吳耀清庹明貝龐二波夏江波

（1中建海峽建設發(fā)展有限公司；2中建科技（福州）有限公司）

基于密實堆積的C100混凝土制備與構件成型試驗

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（1中建海峽建設發(fā)展有限公司；2中建科技（福州）有限公司）

C100高強混凝土的制備依賴于原材料自身特性及膠凝材料的組合設計。在選定機制砂、反擊破花崗巖碎石基礎上，重點對膠凝材料的密實堆積技術展開試驗研究。結果表明，膠凝體系中須引入超細粉這種區(qū)別于普通混凝土的膠凝材料，本文中的超細粉料微珠摻量在20%時，膠凝體系達到密實堆積程度，復合膠凝體系的D50為3.44μm，制備的混凝土28d強度達到110M Pa以上，滿足C100強度要求。

密實堆積；超細粉；C100高強混凝土；預制構件

1　引言

隨著國家對裝配式建筑的倡導，建筑工業(yè)化部品部件的生產(chǎn)成為裝配式建筑發(fā)展的基礎，而部品部件的吊裝是裝配式建筑不可或缺的施工方式，顯然，部品部件的體量、自重是影響吊裝效率的關鍵性制約因素，因此，研究高強混凝土配制技術及在預制構件中的應用，減輕構件自重，可極大程度地提高吊裝效率[1]。

多年來，很多國家都對高強高性能混凝土進行了大量的研究工作。高強高性能混凝土的開發(fā)受到各國政府的高度重視[2]。高強混凝土具有強度高，負荷能力大，資源和能源消耗少，耐久性優(yōu)異等優(yōu)點，能滿足土木與建筑工程輕量化、高層化、大跨化、重載化以及高耐久性等諸多方面的要求，是混凝土科學和技術發(fā)展的主要方向[3]。輕量化、重載化、高耐久性的特點尤其適用于預制構件等工廠化產(chǎn)品，既可保障質量，又可提高預制構件的吊裝效率，因此，高強混凝土在建筑工業(yè)化部品部件、預制構件等的生產(chǎn)應用中具有更高的實用性和經(jīng)濟性。故開發(fā)研究適用于預制構件的高強混凝土制備技術具有重要意義。

2　備選原材料

結合福州周邊地材和生產(chǎn)高強混凝土所需要的部分特殊原材料，確定了對比試驗所采用的各種原材料。主要膠凝材料包括：P·O 52.5水泥、II級粉煤灰、微珠、硅灰，膠凝材料的基本性能見表1～表3；集料為：細度模數(shù)為3.2的機制砂，5～25m m連續(xù)級配、針片狀含量1.4%、壓碎值7.2%的反擊破花崗巖碎石，潔凈水，固含量16.1%，減水率27.5%的高性能聚羧酸減水劑。

表1　水泥物理力學性能

表2?、瘼窦壏勖夯椅锢硇阅?/p>

表3　微珠、硅灰物理性能

3　膠凝體系密實堆積試驗

為了提高膠凝體系的密實度，可以從兩個方面進行實現(xiàn)。一方面是降低水膠比，降低漿體內部孔隙率；另一方面是通過各種膠凝材料自身顆粒級配，調整比例提高膠凝體系粉體自身的密實度[4]。圖1為水膠比-漿體密實度模型，圖2為粉體顆粒-膠凝體系密實度模型。

3.1水膠比對膠凝體系密實度的影響

設計了0.5和0.2水膠比的膠凝體系凈漿強度試驗，凈漿試驗見表4。

從表4可以看出，在水泥用量40%合適摻和料比例下，水膠比對凈漿體系強度影響極大，水膠比0.5時，28d強度約60M Pa，水膠比0.2時，相同比例膠凝體系配合比的強度高達110～120M Pa，可達到高強混凝土的凈漿體系要求。可見低水泥用量下，控制合適的摻合料比例，降低水膠比，能夠顯著提高膠凝體系密實堆積，從而配制出高強度的膠凝體系。

圖1　水膠比-漿體密實度模型

圖2　粉體顆粒-膠凝體系密實度模型

圖3　水泥和礦物摻合料的粒徑分布

表4　凈漿體系配合比

3.2顆粒級配對膠凝體系密實度的影響

對P·O 52.5水泥、II級粉煤灰、微珠進行了激光粒度測試，測試結果見圖3；將各種膠凝材料按比例組合進行了復合膠凝體系的激光粒度測試，復合比例見表5，激光粒度測試結果見圖4。

從圖3中可見，D50從大到小排序依次為II級粉煤灰、P·O 52.5水泥、微珠。D50一定程度上反映了粉體顆粒的細度差異。從中可見，微珠的D50為1.0μm，約為水泥的1/15，為粉煤灰的近1/20。

