高性能混凝土制备及性能研究

( 1) J M - PCA 聚羧酸高效减水剂对水泥中掺加粉 煤灰、 矿粉等多种矿物质掺合料的配合比胶凝材料体 系具有良好的适应性 , 混凝土 2 h 坍落度损失小 , 流动 性能极佳, 能有效调节混凝土含气量。 ( 2) 在双掺情况下 , 矿粉掺量在 20 % 左右, 混凝土 流动性很好 , 混凝土早期强度较高, 有利于张拉工艺的 及时开展。 ( 3) 在胶凝材料总量不变的情况下 , 随着掺合料 掺量的增加 , 混凝土的早期强度随之降低 , 但后期强度 增长很快。 5. 2 劈裂抗拉、 抗折、 轴心抗压及弹性模量 抗折强度试验在试验室 的 KZ - 100 型抗折仪上 进行, 采用跨中三分点双集中等荷载加压 , 支点间跨度 为 300 mm, 试件采用 100 mm 100 mm 400 mm 的混 凝土小梁, 每组 3 个试件, 试验结果如表 4 所示。
细度 (% ) 2. 6 烧失量 (% ) 4 . 19 游离氧化钙 (% ) 0 . 56 C l含量 (% ) 0 . 007
这一成果弥补了长期困扰混凝土结构物各种缺陷。通 过制定合理的施工方案, 确保了工程质量全面创优。 3. 2 高性能混凝土的技术措施 改善和提高混凝土结构物的耐久性必须从材料本 身的性能出发, 提高混凝土材料本体的耐久性。主要 混凝土结构物采用抗开裂高性能混凝土。采用优质混 凝土矿物掺合料和新型高效减水剂复合 , 配以与之相 适应的水泥和级配良好的粗、 细骨料 , 形成低水胶比、 低缺陷、 高密度、 高耐久的混凝土结构。
2010 年 12 月 第 1卷 第 5期
高 速 铁 路 技 术 HI GH SPEED RA I LWAY TECHNOLOGY
No . 5, V o.l 1 D ec . 2010
文章编号: 1674
8247( 2010) 05
0036 04
高性能混凝土制备及性能研究
宋海宏
( 中铁十二局集团有限公司 , 摘 太原 030024)
4 过配合比设计
4. 1 原材料的选择 ( 1)水泥。广西华润水泥有限公司生产的 PO 42 5 普通硅酸盐水泥 , 主要技术指标见表 1 所示。
碱含量 (% ) 0. 47 抗压强度 ( M Pa) 3d 30 . 5 28 d 50 . 2 抗折强度 ( M Pa) 3 d 5. 7 28 d 8. 1
要 : 选用优质的常规材 料 , 通 过低 水胶 比 , 低胶 凝材 料用 量 , 成 功地 制 备了 流动 性 优良 , 抗 压 强度 超过
60 M P a , 耐久性优异的高性能混凝 土。研 究的内 容主要 包括高 性能混凝 土的配 合比设 计 , 以 及抗 压强 度、 劈 裂抗拉强度、 抗折强度、 轴心抗压强度 、 弹性模量等力学性能 ; 同时还进行了电通量、 抗硫酸盐侵蚀等 耐久性研 究。 关键词 : 高性能混凝土 ; 原材料 ; 配合比 ; 工作 性 ; 力学性能 ; 耐久性 中图分类号 : U 444 01 文献标识码 : A
表2
编号 X J 001 X J 002 X J 003 水泥 ( kg) 300 350 400 矿粉 ( kg) 75 100 50 粉煤灰 ( kg) 125 50 50 砂 ( kg) 661 661 661
填充骨料颗粒的空隙并包裹骨料形成润滑层, 特别是 粉煤灰颗粒 呈球形状 ( 优质的粉 煤灰含大 量玻璃 微 珠 ) , 它们共同在混凝土中起着润滑作用, 使拌合物流 动性得以优化, 可泵性能更好。 ( 2) 活性效应。掺入活性掺合料后 , 微细粉在水 化过程中能起微晶体核作用, 促进硅酸盐矿物的水化, 提高了水泥石结构的密实度, 还能改善混凝土中水泥 浆体与骨料间的界面结构。这不仅有利于混凝土力学 性能的提高 , 而且有利于混凝土耐久性的改善。 ( 3) 叠加填充效应。混凝土可视为连续级配的颗 粒堆积体系 , 粗骨料的间隙由细骨料填充 , 细骨料的间 隙由水泥颗粒填充, 水泥颗粒的间隙由更细的颗粒填 充。掺合料充当 更细的颗粒 , 因而改善混凝土的孔 结构, 对提高抗渗透性 , 耐久性都十分有利。 本项目研究采用普通硅酸盐水泥、 活性矿物掺合 料、 高效减水剂为主要材料 , 同时采用常规的骨料和工 艺方法配制 C60 高性能混凝土 , 根据混凝土拌合物性 能 , 力学性能和耐久性能指标, 结合广东气候和经济成 本 ( 矿渣粉价格高, 水泥次之, 粉煤灰价格更低 ) 以及 施工进度等各种因素影响, 最终选定的配合比如表 2 所示。
