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摘要:为适应建筑工程的飞速发展，适应建筑工程的设计与施工，高强高性能混凝土得到了广泛研究，并逐渐得到应用。本文阐述了通过采用P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥，UNF-3型缓凝高效减水剂，Ⅱ级粉煤灰配制C80高性能混凝土的配合比试验，并对C80混凝土的物理力学性能进行了研究，结果表明：各性能均优于普通混凝土。
关键词: C80高强高性能混凝土；配合比试验；水胶比；抗压强度试验；抗渗性能
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
随着社会的不断发展进步，人们对混凝土的性能要求越来越高。高强高性能混凝土是混凝土技术发展的一个主要方向，其高强度、高耐久性和高工作性能以及高体积稳定性等性能能适应现 代工程结构向高层、大跨、重载以及结构复杂化方向的发展。应用高强混凝土可以减小结构断面、增加工程的使用面积和有效空间，同时还可以提高混凝土的抗渗、抗冻、抗腐蚀以及耐磨等系列耐久性能。按我国现行的有关规程规定，配制C60及以上强度等级的混凝土为高强高性能混凝土。C80高强高性能混凝土在国外已有相当的研究与应用水平，如日本在20世纪70年代已能配制C80～C90的高强混凝土。美国、加拿大也在工程中应用C60～C100混凝土，最高达C120级的高强高性能混凝土。但我国针对高强高性能混凝土配合比设计、原材料质量方面的研究还远远不够。为此，加强这方面的研究意义重大。
1 研究技术方案
本研究配制C80高性能混凝土的目标主要是满足强度、工作性和耐久性的要求。影响高强高性能混凝土拌合物工作性的因素主要有水泥砂浆用量、骨料级配、外加剂品种及掺量；影响强度和密实度的主要因素是水胶比和矿物掺合料，粗骨料粒径、砂率和集料数量也会对强度有所影响；影响耐久性的因素是拌合物的均匀性、稳定性以及硬化混凝土的密实度和所用原材料的品质等。因此，为研制C80高性能混凝土，采用P·Ⅱ52.5级水泥，在拌制混凝土中掺加UNF-3C型缓凝高效减水剂，并掺加Ⅱ级粉煤灰。
2 研究中主要难点与解决途径
研究中主要的难点是水胶比。影响浆体组分强度的主要因素是水胶比，在保持合适的工作性条件下，水胶比应当尽可能降低。本试验中的解决途径是采用P·Ⅱ52.5级水泥，适当提高水泥用量，并掺加UNF-3型缓凝高效减水剂，试验混凝土水胶比为0.26～0.30，采用正交设计试验方案确定C80高性能混凝土的水胶比。
3 试验研究
3.1 原材料
3.1.1 水泥
选用华润牌的硅酸盐P·Ⅱ52.5级水泥，实测3d抗压强度26.3MPa，28d抗压强度57.5MPa，3d抗折强度6.4MPa，28d抗折强度10.3MPa。
3.1.2 砂
选用北江河砂。实测级配合格，细度模数为2.7，Ⅱ区中砂，含泥量0.9％，泥块含量0.1%，表观密度2640kg/m3。制备C80高强高性能混凝土宜采用细度模数大于2.6～3.0的河砂，砂含泥量小于1%，氯离子含量＜0.02%。经碱集料反应试验后，试件无裂缝、酥裂，在规定试验期内的膨胀率小于0.1%。
3.1.3 石
选用周边地区碎卵石，粒径5～20mm，实测级配合格，针片状颗粒含量1.8％，压碎指标5.2％，含泥量0.2％，泥块含量0,表观密度2680kg/m3。
3.1.4 外加剂
选用广州某化工有限公司产的UNF-3型緩凝高效减水剂。该产品为灰褐色粉末，主要成份为萘系减水剂及适量缓凝成分,兼有合理引气成份组成。实测减水率为26.4％。
