C55耐久性混凝土配制试验与研究

分类：交通运输论文发表 时间：2012-03-24 10:56 关注：(1)

陈放余
摘要：针对沿海地区大量采用C55耐久性混凝土的实际情况，利用不同品牌的外加剂、不同掺量的单掺法和双掺法分别进行了配合比组合试验，对配制的耐久性混凝土进行了性能研究，得出较为理想的C55耐久性混凝土配合比，并对试验数据进行了研究分析，得出相关结论。
关键词：耐久性混凝土 配合比 试验研究
Abstract: aiming at the coastal area is used in great quantities in the C55 durability of the concrete practice, use different brands of admixture, the different proportion only mixing method and double mixing method, the mixture combination experiment, with the preparation of the durability of the concrete performance, which is the ideal C55 durability of concrete proportion, and the test data are analyzed based related conclusions.
Keywords: durability of concrete proportion the experimental research

中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：

耐久性混凝土是一种高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，以耐久性为主要设计指标，针对不同用途和要求，对耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性都有不同的要求。耐久性混凝土必须满足所处环境的要求，其所处的环境可分为：碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融环境和磨蚀环境。采用耐久性混凝土技术是确保混凝土的耐久性指标，延长使用寿命的重要技术措施。
本次试验，是针对盘锦地区的环境和地材特点，利用不同外加剂、单掺法（掺入粉煤灰）、双掺法（掺入粉煤灰和矿渣粉）等的不同混凝土配合比组合，进行了混凝土性能的研究。
1 原材料的选用
经对各种选用的配制C55耐久性混凝土原材料检测，其技术指标均符合《铁路混凝土结构耐久性设计规范（TB 10005-2010）》的要求。
1)水泥 采用营口天瑞水泥有限公司生产的天瑞牌52.5级普通硅酸盐水泥。
2)细骨料 采用义县河砂。
3)粗骨料 采用营口大石桥碎石。
4)复合外加剂 ①北京金盾建材有限公司生产的JD-1型复合外加剂。②大连铭源材料有限公司生产的MZ-10型高效减水剂。
5)粉煤灰 华能营口电厂实业总公司Ⅰ级粉煤灰。
6)矿渣粉 盘锦四通实业有限公司S95级矿渣粉。
2 配合比设计的基本要求
1)耐久性 混凝土最重要的特征是具有优异的耐久性。在进行配比设计时，首先要保证耐久性要求，因此必须考虑到混凝土抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性、抗大气作用性、碱—骨料反应和抗干燥收缩的体积稳定性等。
2)高强度 各种试验研究表明，混凝土要达到耐久性，必须提高混凝土强度，因此，高强度是耐久性混凝土的基本特征，也属于耐久性混凝土的范畴。但高强度混凝土并不一定意味着耐久性、耐久性混凝土与普通混凝土相比，要求抗压强度的不合格率要低，以满足现代建筑的基本要求。
3)高工作性 高工作性即混凝土拌合物在运输、浇筑以及成型过程中不分离、易于操作的程度，这是混凝土的一项综合性能。耐久性混凝土的坍落度应控制在≤200mm为宜。
4)经济性 混凝土配合比的经济性关系到工程造价，因此在满足工程对混凝土质量要求的前提下，单位体积混凝土中水泥用量越少越经济，并可减少耐久性复合外加剂的掺量，降低成本，同时可避免混凝土的干缩增大和开裂。
3 配合比设计参数的参考值
1)混凝土配合比参数限值，见表1。对于给定的参数限值，通过使用合适的粗骨料可以获得稳定的耐久性混凝土（如弹性模量、干燥收缩及徐变等）。
表1 C55混凝土配合比参数限值
最大水胶比 最小水泥用量/(kg/m³) 最小胶材用量/(kg/m³) 最大胶材用量/(kg/m³)
0.36 / / 500
2）矿粉掺合料推荐掺量见表2。耐久性混凝土宜优先选用磨细矿渣粉+粉煤灰做矿物掺合料，这样，不仅可改善混凝土工作性和减少水化热，而且还可提高充分水化的水泥浆的微观结构。
