C60塔柱双掺配合比胶材掺量优化

C60塔柱双掺配合比胶材掺量优化

张慕远

中铁大桥局集团六公司湖北武汉430100

摘要：本文通过理论计算确定C60泵送混凝土水灰比，用水量，胶材用量，砂率，外加剂掺量的前提下，初步研究粉煤灰和矿粉双掺对混凝土工作性和抗压强度的影响，并得到最佳掺量为施工配合比的确定提供依据。

关键词：矿粉、粉煤灰、C60配合比、混凝土工作性、抗压强度

一、配合比设计目标

塔柱混凝土设计强度等级为C60，泵送高度高，混凝土体积大，总方量多，为提高混凝土力学性能及耐久性能，改善混凝土拌合物性能，适量添加聚羧酸高效减水剂，掺入Ⅰ级粉煤灰、S95级矿粉。根据混凝土施工工艺，在现有混凝土配合比基础上，调整胶材掺量，减少水泥用量，优化混凝土工作性能，使配合比经济优势最大化。

大量的工程实践表明，水泥用量过大，混凝土和易性一般，粘聚性和保水性差，适量的掺入矿物掺合料是改善混凝土工作性能的有效途径之一。矿粉掺人混凝土中具有“微集料效应”和“火山灰效应”[1]与Ⅰ级粉煤灰复配配制混凝土，可以充分发挥二者的“优势互补效应”，使混凝土的坍落度增加，和易性好，粘聚性好，耐久性改善。同时混凝土成本可显著降低。

二、原材料情况

水泥：采用P.O52.5级，3d抗压强度为33.3MPa，28d抗压强度为63.3MPa，初凝时间180min，终凝时间275min，比表面积346kg/m3，安定性合格。

矿粉：采用S95级，比表面积432m2/kg，烧失量1.2%，流动度比99%，7d活性指数79%，28d活性指数97%。

粉煤灰：采用Ⅰ级粉煤灰，细度8.7%，烧失量2.6%，需水量比94%，活性指数86%。

细骨料：选用中砂，其细度模数为2.9，级配为II区，含泥量1.0%，泥块含量0.4%，堆积密度1580kg/m3。

粗集料：选用5-25mm碎石，

水：采用长江水，PH值为6.8，各项检验指标合格。

外加剂：采用聚羧酸减水剂掺量1.2%，减水率27%，初凝时间差+115min，抗压强度比140%。

三、配合比试拌

3.1粉煤灰单掺理论配合比确定：

3.1.1配置强度

根据《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2011）混凝土的配制强度采用该式确定：fcu,0≥1.15fcu,k＝60×1.15＝69.0（MPa）

