崔建文 高新民 陳飛 李峰 康健

（1甘肅五環(huán)公路工程有限公司，甘肅 蘭州730050；2甘肅省橋梁工程研究中心，甘肅 蘭州 730050）

0 引言

樁基混凝土要求具有良好的工作性能，樁徑小于1.5m時(shí)，坍落度要求180～220mm，樁徑大于1.5m時(shí)，坍落度要求160～200mm[1]，同時(shí)，由于樁基混凝土處于地下，接觸的環(huán)境比較復(fù)雜，因此，提高樁基混凝土的綜合性能十分必要。高性能混凝土在性能上的重要特征是具有高耐久性，而在組成材料上除了使用高效減水劑以外，無機(jī)粉體（超細(xì)粉）的應(yīng)用是其重要特征[2]。樁基礎(chǔ)是一個(gè)隱蔽工程，在施工中對(duì)混凝土工作性能的控制是質(zhì)量控制的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，同時(shí)，提高樁基混凝土的耐久性也有其必要性。結(jié)合環(huán)保理念，本文針對(duì)以機(jī)制砂為細(xì)集料的C35高性能樁基混凝土，在水膠比、膠凝材料總量以及礦物摻合料總量不變的前提下，通過調(diào)整復(fù)合礦物摻合料的摻配比例，研究分析其工作性能、力學(xué)性能以及耐久性能等指標(biāo)，為實(shí)際工程施工中對(duì)混凝土礦物摻合料以及摻配比例的選擇提供一定的理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 試驗(yàn)原材料規(guī)格與指標(biāo)

試驗(yàn)選用P.O42.5普通硅酸鹽水泥、二級(jí)粉煤灰、S95級(jí)礦粉、高性能減水劑（減水率≥25%），細(xì)集料粒徑為0～5mm的級(jí)配機(jī)制砂（細(xì)度模數(shù)2.86，MB值0.9），粗集料規(guī)格分別為5～10mm、10～20mm、16～31.5mm的級(jí)配碎石，其中細(xì)集料為花崗巖，粗集料為玄武巖（壓碎值14.6%），復(fù)合礦物摻合料分別為粉煤灰、礦粉。膠凝材料的常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 膠凝材料常規(guī)指標(biāo)檢測(cè)結(jié)果

1.2 配合比設(shè)計(jì)與試驗(yàn)

結(jié)合混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程以及相關(guān)規(guī)范，以樁基混凝土的工作性能為依據(jù)，對(duì)C35樁基混凝土配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)，本次試驗(yàn)用到的具體配比如表2所示。

表2 C35樁基混凝土配合比

按表2配合比，使用強(qiáng)制式臥式攪拌機(jī)拌制混凝土，每種方案的混凝土拌合物均測(cè)其初始坍落度、擴(kuò)展度和放置60min后的坍落度及擴(kuò)展度，用來評(píng)價(jià)混凝土的工作性能。試件在室內(nèi)成型，使用標(biāo)準(zhǔn)試模，混凝土分兩層入模，每層人工插搗25次，試件尺寸150mm×150mm×150mm，每個(gè)試驗(yàn)方案成型4組試件，每組3個(gè)試件，分別用來測(cè)試7d、28d、35d、56d的混凝土強(qiáng)度，試件成型后立即用濕布覆蓋保濕，在溫度20±5℃，相對(duì)濕度大于50%的環(huán)境中靜置1～2晝夜，然后拆模置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期。在制作抗壓試件的同時(shí)，用同盤混凝土制作2組電通量試件，每組3個(gè)試件，試件尺寸φ100×50mm，靜置于和抗壓試件同環(huán)境的室內(nèi)，拆模后在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的水槽中養(yǎng)護(hù)至試驗(yàn)齡期，對(duì)表面處理后用于試驗(yàn)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 不同復(fù)合礦物摻配比例對(duì)混凝土工作性能影響

對(duì)7種試驗(yàn)方案下混凝土拌合物初始以及60min后的坍落度、擴(kuò)展度的試驗(yàn)結(jié)果如表3、圖1、圖2所示。試驗(yàn)表明，摻入礦物摻合料可顯著改善混凝土的工作性能，但在復(fù)合礦物摻配總量一定的前提下，隨著礦粉摻量的提高，混凝土的工作性能相對(duì)降低，主要表現(xiàn)在混凝土初始及60min后坍落度和擴(kuò)展度減小，同時(shí)泌水量有增大的跡象。但整體來看，每個(gè)試驗(yàn)方案中混凝土的工作性能隨時(shí)間的延長變化并不明顯。

