超高性能混凝土工作性能及力学性能影响因素研究

超高性能混凝土工作性能及力学性能影响因素研究

尹凤杰1吴立峰2

1.山东港湾建设集团有限公司山东日照276826；

2.中国电信集团有限公司日照分公司山东日照276826

摘要：经济在快速的发展，社会在不断的进步，该文研究了消泡剂的使用、细骨料颗粒级配、硅灰种类及砂胶比等因素对超高性能混凝土（UHPC）拌合物流动度、含气量以及硬化UHPC抗压强度和抗折强度的影响。研究结果表明，当水灰比较大时，消泡剂的使用可明显降低含气量，使得UHPC抗压强度和抗折强度明显增大。硅灰加密状态对制备的UHPC流动度和力学性能影响显著，未加密硅灰制备的UHPC力学性能最优，而半加密硅灰制备的UHPC流动度最大。砂胶比在0.8～1.2范围内增大会降低UHPC拌合物流动度，但抗折强度增长显著。

关键词：超高性能混凝土；消泡剂；砂胶比

引言

传统混凝土是由水泥、砂、石、掺合料和水根据一定的比例配合，经过搅拌、浇筑后养护成型的水泥基复合材料。因造价低廉、工艺简便等优点被广泛运用于建筑、桥梁、工业生产等领域，是如今重要的建筑材料。随着社会的发展，科技的进步，人们对建筑的要求越来越高，对混凝土的各性能强度也提出更高的要求，传统的混凝土显然已经无法满足这样的需求。超高性能混凝土的研制成功，为混凝土领域提供了新的发展思路。超高性能混凝土（UltraHighPerformanceCon-crete,UHPC）是一种新型的水泥基材料。其原材料主要由水泥、超细颗粒、细骨料、纤维和高性能减水剂组成。通过掺加超细活性颗粒和高效减水剂，达到提高材料密实性和低水胶比的目的，从而改善混凝土材料的性能。目前国外一些地区的UHPC技术已相对成熟，而我国尚处于研究和初步应用阶段，材料的性能测试是关键。本文结合普通混凝土性能试验方法标准GB/T50081-2002，探索UHPC简便、准确的基本力学性能试验方法。

1原材料及试验方法

1.1原材料

采用P.O.52.5级普通硅酸盐水泥，其密度为3.10g/cm3，比表面积为399cm2/g，中位粒径为16.6μm。所用矿粉为S95级矿粉，密度为2.88g/cm3，比表面积为453cm2/g，中位粒径为13.8μm。石英粉细度为600目，表观密度为2.65g/cm3，中位粒径为11.8μm。采用的超细粉煤灰密度为2.55g/cm3，中位粒径为7.9μm。水泥、超细粉煤灰、矿粉的化学组成见表1所示。采用了三种硅灰，分别为半加密、不加密和全加密硅灰。

表1原材料的化学组成

试验采用聚羧酸高性能减水剂，减水率高于40%。采用聚醚型消泡剂，推荐掺量为外加剂液体掺量的1‰～8‰。采用的钢纤维直径为0.2mm，长度为13mm。采用了3种单粒径的石英砂（含水率均小于0.1%），A石英砂细度为20～40目，表观密度为2.64g/cm3；B石英砂细度为40～70目，表观密度为2.65g/cm3；C石英砂细度为70～140目，表观密度为2.67g/cm3。

1.2试件制备及养护方法

1)试件制备方法UHPLC成型搅拌程序为:启动搅拌机→投入粉料(水泥、硅灰、漂珠、石英砂)→干拌3min→加水和减水剂→搅拌3～5min(物料达到流化状态)→投入纤维→继续搅拌2min以上→出料．搅拌完成后，将搅拌物浇筑在钢模中，经抹面后加盖塑料膜，以防止水分快速散失，室温下静置48h后拆模．2)养护方法及试件分类将脱模后的试件分别用下列2种制度进行养护:1)标准养护:温度为20±3℃，相对湿度90%以上;2)高温蒸汽养护:在100℃蒸汽条件下恒温养护70h，升温速率为50℃/h，降温速率10℃/h．试件分成A、B、C、D四个组．

