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ljill2Il；jliiI 。 。 工业
C 6 0高性能轻质混凝土配合比优化设计与性能研究 汪浩然 于文刚 郭晓字 汤卉 (哈尔滨理工大学材料科学与工程学院 哈尔滨 1 50040) 技术 ① 摘要：为制备C60级高性能掺粉煤灰轻质混凝土，利用粉煤灰．高效减水剂配制出C6 0高性能混凝土。经实验研究发现：当粉煤灰掺量 为16％，高效减水觏掺量为1．0％，高性能混凝土28d强度高速77．3MPa，CI一扩散系数低至1．5210-9cm ／s，lm。混凝土节约水泥200kg。 关键词：高性能混凝土 粉煤灰混凝土 配合比优化设计 cI一扩散系数 抗压强度 中图分类号：TU3 7 文献标识码：A 文章编号：1 67 2-3 791(2o10)08(c)一o11 o-o2 随着社会的不断发展进步，人们对混 凝土的综合性能要求越来越高“1。高性能混 凝土以其高耐久性、较好的和易性和经济 性越来越受到人们的青睐。目前在配制高 性能混凝土时一般选用优质的原材料，并 掺入一定量的矿物掺合料和外加剂来改善 混凝土的性能 。常用矿物掺合料主要有硅 灰、粉煤灰、液态渣、沸石粉等，其中粉煤灰 应用最广。矿物掺和料和高性能外加剂的 应用有利于改善混凝土的流动性，节约水 泥用量，从而降低成本，减少环境污染及能 源消耗I3,4 J。本文从提高混凝土的耐久性角 度出发，利用高性能外加剂和适量的粉煤 灰，根据高性能混凝土的特点设计了C60级 高强轻质混凝土，并对其力学性能、抗渗性 能进行试验研究。 1配合比优化设计 1．1基准配合比设计 1．1．1设计强度 混凝土强度设计等级为C60，按照国家 相关标准规定，验收最低强度应为： fcuo=f k+1．645 o 60+1．645* 69．87 (MPa) (1) 采用绝对体积法，设计混凝土的基准 配合比为：W：C：S：G=230：605：501：1l14。 1．1．2粉煤灰掺量的确定 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[51，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 课题首先根据要求确定C60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，超量系数选为1．2。经过抗压强 度试验确定基准配合比粉煤灰的最终掺 量，试验配合比及结果见表1所示。 1．1．3外加剂掺量的确定 目前，高效减水剂已成为配制高性能 混凝土的必须组分[6】，尤其聚羧酸超高效减 水剂的应用不但使混凝土水泥用量大大下 降而且还能大幅度降低混凝土的用水量使 混凝土流动性提高，硬化后的混凝土致密 度大大增加，从而提高混凝土的强度及抗 渗性I 。本课题作了5组试验，从而确定混凝 土超高效减水剂的掺用量 试验配合比和 结果见表2所示。 2实验原料 P I 525水泥，江西洋房牌； 聚羧酸超高效减水剂(Point-S)，厦门 科之杰产； 表1 粉煤灰掺量不同的混凝土的配合比 基 佳配合比 FA掺量 J=}_}落度 抗压强度(MPa) 、、 ：C：S：G (％) (】 In) 3(1 7d 28d O 70 37．O 44．2 71．5 ) 80 35．5 42．8 66．2 8 8．3 33．6 41_7 70．6 230：605：30l：1ll4 I2 【】0 32． 40．i 73．4 l6 J l0 28．3 38．6 63．3 20 l2() 25．8 37．4 5()．6 表2 高效减水剂掺量不同的混凝土的配合比 石子(粒径5～25mm)，仙游沙溪 中砂(细度模数2．5)，闽江白沙； 粉煤灰(I级)南埔电厂产。 3试验结果与讨论 3．1粉煤灰的影响 由表l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【11，提高了后期强度，所以混凝土 的28d抗压强度高于不掺粉煤灰的基准混 凝土，并且当粉煤灰掺量为l2％时，混凝土 的28d抗压强度最高，因此该配合比粉煤灰 的最佳掺量为12％。