高强混凝土的配制
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发布时间：2022-05-09 22:12
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时间：2023-10-24 09:05
配制高强混凝土：①要精选水泥、骨料等各项原材料;②必须要掺用高效减水剂，以降低用水量和水灰比;③要掺用优质的矿物掺合料，以改善水泥石和界面区的微结构，提高致密性和胶结强度;④要仔细选择配合比，确定合理的砂率和水灰比，以降低水泥用量并提高}昆凝土的强度;⑤要严格控制施工质量，做好早期养护。只有综合采取以上技术措施，才可能实施高强}昆凝土的有效配制。
1.水泥的选择
水泥的矿物成分和标号高低，对混凝土的强度有直接影响。大家知道，硅酸盐水泥的矿物成分主要由C3S. C2S. C3A. C4AF所组成。配制高强混凝土宜选用C3A含量低、c。s含量较高的水泥，此类水泥水化热较低，后期强度发展较好。
高强度混凝土一般都采用高标弓的普通硅酸盐水泥，规范规定水泥用量不应大于 550kg/m3，水泥和矿物掺合料的总量不应超过600kg/m3。试验指出，当超过500kg/m3 以后，水泥用量对混凝土强度增长的作用已不明显，水泥的利用系数降低。此时，增加水泥用量不仅增大成本，而且还将产生不利影响。最佳水泥用量随外加剂的分散减水效应不同而变化。
水泥标号对混凝土强度的影响很大，当强度等级不超过C60时，可以采用普通425号水泥，高于C60的混凝土，则应采用525号或更高标号的水泥。之所以可以采用较低标号的水泥能配制成较高强度的混凝土，是由于检测水泥标号是采用了较细的标准砂和较大的水灰比，加之混凝土中又加入了高效减水剂，使水泥得到了充分的扩散和水化所致。
2.粗、细骨料的选择
高强混凝土宜选用粒径大于5mm的碎石或碎卵石。从岩石品种上要求，以花岗岩、长石、玄武岩等最好，其次为片麻岩、石英岩、石灰岩等。岩石的强度是以极限抗压强度和压碎值表示(卵石只测定压碎值)，岩石的抗压强度与混凝土的强度之比不应低于1.5，压碎值指标应在10%～15%以下。
骨料的其他物理性质，对混凝土也是有影响的。吸水率低、孔隙和缺陷少，则混凝土的强度高、抗冻性强、收缩率小;骨料还应该与水泥石有相近的热膨胀系数和弹性模量，否则容易产生微裂缝，增加混凝土的渗透，并降低耐久性;如果粗骨料过于坚硬，当混凝土遭受温、湿度变化时，容易引起体积变化，当水泥石一骨料界面处应力较大时，则易形成升裂破坏。
由于高强混凝土中水泥石强度很高，水泥石与骨料的黏结力(胶结强度)也很强。在混凝土的破坏断面中，粗骨料遭到破坏的比率较大，所以粗骨料的强度，常常成为高强混凝土的一个重要制约因素。另外在母岩中可能存在的微裂缝薄弱区，在破碎中会沿裂缝破坏，所以破碎后形成的小碎石，常常会得到比母岩大试样更高的强度。这也是高强混凝土应该采用小粒径骨料的原因之一。
从宏观上观察，混凝土是由粗细骨料与水泥石二相体系所构成。从微观上观察，水泥石一骨料界面区的水泥石与体系中的水泥石基体也存在较大的差异，界面区形成较高的水灰比、孔隙多，一般弱于混凝土的其他二相，是体系中最薄弱的部分。如果界面区胶结强度低，将沿界面区破坏。
许多研究指出，高强混凝土应该采用小粒径的粗骨料。因为小粒径粗骨料表面积相对增大，在水泥石一骨料界面区单位表面积上的应力将大为减小，降低了界面区对胶结强度的要求，这样才有可能得到具有较高胶结强度的界面区，能承受更高强度的外荷载。相反，粗骨料粒径大，与水泥石黏结的表面积小，并容易形成较弱的界面区，减弱混凝土的强度。在普通中、低标号的混凝土中，界面区的胶结强度要求不是很高，比较容易满足要求，如果条件许可.要求尽量采用较大粒径的骨料，以节约水泥。但对强度等级较高的高强混凝土则不同，如果不是采用小粒径粗骨料以增大表面积，就不可能配制成高强混凝土。国外则认为骨料最大粒径宜取10～15mm，为节省水泥，一般以不超过20～25mm为宜。