從表5和圖4中可見，①復合膠凝體系的粒度分布與各膠凝材料的粒度、摻入比例有直接關系；②編號1和編號2的微分分布曲線較符合正態(tài)分布；編號3的微分分布曲線近似正態(tài)分布，但編號3出現(xiàn)一段較長的平滑段，說明編號3的粉體配比中有斷級配現(xiàn)象，級配連續(xù)性較差；③編號1和編號2相比較，雖然二者均表現(xiàn)為較好的正態(tài)分布，但是編號1的微分分布曲線寬度偏窄，說明編號1的粒徑范圍窄，細顆粒明顯偏多；而編號2的微分分布曲線寬度較大，級配區(qū)間飽滿，且D50與編號1接近，整體而言編號2的配比較優(yōu)。

通過各種膠凝材料自身激光粒度分析和不同比例復合膠凝體系的激光粒度分析，說明可以依據(jù)膠凝材料粒度自身特性，通過合理搭配實現(xiàn)膠凝體系的緊密堆積。

3.3硬化漿體微觀分析

采用掃描電鏡研究低倍率、高倍率下微珠摻量為0%、10%、20%的復合膠凝材料硬化水泥石內部微觀形貌，掃描電鏡圖像見圖5。

由圖5可知，對于基準組，28d齡期時硬化水泥石中生成的水化產(chǎn)物較少，凝膠體多呈絮狀，且結構疏松，存在大量的孔隙和裂縫；微珠摻量為10%時，硬化水泥石中生成的水化產(chǎn)物較多，部分微珠填充于孔隙中，發(fā)揮其微集料效應和活性效應，填補了結構孔隙和裂縫，使得結構較基準組致密，雖仍可見部分未水化或水化不完全的微珠球體顆粒存在，但微小尺寸的微珠顆粒表面多被侵蝕，在表面覆蓋了一層水化產(chǎn)物，這說明該部分微珠也已經(jīng)開始發(fā)生水化反應；微珠摻量為30%時，未水化的微珠顆粒數(shù)目明顯減少，大量的微珠顆粒已發(fā)生水化反應，生成許多纖維狀和網(wǎng)狀的CSH凝膠均勻分布在漿體內部，與凝膠結構結合緊密，使得水泥石結構更為致密。該結果與2.1節(jié)2.2節(jié)的結果具有良好的對應性。

圖4　復合膠凝體系激光粒度測試結果

表5　復合膠凝材料比例

圖5　微珠-水泥復合膠凝材料硬化水泥石的掃描電鏡圖像

4　C100預制構件制備與構件成型

在第2節(jié)試驗研究基礎上，得到C100高強混凝土膠凝材料的選擇及膠凝體系的組合方式，結合機制砂特性及檢測的細度模數(shù)，提出C100混凝土配合比設計關鍵參數(shù)為：砂率為40%～45%，水膠比為0.18～0.20，總膠凝材料為550～650kg/m3。

表6　三組典型配合比

圖6　強度測試結果/MPa

考慮高強混凝土生產(chǎn)效率等問題，在微珠與硅灰兩種超細粉料中選用微珠做為C100高強混凝土制備所需超細粉，依據(jù)關鍵參數(shù)設計了多組混凝土配合比，列舉三組典型配合比進行對比分析并從中選擇較優(yōu)配合比進行預制構件澆筑成型。三組典型配合比見表6，強度測試結果見圖6。

從表6和圖6中可見，配合比1中微珠摻量為20%時，混凝土7d強度與28d強度均較理想，28d強度約118M Pa，滿足C100設計強度要求。超細粉微珠摻量20%的強度結果與第2節(jié)中相同摻量時的激光粒度分析結果及硬化漿體微觀分析結果一致。故，采用配合比1進行了C100預制梁、柱構件的澆筑。

C100預制梁、柱構件拆模后的效果見圖7。澆筑及

拆模效果均理想，28d強度高于110M Pa。預制梁、柱構件的鋼筋及混凝土表面粘貼一定數(shù)量的應變片，為后期測試預制構件力學性能及變形性能的原型加載試驗做準備。

圖7　C100預制梁、柱混凝土澆筑及拆模效果

5　結論

⑴膠凝體系密實堆積程度對制備高強混凝土具有顯著影響，降低水膠比并通過膠凝材料顆粒級配調整，可實現(xiàn)膠凝體系的密實堆積。水膠比降低至0.2以下，超細粉摻量20%時，可顯著提高凈漿強度。

⑵C100高強混凝土對原材料的要求有別于普通混凝土。除了需要壓碎值較低、巖性好的粗集料外，C100高強混凝土的膠凝體系中必須摻入超細粉料，本文中超細粉微珠的摻量為 20%時，28d混凝土強度高于110M Pa。

⑶采用C100高強混凝土進行預制梁、柱澆筑成型，澆筑及拆模效果理想，構件混凝土強度發(fā)展良好，達到設計要求?！?/p>

[1]陳寶春，等.超高性能混凝土研究綜述[J].建筑科學與工程學報,2014(3).

[2]吳中偉.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[3]繆昌文,劉建忠.應用高強混凝土應注意的幾個問題[J].施工技術,2013(10).

[4]毛丹.礦物微粉在水泥基復合膠凝材料中的顆粒級配效應研究[D].長沙:湖南大學，2004.

*本論文依托福州市區(qū)域科技重大專項課題高強混凝土預制構件生產(chǎn)關鍵技術研究（2014-Q-31）。