出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是粉煤灰的形態(tài)效應(yīng)對(duì)混凝土的流動(dòng)性能具有很大的改善作用。形態(tài)效應(yīng)指粉煤灰顆粒呈圓球狀，其能分散水泥絮凝結(jié)構(gòu)[3]，同時(shí)在混泥土中可產(chǎn)生“滾珠”效應(yīng)，在混凝土拌合物相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)起到潤滑作用[4]；粉煤灰還可以提高混凝土的粘聚性，在一定程度上減少混凝土的泌水量[5]。在復(fù)合礦物摻配比例不變的前提下，粉煤灰摻量隨礦粉摻量的增加而減少，造成粉煤灰對(duì)混凝土工作的作用優(yōu)勢(shì)降級(jí)，礦粉對(duì)混凝土工作性能的不利影響反而增加，形成此消彼長的態(tài)勢(shì)。整體而言，每個(gè)試驗(yàn)方案中混凝土工作性能隨時(shí)間的延長變化不大，這與現(xiàn)代高性能減水劑的穩(wěn)定性分不開，隨著減水劑綜合性能的提高，混凝土的工作性能更穩(wěn)定。綜合考慮混凝土的工作性能和經(jīng)濟(jì)性指標(biāo)，實(shí)際生產(chǎn)中選用分案Ⅳ即粉煤灰摻量20%、礦粉摻量15%，可充分發(fā)揮兩種礦物摻合料的“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效應(yīng)”[6]，混凝土的坍落度滿足施工需要，和易性、粘聚性均達(dá)到最佳狀態(tài)，泌水率得到改善，同時(shí)生產(chǎn)成本顯著降低。

表3 不同試驗(yàn)方案混泥土拌合物工作性能

圖1 不同試驗(yàn)方案對(duì)混凝土坍落度的影響

圖2 不同試驗(yàn)方案對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響

2.2 不同復(fù)合礦物摻配比例對(duì)混凝土強(qiáng)度影響

使用THY-2000型電液式試驗(yàn)壓力機(jī)對(duì)7種試驗(yàn)方案下混凝土抗壓試件7d、28d、35d、56d齡期的強(qiáng)度做檢測(cè)，試驗(yàn)結(jié)果如表4、圖3、圖4所示。

表4 不同試驗(yàn)方案混泥土拌合物強(qiáng)度

圖3 不同試驗(yàn)方案對(duì)混凝強(qiáng)度的影響

圖4 不同試驗(yàn)方案各齡期混凝土強(qiáng)度對(duì)比

由圖表可看出，復(fù)合礦物摻合料對(duì)混凝土的強(qiáng)度具有顯著影響，隨著復(fù)合礦物摻配比例的變化，混凝土7d齡期的強(qiáng)度變化尤為明顯。同方案Ⅶ相比，前6種試驗(yàn)方案混凝土的7d強(qiáng)度在復(fù)合礦物摻合料總量不變的前提下，隨礦粉摻量的增加大致呈線性增長（除方案Ⅳ外），如圖5所示。

圖5 復(fù)合礦物摻合料混凝土隨礦粉摻量的增加不同齡期強(qiáng)度變化

上述現(xiàn)象與復(fù)合礦物摻合料體系中礦粉的關(guān)系很大。礦粉的主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、CaO、MgO，這四種成分決定了礦粉堿度值的大小，而礦粉活性的高低由其堿度值決定，因此S95級(jí)礦粉本身具有潛在的水硬性，但本身的硬化性能微弱，當(dāng)有堿參與反應(yīng)時(shí)，可以激發(fā)其活性，水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的Ca（OH）2正好為礦粉活性的激發(fā)提供了良好的環(huán)境，促進(jìn)了與水泥水化產(chǎn)生的游離的氧化鈣及高堿性C-S-H發(fā)生二次水化反應(yīng)，生成膠凝性物質(zhì)[4]，在一定程度上加快了水化反應(yīng)，提高了混凝土的早期強(qiáng)度。而粉煤灰的摻入在一定程度可以使混凝土的凝結(jié)時(shí)間增長，這是因?yàn)樗嗨磻?yīng)溶出的各個(gè)離子被吸附在粉煤灰粒子表面，降低了孔隙液中離子濃度，粉煤灰的摻入抑制了水泥早期水化反應(yīng)[7]。隨著粉煤灰摻量的增加，礦粉摻量的減少，混凝土的7d強(qiáng)度明顯降低。

