高全玲

(二連浩特市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，內(nèi)蒙古 二連浩特 011100)

高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)與強(qiáng)度試驗(yàn)

高全玲

(二連浩特市建筑工程質(zhì)量監(jiān)督站，內(nèi)蒙古 二連浩特 011100)

摘要：當(dāng)前大型混凝土建筑物施工要求越來(lái)越高，如何實(shí)現(xiàn)良好的耐久性，保持更長(zhǎng)使用壽命成為亟待解決的難點(diǎn)。從高性能混凝土配合比角度進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，確定了混凝土配置強(qiáng)度、水膠比和用水量等參數(shù)，通過(guò)優(yōu)化混凝土確定了施工的配合比。對(duì)邊長(zhǎng)為150 mm的立方體試件完成了混凝土試驗(yàn)檢測(cè)。結(jié)果表明，優(yōu)化配合比后的混凝土具有高耐久性、穩(wěn)定性、均勻性以及較強(qiáng)韌性等特點(diǎn)。劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證了試驗(yàn)配合比的合理性，為設(shè)計(jì)推廣提供了有力的證明，對(duì)于國(guó)內(nèi)建筑行業(yè)發(fā)展有一定的理論和實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：混凝土；建筑物；強(qiáng)韌性；配合比

當(dāng)前大量的超高、超大型混凝土建筑物不斷出現(xiàn)，如：高層建筑、跨海大橋、海底隧道、核反應(yīng)堆和有害廢物處理等工程[1]。然而，上述混凝土工程施工與維修非常困難，所處的環(huán)境也非常差，這對(duì)于混凝土的施工性能要求特別高，澆筑時(shí)最好不要出現(xiàn)問(wèn)題，且需要具備良好的耐久性，這樣才能保證其使用壽命[2]。高性能混凝土是目前使用最多的一種人造石，而環(huán)境受到混凝土使用的影響是當(dāng)前研究人員關(guān)注的熱點(diǎn)問(wèn)題[3]。另外，因?yàn)榛炷撂崆巴嘶?，拆除過(guò)后的混凝土廢物怎樣處理也是需要考慮的問(wèn)題，故應(yīng)從根本上降低混凝土中的水泥量，盡可能的使工業(yè)廢棄物得到合理的利用。本文基于上述背景，針對(duì)高性能混凝土進(jìn)行了特性研究。

1實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)

因?yàn)楦咝阅芑炷辆哂休^低的強(qiáng)度等獨(dú)特性質(zhì)，且對(duì)其造成影響的因素比較多，所以鮑洛米公式已不再適用于其配合比設(shè)計(jì)。目前，該領(lǐng)域還沒(méi)有一個(gè)統(tǒng)一適用的方法，不同國(guó)家的相關(guān)研究人員都基于自己的試驗(yàn)，對(duì)具體的配合比進(jìn)行了大概的計(jì)算，再進(jìn)行試配，最終將配合比確定下來(lái)。下述基于筆者的工作經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)分析。

1.1確定混凝土配置強(qiáng)度

高性能混凝土配置強(qiáng)度的計(jì)算公式為：

fcu,o=fcu,k+1.960σ=

50+1.960×6=61.76 (MPa)

式中，fcu,o是混凝土配制強(qiáng)度；fcu,k是混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度；σ是混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差(其取值見(jiàn)表1)，在混凝土強(qiáng)度的保證率為97.5%的情況下，其概率度為1.96。

表1　混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ取值

1.2計(jì)算水膠比W/(C+M)

碎石所配制成的高性能混凝土的強(qiáng)度計(jì)算公式為：

fce=γc×fcu,k=1.16×42.5=49.3 (MPa)

式中，fce是混凝土碎石強(qiáng)度，單位為MPa；C是灰用量；M是礦物質(zhì)摻和量；W是用水量；γc是水泥標(biāo)號(hào)的富余系數(shù)，其值可根據(jù)表2來(lái)確定。

表2　水泥標(biāo)號(hào)的富余系數(shù)γc取值

1.3確定用水量

1 m3混凝土的用水量見(jiàn)表3。

表3　混凝土用水量　(kg)

根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件截面尺寸的大小、配筋的疏密和施工搗實(shí)的方法來(lái)確定。