3.1.5 粉煤灰
选用Ⅱ级粉煤灰，实测细度16％，烧失量4.07％，需水量比97％，三氧化硫含量1.02％。
3.1.6 水
采用洁净的饮用水。
3.2 混凝土配合比中因素影响试验分析
在已选定材料和确定的外加剂品种及掺量的基础上，考虑和安排好多因素对混凝土性能影响试验，是一个很值得研究的问题。试验安排得好，既可减少试验次数，缩短试验时间和避免盲目性，又能得到较好的结果。为此，本文采用正交设计方案进行优化试验，根据试验与分析，确定本试验需研究水胶比、粉煤灰掺量、砂率三种因素及其三个不同水平。
3.3 混凝土拌合物性能
C80高性能混凝土除具有较高的强度外，还应具有良好的流动性和一定时间的保持性，对新拌混凝土进行了坍落度损失试验，结果见表1。
表1 C80高性能混凝土拌合物坍落度损失试验结果
试验结果表明，混凝土在2h内，坍落度损失在10mm以内，具有较大的流动性，新拌混凝土含气量低于1.0％，密实度好，因此，混凝土具有良好的工作性。
3.4 立方体抗压强度
按照表4确定的混凝土配合比，重复做了22次混凝土立方体抗压强度试验，以验证该混凝土配合比的稳定性。结果见表2。
表2 C80高性能混凝土立方体抗压强度试验结果
从试验结果可以看出，采用以上原材料和配合比配出的C80高性能混凝土，其28d抗压强度能稳定达到配制强度fcu.089.6MPa以上，且离散性不大。
3.5 其它力学性能
为了进一步研究C80高性能混凝土的其他力学性能，本文还进行了轴心抗压、劈裂抗拉、静力受压弹性模量、抗折力学性能试验，具体试验过程从略，试验结果见表3。
表3 C80高性能混凝土其他力学性能试验结果
由表6可知，C80高性能混凝土的轴压比为0.74,符合CECS104:99《高强混凝土结构技术规程》中的有关规定。拉压比达到0.063，比普通混凝土略低，但规律是一致的。静力受压弹模量高于《高强混凝土性能结构设计与施工指南》中给出的数值。
试验结果表明，C80高性能混凝土的配制采用了洁净、界面条件较好的碎卵石，UNF-3型缓凝高效减水剂，加入适量的Ⅱ级粉煤灰，因此，使混凝土的密实性及水泥基材与骨料界面的粘结强度都不同程度的得到了改善。混凝土抗折强度、轴心抗压强度、劈拉强度也随着混凝土抗压强度的提高而提高，即脆性降低、韧性提高，基本上克服了高强混凝土脆性较大的缺点，主要参数已与普通混凝土相近。
3.6 耐久性能试验
高强高性能混凝土意于当使混凝土劣化的外部条件存在时，使混凝土本身密实并不产生原生裂缝，同时减少混凝土内部受侵蚀的组分以保证高强高性能混凝土的耐久性。目前，常用抗渗性来评价混凝土抵抗介质侵入的能力；用抗冻融循环性来评价混凝土抵抗物理作用劣化的能力。本研究进行了收缩、抗渗、抗冻融试验，以研究混凝土的耐久性。
3.6.1 收缩性能
混凝土收缩性能是指混凝土长方试体在规定温度、湿度条件下，硬化过程中不受外力作用引起的长度变化。试验成型100mm×100mm×515mm的C80高性能混凝土试件1组，标准养护3d后，移入温度(20±2)℃、相对湿度(60±5)％的恒温恒湿室测量其初始长度。此后按规定龄期，测其长度变化。试验结果见表8。
表4 C80高性能混凝土的收缩试验结果
试验结果表明，由于C80高性能混凝土中掺入了粉煤灰，提高了混凝土的密实性，使混凝土在实现高强度的同时，具备了良好的体积稳定性。
3.6.2 抗渗性能
混凝土的抗渗性能是反映混凝土耐久性的重要指标之一。为了验证C80高性能混凝土的抗渗性能，按照标准试验方法进行了抗渗性试验，试验结果见表5。
