庆阳地区超高强混凝土的研究及应用(改2)

1、 庆阳地区超高强混凝土的研究及应用康新怀 左锁军 马飞 庆阳市兴庆混凝土有限公司曹国梁 甘肃第一建设集团有限责任公司摘要：本文应用甘肃庆阳地区的混凝土原材料，研究配制超高强混凝土，抗压强度已超过120Mpa；为提高超高强混凝土的性能，改善混凝土的延性，进一步增强混凝土的耐久性，对加入的钢纤维规格和骨料的粒径以及其他各个重要组成材料调整最佳掺量，取得理想的超高强混凝土配合比，并将试验结果应用于当地的钢纤维井盖制作中进行验证，井盖承载能力测试已达到GB26537-2011钢纤维混凝土检查井盖D400的等级要求。关键词：当地砂石 钢纤维 超高强混凝土 钢纤维井盖应用前言：随着在混凝土强度及耐久性等技

2、术方面的广泛研究，混凝土的高强研究逐步趋向于高性能的研究，本文通过不同钢纤维规格和掺量的调整，利用当地砂石材料，在各项技术指标不很理想的条件下，采用不同的砂胶比，不同钢纤维规格及掺量、硅灰掺量，不同骨料粒径范围，不同的养护条件，进行大量的试配验证，对试配数据进行数据统计分析，最终得出优化的超高强混凝土配合比。试验最高抗压强度达156Mpa，抗折强度超过20Mpa以上，并将其应用于当地混凝土井盖、雨水井箅等产品进行验证，经过重型车辆长时间反复碾压，未出现破损裂缝，为庆阳地区使用当地砂石生产超高强混凝土做了一些探索。1、试验所需的设备准备1.12000KN混凝土抗压及抗折压力试验机，300KN水泥

3、胶砂抗压试验机；10KN水泥胶砂电动抗折试验机；1.2300吨砼井盖抗压试验装置；1.3混凝土振实台、胶砂振实台；1.4快速养护箱及恒温恒湿养护设备；1.5强制式混凝土搅拌机、胶砂搅拌机、跳桌、坍落度测定仪；1.6100x100x100mm混凝土抗压试模， 100x100x400mm抗折试验装置及试模，胶砂试模；1.7数显台秤、电子秤；1.8恒温（30±2）的养护水槽；1.9其他相关的试验用具。2、原材料的准备2.1胶凝材料的选用水泥：水泥选用甘肃平凉海螺集团公司的P·O42.5级水泥，通过试验复检其水泥3d、28d抗压抗折强度，质量比较稳定；粉煤灰：选用陕西大唐彬长发电厂

4、的级粉煤灰，其质量指标均符合要求；硅灰：选用西安霖源微硅粉有限公司的优质硅灰，其二氧化硅含量大于90%；2.2.其他材料的选用外加剂：选用聚羧酸系高性能减水剂，减水率25%；骨料：选用庆阳长庆桥地区天然砂，骨料最大粒径为4.75mm级配进行筛选的水洗砂，最大粒径为10mm的卵石破碎石；拌合用水：当地地下可饮用水；钢纤维：选用上海真强纤维有限公司生产的高强度微钢纤维，其直径0.15mm，长度6mm及13mm，以骨料的最大粒径选择长径比适合的钢纤维。图1 硅灰图2 高强度微钢纤维3、混凝土的配制3.1. C120超高强混凝土基准配合比的计算：在鲍罗米公式中引入与水灰比有关的系数,得到: fcu,0

5、 = A··a·fce（B/W-b） 公式（1）式中,除系数外,其余符号含义同普通混凝土鲍罗米公式。= - 0.4952 + 5.514W/ B 公式（2）回归相关系数r = 0.9575 。根据实际情况,规定当> 1 时,取= 1 ,当< 0.66 时取= 0.66 。以用硅灰、粉煤灰配制C120混凝土,选用42.5级普通硅酸盐水泥,硅灰掺量定为胶材用量的8 % ,粉煤灰掺量定为胶材用量的20 %，测得28d水泥胶砂抗压强度值为47.0Mpa。骨料粒径范围在0.15-10mm之间调整。a.确定配制强度为132.0Mpa【fcu ,0=（fcu ,k+

6、T）+k=（120+5）+2.0·3.5=132.0Mpa）;b.硅灰掺量定为8 % ,这时取硅灰的活性指数为A =1.3(掺合料活性指数的获得,应通过试验资料积累,参考按GB/ T18046 - 2008、GB/ T18736 - 2002、GB/T1596 - 2005 等测得的标准活性指数或抗压强度比) 。根据公式(1) 和公式(2) 算出水胶比W/ B =0.50 ;c.将水胶比代入公式(2)，则=2.26> 1，规定当> 1 时取= 1 ,因此需重新代入公式(1) 算出水胶比,得B/ W = 4.28 ,即W/ B = 0.23，对水胶比增加0.03和减小0.0