1.4計(jì)算初步配合比

由計(jì)算結(jié)果可得初步配合比，也就是1 m3混凝土所需水泥、水、砂、石子以及減水劑等材料的質(zhì)量分別為437、149、544、1 270和6.56 kg，因此，配合比為水泥∶水∶砂∶石子∶減水劑=1∶0.34∶1.24∶2.90∶0.015。

1.5確定施工配合比

上述所得的初步配合比是干燥的狀態(tài)，但工地上的砂石等材料并非是完全干燥的，因此，要根據(jù)這種情況來(lái)修改現(xiàn)場(chǎng)材料的真實(shí)稱量，更改過(guò)后的配合比即施工配合比。對(duì)砂、石進(jìn)行檢測(cè)得知其含水率為2%和3%，下述嘗試對(duì)1袋水泥的施工配合比進(jìn)行計(jì)算。

1袋水泥的質(zhì)量是50 kg，那么砂的質(zhì)量與含水率分別為：50×(1.24+2%)=63 (kg)、50×1.24×2%=1.24 (kg)，石的質(zhì)量與含水率分別為：50×(2.9+3%)=146.5 (kg)、50×2.9×3%×4.35 (kg)，水的質(zhì)量為：50×0.34-1.24-4.35=11.41 (kg)，由此可以得出該混凝土施工配合比為1∶1.26∶2.93∶0.23∶0.015。

2設(shè)計(jì)的配合比高性能混凝土試驗(yàn)檢測(cè)

2.1抗壓試驗(yàn)檢測(cè)

2.1.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)方法制成邊長(zhǎng)為150 mm的立方體試件，將其置于約為20 ℃且空氣濕度>90%的環(huán)境中，經(jīng)過(guò)4 w的養(yǎng)護(hù)之后，使用標(biāo)準(zhǔn)的測(cè)試與計(jì)算方法所得的強(qiáng)度值即是水泥混凝土的抗壓強(qiáng)度。

壓力試驗(yàn)機(jī)上、下承壓板的剛度要夠強(qiáng)，為了試件更好的對(duì)中，盡量在上承壓板上設(shè)置一個(gè)球形支座。壓力機(jī)的相對(duì)誤差應(yīng)≤2%，需定期對(duì)其進(jìn)行檢查，從而使其示值更加準(zhǔn)確。針對(duì)混凝土試件的破壞荷載來(lái)確定壓力機(jī)的量程，如果試件破壞，則其讀數(shù)還須滿足在全量程的20%～80%。

2.1.2試驗(yàn)方法

1)根據(jù)試驗(yàn)需要所得試件，在標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)下進(jìn)行規(guī)定周期的養(yǎng)護(hù)。

2)取出試件，第1步對(duì)其尺寸與形狀進(jìn)行檢查，相對(duì)的2個(gè)平面要平行，其表面傾斜高度應(yīng)≤0.5 mm。對(duì)棱長(zhǎng)進(jìn)行測(cè)量，精確到l mm。根據(jù)試件與壓力機(jī)上、下接觸面的平均值計(jì)算出其受力截面積，若試件有蜂窩現(xiàn)象，那么在試驗(yàn)頭三天要將其填平，可選擇較濃的水泥漿，同時(shí)應(yīng)在報(bào)告中作相應(yīng)的說(shuō)明。在試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)保持試件干燥，然后再對(duì)其質(zhì)量進(jìn)行稱量。

3)將成型時(shí)的側(cè)面作為其上、下受壓面，將試件放置于壓力機(jī)中心的球座上，試件或球座與機(jī)臺(tái)中心的距離應(yīng)≤5 mm，以0.6 MPa/s的速度均勻地施加荷載，如果試件開(kāi)始變形，此時(shí)就不要對(duì)試驗(yàn)機(jī)油門進(jìn)行調(diào)整了，直到試件損壞，將此時(shí)的破壞荷載記錄下來(lái)。

2.1.3試驗(yàn)記錄

立方體抗壓記錄結(jié)果見(jiàn)表4。

表4　立方體抗壓記錄結(jié)果

表3中的數(shù)據(jù)充分表明了高性能混凝土具有的高耐久性、穩(wěn)定性、均勻性以及較強(qiáng)的韌性等特點(diǎn)，也驗(yàn)證了試驗(yàn)設(shè)計(jì)的合理性。