表2 C55混凝土矿物掺合料推荐掺量（按质量计）%
粉煤灰 磨细矿渣粉 粉煤灰+磨细矿渣粉
15-25 20-30 20-30
4 配合比试验方案
单掺法：粉煤灰掺量分别为15%、20%、25%；矿渣粉掺量分别为20%、25%、30%。双掺法：粉煤灰+矿渣粉按1:1比例掺加，掺量分别为20%、25%、30%。外加剂分别采用JD-1、MZ-10型外加剂，掺量按厂家推荐掺量使用。
按照以上不同组合的配合比分别进行试验。混凝土成型后，按照3d、7d、28d、56d四种龄期检验其标养强度。同时留置蒸养试件，蒸养试验分别由静停、升温、恒温、降温四个阶段组成，即试件成型后静停4h，然后放入蒸养箱中开始升温，以10℃/h的速度升温至65℃后，以该温度恒温养护10h，之后开始降温，降温速度应控制≤10℃/h，待降至室温后，检验其抗压强度，并留置蒸养后转标养的试件，检验其28d龄期强度，以观察试件蒸养后的强度发展情况。
初步设定试验分两阶段进行。第一阶段试验进行耐久性混凝土强度试验，该阶段试验结束后，从中选出符合耐久性混凝土强度要求的配合比，此后，进行第二阶段对耐久性混凝土力学性能及耐久性的检验。
5 配合比试验结果
5.1 第一阶段的试验结果分析（见表3）
1)表3中2#-10#所显示的数值可见，当采用北京金盾建材有限公司生产的JD-1型复合外加剂时，单掺粉煤灰和单掺矿渣粉其强度发展不如双掺的强度发展。虽然单掺某一品种掺合料有的在个别龄期强度发展偏高，但从总的强度发展趋势来看，远不如双掺混凝土发展稳定。
2)表3中11#-19#所显示的数值可见，当采用大连铭源生产的MZ-10高效减水剂时，所反映的强度发展情况基本与使用北京金盾建材有限公司生产的JD-1型复合外加剂相似。
3)表3中20#-29#所显示的数值，是混凝土配合比用胶凝材料为480kg/m³时所得到的试验结果，其中有些配合比的强度已满足C55混凝土要求，但考虑到耐久性混凝土的特殊性和C55混凝土要求的强度保证率，故在后期试验中没有采用，可作为一种经验在今后混凝土配合比试验中参考。
4)从表3的蒸养结果看，无论是单掺或是双掺，蒸养后混凝土强度基本上都接近或超过55Mpa，且经过蒸养后转标准养护28d后的强度，仍维持上升状态，满足C55混凝土蒸养技术要求。
5)根据以上所测试的混凝土强度结果，从中优选出两个配合比：①10#的双掺混凝土，其强度发展为R3=41.4Mpa、R7=50.0Mpa、R28=62.0Mpa、R56=69.0Mpa；②19#双掺混凝土，其强度发展为R3=42.7Mpa、R7=49.8Mpa、R28=61.1Mpa、R56=69.0Mpa。
5.2 第二阶段的力学性能及耐久性能分析
C55耐久性混凝土在第二阶段试验中，除抗压强度试件外，同时制作了静力弹性模量、抗冻、抗渗、收缩、Cl-渗透电量和耐腐蚀试件，分别进行力学性能及耐久性能试验。第二阶段试验混凝土强度与第一阶段试验比较，基本无变化，强度稳定。C55耐久性混凝土的力学性能及耐久性能试验结果如下：
1)30#配合比（JD-1型复合外加剂）①静力弹性模量：测试结果为3.94×104Mpa；②抗冻性能（慢冻法）：抗冻融循环次数为200次时，其强度损失率为12.1%，重量损失率为2.4%，满足技术标准要求；③抗渗性能：抗渗等级达P24时未发现有透水现象；④Cl-渗透电量：测试结果为660C，满足技术标准要求；⑤体积稳定性：收缩值为4.0×10-4，满足技术标准要求；⑥耐腐蚀性能测试结果K=0.97，满足技术标准要求；⑦抗碱—骨料反应性：由于所采用的原材料经铁道部科学研究院检测不含碱，故混凝土中碱含量≤3%，满足技术标准要求。
2)31#配合比（MZ-10型高效减水剂）①静力弹性模量：测试结果为4.02×104Mpa；②抗冻性能（慢冻法）：抗冻融循环次数为200次时，其强度损失率为11.7%，重量损失率为2.9%，满足技术标准要求；③抗渗性能：抗渗等级达P24时未发现有透水现象；④Cl-渗透电量：测试结果为680C，满足技术标准要求；⑤体积稳定性：收缩值为3.9×10-4，满足技术标准要求；⑥耐腐蚀性能测试结果K=0.95，满足技术标准要求；⑦抗碱—骨料反应性：由于所采用的原材料经铁道科学研究院检测不含碱，故混凝土中碱含量≤3%，满足技术标准要求。
6 结语
通过以上试验研究，确定出了较为理想的C55耐久性能混凝土的配合比，并得出如下结论：虽然单掺某一品种掺合料有的个别龄期强度发展偏高，但从总的强度发展趋势看，远不如双掺混凝土强度发展稳定；采用MZ-10型高效减水剂时，所反映的强度发展情况基本与JD-1复合外加剂相似；无论是单掺或是双掺，蒸养后混凝土强度基本上都接近或超过55Mpa，且经过蒸养后转标准养护28d后的强度，仍维持上升状态，满足C55混凝土蒸养技术要求。
参 考 文 献
[1]TB10425-94,铁路混凝土强度检验评定标准.
[2]TB10005-2010，铁路混凝土结构耐久性设计规范.

表3 第一阶段C55耐久性混凝土配合比试验结果