c35混凝土(c35和c30混凝土优缺点)

杨辉1，李北星1，倪松2，黄渤3

(1)武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室，湖北武汉430070；2.中交第二公路勘察设计院有限公司，湖北武汉430052；3.中铁大桥局集团第一工程有限公司，河南郑州450053)

结合赤壁长江大桥4号主塔墩大体积混凝土温控防裂工程，测试了大掺量粉煤灰和矿粉复合掺合料及缓凝羧酸减水剂对胶凝材料水化热的影响，比较了3组大掺量矿物掺合料C35混凝土的工作性、力学性能、绝热温升和耐久性。结果表明，缓凝减水剂与大量矿物掺合料的复合掺入对控制胶凝材料水化热具有协同效应。采用32.5%粉煤灰和12.5% ~ 22.5%矿粉复合掺合料及缓凝聚羧酸减水剂配制的C35承台混凝土具有工作性好、水化热温升低、后期强度发展快、抗氯离子渗透能力强的特点。

关键词:承载平台；大体积混凝土；复合矿物掺合料；水化热；表演

0前言

赤壁公路桥主桥为双塔双索面斜拉桥，跨径组合为(90+240+720+240+90)米。赤壁4号主塔墩承台为圆台形，平面尺寸为65.0×30.4米，厚度为5.5米，属于超大体积混凝土。大体积混凝土截面结构尺寸大，热阻大，水泥的水化热聚集在混凝土中，不易传递和散失，而表面热量散失快，导致混凝土内部和表面温差大，产生温度应力(拉应力)。一旦拉应力超过混凝土的即时抗拉强度，混凝土表面就会产生裂缝。当拉应力在表面裂纹尖端形成应力集中时，很容易进一步发展为深层裂纹或贯穿性裂纹，破坏结构的整体性和耐久性，甚至。

混凝土的温度应力包括两个方面:结构混凝土自身的水化热以及环境温度变化。因此，应采取适当措施，将混凝土的温升和温度变化率控制在一定范围内。主要技术措施包括:在材料方面，优化混凝土配合比设计，配制低水化热、高抗拉强度的混凝土，以提高混凝土的抗裂性能；施工中，通过降低原材料温度来控制混凝土的浇筑温度，通过冷却水管的冷却水来降低混凝土内部的最高温度，通过适当的养护来控制混凝土的塑性收缩、干燥收缩和内外温差，通过加强对混凝土和易性和浇筑过程的控制来提高混凝土浇筑的密实性和均匀性，从而保证混凝土的抗拉或抗裂性能。本文对该承台大体积C35混凝土的配合比、热学、力学和耐久性能进行了试验研究。

1原材料和测试方法

1.1原材料

水泥:华新水泥有限公司P O 42.5水泥；粉煤灰:国电九江发电有限公司F级、II级粉煤灰；矿渣粉:荆州中和新型建材有限公司S95级磨细矿渣粉；外加剂:江苏苏博特新材料有限公司缓凝PCA-1聚羧酸高性能减水剂以上材料主要性能见表1~表4。

细骨料:洞庭湖河砂，ⅱ区中砂，细度模数2.84，表观密度2826kg/m3，松装密度1736kg/m3，含泥量0.6%。粗骨料:临湘范台5-25mm碎石，压碎值17.5%，含泥量0.5%，针状颗粒4.2%。

1.2混凝土配合比设计

根据设计、施工和使用环境要求，主塔墩帽C35混凝土的性能指标为:混凝土入模坍落度为180±20mm，膨胀度为450±30mm，1h坍落度损失≤20mm；要求良好的粘结性和无离析；气体含量≤3.0%；混凝土在标准温度下的初凝时间为30h ~ 35h；28d试配抗压强度≥43.2 MPa；7d ≤ 40℃的绝热温升测量值；氯离子扩散系数(56d养护龄期)< 7× 10-12m2/s，28d碳化深度≤10mm。

为实现大体积混凝土低水化热温升、低收缩、高抗渗的配制目标，混凝土配合比设计的主要技术思路是:采用大量粉煤灰和矿粉复合掺合料和超缓凝羧酸高性能减水剂，降低水泥用量和水胶比，从而降低水化热温升和水化速率；降低髓骨比，减少萎缩。设计承台C35混凝土的三组配比见表5。

1.3测试方法

混凝土拌合物的性能试验按GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行。

混凝土的力学性能按照GB/T50081-2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》进行测试。立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试件为150mm×150mm×150mm，压缩弹性模量试件为150mm×150mm×300mm棱柱体。

混凝土绝热温升试验依据《水工混凝土试验规范》(DL/T 5150-2001)，采用天津天宇实验仪器有限公司生产的HR-2A混凝土热物性参数测试仪，每次混凝土拌合物用量为50L，试验持续7d，每1h记录一次混凝土中心温度。

胶凝材料体系的水化热用美国TA仪器公司生产的八通道TAM空气量热计测量。胶凝材料用量为10g，水胶比为0.40，实验温度为25℃。

混凝土的氯离子扩散系数根据GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性试验方法标准》中的RCM法测定。试样尺寸为φ100mm×50mm，养护龄期为28d和56d。

混凝土的碳化试验按照GB/T50082-2009的方法进行。样品尺寸为100毫米×100毫米×100毫米。标准养护28d后开始碳化试验。碳化试验箱中的CO2浓度为20%，相对湿度为70±5%。