3 西江特大桥高性能混凝土技术参数 和措施
3. 1 西江特大桥高性能混凝土技术参数 西江特大桥主梁主要采用 C60 抗开裂高 性能混
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第 5期
宋海宏 : 高性能混凝土制备及性能研究
2010 年 12 月
凝土, 主要技术参数指标要求 : ( 1) 高耐久性、 和易性 好 , 初始坍落度为 200~ 240 mm, 2 h 后坍落度损失不 3 超过 20 % ; ( 2)胶凝材料总量不大于 520 kg /m , 水胶 比不大于 0 29 ; ( 3) 混凝土入模含 气量控制为 2 % ~ 4 % ; ( 4) 4 d龄期强度达设计强度的 90 % ; ( 5) 28 d 弹 性模量 36 5 GPa、 轴心抗压强度 40 M Pa 、 劈裂抗拉 强度 3 5 MP a ; ( 6 ) 56 d 电通量 1 000 C; ( 7) 抗蚀 系数 > 0 8 。 结合西江特大桥的实际情况, 采用常规材料及通 用工艺 , 通过低水胶比、 低胶凝材料用量 , 成功制备了 C60 大流动性、 28 d 龄期抗压强度超过 80 MP a 、 耐久 性优异的高性能混凝土。其 试验内容包括配 合比设 计、 拌和物性能、 抗裂试验、 抗压试验、 劈裂抗拉强度、 轴心抗压强度、 静力学弹模、 电通量、 抗硫酸盐侵蚀等。
1 前言
高性能混凝土是 20 世纪 80 年代末 90 年代初, 一 些发达的国家基于混凝土结构性设计提出的一种全新 概念的混凝土, 它以耐久性为首要设计指标, 这种混凝 土有可能使基础设施 工程达到 100 年以上的 使用寿 命。区别于传统混凝土、 高性能混凝土由于具有高耐 久性、 高工作性、 高强度和高体积稳定性等许多优良特 性 , 被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土, 至今 已在不少重要工程中被采用 , 特别是在桥梁、 隧道、 高 层建筑、 海港建筑等工程中显示 出其独特的优越 性。 我国高性能混凝土施工技术起步较晚 , 但发展非常快, 最近几年高性能混凝土在高速铁路的建设中 已广泛 采用。
5. 1 拌合物性能与抗压强度 高性能混凝土与普通混凝土相比 , 水胶比低, 粘度 大 ; 特别是水胶比在 0 30 以下时水泥浆的粘度更大。
在坍落度相同的条件下, 高性能混凝土粘度大 , 扩展度 比普通混凝土低 , 流动速度慢, 普通混凝土坍落度试验 在 2 s时间内可变形稳定 , 但高性能混凝土则需时 6 s 以上。所以将坍落度、 扩展度作为评价高性能混凝土 拌合物的主要指标。检测结果如表 3 所示。
收稿日期 : 2010-10 -26 作者简介 : 宋海宏 ( 1978 -) , 男 , 工程师。
2 工程概况
广州至珠海城际轨道交通工程是连接广州和珠海 的客运专线 , 对打造珠三角 1 h 经济生活圈, 增强珠江 三角洲城市群的经济辐射能力起到不可或缺的支撑保 障作用。因此采用 100 年设计基准值 , 可谓世纪工程。 其重点工程西江特大桥全长 3 809 99 m, 主桥横跨西 江 , 全长 622 m。主桥采用 ( 100+ 2 210+ 100) m 独 塔斜拉连续钢构组合结构 , 有砟轨道桥面。铁路桥梁 由于其荷载大, 变形控制严 , 较少采用斜拉桥, 目前还 未有在客运专线采用斜拉桥的相关报 道, 尚属首 创。 为保证西江特大桥混凝土结构的耐久性 , 工程采取了 以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。
[ 1]
表 1 水 泥的主要技术指标
检测项目 实测值
