［摘要］本文通过试验试配及相关参数配制了C80 级高性能泵送混凝土，并对其力学性能、工作性及耐久性能进行了试验研究。结果证明，本试验所配制的C80 级混凝土具有良好的工作性，无开裂现象，收缩很小，具有较强的耐硫酸盐侵蚀性、抗渗透性、抗冻性及耐钢筋锈蚀性。
0 前言
近年来，随着国内外建筑技术的不断进步，对高强度等级的可泵送混凝土的需求正不断增加，高强、高性能泵送混凝土也以其优越的性能在建筑工程领域引起广泛关注。目前，国内外关于高强、高性能泵送混凝土的研究及应用进展很快，许多建筑物正向着超高层、大跨度、高承载力等超负荷方面发展，其耐久性能的优劣直接影响到建筑工程的使用寿命。本文在C80 级高性能泵送混凝土的配制试验基础上，对其进行耐久性试验研究。
1 原材料
1.1 水泥
选用质量稳定的新疆天山水泥厂P.O. 52.5R 水泥，其主要物理性能指标见表1。
表1 水泥物理性能指标
| 水泥品种 | 细度(%) | 标准稠度(%) | 安定性 | 凝结时间 | 抗折强度(MPa) | 抗压强度(MPa) | |||
| 初凝（min） | 终凝（h:min） | 3d | 28d | 3d | 28d | ||||
| P.O.52.5R | 0.9 | 28.3 | 合格 | 205 | 4:47 | 6.1 | 9.0 | 29.1 | 54.6 |
1.2 掺合料
采用新疆西部建设股份有限公司产的Ⅲ级磨细矿渣粉（BFS），新疆西部建设股份有限公司产的Ⅱ级磨细粉煤灰（KM），新疆红雁池二电厂Ⅲ级粉煤灰（FA）组成的复合矿物掺合料。
1.3 骨料
砂（S）：优选乌鲁木齐产水洗砂，细度模数为3.2，级配合格，含泥量2.6%，泥块含量0.5%。
石（G）：优选乌鲁木齐产碎石和卵石，规格为5 ～20mm，级配合格，碎石压碎指标为4%，卵石压碎指标为7%。
1.4 外加剂（Aj）
选用上海某公司生产的聚羧酸系高效减水剂SP8-CN，含固量20%，减水率38%。
2 混凝土配合比设计及工作性
2.1 混凝土配合比设计
混凝土配合比设计通过计算和试配调整后确定。其中胶凝材料总量确定为650kg/m3；矿物掺合料采用30% 掺量复掺；砂率控制在38%～42%之间；水胶比应控制在0.25～0.28 之间；
聚羧酸系高效减水剂SP8-CN 配制C80 级高强混凝土的最佳掺量为2.5%～3.0%。
按照上述参数，采用以下五个混凝土配合比进行系列试验，对C80 高强混凝土的各项性能指标进行比对分析与验证。配合比见表2。
表2 混凝土试验配合比
| 编号 | CB(kg/m3) | C(%) | BFS(%) | FA(%) | KM(%) | W/CB | Aj(%) | Bs(%) | 粗骨料 | ρ(kg/m3) |
| A | 650 | 100 | 0 | 0 | 0 | 0.28 | 2.5 | 40 | 碎石 | 2450 |
| B | 650 | 70 | 21 | 9 | 0 | 0.28 | 2.5 | 40 | 碎石 | 2450 |
| C | 650 | 70 | 21 | 0 | 9 | 0.28 | 2.5 | 40 | 碎石 | 2450 |
| D | 600 | 70 | 21 | 9 | 0 | 0.25 | 2.5 | 40 | 碎石 | 2450 |
| E | 650 | 70 | 21 | 9 | 0 | 0.28 | 2.5 | 40 | 卵石 | 2450 |
注：B为选定的C80高强混凝土配合比，其余为比对配合比；A为纯水泥混凝土配合比。
2.2 混凝土工作性
2.2.1 抗压强度
