摘 要:采用全计算法对客运专线高性能混凝土进行了配合比设计,并在此基础上研究了粉煤灰掺量对混凝土力学性能及耐久性能的影响,试验结果表明,全计算法是一种更科学、更合理、更准确的配合比设计方法,为提高混凝土的耐久性,应该在保证混凝土早期强度的前提下尽可能多掺加矿物掺合料。
关键词:高性能混凝土,配合比设计,耐久性能
中图分类号: TU528. 31 文献标识码:A
1 概述
高性能混凝土是一种新型高技术混凝土,是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的。它的高性能主要体现在良好的耐久性上,是以耐久性为主要设计指标的。
使用优质的原材料如水泥和集料,再掺加足够数量的矿物活性细掺料和高性能外加剂[ 1 ] ,从而获得混凝土的高性能。在客运专线工程上使用高性能混凝土,能够大幅度减少后期维护费用,符合当前世界可持续发展的战略方针。
2 全计算法设计原理[3 ]
全计算法配合比设计的思路是首先建立普遍适用的混凝土体积模型,经科学推导得出HPC 的单方用水量和砂率的计算公式,再结合传统的水灰(胶) 比定则,即可全面定量地确定混凝土中各原材料的用量。建立普遍适用的混凝土体积模型是基于以下观点:
1) 混凝土各组成材料(包括固、液、气三相) 具有体积加和性;
2) 石子的空隙有干砂浆来填充;
3) 干砂浆的空隙有水来填充;
4) 干砂浆由水泥、细掺料、砂和空气隙所组成。模型的建立如图1 所示。
料体积比应为35∶65 ,对HPC ,可取Ve = 350 L 。Ves的确定可根据图1 模型,石子的空隙由干砂浆来填充,则:
Ves = 1 000 P = 1 000 (1 - ρ′c/ρc ) 。
其中,ρ′c 和ρc 分别为石子的堆积密度和表观密度。根据以上推导公式,再结合强度—水灰比规则,即可全面定量地计算出混凝土中各原材料用量。
3 计算实例
3. 1 设计要求
C50 预制混凝土箱梁配合比,坍落度要求150 mm～180 mm56 d 电通量小于1 000 C。
3. 2 原材料
水泥:湖南省韶峰水泥集团生产的韶峰牌P·O42. 5 普通硅酸盐水泥,水泥28 d 抗压强度实测值f ce = 45. 4 MPa ,密度为3 000 kg/ m3 。
细骨料:湖南衡山县群鑫砂场湘江河砂,其细度模数Mx =2. 9 ;堆积密度为1 540 kg/ m3 ,表观密度为2 620 kg/ m3 。
粗骨料:湖南衡山县砂泉产花岗岩碎石,由5 mm～10 mm 和10 mm～20 mm 按3∶7 组成5 mm～20 mm连续级配,堆积密度为1 520 kg/ m3 ,表观密度为2 640 kg/ m3 ,压碎指标为8. 4 %,针片状含量为3. 7 % ,含泥量为0. 2 %。
粉煤灰:湘潭电力粉煤灰有限公司生产的Ⅰ级灰,粉煤灰细度为0. 045 mm 筛余为2. 1 % ,密度为2 400 kg/ m3 。
外加剂:采用江苏博特新材料有限公司生产的高效减水剂。掺量0. 8 %。
水:衡山师古饮用水。
3. 3 设计步骤
1) 试配强度的确定。
f cu , p = f cu , k + 1. 645σ= 50 + 1. 645 ×6 = 59. 9 MPa。
2) 水胶比( W/ C′) 。
其中,ρc ,ρf 分别为粉煤灰密度, x 为粉煤灰在胶凝材料中的体积掺量,按照Mehta 和Aitcin 教授的观点,在HPC 中水泥与掺合料的体积比为75∶25 ,本次试验也取x = 0. 25 ,取V a = 32 L (即含气量为3. 2 %) ,则:
此配合比经试拌后发现砂率和浆集比偏低,根据拌合物工作性和和易性的要求,调整配合比,并在此基础上分别调整粉煤灰的掺量为15 %和27 %(质量百分比) ,得到相近的两个配合比见表2 ,其拌合物性能及试件力学性能和耐久性能见表3 。
4 结果分析
4. 1 全计算法配合比设计
通过本次试验可知,采用全计算法配制的高性能混凝土除砂率偏低外,材料用量相对准确,施工性能良好,结构均匀性好,致密程度高,混凝土的强度和耐久性都有足够的保证。之所以会出
现砂率偏低的情况,应该是因为假定的水泥浆体体积与骨料体积的定量关系与实际的情况有偏差,希望在实际的应用中加以注意。与普通的混凝土配合比设计方法相比,全计算法是一种更科学、更合理、更准确的配合比设计方法。
4. 2 粉煤灰掺量的影响
随粉煤灰掺量的增加,混凝土早期的强度呈下降趋势,但随龄期的增长,其强度却增长很快,这是因为混凝土早期的力学性能的增长主要是靠水泥的水化作用,而粉煤灰的火山灰效应主要是在28 d 龄期以后才开始。
随粉煤灰的增加,电通量呈下降趋势,这说明,粉煤灰的掺入除了火山灰效应促进水泥的进一步水化,其未水化的颗粒还能够填充结构中的空隙,双重作用优化了混凝土的孔结构,同时也提高了其后期强度,提高了其耐久性。因此,在不影响早期强度的前提下应尽可能地多掺加矿物掺合料。
5 结语
1) 全计算法是一种科学准确的配合比设计方法,采用这种方法配制的高性能混凝土除砂率偏低外,材料用量相对准确,施工性能混凝土良好,结构均匀性好,致密程度高,混凝土的强度和耐久性都有足够的保证。比普通混凝土更适合高性能混凝土的配合比设计。
2) 粉煤灰的掺入能够提高混凝土的耐久性能和后期强度,在进行配合比设计时,应该在不影响早期强度的前提下尽可能地多掺加细掺料,以提高工程结构的耐久性。
参考文献:
[1] 冯乃谦. 高性能混凝土[ M] . 北京: 中国建筑工业出版社,1996.
[2]吴中伟,廉慧珍. 高性能混凝土[M] . 北京:中国铁道出版社,1999.
[3]陈建奎,王栋民. 高性能混凝土(HPC) 配合比设计新法———全计算法[J ] . 硅酸盐学报,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