7、3根据试配强度对水胶比进行确定即水胶比取0.20;d.确定的配合比即单方用水量为180kg/ m3 ,单方胶凝材料用量为900kg/ m3 , 其中粉煤灰为252kg/ m3，,水泥用量为648kg/ m3，0.15-4.75mm粒级天然砂1340kg/ m3，砂胶比1.49，标准养护60d六组试件抗压强度平均值为138.1 Mpa。本配合比设计混凝土抗压强度标准养护60d应不低于125MPa，抗折强度不低于20MPa，经过热养护方式最终混凝土抗压强度应超过配制强度132.0Mpa。对基准配合比的调整思路采用了不同骨料粒径范围（0.151.18mm，0.152.36mm，0.154.75mm,

8、0.1510.0mm）,根据颗粒级配分布范围进行手工筛分，筛洗，烘干，待用；不同砂胶比（1.6、1.5、1.4、1.3、1.2、1.1、1.0、0.9）；不同的硅灰掺量（胶材总量的5%、6%、8%、10%、12%）；不同钢纤维规格，选用长度为6mm以及13mm直径0.15mm的两种微钢纤维；不同钢纤维掺量（体积率0.5%、0.8%、1.0%、1.2%、1.5%、2.0%）；不同的养护条件（标准养护、热养护），养护方法：标准养护龄期60d,热养护为在（20±2）环境中放置24h±15min后，然后脱模入90环境水温中热养48h，再置入（30±2）的热养水槽中热养28

9、d,其中在90水温热养48h时，水温应慢慢升温3小时至90，热养到龄期后取出放置于20的环境中冷却1h±10min，待检。 3.2.混凝土搅拌及搅拌装置要求，混凝土预养，养护细节要求：3.2.1投料顺序：先加入胶凝材料干拌3min后，再加入骨料均匀干拌3min，然后用砂筛均匀撒入钢纤维搅拌34min，再加入水搅拌6min后，后加减水剂搅拌4min出料看其状态并测量坍落度及扩展度，装模后严格控制振捣时间，防止试件表面浆层上泛过厚和钢纤维，骨料下沉为准，后对试件进行标记，移至养护室用塑料布覆盖待终凝；3.2.2在20±2的环境中预养24h±15min，以根据其凝结状态

10、，小心脱模，然后进行养护；3.2.3整个试验过程及养护过程由四人以上进行维护监控，并留有照片和相应记录；3.2.4试验检测认真细致,结果真实有效；3.2.5操作及养护标准遵照下列要求；3.2.5.1操作重点：称量准确，搅拌程序合理，装模振捣养护符合要求；3.2.5.2同一配合比的混凝土拌制量一次不少于25L，分别制作抗压试件一次六组；3.3.龄期试件的强度测试3.3.1抗压试验标准养护龄期为60d,热养90水温热养48h，再加（30±2）环境水温热养28d。3.3.2抗折试验龄期60d，100X100X400mm抗折试件，40X40X160mm胶砂试件，抗折试件分别采用300KN压力

11、机和电动抗折仪试验。4、抗压强度统计分析4.1 不同骨料粒径范围时混凝土抗压强度表、曲线图不同骨料粒径范围骨料粒径范围mm0.15-1.180.15-2.360.15-4.750.15-106组试件强度平均值Mpa113.2125.6138.1108.44.2 不同砂胶比时混凝土抗压强度表、曲线图不同砂胶比砂胶比0.91.0 1.11.21.31.41.51.66组试件强度平均值Mpa117.2130.6135.2136.8137.4137.7138.1121.14.3 不同硅灰掺量时混凝土抗压强度表、曲线图不同硅灰掺量硅灰掺量5%6%8%10%12%6组试件强度平均值Mpa139.6141.