表5 C80高性能混凝土抗渗性能试验结果
试验结果表明，由于C80高性能混凝土具有良好的密实性，抗渗等级达到P40仍未出现渗水现象，适合于地下工程结构和防水结构混凝土。
3.6.3 抗冻融试验
混凝土的抗冻融性是指其在饱和状态下遭受冰冻时，抵抗冰冻破坏的能力，是评定混凝土耐久性的重要指标。试验成型了100mm×100mm×100mm的C80高性能混凝土试件进行了慢冻法试验，试验结果见表6。
表6 C80高性能混凝土冻融试验结果
试验结果表明,由于C80高性能混凝土水胶比小，强度高,结构致密,因此，抗冻融性能好。经过200次冻融循环后，强度损失率7.0％，重量损失率0，远远优于普通混凝土，因此，C80高性能混凝土具有良好的耐久性能。
4 技术经济效益
C80高性能混凝土具有强度高、工作性能好、耐久性优、综合经济合理等优点。在建筑工程中推广应用C80高性能混凝土，不仅可以减小结构构件断面尺寸，减轻结构自重，降低材料用量，加快施工进度，而且直接能降低混凝土主体结构的造价。参考有关综合测算资料，单方高强混凝土造价要比普通混凝土高，但综合考虑(如混凝土截面减小等因素)，主体结构造价可降低2％。普通混凝土高层建筑主体结构造价约1200元/m2，如应用C80高性能混凝土，主体结构造价每m3可节约24元，若该工程建筑面积为30000m3，则主体结构造价可节约72万元。
5 结束语
综上所述，通过采用P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥，UNF-3型缓凝高效减水剂，Ⅱ级粉煤灰配制C80高性能混凝土，得到了C80的最佳混凝土配合比，配制的混凝土具有良好的和易性。同时对C80高强高性能混凝土的物理力学性能进行了试验，与普通混凝土相比较，各性能均在不同程度上有所提高。毫无疑问，本实验结果也为C80高性能混凝土在实际工程中的应用提供了一定的参考价值。
参考文献
[1] 李岩.C80高强高性能混凝土的试验研究[J].山西建筑,2009年35期
[2] 张善德;侍克斌;俞伟;努尔开力·依孜特罗甫.C80高性能混凝土工作特性及工程应用[J].粉煤灰综合利用,2011年02期
关键词: C80高强高性能混凝土；配合比试验；水胶比；抗压强度试验；抗渗性能
中图分类号：TU375 文献标识码：A 文章编号：
随着社会的不断发展进步，人们对混凝土的性能要求越来越高。高强高性能混凝土是混凝土技术发展的一个主要方向，其高强度、高耐久性和高工作性能以及高体积稳定性等性能能适应现 代工程结构向高层、大跨、重载以及结构复杂化方向的发展。应用高强混凝土可以减小结构断面、增加工程的使用面积和有效空间，同时还可以提高混凝土的抗渗、抗冻、抗腐蚀以及耐磨等系列耐久性能。按我国现行的有关规程规定，配制C60及以上强度等级的混凝土为高强高性能混凝土。C80高强高性能混凝土在国外已有相当的研究与应用水平，如日本在20世纪70年代已能配制C80～C90的高强混凝土。美国、加拿大也在工程中应用C60～C100混凝土，最高达C120级的高强高性能混凝土。但我国针对高强高性能混凝土配合比设计、原材料质量方面的研究还远远不够。为此，加强这方面的研究意义重大。
1 研究技术方案
本研究配制C80高性能混凝土的目标主要是满足强度、工作性和耐久性的要求。影响高强高性能混凝土拌合物工作性的因素主要有水泥砂浆用量、骨料级配、外加剂品种及掺量；影响强度和密实度的主要因素是水胶比和矿物掺合料，粗骨料粒径、砂率和集料数量也会对强度有所影响；影响耐久性的因素是拌合物的均匀性、稳定性以及硬化混凝土的密实度和所用原材料的品质等。因此，为研制C80高性能混凝土，采用P·Ⅱ52.5级水泥，在拌制混凝土中掺加UNF-3C型缓凝高效减水剂，并掺加Ⅱ级粉煤灰。
