高性能混凝土配合比设计及其性能试验研究
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摘 要：本文利用粉煤灰、高效减水剂、引气剂配制出了C40P12高性能混凝土。当粉煤灰掺量为15%，高效减水剂掺量为2.0%，引气剂为0.035%，抗压强度等级达到C40，抗渗性能达到P14， 1m3混凝土节省水泥约70kg。本课题即C40P12高性能混凝土的配制试验，为今后高性能混凝土在实际中的应用打下良好的基础。
关键词：高性能混凝土强度抗渗性能
1 混凝土实验设计要求
混凝土强度设计等级为C40P12，按照国家标准规定，其混凝土配制强度应为fcu0=fcuk+1.645σ=49.9MPa，抗渗设计为P14。
2 原材料
P.042.5水泥，福建炼石；高效减水剂（TQ-1），福州同强；引气剂(SJ-2 )，上海产；碎石 (粒径5～31.5mm)，龙海；中砂（细度模数2.5），闽江砂；粉煤灰（I级）同安电厂。
3 试验及其结果与讨论
3.1粉煤灰掺量的确定
在中国粉煤灰作为传统的矿物掺和料应用在混凝土中已经30多年了，其品质及其均匀性是保证混凝土质量的前提。粉煤灰在高性能混凝土中的掺量，根据其品质、均匀性和混凝土设计要求的不同而适当调整。
本混凝土配合设计先根据委托方长春建工集团有限公司环东海域火炬工业园项目部要求，确定混凝土的基准配合比，然后按超量取代法用粉煤灰置换部分水泥，超量系数为1.2，经过抗压强度试验确定粉煤灰的最终掺量，试验配合比及结果如下：
1.基准配合比设计
1） 水灰比的确定
由表2可知，粉煤灰混凝土的抗压强度与测试龄期有着密切的关系，随着混凝土养护龄期的增加，混凝土的抗压强度也同步增长。由于粉煤灰的火山灰活性反应在水化后期才显示出来，故粉煤灰混凝土的早期强度发展缓慢，由上表2可知粉煤灰混凝土的3d、7d抗压强度略低于不掺粉煤灰的基准混凝土；在水化后期，粉煤灰与水泥水化产物Ca(OH)发生二次反应生成低钙硅比的C―S―H 凝胶体等产物，增加了混凝土密实度[1]，提高了后期强度，所以混凝土的28d、60d抗压强度高于不掺粉煤灰的基准混凝土，并且由表2可知当粉煤灰掺量为15%时，混凝土的28d、60d抗压强度最高，因此本项目中粉煤灰的最佳掺量为15%。由表1可知采用超量取代法在混凝土中利用粉煤灰替代水泥，当粉煤灰掺量为15%时，1m3混凝土水泥用量为404 kg，与不掺粉煤灰时水泥用量475 kg相比，1m3混凝土大约节省水泥70kg；因此选用粉煤灰的最佳掺量为15%时的配合比为其配合比，即mw : mc :mf ms : mg =195：428：57：579：1056。利用粉煤灰替代水泥不但节约资金、降低建筑成本同时也弥补了粉煤灰混凝土早期强度低的缺点。
3.2外加剂掺量的确定
目前，高效减水剂和引气剂已成为配制高性能混凝土的必须组分。高效减水剂使混凝土水泥用量和用水量大大进一步降低，同时使硬化后的混凝土密实度大大增加，从而也提高了混凝土的耐久性，
3.2.1高效减水剂掺量的确定
根据设计的强度C40P12和泵送坍落度（180±20）mm的要求，选择适当的高效减水剂的掺量，在满足坍落度和强度的要求的同时尽量节省用量以保证混凝土经济实用性，本工程在选用煤灰的最佳掺量为15%时的配合比（mw : mc :mf ms : mg =195：404：86：542：1056）为其基准配合比的基础上，采用3.1的试验方法做了5组实验，进而确定了高效减水剂的最佳掺量，配合比试验数据见表3所示
由表3可知当高效减水剂掺量为2.0%时混凝土的坍落度和强度性能达到设计要求
3.2.2引气剂掺量的确定
在混凝土掺入一定量的引气剂所产生大量微气泡，可以提高混凝土的抗渗能力，进而提高混凝土的耐久性。根据混凝土的抗压强度和抗渗能力，本工程也同样用3.1的试验方法做了6组试验，进而确定混凝土中引气剂的掺量。配合比试验数据见表4所示
由表4可知，随着混凝土引气剂掺入量的加大混凝土的含气量不断的加大对混凝土的强度有所提高，但当混凝土的引气剂超过0.035%含气量超过5.5%后，混凝土的强度有所下降当混凝土中引气剂的掺量为0.035%，混凝土的含气量为5.5%混凝土的抗压强度最高，值为55.2 MPa；因此该混凝土配合比引起剂的最佳掺量为0.35%。
该混凝土配合比在环东海域火炬工业园项目中，浇筑总量为1300多方的冷却塔基础混凝土，经验收混凝土平均强度达到设计强度的115%，抗渗性能也达到了设计要求，得到了施工方长春建工集团有限公司环东海域火炬工业园项目部和业主的一致好评。
4结论
(1)利用粉煤灰、高效减水剂、引气剂可以试配出性能优良的C40P12F150高性能混凝土。当粉煤灰掺量为15%，减水剂掺量2.0%，引气剂0.035%，混凝土28d强度、混凝土抗渗性能均达到了设计要求，混凝土具有良好的耐久性。
(2)利用粉煤灰、高效减水剂、引气剂配制高性能混凝土，1m3混凝土大约节省水泥70kg，混凝土坍落度提高了80mm从而节约了建筑成本。
(3)掺入粉煤灰的混凝土，随其掺量的增加，混凝土前期强度呈下降趋势，应设法提高混凝土的早期强度来满足高性能混凝土的要求。采用粉煤灰与高效减水剂的配合使用其7d，28d后的力学性能良好，完全能满足施工进度和验收需要。
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