水泥用量对高强自密实混凝土性能的影响.pdf

2 0 1 3 年 第 2 期 (总 第 2 8 0 期 ) Nu mb e r 2 i n 2 0 1 3 ( T o t a l No 2 8 0 ) 混 凝 土 Co nc r e t e 预拌混凝土 READY M I XED C0NCRETE 水泥用量对高强自密实混凝土性能的影响 程宝军 ，罗作球 ，亓维利 ，陈景 ，张建亮 ( 1 中建商品混凝土有限公司，湖北 武汉 4 3 0 0 0 0 ；2 中建商品混凝土天津有限公司，天津 3 0 0 0 0 0 ) 摘要 ： 对比研究了不同水泥用量对超细粉煤灰配制的高强 自 密实混凝土工作性能、 力学性能、 水化温升和收缩性能的影响规律。 结果表明： 胶凝材料总量 5 6 0 6 0 0 k g m3 、 超细粉煤灰掺量 3 0 、 水泥掺量在 2 5 6 0 之 间时 ， 均可配制出 2 8 d 抗压强度不低 于 8 O MP a 的高强混凝土 ； 随着混凝土胶凝材料中水泥用量的减少 ， 混凝土达到最高温峰 的时间逐渐延长 、 混凝土最高水化温升值和 自收缩率均逐渐的降低 。 关键词： 超细粉煤灰；高强混凝土；抗压强度；自收缩 中图分类号： T U 5 2 8 0 4 1 文献标志码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 2 3 5 5 0 ( 2 0 1 3 ) 0 2 0 0 9 7 0 5 Ce me n t c o n t e n t o n t h e i n f l u e n c e o n t h e p e rfo r ma n c e o f m i s c r o s p h e r e h i g h s t r e ng t h o f s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e C H E NGB a o -j tm ， L U OZ u o q i u ， 0 I We i 一 ， C H E NJ i n g I , Z H A NGJ i a n l i a n g ( 1 C h in a C o n s t r u c t i o n R e a d y Mi x e d C o n c r e t e C o ， L t d ， Wu h a n 4 3 0 0 0 0 ， C h i n a ； 2 C h i n a C o n s t r u c t i o nR e a d y Mi x e d C o n c r e t e T i a n j i nC o ， L t d ， T i a n j i n 3 0 0 0 0 0 ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e c e me n t c o n t e n t o n t h e i n fl u e n c e o n t h e wo r k p e r f o r ma n c e ， me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ， h y d r a t i o n t e mp e r a t u r e an d a u t o g e n o u s s h r i n ka ge p e r f o rm an c e of mi s c r o s p he r e hi g h s t r e n g t h c o n c r e t e we r e r e s e a r c h e d Ex pe rime nt a l r e s u l t s d e mo ns t r a t e d t h a t c e me nt ma t e ria l s t o t a l e d 5 6 0 - 6 0 0 k g m3 ， mi s c r o s p h e r e c o n t e n t wa s 3 0 ， c e me n t a d mi x t u r e wa s 2 5 - 6 0 ， c o u l d ma k e the c o mp r e s s i v e s t r e n gth o f 2 8 d 8 0 MP a h ilgh s t r e n gt h c o n c r e t e ， w i th