2 研究中主要难点与解决途径
研究中主要的难点是水胶比。影响浆体组分强度的主要因素是水胶比，在保持合适的工作性条件下，水胶比应当尽可能降低。本试验中的解决途径是采用P·Ⅱ52.5级水泥，适当提高水泥用量，并掺加UNF-3型缓凝高效减水剂，试验混凝土水胶比为0.26～0.30，采用正交设计试验方案确定C80高性能混凝土的水胶比。
3 试验研究
3.1 原材料
3.1.1 水泥
选用华润牌的硅酸盐P·Ⅱ52.5级水泥，实测3d抗压强度26.3MPa，28d抗压强度57.5MPa，3d抗折强度6.4MPa，28d抗折强度10.3MPa。
3.1.2 砂
选用北江河砂。实测级配合格，细度模数为2.7，Ⅱ区中砂，含泥量0.9％，泥块含量0.1%，表观密度2640kg/m3。制备C80高强高性能混凝土宜采用细度模数大于2.6～3.0的河砂，砂含泥量小于1%，氯离子含量＜0.02%。经碱集料反应试验后，试件无裂缝、酥裂，在规定试验期内的膨胀率小于0.1%。
3.1.3 石
选用周边地区碎卵石，粒径5～20mm，实测级配合格，针片状颗粒含量1.8％，压碎指标5.2％，含泥量0.2％，泥块含量0,表观密度2680kg/m3。
3.1.4 外加剂
选用广州某化工有限公司产的UNF-3型緩凝高效减水剂。该产品为灰褐色粉末，主要成份为萘系减水剂及适量缓凝成分,兼有合理引气成份组成。实测减水率为26.4％。
3.1.5 粉煤灰
选用Ⅱ级粉煤灰，实测细度16％，烧失量4.07％，需水量比97％，三氧化硫含量1.02％。
3.1.6 水
采用洁净的饮用水。
3.2 混凝土配合比中因素影响试验分析
在已选定材料和确定的外加剂品种及掺量的基础上，考虑和安排好多因素对混凝土性能影响试验，是一个很值得研究的问题。试验安排得好，既可减少试验次数，缩短试验时间和避免盲目性，又能得到较好的结果。为此，本文采用正交设计方案进行优化试验，根据试验与分析，确定本试验需研究水胶比、粉煤灰掺量、砂率三种因素及其三个不同水平。
3.3 混凝土拌合物性能
C80高性能混凝土除具有较高的强度外，还应具有良好的流动性和一定时间的保持性，对新拌混凝土进行了坍落度损失试验，结果见表1。
表1 C80高性能混凝土拌合物坍落度损失试验结果
试验结果表明，混凝土在2h内，坍落度损失在10mm以内，具有较大的流动性，新拌混凝土含气量低于1.0％，密实度好，因此，混凝土具有良好的工作性。
3.4 立方体抗压强度
按照表4确定的混凝土配合比，重复做了22次混凝土立方体抗压强度试验，以验证该混凝土配合比的稳定性。结果见表2。
表2 C80高性能混凝土立方体抗压强度试验结果
从试验结果可以看出，采用以上原材料和配合比配出的C80高性能混凝土，其28d抗压强度能稳定达到配制强度fcu.089.6MPa以上，且离散性不大。
3.5 其它力学性能
为了进一步研究C80高性能混凝土的其他力学性能，本文还进行了轴心抗压、劈裂抗拉、静力受压弹性模量、抗折力学性能试验，具体试验过程从略，试验结果见表3。
表3 C80高性能混凝土其他力学性能试验结果
由表6可知，C80高性能混凝土的轴压比为0.74,符合CECS104:99《高强混凝土结构技术规程》中的有关规定。拉压比达到0.063，比普通混凝土略低，但规律是一致的。静力受压弹模量高于《高强混凝土性能结构设计与施工指南》中给出的数值。