2结果与讨论

2.1消泡剂对UHPC性能的影响

拌合物含气量是影响水泥基材料工作性能及力学性能的主要因素，UHPC由于粘度大的问题，在搅拌过程中会引入大量气泡，从而对材料工作性能及力学性能不利。消泡剂的引入可降低泡沫弹性膜的强度从而破坏气泡稳定性，导致气泡破裂或合并，降低体系含气量，改善浆体流动性及力学性能。本节主要通过加入消泡剂调整UHPC含气量，研究不同水胶比条件下UHPC含气量对其坍落度、抗压强度和抗折强度的影响。

2.2弹性模量

与UHPC的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度变化规律一致，随着再生砂替代率的增大，UHPC的弹性模量也表现出先增大后减少的趋势。UR0，UR20，UR40，UR60，UR80，UR100的弹性模量分别为47.94、48.15、48.83、50.65、46.78、44.37GPa，这表明当再生砂的替代率低于60%时，再生砂UHPC的弹性模量高于对照组；当再生砂的替代率高于80%时，再生砂UHPC的弹性模量低于对照组。对再生砂UHPC的弹性模量度而言，再生砂的最优掺量为60%，在该种情况下，再生砂UHPC的弹性模量比对照组提高了5.65%。混凝土所采用骨料的刚度和内部界面过渡区的数量，对其弹性模量影响较大。一般来讲，再生砂的刚度会低于天然河砂的刚度，从这个角度来讲，由于再生砂的掺加会导致UHPC的弹性模量降低。但是，研究表明由于再生砂具有较强的吸水性能够降低再生砂混凝土内部界面过渡区的数量和减小界面过渡区的宽度，从这个方面来说，由于再生砂的掺加又会导致UHPC的弹性模量增大。因此，再生砂的掺加对UHPC的弹性模量具有双重影响。

2.3硅灰种类对UHPC性能的影响

分别采用I1半加密硅灰、I2不加密硅灰和I3全加密硅灰配制UHPC，研究不同种类硅灰对UHPC流动度、含气量、抗压强度及抗折强度的影响。三类硅灰制备的UHPC含气量无明显区别，流动度按大小顺序则依次为I1加密硅灰＞I3全加密硅灰＞I2不加密硅灰；从图3b中可以看到，抗压强度按大小顺序依次为I2不加密硅灰＞I1半加密硅灰＞I3全加密硅灰。I2不加密硅灰流动性差但抗压强度高，主要原因可能是，硅灰I2的比表面积最大，需水量大，增加了拌合物粘度，因此其制备的UHPC拌合物流动度最差。但由于I2不加密硅灰粒径最小且最容易分散，在基体中可填充孔隙使基体更加致密，因此其抗压强度最高。硅灰I1和硅灰I3经过加密，在搅拌过程中不易分散，颗粒之间聚集成团，使其比表面积减少，吸附性能减弱，对水的需求量降低，但颗粒团聚也导致其填充性较I2更差，因此在相同水胶比下，其具有更高流动性，但强度却更低。综合来看，不加密硅灰虽抗压强度高，但流动性差；全加密硅灰虽流动性好，但抗压强度低；而半加密硅灰在更好流动度条件下抗压强度也满足要求，更适合制备UHPC。

结语

（1）当水胶比较大时，使用消泡剂可明显降低UHPC拌合物的含气量；加入消泡剂使得UHPC抗压强度和抗折强度对水胶比的敏感性降低；消泡剂的加入可消除UHPC拌合物中的大气泡，从而使得UHPC抗折强度明显改善。（2）连续级配的细骨料可明显提升UHPC的密实度，提高其流动度及力学性能。（3）硅灰加密状态对UHPC流动度和力学性能均有明显影响，采用不加密硅灰制备的UHPC流动度差，但抗压强度和抗折强度最高；采用半加密硅灰制备的UHPC流动度最大。（4）砂胶比在0.8～1.2范围内，UHPC流动度随砂胶比增大而降低，砂胶比对抗压强度无明显影响，而抗折强度则随砂胶比增大而明显提高。

参考文献

[1]钟世云，高汉青，王亚妹.大流动度活性粉末混凝土的配制[J].建筑材料学报，2008（1）：58-63.

[2]钟世云，王亚妹，高汉青.纤维对自密实活性粉末混凝土强度的影响[J].建筑材料学报，2008（5）：522-527.