韓　冰

(中鐵第六勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司，天津　300300)

隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，混凝土外摻劑已經(jīng)變成混凝土中必不可少的組分。20世紀(jì)末期，高性能混凝土概念的提出、研究應(yīng)用的蓬勃發(fā)展及之后綠色高性能混凝土概念的深化都起源于不同混凝土外加劑的研制和成功應(yīng)用[1]。

隨著建筑業(yè)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的混凝土施工技術(shù)早已不能滿足大型跨海大橋、超高層及配筋較密建筑工程的建設(shè)施工要求，必須應(yīng)用較大流動(dòng)性泵送混凝土的施工，必須加緊進(jìn)行外摻劑對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響分析[2]?；炷林凶钪匾牧W(xué)性能是強(qiáng)度。在一定情況下，混凝土其他性能通常與混凝土的強(qiáng)度息息相關(guān)。而加入外摻劑，可以明顯增加混凝土的強(qiáng)度，還可以增加混凝土其他的力學(xué)性能[3]。

1　試驗(yàn)概況

1.1　早、中期力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)

本研究中，以水泥混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎拉強(qiáng)度作為評(píng)價(jià)混凝土力學(xué)性能的指標(biāo)。對(duì)不同外加劑配合比組合下試件的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)研究[4]。由于水泥混凝土的抗彎拉強(qiáng)度是工程設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，因此對(duì)試件的抗彎拉強(qiáng)度進(jìn)行了測(cè)定。在試驗(yàn)中，采用100 mm×100 mm×400 mm的非標(biāo)準(zhǔn)試件，計(jì)算出的抗彎拉強(qiáng)度需要乘上換算系數(shù)0.85。

1.2　試驗(yàn)設(shè)備

試驗(yàn)機(jī)：采用50～300 kN抗折試驗(yàn)機(jī)或者萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)。

抗彎拉試驗(yàn)裝置：能使2個(gè)相等荷載同時(shí)作用在試件跨度的3分點(diǎn)處上的抗彎拉試驗(yàn)裝置。

1.3　試驗(yàn)方法

按預(yù)定配合比稱量水泥混凝土所用的原料，經(jīng)過(guò)拌合后，將它倒入試模中進(jìn)行振搗和抹平成型，1 d后拆模。在規(guī)定的條件下，養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行試驗(yàn)。

將試件放在試驗(yàn)機(jī)上，施加均勻、連續(xù)的載荷，加荷速率取0.05～0.08 MPa/s。當(dāng)試件接近破壞時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門。試件破壞后，要記下最大荷載[5]。

各組試驗(yàn)所用的配合比見表1。

表1　試驗(yàn)配合比Table 1　Test mixing ratio

1.4　試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算

2　早、中期力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分析

早、中期的力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果分別見表2～4。試驗(yàn)數(shù)據(jù)包括：混凝土3,7和28 d的抗壓強(qiáng)度、軸心抗壓強(qiáng)度及抗彎拉強(qiáng)度。

2.1　立方體抗壓強(qiáng)度

從表2中3 d齡期下混凝土試件的抗壓強(qiáng)度可以看出：摻加活性摻和料試件的強(qiáng)度都處于空白組的之下。隨著摻和料用量的增加，它們的各項(xiàng)強(qiáng)度均逐步降低。當(dāng)用量相同時(shí)，摻礦渣混凝土試件的各項(xiàng)強(qiáng)度均強(qiáng)于摻粉煤灰混凝土試件的。分析減水劑對(duì)于混凝土早期強(qiáng)度的影響可得出：對(duì)于摻加20%粉煤灰的試件，摻加減水劑試件的抗壓和軸心抗壓強(qiáng)度均高于不摻減水劑試件的相應(yīng)強(qiáng)度。對(duì)于摻加10%礦渣的試件，摻加減水劑試件的各項(xiàng)強(qiáng)度均略低于不摻減水劑試件的相應(yīng)強(qiáng)度。對(duì)于采用三摻技術(shù)的試件，由于3 d的齡期較短，水化產(chǎn)物比較少，活性摻和料還沒(méi)有充分反應(yīng)。