同時(shí)從圖5及表4可看出，同一試驗(yàn)方案中，隨復(fù)合礦物摻合料中礦粉摻量的增加、粉煤灰摻量的減少，混凝土7d至56d齡期強(qiáng)度的增長幅度逐漸減??；養(yǎng)護(hù)齡期大于等于28d的各齡期混凝土強(qiáng)度增幅不大。但不同方案中，齡期相同時(shí)，大于等于28d的各齡期混凝土強(qiáng)度變化同7d齡期的變化趨勢(shì)基本相同，方案Ⅳ中混凝土強(qiáng)度大于相鄰兩方案的強(qiáng)度，除方案Ⅳ外大致呈增長趨勢(shì)，但增長幅度較小。這一現(xiàn)象與礦粉促進(jìn)混凝土早期水化反應(yīng)速度，粉煤灰抑制混凝土早期水化反應(yīng)速度的原因有關(guān)。

方案Ⅳ中混凝土強(qiáng)度之所以出現(xiàn)上述現(xiàn)象，與復(fù)合礦物摻合料的摻配比例有關(guān)，根據(jù)表3可知，方案Ⅳ中粉煤灰摻量20%，礦粉摻量15%，其混凝土7d、28d、35d、56d要齡期強(qiáng)度分別為36.9MPa、46.7MPa、48.8MPa、51.8MPa，完全滿足實(shí)際工程施工需求。綜合考慮工作性能、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性，這一摻配比例是本試驗(yàn)復(fù)合礦物摻配體系中的最佳方案，在這一摻配比例下，礦粉和粉煤灰對(duì)混凝土工作性能及強(qiáng)度的作用達(dá)到了優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的最佳狀態(tài)。

2.3 不同復(fù)合礦物摻配比例對(duì)混凝土電通量影響

使用混凝土氯離子電通量測(cè)定儀對(duì)7 種試驗(yàn)方案下28d齡期混凝土電通量試件做檢測(cè)，表5是混凝土抗氯離子滲透性能的等級(jí)劃分，其試驗(yàn)結(jié)果如表6、圖6所示。

表5 混凝土抗氯離子滲透性能的等級(jí)劃分（電通量法）

表6 混凝土抗氯離子滲透試驗(yàn)數(shù)據(jù)及等級(jí)（電通量法）

圖6 不同試驗(yàn)方案對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的影響

3 結(jié)語

1）在膠凝材料總量和礦粉、粉煤灰復(fù)合礦物摻合料總量不變的前提下，混凝土的工作性能隨礦粉摻量的增加逐漸變差，隨粉煤灰摻量的增加明顯改善。

2）在膠凝材料總量和礦粉、粉煤灰復(fù)合礦物摻合料總量不變的前提下，混凝土的早期強(qiáng)度隨礦粉摻量的增加明顯提高，混凝土的后期強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而增幅較大。

3）綜合考慮工作性能、強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性，當(dāng)粉煤灰、礦粉的摻量分別為20%、15%時(shí)，可以充分發(fā)揮兩種礦物摻合料的“優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)效應(yīng)”，混凝土的坍落度滿足施工需要，和易性、粘聚性均達(dá)到最佳狀態(tài)，泌水率得到改善，強(qiáng)度滿足設(shè)計(jì)要求。

4）混凝土抗?jié)B性能隨礦粉摻量的增加而提高，隨粉煤灰摻量增加而降低，當(dāng)粉煤灰、礦粉的摻量分別為20%、15%時(shí)，其抗氯離子滲透性能同膠凝材料為純水泥的混凝土抗氯離子滲透性能相當(dāng)，均為Q-Ⅲ級(jí)，滿足非特殊環(huán)境下的耐久性要求。