配制的自密实混凝土的早期强度发展较为缓慢,C30~C60自密实混凝土的7d抗压强度分别为90d抗压强度的43%、42%、50%和57%,这主要是由于混凝土掺入了大量粉煤灰所致。粉煤灰在混凝土水化初期并不具有明显的活性,主要起填充密实作用。随着龄期的增加,粉煤灰逐渐发挥活性效应,与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶,混凝土的强度得到提高。不同的是,C30和C40自密实混凝土的强度明显增长期是在14~56d,而C50和C60自密实混凝土的强度明显增长期为14~28d,这主要是因为C30和C40自密实混凝土的粉煤灰掺量较大,分别达到了40%和35%,而C50和C60自密实混凝土的粉煤灰掺量为25%和20%所致。因此,对于大掺量矿物掺合料的中低强度自密实混凝土,应测试56d抗压强度作为混凝土强度判定值。3.3自密实混凝土的抗氯离子渗透性能表4给出了C30~C60自密实混凝土28d、56d和90d氯离子渗透性能的电通量测试值,GB50164-2011《混凝土质量控制标准》中将电通量测试混凝土抗氯离子渗透性能划分为五个等级：电通量测值在1000~2000C的混凝土氯离子渗透性能低,电通量值在100~1000C的混凝土氯离子渗透性能很低。可见,试验配制的C30~C60自密实混凝土都具有良好的抗氯离子渗透性能,且在相同的测试龄期,自密实混凝土的强度等级越高,其抗氯离子渗透性能也越好。混凝土的抗氯离子渗透性能主要由两个因素决定[5]：一是混凝土自身对氯离子渗透的阻碍能力,这种能力主要取决于混凝土的密实性；二是混凝土C30C40C50C603714285690龄期/d80706050403020徐仁崇,陈茜,苏艺凡,等C30~C60自密实混凝土的配制及性能研究11--PDF文件使用pdfFactoryPro试用版本创建混凝土抗氯离子渗透性能内部物质对氯离子的物理或化学结合能力,这种能力既会影响氯离子渗透速度,又会影响水中自由氯离子的结合速率。众所周知,水胶比基本决定了混凝土的密实性和内部孔结构,水胶比越低,混凝土的内部孔隙率越低且有害大孔的数量越少,其阻碍氯离子渗透性能的能力就越强。试验配制的C30~C60自密实混凝土的水胶比皆在0.37以下,属于较低的水胶比；另一方面,矿粉和粉煤灰矿物掺合料的火山灰效应和微集料效应使水泥石的最大孔径尺寸减小,并改善了孔的结构,部分连通的孔隙变为孤立的封闭孔,从而提高了混凝土的抗氯离子渗透性能。此外,由于粉煤灰和矿粉对氯离子的初始物理吸附和二次水化产物对氯离子的物理化学吸附作用,也能够有效提高混凝