试验结果表明，C80高性能混凝土的配制采用了洁净、界面条件较好的碎卵石，UNF-3型缓凝高效减水剂，加入适量的Ⅱ级粉煤灰，因此，使混凝土的密实性及水泥基材与骨料界面的粘结强度都不同程度的得到了改善。混凝土抗折强度、轴心抗压强度、劈拉强度也随着混凝土抗压强度的提高而提高，即脆性降低、韧性提高，基本上克服了高强混凝土脆性较大的缺点，主要参数已与普通混凝土相近。
3.6 耐久性能试验
高强高性能混凝土意于当使混凝土劣化的外部条件存在时，使混凝土本身密实并不产生原生裂缝，同时减少混凝土内部受侵蚀的组分以保证高强高性能混凝土的耐久性。目前，常用抗渗性来评价混凝土抵抗介质侵入的能力；用抗冻融循环性来评价混凝土抵抗物理作用劣化的能力。本研究进行了收缩、抗渗、抗冻融试验，以研究混凝土的耐久性。
3.6.1 收缩性能
混凝土收缩性能是指混凝土长方试体在规定温度、湿度条件下，硬化过程中不受外力作用引起的长度变化。试验成型100mm×100mm×515mm的C80高性能混凝土试件1组，标准养护3d后，移入温度(20±2)℃、相对湿度(60±5)％的恒温恒湿室测量其初始长度。此后按规定龄期，测其长度变化。试验结果见表8。
表4 C80高性能混凝土的收缩试验结果
试验结果表明，由于C80高性能混凝土中掺入了粉煤灰，提高了混凝土的密实性，使混凝土在实现高强度的同时，具备了良好的体积稳定性。
3.6.2 抗渗性能
混凝土的抗渗性能是反映混凝土耐久性的重要指标之一。为了验证C80高性能混凝土的抗渗性能，按照标准试验方法进行了抗渗性试验，试验结果见表5。
表5 C80高性能混凝土抗渗性能试验结果
试验结果表明，由于C80高性能混凝土具有良好的密实性，抗渗等级达到P40仍未出现渗水现象，适合于地下工程结构和防水结构混凝土。
3.6.3 抗冻融试验
混凝土的抗冻融性是指其在饱和状态下遭受冰冻时，抵抗冰冻破坏的能力，是评定混凝土耐久性的重要指标。试验成型了100mm×100mm×100mm的C80高性能混凝土试件进行了慢冻法试验，试验结果见表6。
表6 C80高性能混凝土冻融试验结果
试验结果表明,由于C80高性能混凝土水胶比小，强度高,结构致密,因此，抗冻融性能好。经过200次冻融循环后，强度损失率7.0％，重量损失率0，远远优于普通混凝土，因此，C80高性能混凝土具有良好的耐久性能。
4 技术经济效益
C80高性能混凝土具有强度高、工作性能好、耐久性优、综合经济合理等优点。在建筑工程中推广应用C80高性能混凝土，不仅可以减小结构构件断面尺寸，减轻结构自重，降低材料用量，加快施工进度，而且直接能降低混凝土主体结构的造价。参考有关综合测算资料，单方高强混凝土造价要比普通混凝土高，但综合考虑(如混凝土截面减小等因素)，主体结构造价可降低2％。普通混凝土高层建筑主体结构造价约1200元/m2，如应用C80高性能混凝土，主体结构造价每m3可节约24元，若该工程建筑面积为30000m3，则主体结构造价可节约72万元。
5 结束语
综上所述，通过采用P·Ⅱ52.5级硅酸盐水泥，UNF-3型缓凝高效减水剂，Ⅱ级粉煤灰配制C80高性能混凝土，得到了C80的最佳混凝土配合比，配制的混凝土具有良好的和易性。同时对C80高强高性能混凝土的物理力学性能进行了试验，与普通混凝土相比较，各性能均在不同程度上有所提高。毫无疑问，本实验结果也为C80高性能混凝土在实际工程中的应用提供了一定的参考价值。
参考文献
[1] 李岩.C80高强高性能混凝土的试验研究[J].山西建筑,2009年35期
[2] 张善德;侍克斌;俞伟;努尔开力·依孜特罗甫.C80高性能混凝土工作特性及工程应用[J].粉煤灰综合利用,2011年02期