基于复掺矿物外掺料的高性能混凝土配合比设计研究

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摘要：通过“全集算法”对复掺矿粉粉煤灰矿物掺合料对高性能混凝土进行配合比设计，研究复掺矿粉粉煤灰的不同比例和不同掺量对高性能混凝土的工作性、力学性能的影响规律。结果表明：当矿粉与粉煤灰的比例为60∶40，掺量为胶凝材料总量的35%时，复掺矿粉粉煤灰矿物掺合料可发挥“超叠加效应”， 优化界面过渡区，提高高性能混凝土的密实度，改善高性能混凝土的耐久性。

关键词：复掺矿物掺合料；高性能混凝土；耐久性；密实度

中图分类号：U414.1文献标志码：B

Research on Durability of High Performance Concrete with Mineral Admixture

YAO Jun

（Ningbo Communication Engineering Construction Group Co.， Ltd.， Ningbo 315000， Zhejiang， China）

Abstract： Mix design of high performance concrete combined with mineral admixture was conducted by adopting the overall calculation method， and the impact of the ratio of slag to fly ash and admixture content on the performance and mechanical properties of the high performance concrete was studied. The results show that when the ratio of slag to fly ash is 60∶40 and admixture accounts for 35% of the binding material， an additive effect occurs between the slag and fly ash， and both the density anddurability of the high performance concrete are improved.

Key words： mineral admixture； high performance concrete； durability； density

0引言

高性能混凝土（简称HPC）不仅具有较高的强度，最重要的是具有高工作性、高耐久性，利用高性能混凝土代替传统混凝土以构造在严酷环境使用的混凝土构件，具有明显的经济和社会效益[14]。

本文基于复掺矿物外掺料的高性能混凝土配合比设计研究，提出适应于对材料有严格技术要求的结构物，如桥梁的复掺矿物外掺料高性能混凝土配合比设计方法。研究结果可为复掺矿物外掺料高性能混凝土的推广应用和发展提供理论基础，具有重要意义。

1原材料与试验方法

1.1原材料

水泥采用冀东牌水泥P・O42.5。依据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ 041―2000）对粗细集料的物理力学性能和碱活性进行了检测，结果满足规范要求；对细集料进行筛分，筛分结果如表1所示。计算细度模数可知，所用细集料河砂为中砂、粗集料粒径为5～20 mm。

所用减水剂为聚羧酸系高效减水剂。所用水为自来水，水的氯离子含量应小于210 mg・L-1，硫酸盐含量按SO2-4计应小于600 mg・L-1，pH值大于5。

1.2试验方法

1.2.1工作性能

高性能混凝土工作性能包括流动性、粘聚性、保塑性和匀质性。依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30―2005）中相关试验评定高性能混凝土的工作性能。

1.2.2力学性能

无侧限抗压强度试验采用试件的尺寸为15 cm×15 cm×15 cm，抗折强度试验采用试件的尺寸15 cm×15 cm×550 cm。

2设计方法及结果

美国学者提出要使高性能混凝土具有最佳施工和易性又满足要求的强度性能，其胶浆与骨料能最佳体积比为35∶65。在此基础上，国内学者提出了“干砂浆体积”的概念[7]，建立了水泥浆体体积和集料体积之间的联系，并提出混凝土配合比全计算法。本文据此进行基于复掺矿物外掺料C50等级高性能混凝土配合比设计研究。

（1）配制强度。设计强度为50 MPa，依据标准差δ取值表，δ取6 MPa，则配制强度fcu，p应不小于59.87 MPa，本研究取60 MPa以便于计算。

（2）水胶比。根据美国水泥浆与骨料最佳体积比，浆体体积取350，骨料体积取650，浆体中空气体积取20，得到水胶比为0351。

（3）水的用量。mw=165 kg。

（4）胶凝材料（其中包括复掺矿物外掺料）的用量m=470 kg。

（5）砂率。Sp =（100+W）/650=40.8%。

（6）粗细骨料用量。ms=（100+W）ρs=694 kg；mg=（1000-Ves-Vw）ρg=1 043 kg。

由以上计算可知，C50高性能混凝土的初始配合比m∶ms∶mg∶mw=470∶694∶1 043∶165。

3复掺矿物外掺料比例及掺量研究

在设计配合比的基础上研究复掺矿物外掺料中矿粉与粉煤灰比例以及掺量对C50高性能混凝土工作性能、力学性能的影响规律。

3.1复掺矿物外掺料比例

（1）工作性能。采用的配合比中胶凝材料总量为470 kg・m-3，其中水泥用量、矿物外掺料用量均为235 kg・m-3，胶凝材料配合比及试验结果见表4，表中矿粉和粉煤灰的百分数表示在矿物外掺料总用量中各占的比例。