由试验结果表3 可见：矿物掺合料有助于混凝土后期强度的增长，纯水泥高强混凝土一个主要特点就是早期强度增长较快，后期强度增长缓慢甚至不再增长。A 为纯水泥混凝土，后期强度发展较慢，28～60d 立方体抗压强度增长率仅为3.0%，而B、C 则为8.3%、8.5%，增长率明显高于A，这是由于随着混凝土龄期的增长，矿物掺合料参与的二次水化反应持续进行，这对于改善混凝土内部结构、增加混凝土密实度、提高混凝土耐久性是有利的；碎石混凝土立方体抗压强度强度明显高于卵石混凝土；混凝土中胶凝材料为600kg/m3 时强度较低；混凝土中复掺磨细矿渣＋粉煤灰和磨细矿渣＋磨细粉煤灰时强度差异不大，从经济及泵送性能角度考虑，选用复掺磨细矿渣＋粉煤灰。
表3 混凝土抗压强度
| 编号 | A | B | C | D | E | |
| 抗压强度(MPa) | 3d | 60.7 | 63.3 | 66.7 | 58.9 | 43.4 |
| 7d | 80.3 | 79.4 | 80.9 | 72.8 | 53.0 | |
| 28d | 87.7 | 91.5 | 92.8 | 82.5 | 75.3 | |
| 60d | 90.3 | 99.1 | 100.7 | 88.9 | 80.1 | |
2.2.2 拌和物工作性
表4 混凝土拌和物工作性 mm
| 编号 | A | B | C | D | E |
| 坍落度 | 220 | 260 | 250 | 205 | 270 |
| 扩展度 | 580×530 | 640×600 | 620×590 | 360×380 | 740×720 |
表4 为混凝土拌和物工作性数据，由表可见：混凝土中由于矿物质掺合料的作用，流动性提高。这是由掺合料自身特性决定的：颗粒极细，在混凝土中各组成材料形成连续级配的粒径分布，减水作用，自身微观形貌特征（滚珠状），有利于增强混凝土流动性。使用卵石作为粗骨料的混凝土流动性优于碎石混凝土；胶凝材料为600kg/m3 时，混凝土拌和物流动性不如650kg/m3 的好；掺合料为磨细矿渣＋磨细粉煤灰复掺和磨细矿渣＋粉煤灰复掺时，混凝土拌和物工作性相近。
2.2.3 泵送性
混凝土的泵送性能一方面取决于拌和物的工作性，包括变形性、抗离析性和泌水性；另一方面取决于拌和物与管壁之间的粘附力。拌和物与管壁之间的粘附力，以及能否形成足够厚度的浆体膜层对泵送性影响很大。通过测定不同掺合料混凝土拌和物的粘附力与粘附系数分析混凝土的泵送性，见表5。
表5 不同掺合料混凝土拌和物的粘附力及粘附系数
| 编号 | 粘附力F0(N) | 粘附系数K(Pa) |
| B | 17.5 | 140 |
| C | 50.0 | 400 |
由表5 得，虽然复掺不同掺合料：磨细矿渣＋磨细粉煤灰和磨细矿渣＋粉煤灰的工作性相近，但是泵送性能相差很大，磨细矿渣＋粉煤灰的粘附系数为140Pa，而磨细矿渣＋磨细粉煤灰的粘附系数为400Pa。因此我们选用磨细矿渣＋粉煤灰复掺作为掺合料，其工作性和泵送性良好。
3 混凝土耐久性试验
3.1 干缩性能试验
混凝土收缩试验结果见图1。可得出以下结论：干燥收缩是混凝土特别是高强混凝土的一个重要性能，由于混凝土在约束条件下的收缩会引起结构开裂，对混凝土的耐久性和体积稳定性产生不良影响，普通混凝土C10～C60 的干缩值为200×10-6～1000×10-6 之间，均值600×10-6。此系列高强混凝土干缩值都在此范围之内，但比均值偏高；碎石混凝土的干缩值比卵石混凝土的干缩值小，这是由于碎石混凝土骨料与砂浆浆体粘结能力较强，因此混凝土内部变形约束力比卵石混凝土强；纯水泥混凝土干缩值相对较小，这是由于其他配合比中超细矿物掺合料的掺加所产生的自收缩、化学收缩效应所占的比重增加；总粉料为600kg/m3 时，干缩值较小；同高强混凝土早期强度增长较快的趋势一致，高强混凝土干缩的特点是：早期干缩值发展迅速，后期干缩值发展速度逐渐变慢，纯水泥混凝土的早期干缩比掺加超细矿物掺合料的快。
图1 硬化后混凝土的收缩
3.2 渗透性试验
3.2.1 水压法