t h e r e d u c t i o n o f t h e c e m e n t ， th e p e ak t i me o f h i g h t e mp e r a t u r e o f th e c o n c r e t e g r a d u a l l y e x t e n d e d ， the hi g h e s t h y d r a t i o n t e mpe r a t u r e r i s e a n d a u t o g e no u s s h r i n k a g e o fthe c o n c r e t e gra d u a l l y r e d uc e d K e y wor d s ： mi s c r o s p h e r e ； h i g h s tr e n gth c o n c r e t e ； c o mp r e s s i v e s tre n g t h ； a u t o g e n o u s s h r i n k a g e 0 引言 高强高性能混凝土的优越性已被广泛推广应用。 如在 高层建筑中， 应用高强混凝土 ， 可以节省材料用量， 减轻构 件或建筑 物 自重 ， 增加有效使用面积 ； 可 以通过增加结构 刚度而减少高层房屋的压缩量与水平荷载下的横向位移 1 。 目前 ， 配制 C 6 0 及其以上强度等级的高强混凝土， 混凝土 配合 比设计中水泥用量均较高( 约 占6 0 8 0 ) ， 并掺加 诸如硅灰、 超细矿粉等活性较高的超细矿物掺合料， 同时 添加高效减水剂。 研究表明 ： 掺加硅灰 的混凝土与不掺硅灰混凝土相 比 自收缩值 明显增大 2 。 细度为 3 3 8 m2 k g的矿粉 ， 在掺量为 0 9 0 范围内， 自收缩随着矿渣掺量的增加而减少 ； 细度 为 8 3 6 m 2 k g的超细矿粉 ， 掺量在 0 7 0 范围内 ， 自收缩随 着矿渣掺量的增加而增大翻 。 掺加粉煤灰 、 石灰石粉或憎水 石英粉的混凝土的自收缩值会降低 ， 王强等凹 研究了在保 持混凝土 7 d 抗压强度不变的条件下， 水胶比和粉煤灰掺量 变化对混凝土 自收缩的综合影响。 其研究表明降低水胶比 会增大 自收缩 ， 而增加粉煤灰掺量会减小 自收缩 ， 在一定 范围内， 增加粉煤灰掺量所带来的减缩效应大于降低水胶 收稿日期 ：2 0 1 2 0 8 0 4 比所带来 的增缩效应。 文献资料表明 ： 掺加硅灰能提高水泥的水化热； 矿 粉也能在一定程度上降低水泥的水化热， 但是和粉煤灰相 比， 降低水化热效果不明显 ； I 级粉煤灰能明显的降低水泥 的水化热 ， 当粉煤灰掺量在 0 7 1 变化时 ， 水泥的水化热 降低率达到 5 1 。 丁庆军等 研究表明超细粉煤灰和粉煤 灰均主要是球形颗粒 ， 碱性条件下的侵蚀过程需要一定龄 期 ； 养护龄期至 1 5 0 d 时 ， 粉煤灰的反应程度不到 3 5 。 采用较 高的水泥用量并掺加硅灰 、 超细矿粉等活性较 高的超细矿物掺合料配制高强混凝土， 其水化热较大、 水化 温升较高且 自收缩较大 ， 易导致高强混凝土的温度和收缩 开裂 ， 严重制约了高强混凝土的应用 。 采用活性相对较低的 超细掺合料超细粉煤灰配制高强 自密实混凝土， 并在 此基础上 面开展 了不 同水 泥用量对 高强 自密实混凝土性 能影响的试验研究 。 1 试验原材料及方法 1 1 试验原材料 1 1 1 水泥与矿物掺合料 试验所用的水泥为冀东 P O 4 2 5 级， 矿粉为天津河北 9 7 调整各组分颗粒大小比例， 提高体系颗粒紧密堆积度， 减少 大孔隙， 降低孔隙率 ； 在实现紧密堆积的同时， 确保胶凝 材料各组分的具有一定的胶凝活性； 降低高水化热组分 含量 ， 在保证胶凝强度的前提下 ， 尽量降低水泥 、 矿粉的比 例 ， 降低水化热； 降低混凝土水泥用量的同时也降低了高 强混凝土的 自收缩。 2 2 试 验 方 法 本试验通过掺加高效减水剂和超细粉煤灰来保证混 凝土的水胶比不变， 研究了不同水泥用量对高强混凝土性 能的影响规律。 采用水泥 + 超细粉煤灰 + s 9 5 矿粉的胶凝 材料配制高强混凝土 ： ( 1 ) 对 比胶材用量、 水泥用量和水胶 比不变时 ， 超细粉 煤灰用量在 1 0 4 0 之间变化时对高强混凝土性能的影 响， 寻找超细粉煤灰在混凝土中的最佳掺量； 设计混凝土密 度 2 4 5 0 k g m ； 胶 材用量 6 0 0 k g m ； 水 泥用量 3 0 0 k g m ； 水胶比0 2 ； 超细粉煤灰 1 0 、 2 0 、 3 0 和 4 0 四个掺量。 ( 2 ) 对 比胶材 用 量 、 超 细粉 煤灰 掺量 和 水胶 比不变 时 ， 水泥用量在 2 5 - 6 0 之间变化时对高强混凝土性能 的影响， 寻找水泥在高强混凝土中的适宜掺量。 设计密度 2 4 5 0 k g m ； 胶材用量 5 6 0 、 5 8 0 、 6 0 0 k g m 。 三个掺量 ； 超细粉 煤灰掺量 3 0 ； 水胶 比 0 _2 ； 水泥 6 0 、 5 0 、 4 0 和 2 5 四个 掺量。 3 水泥用量对高强混凝土性能的影响 3 1 超细粉煤灰掺 量 不同超细粉煤灰掺量高强混凝土配合比及高强混凝 土工作性能和力学性能分别如表 4 、 5 所示 ： 可以看 出， 当 高强混凝土胶材总量、 水泥用量和水胶比不变， 超细粉煤 灰掺量由 1 0 至 3 0 变化时， 随着超细粉煤灰掺量的增加 外加剂掺量逐渐降低 、 倒筒时间逐渐缩短、 坍落扩展度逐 渐增大 ； 超细粉煤灰掺量超过 3 O 后 ， 随着超细粉煤灰掺 量的增加外加剂掺量 、 倒筒 时间和坍落扩展度呈现相反规 律 。 掺加 3 0 的超细粉煤 灰有利 于混凝 土工作性 能 的改 善 ， 在保 证外加剂掺量相对较低 的情况下 ， 能有效控制混 凝土的水胶 比。 同时， 由表 4 、 5 还可以看出， 掺加 2 0 超细粉煤灰配 制的高强混凝土2 8 d 前抗压强度最高； 随着养护龄期的延 长 ， 掺加 3 0 超细粉煤灰配制的混凝土抗压强度逐 渐的接 近掺加 2 0 超细粉煤灰配制的混凝土， 并于2 8 d 龄期时抗 压强度超过 2 0 超细粉煤灰配制 的混凝土 。 综合考虑混凝 土工作性能和力学性能 ， 掺加 3 0 的超细粉煤灰配制高强 混凝土较为合理。 表 4 不同超细粉煤灰掺量高强混凝土配合比 3 2 水泥用量对高强混凝土工作性能和力学性能 的影 响 不 同水 泥用量高强混凝土配合 比设计及混凝 土工作 性能和力学性能分别如表 6 、 7所示 ： 可以看出， 在保证高 强混凝土胶材总量不变和工作性能相 同的前提下 ， 随着水 泥用量 的减少和矿粉掺量的增加 ， 外加剂掺量呈现 了小幅 度 的递减趋势 。 由表 6 、 7可以看 出 ， 随着水泥用量 的减少 ， 高强混凝 土 的抗压强度逐渐的降低 ， 水泥掺量 6 0 和 5 0 的混凝土 3 d 抗压强度较高， 随着养护龄期的延长， 抗压强度逐渐的 增加， 2 8 d 抗压强度均达到了9 5 0 MP a 以上； z k 泥掺量4 0 的混凝土 3 d 抗压强度较低 ， 随着养护龄期的延长， 混凝土 的抗压强度逐渐的增加， 抗压强度增长幅度大于水泥掺量 6 O 、 5 0 的混凝土， 2 8 d 抗压强度均达了8 5 0 MP a以上； 水泥掺量 2 5 的混凝土 3 d 抗压强度较低 ， 但随着养护龄 期的延长， 其后期强度增长幅度较大， 2 8 d 抗压强度均达到 了 8 0 0 MP a 以上。 在试验过程中， 随着混凝土配合比中水 泥用量 的减 少 ， 混凝 土的凝 结时间逐渐 的延长 ， 需及时有 效的调整混凝土外加剂中缓凝组分的含量， 确保混凝土的 凝结时间正常 。 同时， 在保证高强混凝土胶凝材料各组分比例相同的 前提下 ， 胶凝材料总量 5 6 0 6 0 0 k g m3 之间变化 时 ， 混凝土 各龄期抗压强度随胶材总量的减少呈现一定程度的降低 趋势， 但抗压强度降低幅度不大 ， 混凝土各龄期抗压强度 较为接近 。 3 3 水泥用量对超细粉煤灰 高强 自密实混凝土水 化温升的影响 水泥用量对超细粉煤灰高强 自密实混凝土水化温升 影响规律如图 5 所示 ， 可以看出随着高强自密实混凝土胶 材材料中水泥用量的减少， 最高水化温升值逐渐的降低， 达 q 9 表 6 不同水泥用量高强混凝土配合比 到最高温 峰的时 间逐渐的延长 ； 对 比 C W 1 和 C W 2 水化 温升曲线 ， 当水泥用量 由 3 6 0 k g m 降低到 3 0 0 k g m ， 混凝 土最高水化温升值降低了5左右， 出现最高温峰的时间 延 长了 4 h 左右 ；混凝土对比 C W 1 和 C W 4水化温升 曲 线， 当水泥用量由3 6 0 k g m s 降低到 1 5 0 k g m ， 混凝土最高 水化温升值降低了 1 0左右， 出现最高温峰的时间延长了 8 h 左右。 