2结果和讨论

2.1混凝土的和易性和机械性能

从表6可以看出，制备的三组混凝土拌合物的堆密度为2430-2460kg/m3，坍落度为210-220mm，无离析、泌水，均满足现场泵送施工的要求。在复合矿物掺合料大量掺入的情况下，各组混凝土的抗压强度随龄期增长而大幅提高，28天抗压强度比7天提高48.9~66.1%，60天抗压强度比28天提高18.4% ~ 23.1%。随着复合矿物掺合料总量的增加，混凝土的抗压强度、弹性模量和劈裂抗拉强度在7d和8d都有不同程度的降低，但第二高掺合料含量(32.5%粉煤灰+17.5%矿粉)的CT2组在60d龄期抗压强度最高。三组试件的28天抗压强度均满足C35混凝土43.2MPa试件强度的要求。

2.2水化热

中型胶凝材料的水化放热速率、放热速率和水化放热速率的峰值时间直接影响大体积混凝土的温度应力和温度裂缝控制的难度。为了说明缓凝减水剂和矿物掺合料对水泥水化热的影响，对水泥、水泥-缓凝减水剂、水泥-粉煤灰-矿粉、水泥-粉煤灰-矿渣粉-缓凝减水剂等胶凝材料体系的水化热进行了测试分析。表7给出了实测的水化热特征参数，图1和图2给出了水化热释放曲线和水化热释放速率曲线。结果显示:

(1)与水泥空白色试样(Ce)相比，掺缓凝聚羧酸减水剂的水泥试样(Ce+1.1%PC)前3小时水化热释放速率显著提高，这主要是由于减水剂在水泥上的强分散性，增加了接触水化热，导致前6小时水化热释放量高于空白色试样。而Ce+1.1%PC试样的水化热在第二天急剧下降，CE+1.1% PC试样在第一天和第二天的水化热仅为Ce空白试样的12.5%和52.2%。Ce+1.1%PC的水化热从第3天开始迅速增加，到第7天达到Ce空白样的101.3%。

(2)与Ce空白色试样相比，掺入大量矿物掺合料的50%Ce+32.5%FA+ 17.5%KF试样的水化热释放速率和水化热释放速率显著降低，1 ~ 7天的水化热仅为Ce空白色试样的水化热。

(3)与Ce空白色样品相比，Ce+1.1%PC样品和50%Ce+32.5%FA+ 17.5%KF样品的最大水化热释放速率分别降低了1.08J/g·h和4.18h J/g·h，最大放热速率出现时间延长了29.92h两者复合的防治效果大于两者效果的简单相加，说明

2.3绝热温升

测试了表5中CT1、CT2和CT3的绝热温升，分别对应于215、195和175kg/m3的水泥剂量。7d时效的绝热温升曲线如图3所示。从图3可以看出，当胶凝材料总量固定(390kg/m3)，粉煤灰掺量固定(32.5%)时，混凝土的绝热温升随着矿粉取代水泥的增加而降低。215、195和175kg/m3水泥用量的7天绝热温升分别为40.3℃、37.6℃和35.3℃，水泥用量从215 kg/m3降至195 kg/m3，混凝土绝热温升降低2.7℃，水泥用量从215kg/m3降至175kg/m3，混凝土绝热温升降低5.0。

2.4抗氯离子渗透

如图4所示，三种配合比的56d氯离子扩散系数均小于7×10-12m2/s，满足耐久性控制指标要求。对于三种承台的配合比，随着水泥掺量的减少和矿粉掺量的增加，混凝土的抗氯离子渗透性逐渐提高。随着龄期的增长，每组混凝土的氯离子扩散系数都大大降低，56天的扩散系数约为28天的50% ~ 60%。一方面矿物掺合料的填充效应是主要原因，另一方面矿物掺合料的火山灰效应降低了Ca(OH)2的含量，改善了混凝土中水泥与骨料的弱界面，生成更多稳定性更好、强度更高的低碱度C-S-H凝胶，降低了混凝土的孔隙率。同时增加了混凝土对Cl-1的固化能力，从而提高了混凝土的抗氯离子渗透能力。

2.5抗碳化性

从图5可以看出，三组混凝土28天的碳化深度均小于10mm，满足耐久性控制指标要求。在28天龄期，碳化深度随着矿物掺合料的增加而增加，主要是因为随着矿物掺合料的增加，水泥用量减少和矿物掺合料的火山灰效应导致混凝土中Ca(OH)2含量降低，抵抗外界CO2的能力也降低。

3结论

(1)胶凝材料体系水化热的研究表明，大体积混凝土中掺入大量矿物掺合料的主要作用是控制水化热释放速率，降低水化热释放速率，掺入缓凝减水剂的主要作用是推迟水化热释放速率的峰值时间。缓凝减水剂和大掺量矿物掺合料的复合掺入对水化热的控制具有“1+1 > 2”的协同效应。

(2)采用32.5%粉煤灰和12.5~17.5%矿粉复合掺合料及缓凝聚羧酸减水剂，可以配制出工作性好、水化热温升低、后期强度高、抗氯离子渗透能力强的C35大体积混凝土。承台C35大体积混凝土施工的优化配合比为:胶凝材料用量390kg/m3，水泥、粉煤灰和矿粉的组成比为50%+32.5%+17.5%，水胶比0.374。该配合比的主要性能指标为:28d抗压强度54.9MPa，7d绝热温升37.6℃，56d氯离子扩散系数4.5×10-12m2/s，28d快速碳化深度9.1mm

参考

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