按照我国规范GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行混凝土抗渗试验，抗渗性试验结果见表6。
表6 高强混凝土抗渗性试验结果
| 编号 | A | B | C | D | E |
| 水压(MPa) | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.9 | 3.9 |
| 抗渗等级＞P38 | ＞P38 | ＞P38 | ＞P38 | ＞P38 | |
| 渗水高度(mm) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
由表6 抗渗性试验结果表明：高强混凝土有优良的抗渗性；经过上述水压试验，混凝土试件劈裂开后，均无渗水深度，远超标准设计范围，反映出传统的试验方法基本不能准确反映高强混凝土的实际抗渗透性。
3.2.2 ASTMC1202 法
我们采用美国材料试验协会的ASTMC1202 方法，混凝土导电量试验结果见表7。
表7 混凝土导电量试验结果
| 编号 | A | B | C | D | E |
| 初始电流(mA) | 42.5 | 22.0 | 18.5 | 21.4 | 20.2 |
| 电通量(C) | 940 | 460 | 352 | 423 | 419 |
| 渗透性评价 | 很低 | 很低 | 很低 | 很低 | 很低 |
由表7 结果可见：纯水泥高强混凝土的初始电流及电通量大于掺有掺合料高强混凝土，表明它的抗渗透性小于掺合料高强混凝土，说明了超细矿物质掺合料的掺加，混凝土内部由于填充效应、自密实效应、二次火山灰效应的综合作用，内部孔结构得到了改善，混凝土密实度增加，抗渗透性能增强；采用ASTMC1202 方法进行的抗渗透性试验能较准确地反映高强混凝土抗渗透性能的差异，而我国规范GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》则无法准确反映高强混凝土的抗渗透性能，说明该规范存在一定的局限性。
3.3 抗硫酸盐腐蚀试验
采用干湿循环法来评价C80 高强混凝土抗硫酸盐腐蚀性能：立方体抗压强度试件成型采用100mm×100mm×100mm，试件标养28d 后置于80℃下烘干6h，冷却1h 后称重，然后浸泡到5% Na2SO4 溶液中16h，取出晾干1h，作为一个干湿循环。循环过程中用1mol/L 的稀硫酸中和硫酸钠溶液，保持pH 值为6.0～8.0，当试件质量损失达到5%时即认为试件已被破坏。混凝土抗硫酸盐腐蚀试验结果见表8。
表8 混凝土抗硫酸盐腐蚀试验
| 编号 | A | B | C | D | E | ||
| 试验次数 | 20 | 质量损失率(%) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 40 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| 60 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| 80 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| 100 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | ||
| 外观检查 | 无破损 | ||||||
表8 试验结果表明：经过100 次干湿循环后经检测，混凝土质量无损失，外观无腐蚀破坏，证明高强混凝土有优良的抗硫酸盐腐蚀性能。
3.4 抗冻性试验
按照规范GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行混凝土快速冻融试验，试件尺寸为100mm×100mm×400mm。试验结果见表9。
表9 混凝土快速冻融试验
