摘 要:采用全計算法對客運專線高性能混凝土進行了配合比設計,并在此基礎上研究了粉煤灰摻量對混凝土力學性能及耐久性能的影響,試驗結果表明,全計算法是一種更科學、更合理、更準確的配合比設計方法,為提高混凝土的耐久性,應該在保證混凝土早期強度的前提下盡可能多摻加礦物摻合料。
關鍵詞:高性能混凝土,配合比設計,耐久性能
中圖分類號: TU528. 31 文獻標識碼:A
1 概述
高性能混凝土是一種新型高技術混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的。它的高性能主要體現在良好的耐久性上,是以耐久性為主要設計指標的。
使用優質的原材料如水泥和集料,再摻加足夠數量的礦物活性細摻料和高性能外加劑[ 1 ] ,從而獲得混凝土的高性能。在客運專線工程上使用高性能混凝土,能夠大幅度減少后期維護費用,符合當前世界可持續發展的戰略方針。
2 全計算法設計原理[3 ]
全計算法配合比設計的思路是首先建立普遍適用的混凝土體積模型,經科學推導得出HPC 的單方用水量和砂率的計算公式,再結合傳統的水灰(膠) 比定則,即可全面定量地確定混凝土中各原材料的用量。建立普遍適用的混凝土體積模型是基于以下觀點:
1) 混凝土各組成材料(包括固、液、氣三相) 具有體積加和性;
2) 石子的空隙有干砂漿來填充;
3) 干砂漿的空隙有水來填充;
4) 干砂漿由水泥、細摻料、砂和空氣隙所組成。模型的建立如圖1 所示。
料體積比應為35∶65 ,對HPC ,可取Ve = 350 L 。Ves的確定可根據圖1 模型,石子的空隙由干砂漿來填充,則:
Ves = 1 000 P = 1 000 (1 - ρ′c/ρc ) 。
其中,ρ′c 和ρc 分別為石子的堆積密度和表觀密度。根據以上推導公式,再結合強度—水灰比規則,即可全面定量地計算出混凝土中各原材料用量。
3 計算實例
3. 1 設計要求
C50 預制混凝土箱梁配合比,坍落度要求150 mm～180 mm56 d 電通量小于1 000 C。
3. 2 原材料
水泥:湖南省韶峰水泥集團生產的韶峰牌P·O42. 5 普通硅酸鹽水泥,水泥28 d 抗壓強度實測值f ce = 45. 4 MPa ,密度為3 000 kg/ m3 。
細骨料:湖南衡山縣群鑫砂場湘江河砂,其細度模數Mx =2. 9 ;堆積密度為1 540 kg/ m3 ,表觀密度為2 620 kg/ m3 。
粗骨料:湖南衡山縣砂泉產花崗巖碎石,由5 mm～10 mm 和10 mm～20 mm 按3∶7 組成5 mm～20 mm連續級配,堆積密度為1 520 kg/ m3 ,表觀密度為2 640 kg/ m3 ,壓碎指標為8. 4 %,針片狀含量為3. 7 % ,含泥量為0. 2 %。
粉煤灰:湘潭電力粉煤灰有限公司生產的Ⅰ級灰,粉煤灰細度為0. 045 mm 篩余為2. 1 % ,密度為2 400 kg/ m3 。
外加劑:采用江蘇博特新材料有限公司生產的高效減水劑。摻量0. 8 %。
水:衡山師古飲用水。
3. 3 設計步驟
1) 試配強度的確定。
f cu , p = f cu , k + 1. 645σ= 50 + 1. 645 ×6 = 59. 9 MPa。
2) 水膠比( W/ C′) 。
其中,ρc ,ρf 分別為粉煤灰密度, x 為粉煤灰在膠凝材料中的體積摻量,按照Mehta 和Aitcin 教授的觀點,在HPC 中水泥與摻合料的體積比為75∶25 ,本次試驗也取x = 0. 25 ,取V a = 32 L (即含氣量為3. 2 %) ,則:
此配合比經試拌后發現砂率和漿集比偏低,根據拌合物工作性和和易性的要求,調整配合比,并在此基礎上分別調整粉煤灰的摻量為15 %和27 %(質量百分比) ,得到相近的兩個配合比見表2 ,其拌合物性能及試件力學性能和耐久性能見表3 。
4 結果分析
4. 1 全計算法配合比設計
通過本次試驗可知,采用全計算法配制的高性能混凝土除砂率偏低外,材料用量相對準確,施工性能良好,結構均勻性好,致密程度高,混凝土的強度和耐久性都有足夠的保證。之所以會出
現砂率偏低的情況,應該是因為假定的水泥漿體體積與骨料體積的定量關系與實際的情況有偏差,希望在實際的應用中加以注意。與普通的混凝土配合比設計方法相比,全計算法是一種更科學、更合理、更準確的配合比設計方法。
4. 2 粉煤灰摻量的影響
隨粉煤灰摻量的增加,混凝土早期的強度呈下降趨勢,但隨齡期的增長,其強度卻增長很快,這是因為混凝土早期的力學性能的增長主要是靠水泥的水化作用,而粉煤灰的火山灰效應主要是在28 d 齡期以后才開始。
隨粉煤灰的增加,電通量呈下降趨勢,這說明,粉煤灰的摻入除了火山灰效應促進水泥的進一步水化,其未水化的顆粒還能夠填充結構中的空隙,雙重作用優化了混凝土的孔結構,同時也提高了其后期強度,提高了其耐久性。因此,在不影響早期強度的前提下應盡可能地多摻加礦物摻合料。
5 結語
1) 全計算法是一種科學準確的配合比設計方法,采用這種方法配制的高性能混凝土除砂率偏低外,材料用量相對準確,施工性能混凝土良好,結構均勻性好,致密程度高,混凝土的強度和耐久性都有足夠的保證。比普通混凝土更適合高性能混凝土的配合比設計。
2) 粉煤灰的摻入能夠提高混凝土的耐久性能和后期強度,在進行配合比設計時,應該在不影響早期強度的前提下盡可能地多摻加細摻料,以提高工程結構的耐久性。
參考文獻:
[1] 馮乃謙. 高性能混凝土[ M] . 北京: 中國建筑工業出版社,1996.
[2]吳中偉,廉慧珍. 高性能混凝土[M] . 北京:中國鐵道出版社,1999.
[3]陳建奎,王棟民. 高性能混凝土(HPC) 配合比設計新法———全計算法[J ] . 硅酸鹽學報,2000 ,28 (2) :66267.
Mix proportion design of high2performance
concrete in special railway l ine for passenger transportation
GAO Jin2huan
Abstract : Utilizing overall calculation method mix proportion design of high2performance concrete in special railway line for passenger trans2portation is introduced The influences of additive amount of fly ash on mechanical properties and durability of concrete are analyzed. test resultsshow overall calculation method is a more scientific , accurate and reasonable method for mixproportion design.
Key words : high2performance concrete , mix proportion design , durability
