初步确定高强混凝土C60的尺寸折算系数

鹿 磊，贾 贞，张新全，薄永涛，冯明亮，李金瑞，李星晨

(哈尔滨学院工学院)

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

(1)水泥的选择

在使用的原材料中，水泥对外加剂的影响最大，水泥品种不同，将影响减水剂的减水、增强效果，尤其对减水效果影响更明显。由于不同水泥，其矿物组成、掺和料、碱含量、细度等都不尽相同，因此对减水剂的影响效果也不同。而高效减水剂对水泥的要求更有选择性，如掺硬石膏的水泥，对某些掺减水剂的混凝土会产生速硬或使混凝土初凝时间大大缩短，其中奈系减水剂影响较小，木钙型减水剂会使初凝时间延长。同一种减水剂即使在相同掺量下，由于水泥的品种不同，使用效果也明显不同。在保证早期强度要求的情况下，尽量选用C3A 含量较低的水泥来配制混凝土，而C3S 对混凝土的徐变影响较大，随着C3S 的增加，混凝土的徐变减小，对于大跨径的桥梁结构应选用C3S 较大的水泥。因此综合比较而言，本实验选择佳木斯北方水泥有限公司生产的pc42.5 普通硅酸盐水泥。

(2)采用高效减水剂

普通减水剂在正常掺量下减水率约8%～12%，用量过大(木钙型减水剂)又会导致过度缓凝。高效减水剂通常减水率约达20%～40%，使用较低的用水量就能够获得较大的工作性能，而且不会过度缓凝。为获得低水胶比和低用水量，并考虑到夏季高温施工的特点，选用的高效减水剂除具有均质性外，还应具有配制的混凝土坍落度、流动性损失小，粘度合适，早期强度(3 d、4 d、5 d)高等性能，经对几种高效减水剂进行试配，选用了山东同盛建材有限公司生产的萘系缓凝高效减水剂。它是由萘系原液与调节混凝土凝结时间的材料复合而成，能够延长混凝土的凝结时间，对控制混凝土大面积裂缝和提高混凝土后期强度具有明显作用。

(3)砂、石的控制

细集料常采用天然河砂，细度模数在2.6～3.0 之间(中粗砂)，细度模数过小，比表面积增大，需要较多的胶结料来包裹，相对而言，减少了胶结料，强度就会降低。砂为河南濮阳石英砂，碎石为黑龙江宇峰路桥材料有限公司生产的粒径不超过20 mm，针片状颗粒含量小于5%，含泥量低于1%。

(4)掺入活性矿物材料

工程上常用的活性矿物材料有硅粉、矿渣、粉煤灰、火山灰等。本实验采用山东济南微硅粉厂生产的硅灰来增强混凝土的强度。

1.2 实验仪器

标准稠度仪VBR－1，沧州冀路试验仪器有限公司;水泥净浆搅拌机NJ－160A，河北省虹宇仪器设备有限公司;电子称APTP452 500～0.01 g，上海升徽电子有限公司;万能试验机WSLT－200C，浙江拉力试验机生产;SZZ 系列自定中心振动筛，宏利振动机械有限公司;烘箱BE－B200－3 型，苏州金立方工业烘箱有限公司;搅拌机JDY500DD，山东建凌机械有限公司;量筒，捣棒，塌落度筒，100 ×100 ×100 mm试模、150 ×150 ×150 mm 试模。

1.3 实验方法

(1)C60高强混凝土配合比

参照普通混凝土配合比设计规程，只采用水泥、砂、碎石、掺和一定数量及粒径的轻集料和水，按绝对体积法计算:砂率为34%，硅灰占胶结材料总量的20.3%，高效减水剂占胶结材料总量的3%，坍落度为190，水胶比为0.30，如表1 所示。