( 2) 矿渣粉。东莞华润水泥厂出厂的 S95 磨细矿 渣粉。 ( 3) 粉煤灰。台山电厂出厂 , 细度为 9 6 %。 ( 4) 外加剂。江苏博特 新材料 有限公 司生 产的 J M - PCA 聚羧酸高效减水剂, 其减水率为 29 % , 坍落 度损失小, 适应性、 相容性好。 ( 5) 粗 骨 料。选 用 质 地 坚 硬 的 珠 海 洪 湾 5 ~ 20 mm连续级配花岗岩反击破碎 石, 分别 由粒径 5~ 10 mm和 10~ 20 mm 2 种规格按质量 3 7 复合而成。 ( 6) 细骨料。选用洁净的肇庆西江中砂 , 细度模 数 2 6~ 2 9 。 ( 7) 水。广东江口自来水。 4. 2 配合比设计方案 高性能混凝土采用低水胶比, 控制胶凝材料用量, 并采用 双掺法 即同时掺入优质的粉煤灰和矿粉, 同 时掺入复合多功能外加剂, 其性能指标可同时满足强 度和耐久性要求 , 可见掺入优质的矿物掺合料和复合 多功能外加剂是达到 高性能 的主要途径。 双掺法 是配制高性能混凝土的常用技术, 采用 此方法配制的混凝土不仅具有较好的工作性, 而且具 有较好的力学性能和耐久性, 作用机理可概括如下。 ( 1) 形态效应。掺合料颗粒直径明显小于 水泥,
碎石 ( kg) 5 ~ 10 mm 216 216 216 10~ 20 mm 863 863 863 外加剂 ( kg) 5 .0 5 .0 5 .0 水 ( kg) 145 145 145
C60 高性能混凝土配合比
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第 5期
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2010 年 12 月
5 高性能混凝土试验配合比研究
表 3 配合比设计混凝土拌合物性能和力学性能
编号 X J001 X J002 X J003 坍落度 ( mm ) 220 225 210 扩展度 ( mm ) 570 600 540 2 h坍落度 ( mm ) 210 220 200 含气量 (% ) 2. 6 2. 8 2. 4 泌水率 (% ) 0 0 0 标养抗压强度 ( M Pa) 4d 55 . 1 57 . 2 59 . 4 7 d 62 . 8 65 . 9 67 . 8 28 d 80 . 2 82 . 4 84 . 5 56 d 88. 1 89. 4 91. 7 90 d 95. 3 95. 7 96. 6
Preparation and Properties of H igh Perfor m ance Concrete
SONG Hai hong ( T he 12 th Bureau G roup o f China Ra il w ay, T a iy uan 030024 , China) Abstract : T he convent io na lm ateria lsw ith h ig h quality , low w ater binder ratio( W /B) and low binder content w ere select ed to produce HPC w ith requ ired h ig h durability, perfect w orkab ility , and strength level of C60 . T he stu died m a in con tents in clude high perfor m ance concrete m ix design and m echan ical propert ies such as compressiv e streng th , ind irect ten sile streng th, flexural streng th , ax ial com pressive strength ; e lastic modulus ; a study w as m ade of such durab ility as rap id ch lo ride per m eab ility test resu lts and su lphate resis tance , etc . K ey w ord s : h ig h perfor m ance concrete; raw m ateria ls ; m ix propo rtion; w orkab ility ; m echanical properties; durab ility