新型混凝土配合比设计及试验分析

陈丹妮

摘要：文章以三種不同水胶比和矿物掺合料掺量为变量，研究混凝土耐久性的变化.通过试验得出：混凝土早期自生收缩变形发展较快，几乎随时间呈线性增长趋势;随着矿物掺合料掺量的增加，混凝土的自生收缩随之减小;随着龄期的增加，混凝土的干燥收缩逐渐增大，早期发展速率较快，15d后增长速率变缓;相同龄期时，随着混凝土中掺量的增大，其干燥收缩变形减小.

关键词：混凝土;配合比;掺合料;试验

中图分类号：TU398  文献标识码：A  文章编号：1673-260X（2019）02-0074-03

混凝土配合比设计是高性能混凝土的重要基础，焦立颖等采用了基于C60混凝土作为基本材料，进行了配合比的优化研究，获得了一类优化的配合比数据[1].方黄磊等采用了六因素三水平的正交试验对高稠度的EPS塑性混凝土的配合比进行了优化设计，从而降低EPS颗粒上浮程度[2].马士宾等将水泥、矿粉、粉煤灰视为一组总质量不变的混料，细集料和粗集料视为另一组混料，通过组合设计分析了矿物掺合料、水泥、砂率的混料效应[3].高浩等设计了一系列不同配合比的抗冲磨混凝土，以脆性系数、干缩率为指标，探讨了粉煤灰和硅粉对抗冲磨混凝土抗裂性能的影响[4].张会芝等选取水胶比、再生粗骨料取代率、再生细骨料取代率、玻化微珠体积掺量和活性化尾矿微粉掺量为关键影响因素，设计了自保温再生混凝土配合比正交试验，研究了各因素对其性能的影响[5].

为了验证配合比的设计正确，常常要分析混凝土的各种性能变化.刘家彬等减小混凝土水胶比时，C50箱梁混凝土凝缩和干燥收缩减小，但自收缩增大[6].刘秋美等掺入泡沫可以增大泡沫混凝土料浆的流动度、减小混凝土干密度、降低混凝土强度、增大收缩值和吸水率[7].孙继成等经过测试发现不同再生骨料成分及成分的不同比例都会对混凝土的性能产生一定影响[8].陈守开等掺入再生粗骨料的透水混凝土抗压强度随着取代率的增加而提高，替代率为30%时，提高幅度最大[9].姚贤华等研究出掺有粉煤灰、硅灰和膨胀剂的混凝土循环120次后，其相对动弹性模量仍然在90%以上，干湿循环120次后，抗侵蚀系数也在0.95以上[10].陈梦成等分析一维和二维氯离子扩散行为[11].胡守旺等修正了氯离子扩散系数[12].窦雪梅等探讨了混凝土表观氯离子扩散系数的影响因素[13].张立明等得出混凝土Cl-扩散系数[14].张程强等得出混凝土Cl-质量分数变化规律[15].马丽娜等得出了Cl-扩散系数与混凝土约束时的关系[16].何化南等得出表面氯离子与水胶比之间的关系[17].王元战等得氯离子整体扩散系数与粗骨料之间的关系[18].由于处在严酷的海洋环境中，海水中含有的侵蚀性离子会引起混凝土材料劣化[19].从而破坏其结构整体性，并逐步导致混凝土结构内部钢筋锈蚀，引起结构耐久性的丧失.卢春房等讨论了结构耐久性的影响因素[20].朱垚锋等研究和评估了该海岛建筑的凝土耐久性性能[21].高升论述了混凝土耐久性寿命预测过程中需要注意的关键问题[22].许梅等测定了不同深度混凝土的氯离子含量分布[23].

然而，混凝土在服役于严酷的环境过程中，由于自身的体积变形，或由于外界环境的变化造成的干湿变形和温度变形等，在结构中都可能因为约束程度的不同造成一定程度的自生应力，从而导致混凝土的裂缝问题.因此，本文从水胶比和矿物掺合料掺量角度出发，研究混凝土的变形性能演变规律.

