矿物掺合料对高强混凝土配制的影响-

　　前言

　　近年来，我国已建和在建的建筑中，已有许多100m以上高层建筑，而且采用了高强混凝土。高强混凝土多用于高层建筑底层柱，体积较大(断面最小尺寸超过1m)。如果水泥用量较多，会在混凝土内部产生较大温升，引起温度应力，造成开裂，影响混凝土的耐久性。因此近年来美、加、日、挪、法等国提出高性能混凝土的概念，即以耐久性为目标设计混凝土。除使用低水灰比和实现高流动性便于成型密实外，加入矿物掺合料是提高混凝土耐久性的重要措施。不同矿物掺合料有不同的特点，在高强混凝土中有不同的作用。我们从1994年开始，对掺用硅灰和沸石粉的高强混凝土的配制和性能进行了对比性试验研究。1995年又结合航华科贸中心大厦C60泵送混凝土的施工，对掺用粉煤灰的C60泵送混凝土进行了试配，并用于实际工程。

　　原材料

　　2.1　水泥　冀东水泥厂散装盾石牌525号硅酸盐水泥，主要技术性能见表1

　　2.2　矿物掺合料

　　粉煤灰：内蒙赤峰元宝山电厂Ⅰ级粉煤灰，其性能见表2。

　　沸石粉：河北省栾平斜发、丝光沸石粉，其性能见表3。

　　硅灰：河北丹江生产，测定其SiO2含量89％，密度2.16kg/m3。

　　2.3　集料

　　砂：昌平产河砂，技术性能见表4。

　　石：三河市黄土庄镁质石灰岩碎石5～25mm，技术性能见表5。

　　2.4　减水剂　中国建材院JK－2A，减水率23％，清华华迪合成材料公司NF－2－6，减水率25％。

　　3　试验及结果分析

　　3.1　由于磨细沸石粉需水量大，用于高强流态混凝土时，掺量不宜10％。因此本试验采用沸石粉的掺量基本一致(8～10％)，混凝土坍落度相同时，改变配合比，测定混凝土强度结果见表6。

　　(1)由于沸石粉的需水量较大(需水比106％)，沸石粉掺量增加时，应增加总用灰量或高效减水剂；

　　(2)当水灰比相同、总用灰量相同时，增加高效减水剂以保持坍落度不变，掺入9％的沸石粉后，强度基本不下降，或有所提高，而混凝土的和易性得到改善，目测离析、泌水现象大为减少；

　　(3)对C60以上的泵送混凝土，以沸石粉掺量≯9％，水灰比≯0.33为宜。

　　3.2　根据报道，掺硅灰的混凝土强度随硅灰的掺量而提高，但掺量超过10％以后，需水量增加较大。从经济性考虑，以硅灰8～10％等量取代水泥进行高强混凝土的试配结果见表7。

　　由表7可见：

　　(1)在水灰比和总用灰量相同的情况下，掺入硅灰后，混凝土28d后强度可提高20％以上，硅灰掺入量以8～10％为宜。

　　(2)掺入硅灰的高强混凝土28d前强度增长幅度较大，但60d强度基本不增长。

　　3.3　掺用粉煤灰的高强混凝土试配。优质粉煤灰需水比小，有利于改善混凝土和易性，因此可以加大其在混凝土中的掺量，以降低混凝土的内部温升；而且，粉煤灰对混凝土强度的贡献随龄期的增长而增加，有利于后期强度的发展。见图1所示为粉煤灰和水泥体积比为1∶1时，在不同水胶比下粉煤灰和水泥对混凝土强度的贡献。以不同量的粉煤灰等量取代水泥配制高强混凝土的配比和强度见表8。

　　由表8可见，加入粉煤灰直到30％，都可配制出28d强度为70MPa、坍落度170mm的高强混凝土。

　　4　航华大厦C60泵送混凝土生产应用

　　4.1　C60泵送混凝土的生产　经技术经济比较，最后采用掺粉煤灰的高强泵送混凝土用于航华大厦的施工。为了使目前人们能够接受而且可靠，选择粉煤灰掺入量为18％，水灰比为0.29，出机混凝土强度统计结果见表9。

　　4.2　C60泵送混凝土拌合物性能(见表10)

　　4.3　硬化混凝土部分性能(见表11)

　　4.4　高强混凝土的冬季施工　高强混凝土水灰比低，水泥用量较大，早期强度发展快，体积较大的混凝土柱内温升较大。在负温下，可以不掺用防冻剂。为了确定施工方案，对掺与不掺防冻剂的上述配合比混凝土进行负温养护和负温－标养联合养护下的强度对比试验。联合养护的制度为：成型后在－10℃下养护3d后继续标准养护28d，记作“－3＋28”；依此类推为“－7＋28”“－10＋28”，试验结果见表12

　　由表12可见,由于C60混凝土的强度发展快,即使置于负温下养护,强度照样增长；早期处于低温时，只要恢复养护，强度就会正常增长。无论标准养护还是联合养护，不加防冻剂的混凝土都比加防冻剂的混凝土强度高。在0℃下养护时，不加防冻剂的混凝土和加防冻剂的混凝土强度无明显差别，说明本技术的C60混凝土具有良好的抵抗负温影响的性能；即使在－10℃下养护10d，再进入标准养护28d后，强度仍然达到67MPa以上。有鉴于此，决定不使用防冻剂，按原配合比进行－10℃以上的冬季施工。同时采取相应的蓄热措施，防止混凝土内温度下降过快。现场施工时由在混凝土中预埋的温度传感器测出混凝土中的实际温度表明，在气温为1.8～2.2℃下浇筑的混凝土，养护7d后柱中心温度仍有11℃。此时跟踪现场构件温度养护的混凝土试件强度为65.0MPa，标准养护试件强度为56.0MPa，混凝土已产生足够抵抗冻结的强度。

　　5　结论

　　(1)在高强混凝土中掺入不同的矿物掺合料，除节省水泥、降低成本外，还可以有不同的作用：掺入天然沸石岩可解决加入高效减水剂后的高流动性混凝土易离析、泌水的问题；掺用硅灰可以在相同配合比下较大幅度地提高强度；粉煤灰则由于需水比低而可增大掺入量，以降低混凝土内部温升(该混凝土9月底实测温度为52℃)、发送混凝土拌合物的和易性，由于渗透性大大降低，可提高混凝土的耐久性。

　　(2)掺用粉煤灰的C60泵送混凝土和易性好，生产时预留83组试块，平均强度为74.35MPa，最低强度为61.4MPa，最高强度为88.2MPa，材料成本至少可降低20元/m3。　

　　(3)高强混凝土由于水灰比很低，早期强度较高，较大断面的构件中的内部温升足够保持冬季施工的混凝土在受冻以前处于正温下，因此高强混凝土用于冬季施工时，在不低于－10℃气温环境，按照冬季施工要求的各项保温、蓄热措施的情况下，可不加防冻剂。