12、7146.4144.4140.6139.6141.7146.4144.4140.61361381401421441461485%6%8%10%12%6组试件强度平均值Mpa4.4 不同钢纤维规格时混凝土抗压强度表、柱状图不同钢纤维规格（钢纤维体积率1.5%）钢纤维规格mm6*0.1513*0.156组试件强度平均值Mpa148.1147.34.5 不同钢纤维掺入体积率时混凝土抗压强度表、曲线图不同钢纤维掺入体积率钢纤维掺入体积率%0.5 0.8 1.0 1.2 1.5 2.0 6组试件强度平均值Mpa146.4 146.7 147.6 147.8 148.1 146.6 4.6 不同养护条件时

13、混凝土抗压强度表、柱状图 不同的养护条件（标准养护、热养护）不同的养护条件标准养护热养护6组试件强度平均值Mpa148.1156.35、超高强混凝土试验结果总结，在混凝土水胶比，胶材总量不变的情况下：5.1、骨料选用不同的粒径范围，对混凝土的抗压强度有着一定的影响。见4.1图表，当骨料最大粒径范围超过4.75mm时，其抗压强度下降幅度很大，所以骨料粒径范围应控制在4.75mm以内为宜。5.2、根据图表4.2显示，砂胶比宜控制在1.01.5之间其力学性能最好，混凝土砂胶比与其抗压强度成正比关系，但砂胶比超过1.5时与混凝土强度成反比关系。砂胶比在1.11.5时影响较小，砂胶比选择在1.5左右时，

14、其抗压强度值最好。5.3、硅灰的掺量和抗压强度的关系，如图表4.3显示，硅灰掺量在8%时其60d抗压强度146.4Mpa，达到最大值；当硅灰掺量大于8%时，整体强度有一个下降的趋势；因此在硅灰掺量低于8%时其与抗压强度成正比，而且抗压强度的增长较快；当硅灰的掺量超过8%时，混凝土强度随着掺量提高而下降。5.4、图表4.4显示，骨料粒径在4.75mm范围时，选用规格为6*0.15mm的微钢纤维，其混凝土力学性能最好。5.5、根据图表4.5显示，钢纤维的体积掺量在（1.02.0%）时抗压强度较好，钢纤维掺入量在0.5%2.0%之间，其抗压强度总体影响不大，掺入体积率在1.5%时抗压强度最高，钢纤维

15、掺入的体积率越大，单位体积内钢纤维分布的就越稠密，故超高强混凝土的抗冲击性和韧性就越高，钢纤维对超高强混凝土的约束力就越强，也有效的减少了超高强混凝土的裂缝或阻止裂缝的引伸和扩展，但掺入量超过1.5%时混凝土强度随之下降。5.6、图表4.6显示，经过等效龄期养护的超高强混凝土试件，其热养后砼强度有一个显著的提高，混凝土在高温后，会提高混凝土早期水化硬化的过程和程度，对混凝土后期强度有很大的帮助和影响，提示必须控制好热养护四个阶段：预养-升温-恒温-降温。6、应用实例6.1.经过上述试验总结，确定最优配合比：水胶比为0.20、钢钎维掺量为1.5、硅粉掺量8及试配的粉煤灰、聚羧酸外加剂等为钢纤维井

16、盖砼配合比。6.2.井盖钢筋骨架焊接：将原厂家使用的骨架钢筋品种规格、配筋方案及数量、外包钢箍的规格进行调整，用钢量由原9.8KG，降低为5.8KG，配筋如下图6.2；6.3.井盖成型：制作过程注重混凝土拌制的投料顺序，振捣时间。混凝土搅拌采用强制式搅拌机，投料顺序为：先将胶材投入搅拌机干拌3min，后投入骨料干拌3 min，然后将微钢钎维用砂筛均匀筛入，边搅拌边筛入，搅拌3 min，然后加水搅拌6 min卸料。将搅拌好的钢钎维砼装入已确定好钢筋骨架的井盖模具内，在振动台上振捣至模具上层无气泡泛出但要防止钢纤维下沉，或振后在表面稍许撒入部分钢钎维，然后收面养护拆模，按要求进行龄期养护，见下图6

17、.3。图6.3井盖制作成型图6.2井盖钢筋骨架配筋图 6.4.井盖承载力试验： 井盖承载力试验采用专业井盖承载力试验装置进行，装置测试能力300吨。将井盖安装在自制加载架上，荷载通过直径为356mm，厚度40 mm的圆型钢垫板施加在井盖的几何中心。为使荷载均匀作用在井盖上，井盖与钢垫板之间加设一块橡胶垫片，加荷采用千斤顶人工均匀加载，当裂缝产生，用专用塞尺测量裂缝，宽度达到0.2mm时，此时压力值显示通过传感器传至测力显示仪，注意在加荷过程中观察井盖底部裂缝的发展情况并做好测量监控，达到0.2mm裂缝的荷压值即查表得出对应的井盖达到的等级，达到200KN的D4OO级井盖承载等级，见下图6.4.14。图6.4.2传感器测力仪图6.4.1井盖加压装置 图6.4.4裂缝分布图图6.4.3裂缝测量图 6.5.应用验证： 将制备井盖安装于混凝土公司厂区道路上，一年以来，在砼车、泵车及荷载达60T的原材料运输车频繁碾压下，井盖完好无损