1 材料

确定试配混凝土水胶比为0.31±0.03，即 0.28、0.31和0.34.选用两组胶凝材料体系，A组单掺粉煤灰、B组为粉煤灰和矿渣复掺.同时固定水胶比为0.31，通过变化粉煤灰的掺量（即C组）研究其对混凝土性能的影响.

2 自生收缩

高强混凝土由于水胶比低，其早期内部自干燥作用强，其早龄期（前3d/7d）的自生收缩明显增大.参考GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，采用非接触法混凝土收缩变形测定仪.为研究混凝土的自生收缩，试验时混凝土带模进行测试，并在混凝土拌合物浇筑入试模后立即用塑料膜覆盖，避免与环境进行水分交换，因此可忽略其早期的干燥收缩.当混凝土达到初凝时开始测读初始读数，之后7d内至少每隔1h测定试件的变形.

由图1-2可以看出，混凝土早期自生收缩变形发展较快，几乎随时间呈线性增长趋势，在7d收缩应变达到近10-3，其影响应予以重视;另一方面，随着粉煤灰（矿物掺合料）掺量的增加，混凝土的自生收缩随之减小，因此在满足强度和耐久性指标的基础上，因根据结构形式和约束程度，相应选择收缩较小的混凝土，避免过大自生应力造成混凝土内部微裂纹的开展和连通.

3 干燥收缩

参考GB/T 50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》，采用接触法测定混凝土在无约束和指定温湿度条件下的干燥收缩变形.采用100mm×100mm×400mm的棱柱体试件，经标准养护后再3d龄期时移入温度（20±2）℃、湿度（60±5）%恒温恒湿室，并按规定的时间间隔（龄期）测量其变形读数，试验装置如图3所示.

试验结果表明，随着龄期的增加，混凝土的干燥收缩逐渐增大，早期发展速率较快，14d后增长速率变缓;相同龄期时，随着混凝土中粉煤灰掺量的增大，其干燥收缩变形减小.一般认为纯水泥混凝土干燥收缩较大，而本试验中纯水泥的C1组可能试验存在较大误差，因时间关系没有重复进行.

一般而言，高强混凝土的干燥收缩相比中低强混凝土较小，但现浇施工时应注意早期（7d/14d）的保湿养护，后期的干燥收缩影响相对较小.

4 结论

通过试验研究了粉煤灰单掺和粉煤灰/矿渣双掺混凝土的变形性能，在本试验条件下，得到主要结论如下：

（1）随着粉煤灰掺量的增加，混凝土的自生收缩随之减小.因此在满足强度和耐久性指标的基础上，因根据结构形式和约束程度，相应选择收缩较小的混凝土，避免过大自生应力造成混凝土内部微裂纹的开展和连通.

（2）随着龄期的增加，混凝土的干燥收缩逐渐增大，早期发展速率较快，14d后增长速率变缓;相同龄期时，随着混凝土中粉煤灰掺量的增大，其干燥收缩变形减小.在现浇施工时应注意早期（7d/14d）的保湿养护，后期的干燥收缩影响相对较小.

参考文献：

〔1〕焦立颖，王超，董军.基于C60的钢管混凝土配合比优化试验研究[J].混凝土，2017（1）：97-101.

〔2〕方黄磊，缪林昌，尤佺，等.基于正交试验的EPS塑性混凝土配合比优化设计[J].硅酸盐通报，2018（2）.

〔3〕马士宾，徐文斌，许艳伟，等.基于组合混料设计的高性能混凝土配合比优化研究[J].硅酸盐通报，2017，36（11）：3642-3647.

〔4〕高浩，曾力.复掺粉煤灰和硅粉抗冲磨混凝土配合比设计及抗裂性能[J].中国农村水利水电，2017（9）：164-168.

〔5〕张会芝，闫艳红，崔秀琴.基于总功效系数法的自保温再生混凝土配合比优化[J].四川建筑科学研究，2017，43（2）：112-115.

〔6〕刘家彬，秦鸿根，郭飞，等.配合比参数对C50箱梁混凝土收缩性能的影响[J].建筑材料学报，2018（1）.

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