表2　混凝土3 d齡期強(qiáng)度Table 2　Three day age strength of concrete

表3　混凝土7 d齡期強(qiáng)度Table 3　Seven day age strength of concrete

表4　混凝土28 d齡期強(qiáng)度Table 4　Twenty-eight day age strength of concrete

從表3中7 d齡期下混凝土試件的抗壓強(qiáng)度可以看出：混凝土7 d齡期的各項(xiàng)強(qiáng)度比對(duì)應(yīng)的 3 d 齡期的均增加近1倍。由此可知，前7 d是混凝土強(qiáng)度形成較快的時(shí)期。與3 d齡期數(shù)據(jù)類似，混凝土的強(qiáng)度隨著摻和料的增加而逐漸降低。由于礦渣的活性比粉煤灰的高，在相同摻量的情況下，摻加礦渣的混凝土抗壓強(qiáng)度明顯要優(yōu)于粉煤灰的。加入減水劑明顯提高了粉煤灰7 d的強(qiáng)度，但對(duì)于礦渣的影響卻不太明顯，摻加減水劑試件的各項(xiàng)強(qiáng)度均和不摻減水劑試件的相差很小。三摻技術(shù)7 d強(qiáng)度近似與20%粉煤灰+減水劑的效果類似，其強(qiáng)度接近。

從表4中28 d齡期下混凝土試件的抗壓強(qiáng)度可以看出：采用單摻技術(shù)試件的強(qiáng)度比7 d齡期的要明顯提高，但對(duì)應(yīng)相同摻量試件的強(qiáng)度的增幅比7 d齡期的要小。通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析可知，30%礦渣試件強(qiáng)度的增長(zhǎng)較快，略高于空白組的，而其他各組試件的強(qiáng)度要較低于空白組的，但是其強(qiáng)度差已經(jīng)很小，摻加粉煤灰試件的各項(xiàng)強(qiáng)度隨摻量的增加而逐漸減小，而摻加礦渣試件的各項(xiàng)強(qiáng)度隨摻量的增加而逐漸增加。摻加減水劑后，對(duì)應(yīng)的強(qiáng)度會(huì)進(jìn)一步增加；但對(duì)于摻粉煤灰的試件，加入減水劑對(duì)于混凝土強(qiáng)度的影響不大。而在這個(gè)齡期的雙摻試件與7 d齡期下試件強(qiáng)度的特點(diǎn)類似，其各項(xiàng)強(qiáng)度均在單摻試件強(qiáng)度之間，既高于單摻粉煤灰試件的，又低于單摻礦渣試件的[6]。

不同齡期使用活性摻和料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度如圖1所示。不同齡期使用減水劑后立方體抗壓強(qiáng)度如圖2所示。

圖1　不同齡期使用活性摻和料混凝土立方體抗壓強(qiáng)度Fig. 1　Compressive strength of concrete cubes using active admixture at different ages

圖2　不同齡期使用減水劑后立方體抗壓強(qiáng)度對(duì)比Fig. 2　Contrast diagram of cube compressive strength after using water reducing agents at different ages

從圖1，2中可以看出，加入摻和料對(duì)混凝土強(qiáng)度的形成具有顯著影響，減緩了混凝土早期強(qiáng)度的形成。隨著齡期逐漸增長(zhǎng)，摻和料對(duì)于混凝土強(qiáng)度的影響逐步減小。粉煤灰對(duì)于混凝土早期強(qiáng)度的形成影響十分明顯，而礦渣對(duì)于混凝土早期強(qiáng)度的形成影響與粉煤灰的相差不大；但在后期，礦渣加速了混凝土強(qiáng)度的形成。此外，礦渣對(duì)混凝土強(qiáng)度形成的效果要優(yōu)于粉煤灰的。減水劑對(duì)于混凝土早期強(qiáng)度形成具有一定的影響；但在后期，它的影響會(huì)逐步降低。通過(guò)試驗(yàn)中的數(shù)據(jù)還可得出結(jié)論：在早期，混凝土強(qiáng)度形成得較快，隨著齡期的發(fā)展，其強(qiáng)度形成速率會(huì)逐漸降低。因此，在今后的工程實(shí)際中，要注意混凝土早期的養(yǎng)護(hù)工作，以保證工程質(zhì)量。