| 编号 | A | B | C | D | E | ||
| 冻融循环次数 | 100 | 重量损失率(%) | 0 | 0 | 0.10 | 0 | 0 |
| 相对弹性指数(%) | 99 | 99 | 97 | 87 | 82 | ||
| 200 | 重量损失率(%) | 0 | 0 | 0.45 | 0.5 | 0 | |
| 相对弹性指数(%) | 90 | 95 | 96 | 74 | 68 | ||
| 300 | 重量损失率(%) | 0 | 0.20 | 0.60 | 1.0 | 0 | |
| 相对弹性指数(%) | 80 | 88 | 85 | 68 | 55 | ||
| 400 | 重量损失率(%) | 0 | 0.28 | 0.70 | 1.6 | - | |
| 相对弹性指数(%) | 76 | 86 | 85 | 61 | - | ||
| 500 | 重量损失率(%) | 0.50 | 0.36 | 0.70 | - | - | |
| 相对弹性指数(%) | 65 | 84 | 83 | - | - | ||
由表9 试验结果可见：当混凝土中掺合料为磨细矿渣＋粉煤灰和磨细矿渣＋磨细粉煤灰的抗冻性能最好；掺有掺合料时混凝土抗冻性优于纯水泥混凝土，说明混凝土中适量掺加矿物质掺合料有助于混凝土抗冻性能的提升，但并非越多越好，存在一个最佳值。混凝土A、D 的抗冻性能试验结果再次验证了吴中伟院士提出的“高强混凝土未必有高耐久性”的论断。
3.5 钢筋锈蚀试验
按照规范GBJ82-85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》进行混凝土钢筋锈蚀验，混凝土钢筋锈蚀试验结果见表10。
表10 混凝土钢筋锈蚀试验
| 编号 | A | B | C | D | E |
| 失重率(%) | 0.06 | 0.06 | 0.08 | 0.09 | 0.09 |
| 碳化深度(mm) | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 |
从表10 试验结果可见：以上高强混凝土钢筋锈蚀失重率均≤ 0.09%，说明高强混凝土结构密实度很高，能对钢筋起到良好保护作用。
3.6 平板裂缝及圆环约束试验
根据我国最新的《混凝土结构耐久性设计与施工指南》中推荐的混凝土（砂浆）早期抗裂性试验设计和评价方法，以配合比B 采用平板裂缝试验和圆环法约束试验进行试验，平板试验结果如图2，圆环试验结果如图3。试验结果表明：在规定时间内，混凝土平板表面无肉眼可见裂缝，经过5～6 天同环境条件下放置，仍无裂缝。圆环约束试验置于干燥环境下6 天，试件表面匀整光滑，无开裂现象。
图2 平板裂缝试验
4 结论
（1）采用本地原材料，可配制C80 级泵送混凝土。
（2）混凝土配合比设计通过计算和试配调整后确定。其中胶凝材料总量确定为650kg/m3；矿物掺合料采用30% 掺量复掺；砂率控制在38%～42%之间；水胶比应控制在0.25～0.28 之间；聚羧酸系高效减水剂SP8-CN 配制C80 级高强混凝土的最佳掺量为2.5%～3.0%。
（3）本试验中，C80 级混凝土具有良好的工作性，无开裂现象，收缩很小，具有较强的耐硫酸盐侵蚀性、抗渗透性、抗冻性及耐钢筋锈蚀性。
参考文献
[1] 中国土木工程学会．高强混凝土结构设计与施工指南[M]．北京：中国建筑工业出版杜，1994
[2] 蒲心诚，严吴南，王冲，等．100～150MPa 超高强高性能混凝土的配制技术[J]．混凝土与水泥制品，1998.(6): 3-7
[3] 张雄，韩继红， 李旭峰．矿渣微粉对减水剂效果影响及其作用机理[J]．混凝土，1999(6):34-36
[4] 郭向勇，方坤河．大流动性超高强混凝土的配制优化[J]．混凝土，2002(7): 54-57
联系客服