胶凝材料中水泥用量的减少在一定程度上减低 了胶凝材料整体的水化放热速率和水化程度 。 时 r 日 J ， h 图 5 不同水泥用量混凝土胶材水化温升 曲线 3 4 水泥用量对超细粉煤灰高强 自密实混凝土 自 收缩的影 响 水泥用量对超细粉煤灰高强 自密实混凝土 自收缩影 响规律如图6 所示， 可以看出C W- 1 混凝土7 d 前自收缩速 1 0 0 率较快 ， 7 d 后 自收缩趋于稳定且小幅度增加 ， 1 6 d 时 的 自 收 缩值为万 分之 4 5 ； C W 2混凝 土 3 d 前 处 于微膨胀 阶 段 ， 3 d 后开始产生 自收缩 ， 其 自收缩值随着龄期的延长逐 渐的增加 ， 1 3 d自收缩值趋于稳定， 1 6 d时的自收缩值为 万分之 3 5 ； C W 4混凝土 5 d前处于微膨胀阶段， 5 d 后开 始产生自收缩， 自收缩增长幅度小于 C W 2 混凝土， 1 6 d自 收缩值为万分之 1 4 。 龄期 ， h 图6 不同水泥用量超细粉煤灰高强自密实混凝土自收缩曲线 混凝土中的组分可分为限制收缩相和收缩相两大类， 限制收缩相为水泥水化产物 C H晶体以及未水化完的水 泥颗粒、 矿物掺合料颗粒和砂石等组成 ， 而收缩相为胶凝 材料水化产物 c s H凝胶等组成。 水泥水化和矿物掺合料 二次水化生成的c s H凝胶是混凝土中起胶凝作用的主 要物质 ， 它也是水泥浆体收缩的根源。 研究表明： 粉煤灰在 2 8 d 时 ， 火 山灰反应程度为 1 0 左右 ， 到 9 0 d 时 ， 粉煤灰 的 反应程度在 2 0 左右n o I n 】 。 在掺量 和龄期相 同的条件下 ， 粉 煤灰细度对其化学结合水量没有显著影响， 粉煤灰细度对 其 活性 的提高影响较小旧。 故 随着混凝土胶材用量和胶凝 材料 中水泥用量 的减少 ，混凝土 中的收缩相逐渐减少 ， 限 制收缩相逐渐增多， 混凝土的自收缩值逐渐的降低。 4结论 ( 1 ) 超细粉煤灰 配制 高强 自密实混凝 土时 ， 超细粉煤 灰掺量对其性能的影响较大， 掺加 3 0 的超细粉煤灰配制 混凝 土工作性能和力学性能均较为优异。 ( 2 ) 胶 凝 材料 总 量 5 6 0 6 0 0 k g m， 、 超 细 粉 煤灰 掺 量 3 0 、 水泥掺量 2 5 6 0 时 ， 均可配制 出 2 8 d 抗压强度不 低于 8 0 MP a 的高强混凝土 ； 其中水泥掺量 占胶材总量2 5 配制 的混凝土的 1 6 d自收缩值不大于万分之 1 4 、 混凝土胶 材最高水化温升值不大于 6 4。 ( 3 ) 在保证高强混凝土胶凝材料各组分比例相同的前 提下， 胶凝材料总量 5 6 0 6 0 0 k g ms 之间变化时， 混凝土各 龄期抗压强度随胶材总用量的减少呈现一定程度的降低 趋势， 但抗压强度降低幅度不大， 混凝土各龄期抗压强度 较为接近 。 参考文献： 1 1 M e Sa P K u m a r ， M o n t e i r o P a u l o J M C o n c r e t e S t r u c t u r e ， P r o p e r t i e s a n d M a t e r i al s M N e w J e r s e y ： P r e n t i c e H a l l ， 1 9 9 3 2 】 沈洋 圭 灰对硬化浆体早期收缩的影响 J 建筑材料学报， 2 0 0 0 ： 上接第 9 6页 龄期， d 抗拉强度 MP a ( a ) 抗压强度随龄期变化 ( b ) 抗压强度与劈拉强度关系 图 3 抗压强度与龄期及劈拉强度的关系 4结 论 ( 1 ) 利用的改进全计算法， 可以成功配制工作性能和 力学性能 良好的 C 6 0自密实混凝土 。 ( 2 ) 通过坍落度、 坍落扩展度 、 T 流动时间及筛分析 试验等参数测试新拌混凝土的工作性能 ， 该配合比自密实 混凝土工作性能突 出， 试验过程 中拌合物不离析 、 不泌水 、 流动性能好、 能自流平 ， 很好的达到二级 自密实混凝土的 要求 。 ( 3 ) 测试了立方体抗压强度、 劈裂拉伸强度、 抗折强度 随龄期的发展变化。 