细骨料对高强混凝土的影响，相对粗骨料来说要小些，但也是不可忽视的。应该选用洁净的、细度模数在2. 6～3.2的中粗砂，以细度模数为3.0的粗砂最好。其中大于Smm和小于0. 315mm的数量宜少。由于细骨料比粗骨料有更大的表面积，粗细骨料间的比率(砂率)，对水泥用量和混凝土强度的影响很大，最佳的砂率可以获得最好的强度，高强}昆凝土由于水泥用量多，适当降低砂率不至于影响和易性。
3.掺用优质矿物掺合料
粉煤灰、磨细矿渣、硅粉、沸石粉等矿物掺合料，能改善混凝土的和易性，增加拌禾口物的黏聚性。由于黏聚性改变，截断了水分迁移通道，可减少泌水和离析。泌水和离析是造成混凝土显微结构缺陷的主要原因，尤其是水泥石一骨料界面区结构。因此，在高强混凝土中掺入矿物掺合料，不仅是为了节约水泥，主要还是为了改善混凝土的微结构和陛能。
矿渣粉、粉煤灰和硅粉属火山灰材料，在有水和石灰的条件下会缓慢水化，生成增加强度的胶凝物质，充填混凝土中的孔隙。它们中的活性成分，主要是非晶态的Si02和Al。O。。Si0。与水泥中的Ca (OH)。产生化学作用，它们的反应式如下：
xCa(OH)2 +SiOz+mH20 -, xCa0. Si02‘TIH20
未掺粉煤灰时，在骨料一水泥石界面区内，不仅会形成高水灰比区，而且还由于生成的Ca (OH)。结晶大且呈定向排列，是多孔的、板状薄弱结构。掺入粉煤灰后，就可以降低Ca (OH)。在界面区的沉枳量;如果掺入更细的硅粉或沸石粉等，则会更多地与Ca (OH)。反应。生成的C-S-H凝胶体，呈无定形的、致密结构，从而明显地改善了两相界面区的微结构，可以提高}昆凝土的强度、抗渗性及耐久性能。
硅灰含有90%以上的Si0。，掺量5%～10%。掺硅灰后混凝土具有很好的合易性和稳定性。沸石是由硅氧四面体组成的多孔结晶矿物，在混凝土中掺入沸石粉后，能使水化均匀充分反应，从而提高密实性和强度。如果掺入活性低的矿物掺合料，均匀分布在水泥浆里，成为大量水化物沉积核心，水泥浆成为均匀分布微孔无定形水化物，减少了结晶块的不均匀结构，对强度和抗渗也是十分有利的。
4.掺用高效减水剂
由于高强混凝土必须采取高水泥用量和低水灰比，必然导致}昆凝土黏性大、流变性差。掺入高效减水剂后，对水泥具有强烈的分散和润滑作用，可以大幅度降低用水量，使得最大限度地降低水灰比成为可能。所以，高效减水剂自然成为高强混凝土的必要组分之一。
水灰比大小是控制水泥石和混凝土强度的主要因素，试验表明，当水灰比低于0.35以下时，界面区的性质显著改善，致密性与强度显著增加。硅酸盐水泥水化所需结合水，理论值约为28%，直接测定的化学结合水约为25%，当实际水灰比低于此值时，水泥水化将不完全，水泥石达不到足够的密实度。结合拌和、浇筑和养护条件，在掺加高效减水剂的情况下，高强混凝土的水灰比一般应不超过o.35，当强度在80MPa以上时’不应超过0. 25～0. 30。
5.加强施工控制与早期养护
根据高强混凝土水泥用量高、水化块的特点，在施工中应采取以下措施：
(l)采取分步投料拌和。即先将水泥、掺合料、砂和水}昆合40s左右，再投入石子和
减水剂搅拌Imin出机。这样可以充分发挥减水剂的作用，保持良好的浇筑性，并能提高强度。在炎热条件下，各种材料尽可能保持低温度。
(2)采用搅拌运输车运输。从搅拌至浇筑完毕，可根据气温高低限时完成。
(3)采用高频振捣。即使采用流态混凝土也应该进行振捣，以提高密实性。
(4)加强早期养护。由于水化迅速，早期即应洒水养护，保证水化不缺水，以免影响强度发展。
(5)尽量降低坍落度。在条件许可的条件下，尽量少加水，采用小坍落度，仍不失为提高强度的重要措施。