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12％时，1m 混凝土大约节省水泥约70kg； 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高效减水剂的影响 由表2可知，当混凝土中高效减水剂的 掺量为1．O％，混凝土的流动性和抗压强度 均达到设计要求，CI-扩散系数最小，值为 1．52 X 10-9cm ／s，即混凝土的抗渗能力最 好，耐久性良好，单方混凝土节省水泥约 200kg。因此聚羧酸超高效减水剂的应用大 大减低了高性能混凝土的生产成本。 3．3粉煤灰掺量的最终确定 由于粉煤灰的掺量对不同的配合比有 (下转11 2页) 基准配合比 减水剂(％) 坍落度(mm) 用水量(Kg) 抗压强度(MPa) CI扩散系数 C：F：S：(j 初始 60rain 3d 7d 28d (1() cnl、／s) ()．8 l40 【00 185 43．7 5O．2 60．5 1．85 0．9 l50 lO5 】8() 45．3 53．8 ^ 1 】．76 396：65：687：l{)77 1． 0 l9O 16O l75 50．4 63．9 75．6 1．52 1．】 2(x】 l80 1 75 51．4 63．】 76．J 1．93 i．2 2】() l8) 】7 32．1 64．3 77．3 】．88 ①基金项目：全国大学生创新性实验计划项目，项目编号：O81021401。 作者简介：汪浩然，大三学生，研究方向：无机非金属材料的制备与理论研究。 指导教师：汤卉，教授。 0 科技资讯SCIENCE ＆ TECHNOLOGY INFORMATION iiill2I2；IIliI— 。 。 。。 。 。 短洞长、减少投资，可能使纵坡过大、引线 连接不平顺；洞内坡大，会使汽车排放有害 气体增多；洞内湿度大，会降低路面抗滑能 力；这都不利于行车安全。特殊路段纵坡必 须满以下几点要求：桥梁及其引道的平、 纵、横技术指标应与路线总体布设相协调。 桥上纵坡不宜大干4％ ，桥头引道纵坡不宜 大于5％。位于市镇混合交通繁忙处，桥上纵 坡和桥头引道纵坡均不得大于3％。桥头两 端引道线形应与桥上线形相配合；隧道内 的纵坡应小于3％；但短于1OOm的隧道不受 此限。城市公路、一级城市公路的中、短隧 道，当条件受限制时，经技术经济论证后最 大纵坡可适当放大，但不宜大于4％ 隧道洞 口的连接线应与隧道线形相协调。隧道两 端洞口连接线的纵坡应有一段距离与隧道 纵坡保持一致；检查设计是否满足上述标 准要求，并使桥、隧及其两端引线之平、纵 线形尽可能平顺，与周围环境相协调，使之 视眼开阔、视线诱导良好。 3．4爬坡和避险车道 载重汽车在长上坡段行驶时，车速随 坡长增大将明显下降妨碍跟驰轻型车辆行 驶，不但降低城市公路的通行能力，而且导 致事故增加，需要为慢速车辆设置爬坡车 道。对于已设置爬坡车道的路段，应对爬坡 车道的长度、宽度以及标志、标线等进行评 价。在长大下坡路段，连续4kin以上路段末 设鼍停车区、加水冷却区等服务设施时，应 根据沿线地形条件和交通组成特点，评价 在下坡路段设置紧急避险车道的必要性。 对于己设置紧急避险车道的路段，应评价 设置间距能否满足行车安全要求，并对紧 急避险车道的平纵面线形、长度、横断面宽 度、路面材料、排水系统以及防撞护栏、标 志、标线等进行评价。 3．5平纵线形组合 优良的道路几何线形组合设计应为： 宽阔连续的视野能使驾驶员自觉地保持随 时对车辆行驶状态进行及时的调整，并为 驾驶员在遇到紧急情况时采取安全措施赢 得时间。 为了保证具有明显的立体曲线形体和 排水优势，在设计时应该尽量做到平曲线 与竖曲线相重合，平曲线稍长于竖曲线，即 所谓的“平包竖”一取凸形竖曲线的半径为 平曲线半径的10～2O倍。应避免将小半径 的竖曲线设在长的直线段上。 保持平曲线和竖曲线两种线形大小的 均衡。在平纵线形组合设计中极为重要。几 何线形的均衡性是保证安全的重要前提。 