表1 C60高强混凝土实验材料用量

(2)混凝土抗压强度

根据《建筑结构设计术语和符号标准》GB/T50083－97的规定，混凝土强度等级的定义是:根据混凝土立方体抗压强度标准值划分的强度级别。混凝土立方体抗压强度标准值，系指按照标准方法制作养护的边长为150 mm 的立方体试件，在28 d 龄期用标准试验方法测得的具有95%保证率的抗压强度，见公式(1)。

式中:f 为混凝土抗压强度，MPa;P 为破坏荷载，N;A 为承压面积，mm2。

以3 个试件测值的平均值为测定值。如任一个测值与中值的差值超过中值的15%时，则取中值为测定值;如有两个测值与中值的差值均超过上述规定时，则该组试验结果无效。计算应精确至0.01 MPa。抗压强度类型见表2。

表2 混凝土抗压强度类型

(3)养护条件

根据国家标准规定，我国采用标准立方体抗压强度作为混凝土强度特征值。制作边长为150 mm 的立方体标准试件，在标准养护条件(温度20 ±30 ℃，相对湿度于90%)下，养护至28 d 龄期，用标准试验方法测得的抗压强度值称为混凝土立方体抗压强度。

(4)折算系数

试件尺寸100 mm×100 mm×100 mm、150 mm×150 mm×150 mm、200 mm×200 mm×200 mm 混凝土抗压强度试件应同龄期者为一组，每组为3 个同条件制作和养护的混凝土试块，共30 组。计算公式见公式(2)。

2 结果与讨论

混凝土强度等级C60的抗压强度见表3，折算系数见表4。

表3 非标准试件与标准试件的抗压强度

表4 混凝土强度等级C60的折算系数

(1)砂、石的影响

本实验的抗压强度较低，与选择的砂、石有一定关系。细集料常采用天然河砂，细度模数在2.6～3.0 之间(中粗砂)，细度模数过小，比表面积增大，需要较多的胶结料来包裹，相对而言，减少了胶结料，强度就会降低。试验发现混凝土的强度高达C60时，试块的破坏不是沿石子粘结面破坏，而是石子直接被压碎破坏，因此，石子的强度对混凝土的强度起着至关重要的作用。粗集料的粒径不宜超过20 mm，经试验配制混凝土，在满足其它指标的前提下，最大粒径可放宽到25 mm，对高强混凝土来说，最大粒径对大小对其强度的影响较大，加大粗集料的粒径会使混凝土强度下降，且强度等级愈高愈明显，主要原因是骨料尺寸愈大，胶－石粘结面愈小，造成混凝土的不连续的不利影响愈大。

(2)水胶比的影响

为了获得高强度，在满足工作性要求的前提下，尽量降低水胶比，但又不能为了降低水胶比而过分地提高胶结料的用量。胶结料过多不但成本高，而且将导致混凝土体积不稳定(如出现收缩裂缝、水化热裂缝等)。在其他条件不变的情况下，混凝土的水胶比与强度成反比，水分随着水泥的凝结硬化而逐渐蒸发掉，在水泥石中留下孔隙，密实性变差，孔隙率越大强度越低，反之强度越高。

3 总 结

(1)试块28 天抗抗压压强度均偏小，经分析与混凝土配合比有关，水泥类型的选择、硅灰的用量需要进一步计算确定，最好选用52.5 型水泥;

(2)实际进行塌落度实验时只是通过控制用水量来调节塌落度，没有过多考虑硅灰的影响，在将材料倒入搅拌机搅拌时出现了混凝土过干的状况，出于材料用量的考虑在搅拌机中加入了一些减水剂使混凝土达到了预期的塌落度;

(3)对外加剂和减水剂用量和类型需要进一步对比，配制高强高性能混凝土，优化水胶比，计算出更为准确的折算系数，为继续测算混凝土等级＞C60的折算系数做好前提工作;

(4)对于同一种配比的混凝土，三种强度由大到小依次为:立方体抗压强度、立方体抗压标准强度、轴心抗压强度。且相对而言，轴心抗压强度，更加符合工程实际，下一步我们将通过测试轴心抗压强度来测算高强度混凝土的折算系数。

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