2.2混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

為了進(jìn)一步分析其特性，下述將探討其劈裂抗拉強(qiáng)度。

2.2.1試驗(yàn)設(shè)計(jì)

劈裂抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)設(shè)計(jì)如下：從養(yǎng)護(hù)地將試件取出之后，將其擦干，然后對(duì)其尺寸進(jìn)行測(cè)量，在該試件中部劈裂面位置線處進(jìn)行標(biāo)記。劈裂面垂直于成型時(shí)的頂面，測(cè)量結(jié)果精確到1 mm；將試件置于球座的對(duì)中點(diǎn)上，將墊層墊條放好，方向垂直于成型時(shí)頂面；一定要以0.06 MPa/s的速度不間斷地、均勻地施加荷載，通過(guò)墊條將荷載均勻地施加給試件，在上壓板靠近試件時(shí)，就要對(duì)球座進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，均衡兩者直接的接觸，若試件即將損壞，就不要進(jìn)行油門的調(diào)整了，直到試件損壞，將破壞荷載記錄下來(lái)，精確到0.01 kN。

2.2.2試驗(yàn)計(jì)算方法

1)根據(jù)下述公式來(lái)計(jì)算混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度Rt：

式中，Rt是混凝土劈裂抗拉強(qiáng)度，單位為MPa；P是極限荷載，單位為N；A是試件劈裂面面積，單位為mm2。

2)混凝土抗壓強(qiáng)度測(cè)定值的取舍原則與劈裂抗拉強(qiáng)度測(cè)定值的取舍原則相同。

3)通過(guò)此試驗(yàn)方法所測(cè)的劈裂抗拉強(qiáng)度值，若要進(jìn)行軸心抗拉強(qiáng)度換算，則要與換算系數(shù)0.9作乘積運(yùn)算。

2.2.3計(jì)算結(jié)果分析

記錄結(jié)果見(jiàn)表3，因此Rt=0.637×54.6=34.78 (N·mm-2)，這一試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)一步驗(yàn)證了試驗(yàn)配合比的合理性，為這一設(shè)計(jì)推廣給出了有力的證明。

3結(jié)語(yǔ)

高性能混凝土對(duì)于當(dāng)前大型特種建筑物中的應(yīng)用具有較為重要的作用，本文主要進(jìn)行了詳細(xì)的高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)，確定了施工配合比；特性檢測(cè)結(jié)果驗(yàn)證了高性能混凝土具有的高耐久性、穩(wěn)定性、均勻性以及較強(qiáng)的韌性等特點(diǎn)，這一研究對(duì)于高性能混凝土進(jìn)一步合理應(yīng)用有明顯的意義。

參考文獻(xiàn)

[1] 余志武,丁發(fā)興,羅建平. 高溫后不同類型混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)研究[J]. 安全與環(huán)境學(xué)報(bào),2005(5):1-6.

[2] 汪冬冬,周士瓊,李俊,等. 粉煤灰高性能混凝土力學(xué)性能影響因素試驗(yàn)研究[J]. 商品混凝土,2005(6):15-20,39.

[3] Zhang D C. Carbonation resistance of sulphoaluminate cement-based high performance concrete[J]. Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition),2009(4):663-666.

責(zé)任編輯鄭練

The Mix Design and Strength Tests With High-performance Concrete

GAO Quanling

(Erenhot City Construction Engineering Quality Supervision Station, Erenhot 011100, China)

Abstract：The current large-scale construction of concrete structures have become increasingly demanding, and how to achieve better durability to keep longer life become an urgent difficulty. The optimal design with high-performance concrete is done. Ensure the configuration of the concrete strength, water-cement ratio, water consumption and other parameters, then optimize the mix proportion of concrete construction. The cube with length of 150 mm concrete specimens test is completed. The results show that: the optimizing concrete mix has high durability, stability, uniformity, strong toughness and other characteristics. Splitting tensile strength test further validates the test ratio is reasonable, and supplies a strong proof of the design and promotion. The study for the development of the domestic construction industry has certain theoretical and practical significance.

Key words:concrete, building, strength and toughness, ratio

收稿日期：2014-11-14

作者簡(jiǎn)介：高全玲(1965-)，女，高級(jí)工程師，主要從事建筑工程質(zhì)量等方面的研究。

中圖分類號(hào)：TU 528

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A