3.1.2水胶比W/B

3.1.3每立方混凝土用水量（mw）

（1）依据《JGJ55-2011》第5.2.1条并结合以往施工经验，选取mw＝195kg。

（2）掺减水剂混凝土用水量计算

经试验检测聚羧酸减水剂的减水率为27.6%

mw0＝195×(1－27.6%)＝141kgmw0取142kg

3.1.4每立方米混凝土胶凝材料用量（mc）

mb0＝mw0&pide;W/B＝142&pide;0.29＝490（kg）mb0取490kg

3.1.5每立方米混凝土外加剂用量，选取外加剂掺量为1.2%

ma0＝mb0×1.2%＝490×1.2%＝5.9（kg）

3.1.6确定砂率βS

依据《JGJ55-2011》第5.4.1条，选取βS＝39%。

3.1.7确定粗集料和细集料用量，假定混凝土容重为2400kg/m3

根据：mb0＋mg0＋ms0＋mw0＋ma0＝mcp及βS＝ms0&pide;(mg0＋ms0)×100%

计算得：ms0＝687kg，mg0＝1075kg

3.1.8以基准混凝土配合比为基础，用等量取代法计算粉煤灰混凝土配合比：

（1）依据《GBJ50146-2014》要求钢筋混凝土粉煤灰最大掺量为35%和《GB/T18046-2008》要求选取粉煤灰取代水泥率βf＝34.7%。

（2）计算混凝土中水泥用量（mc0）

mc0＝490×(1－34.7%)＝320kg

（3）每立方米混凝土的粉煤灰用量（mf0）

mf0＝490×34.7%＝170kg

3.1.9综上得到粉煤灰单掺混凝土理论配合比（kg/m3）

水泥：中砂：碎石：水：粉煤灰：矿粉：外加剂＝320：687：1075：142：170：5.9

3.2配合比试拌

根据单掺理论配合比计算，固定水灰比、胶材总量、砂石比例和外加剂掺量。设计A-1、A-2、A-3、A-4配合比探讨矿粉取代粉煤灰掺量对混凝土工作性和强度影响，设计B-1、B-2配合比探讨增加水泥用量对混凝土强度贡献和工作性的影响，设计C-1试验验证粉煤灰掺量不变，用矿粉取代水泥对混凝土强度和工作性影响。

四、数据分析

4.1矿粉掺量分析

对比A-1、A-2、A-3、A-4试拌混凝土，当总胶材和水泥用量不变，矿粉取代粉煤灰掺量时，混凝土强度先有所上升，但随着矿粉掺量增大，混凝土流动性和包裹性变差，强度又逐渐下降，强度峰值出现在矿粉掺量为40kg/m3时。A-1、A-2、A-3试配强度均满足C60试配强度要求，但A-3流动性较差，现场泵送施工难度较大，因此可取A-1、A-2配合比为施工配合比。

4.2增加水泥用量时情况分析

对比A-1、B-1、B-2试拌混凝土，三个配合比均能满足混凝土工作性及强度要求。并且对比A-1、B-1可知总胶材不变增加水泥用量减少粉煤灰掺量，混凝土浮浆减少，强度上升。对比B-1、B-2可知当水泥用量为360kg/m3时，用矿粉取代粉煤灰掺量，混凝土工作性和强度变化和水泥掺量为320kg/m3时类似，在矿粉取代量合理范围内，混凝土工作性和强度均有提升。出于经济性考虑，B-1、B-2配合比水泥用量大，强度富余较多，不作为实际施工配合比。

4.3水泥用量分析

对比A-2、B-2、C-1试拌混凝土，当总胶材和矿粉掺量不变时，水泥用量增加，粉煤灰掺量减少，混凝土流动性均较好，而且水泥用量为360kg/m3时，混凝土粘聚性最好，粉煤灰掺量过大混凝土会出现少量浮浆，掺量小时混凝土又出现骨料包裹性较差情况。同时水泥用量增加，混凝土强度明显上升，水泥用量为320kg/m3时，强度既能满足C60泵送混凝土试配要求。

综上可得，出于工作性考虑每方混凝土粉煤灰用量为130kg/m3最为合理，矿粉的最佳掺量不超过40kg/m3，出于强度和经济性考虑水泥用量为320kg/m3最为合理。

五、总结

（1）在水泥用量满足混凝土强度要求时，混凝土中合理掺入粉煤灰和矿粉能提高混凝土工作性，降低混凝土成本。

（2）本次试配所得最佳C60泵送配合比胶材掺量为水泥：粉煤灰：矿粉=360：130：40。

（3）由于现场施工材料状况波动较大，配合比水泥用量较少，粉煤灰、矿粉掺量较大，因此在使用该配合比时，一定要对原材料进行严格把控，做到粉料每车必检，并严格控制骨料含泥量，杜绝不合格材料被用于施工。

参考文献：

[1]周美茹，矿渣粉对混凝土耐久性的影响[J],混凝土，（3）：58-62.

[2]中国建筑科学研究院，JGJ55-2011《普通混凝土配合比设计规程》，中国建筑工业出版社，2011

[3]国家质量监督检验检疫总局，GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》，中国标准出版社，2005

[4]国家质量监督检验检疫总局，GB/T50146-2014《粉煤灰混凝土应用技术规范》，中国标准出版社，2014

[5]国家质量监督检验检疫总局，GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》，中国标准出版社，2008