2.2　抗彎拉強(qiáng)度

不同齡期使用活性摻和料混凝土抗彎拉強(qiáng)度如圖3所示。從圖3中可以看出，在養(yǎng)護(hù)時(shí)間、養(yǎng)護(hù)條件相同的條件下，粉煤灰和礦渣的加入對(duì)于混凝土抗彎拉強(qiáng)度的提高都可以起到一定的作用。其中，礦渣的作用要優(yōu)于粉煤灰的。在外加混合料摻量相同的條件下，加入礦渣會(huì)使混凝土的抗彎拉強(qiáng)度較粉煤灰的要提高約1 MPa，且該強(qiáng)度的提高值與外加混合料的摻量也存在一定的關(guān)系。從圖3中還可以看出，以粉煤灰為例，20%粉煤灰試件的抗彎拉強(qiáng)度達(dá)到4.51 MPa，而10%粉煤灰和30%粉煤灰的抗彎拉強(qiáng)度均低于20%粉煤灰的抗彎拉強(qiáng)度，分別為4.38 MPa和4.41 MPa。而相同情況在礦渣摻量不同時(shí)仍有體現(xiàn)：20%礦渣的抗彎拉強(qiáng)度也要高于10%礦渣和30%礦渣的抗彎拉強(qiáng)度。由此可得結(jié)論：在28 d齡期時(shí)，外摻混合料對(duì)于混凝土強(qiáng)度的加速形成起到了顯著作用，并且礦渣在提高抗彎拉方面的作用優(yōu)于粉煤灰的；外摻混合料的摻量對(duì)于試樣的抗彎拉強(qiáng)度提高量也并非線性關(guān)系，而是呈二次拋物線的關(guān)系，在20%摻和料摻量左右達(dá)到極值，此時(shí)摻和料對(duì)早期強(qiáng)度提高的作用最為顯著。

圖3　不同齡期使用活性摻和料混凝土抗彎拉強(qiáng)度Fig. 3　Flexural strength of concrete with active admixture at different ages

外加劑對(duì)于混凝土早期強(qiáng)度形成時(shí)的影響如圖4所示。從圖4中可以看出，在20%粉煤灰二分點(diǎn)試驗(yàn)中的抗彎拉強(qiáng)度為4.51 MPa，而20%粉煤灰+1.2%減水劑的抗彎拉強(qiáng)度為4.37 MPa，可知它們的差別不大。分析10%粉煤灰的二分點(diǎn)和三分點(diǎn)對(duì)照試驗(yàn)也可得到類似結(jié)論?？梢?，外摻劑的使用對(duì)混凝土28 d齡期抗彎拉強(qiáng)度的影響 不大[7]。

圖4　不同齡期使用減水劑后抗彎拉強(qiáng)度對(duì)比Fig. 4　Contrast diagram of flexural strength after using water reducing agents at different ages

在混凝土中，加入粉煤灰和礦渣也會(huì)在很大程度上提高混凝土的抗彎拉強(qiáng)度，但其效果要介于單摻2種混合料之間，復(fù)摻2種混合料的二分點(diǎn)抗彎拉強(qiáng)度為4.52 MPa，而單摻粉煤灰的二分點(diǎn)抗彎拉強(qiáng)度為4.41 MPa；單摻礦渣的二分點(diǎn)抗彎拉強(qiáng)度為5.05 MPa。

3　結(jié)論

摻和料的加入會(huì)延緩混凝土強(qiáng)度的形成。隨著用量的增加，對(duì)其抗彎拉強(qiáng)度的影響更為明顯，并且粉煤灰對(duì)強(qiáng)度形成的影響要弱于礦渣的。 28 d 齡期時(shí)，抗彎拉強(qiáng)度與摻和料的摻量有密切關(guān)系，20%摻和料摻量對(duì)其抗彎拉強(qiáng)度的影響最為顯著。減水劑既能減少拌合用水量，又能增加混凝土的早期抗彎拉特性。但是，隨著齡期的增加，其影響程度也逐漸減小。因此，在力學(xué)方面，摻和料和外摻劑的作用為控制反應(yīng)速率。

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