相关文献表明：若平曲线半径小于1O00m， 竖曲线半径大约为平曲线半径的10～2O倍 时，便可达到均衡的目的。 不良的线形组合。行车安全性的大小 与不同线形之间的组合是否协调有密切的 关系，下列线形组合往往是导致交通事故 发生的重要原因，在线性设计中应予以避 免并加以检查。如：线形的骤变，如长直线 的末端设置急转弯曲线，尤其是长下坡(大 于lkm)接小半径曲线是有危险倾向的设 计；纵断面反复凹凸，即形成只能看见脚下 和前头，而看不见中间凹陷的线形；在凸形 竖曲线与凹形竖曲线的顶部或底部插入急 工业技术 转弯的平曲线，前者因为没有视线引导而 必须急打方向盘；后者在超出汽车设计速 度的地方仍然要急打方向盘等。 4结语 总之，城市公路线形设计时，设计者必 须对城市公路具有的性能与作用进行充分 而慎重的分析研究，以免留下后患。对于提 高我国城市公路勘测学科的整体学术水 平，提高我国道路设计水平和设计能力，加 速我国的城市公路建设有积极的促进作 用，其成果的应用亦将产生巨大的社会效 益和经济效益，并有着十分广阔的推广应 用前景。 参考文献 【1]公路交通部交通司．新理念公路设计指 南fM】．北京：人民交通出版社，2005． 【2】李清波，符锌砂．道路规划与设计【M】． 北京：人民交通出版社，2002． 【3]杨少伟．道路勘测设计(第2版)【M】．人民 交通出版社，2004． 【4】符锌砂，高捷．高速公路纵坡路段货车 运行车速预N[J】．公路交通科技，2008． (上接11 0页) 不同的最佳掺量，为了进一步的优化该配 合比做了一系列的对比试验，试验配合比 及结果如表3所示。由表3可知，在该配合比 中当粉煤灰的取代量为l6％时，混凝土的流 动性和抗压强度最佳。 4结语 混凝土强度设计要求等级为C60时，采 用绝对体积计算法，设计得到混凝土的基 准配合比为：W ：C：S：G：230：605：501： I1i4。 利用粉煤灰、高效减水剂可以试配出 性能优良的C60高性能轻质混凝土。当粉煤 灰掺量为16％，减水剂掺量1．0％，混凝土28d 强度高达77．3MPa，CI一扩散系数低至1．52 X 10 cm ／s，混凝土具有良好的耐久性和抗 渗透性。 利用粉煤灰、聚羧酸超高效减水剂配制 高性能混凝土，可最大限度的节约建筑成本， 当粉煤灰掺量为16％，减水剂掺量1．O％，单方 混凝土节省水泥约200kg，即：W ：C：S： G=175：450：687：1077 参考文献 [1】李国柱，干伟忠．粉煤灰高性能混凝土 的配制及机理研究【J】．新型建筑材料， 2002(8)：65～67． [2】袁兴信，苏胜，苏勇强．大掺量粉煤灰高 性能混凝土性能研究[J】．煤炭工业，2006 (5)：73～75． [3】赵瑜，靳彩，冯幸芳．大掺量粉煤灰在大 表3 粉煤灰掺量不同的混凝土的配合比 体积混凝土中的应用研究【J】．新型建筑 材料，2002(8)：68～69． [4]朱劲松，叶青，章天刚．粉煤灰掺量对常 用预拌混凝土抗碳化能力的影响? ．新 型建筑材料，2008(5)：39～41． [5】宋军伟，方坤河．复掺磷渣、粉煤灰及硅 灰的砂浆配合比优化研究【J】．混凝土， 2006(4)：7～10． 【6]刘继良．掺高效减水剂高强混凝土的配 制与施工控制【J】．新型建筑料，2001(2)： 】8～ 20． 基准配合比 减水剂 ) FA樗量(％) 坍落度(ram) 抗压强度(MPa) W：C：S：G 初始 30(mht) 60(rain) 3d 7d 28d O l65 l50 l3O 58．7 67．2 7， 气 5 175 1 55 l 35 53．3 65．8 73．2 8 l80 160 J 75 】45 5】．4 64．9 73．6 ：450：687：1077 1．O 12 l9O l70 16O 50．4 63．9 75．6 l6 I95 180 180 48．】 60．3 77．3 20 200 185 170 40．5 52．4 63．6 2 科技资讯SCIENCE ＆ TECHNOLOGY INFORMATION |
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