1 5 0 r l：l m边长立方体试件 2 8 d 抗压强 度为 7 4 1 4 MP a ， 达到设计要求， 3 、 7 、 1 4 d 抗压强度分别达 到 2 8 d强度的 3 5 4 、 6 6 7 、 8 0 2 ； 7 、 1 4 、 2 8 d龄期抗折 强度分别为 8 1 6 、 1 0 2 3 、 1 1 9 6 MP a ； 抗压强度随龄期的发 1 2 -1 6 【 3 3 安明酷 ， 朱金铨 ， 覃维祖 高性能混凝土的自收缩问题【 J 建筑材 料学报， 2 0 0 1 ， 4 ( 2 ) ： 1 5 9 1 6 5 4 】王强， 陈志城， 阎培渝， 等强度条件下水胶比和粉煤灰掺量对混 凝土自收缩的影响叨 混凝土， 2 0 0 6 ( 1 2 ) ： 1 - 3 5 】 聂强， 陈磊， 牛文阁， 等 不同掺合料对水泥水化热的影O NJ 粉 煤灰， 2 0 0 7 ( 3 ) ： 1 - 5 【 6 黎鹏平， 苏达根， 王胜年， 等 掺合料对胶凝材料水化热及混凝 土氯离子扩散系数的影响【 J 1 水运工程， 2 o o 9 ( 1 1 ) ： 6 - 1 0 7 】丁庆军， 韩冀豫， 黄修林， 等 超细粉煤灰与硅灰、 粉煤灰水化活 性的对比研究f J 】 武汉理工大学学报， 2 0 1 1 ， 3 3 ( 3 ) ： 5 4 5 8 【 8 】王军， 呆国， 吴雄， 等混凝土水化温升测剧义 中国： 2 0 5 3 9 3 4 7 0 ， 2 01 0 【 9 姚三支， 邹微子， 欧阳东 C I O 0 混凝土制备基础理论矿物减 水机理【 J 1 华南建设学院皖西学报， 2 0 0 0 ( 9 ) ： 5 9 6 4 【 1 0 B E N H A H A M， D E WE E R D T K ， L O T H E N B A C H B Q u a n t i fi e a t i o n o f t h e d e g r e e o f r e a c t i o n of fl y a s h J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 1 0 ， 4 0 ( 1 1 ) ： 1 6 2 0 1 6 2 9 【 1 1 L A M L ， WO N G Y L ， P O O N C S D e gre e o f h y d r a t i o n a n d g e l s p a c e r a t i o of h i g h v o l u m e fl y a s h c e m e n t s y s t e m s J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 2 0 0 0 ， 3 0 ( 5 ) ： 7 4 7 7 5 6 【 1 2 朱蓓蓉， 杨全兵， 吴学礼 I 级粉煤灰火山灰反应性研究 J 混凝 土与水泥制品 ， 2 0 0 2 ( 1 ) ： 3 - 6 作者简介 ： 联 系地址 ： 联系电话 程宝军( 1 9 8 6 一 ) ， 男， 硕士 ， 研究方向 ： 水泥混凝土。 湖北省武汉市东湖高新区高科大厦 1 3楼 中建商品 混凝土有限公司( 4 3 0 0 0 0 ) 1 3 6 5 98 5 4 91 1 展变化 、 以及抗压强度和劈裂拉伸强度 的关 系 ， 分别可用 对数公式和指数公式拟合， 拟合程度良好。 参考文献 ： 1 C E C S 2 0 3 ： 2 0 0 6 ， 自密实混凝土应用技术规程 s E 京： 中国计 划出版社 ， 2 0 0 6 【 2 】 侯景鹏， 冯敏启 密实混凝土技术及其工作性能测试方法【 J 1 混 凝土 ， 2 0 0 9 ( 1 ) ： 9 4 9 5 3 13 张金喜 自密实混凝土性能及工程应用研究 D 】 E 京： 北京工业 大学， 2 0 1 0 4 F E R R A R I S C F ， B R O WE R L ， e t a 1 Wo r k a b i l i t y o f s e l f - c o m p a c t i n g c o n c r e t e J Na t i o n a l I n s t i t u t e of S t a n d a r d s a n d T e c h n o l o g y ， 2 0 0 0： 3 9 8 -4 0 7 作者简介： 联系地址 ： 侯景鹏( 1 9 7 3 一 ) ， 男， 副教授， 工学博士， 研究方向： 混 凝土材料与结构性能。 吉林省吉林市长春路 1 6 9号 东北电力大学建筑工程 学院( 1 3 2 0 1 2 ) 联系电话： 1 3 8 4 3 2 2 9 6 3 4 1 O 1