高性能混凝土的高强机理分析及试验研究

　　2001年6月铁道工程学报第高性能混凝土的高强机理分析及试验厨究李迎九（安徽欧鹏建筑工程有限责任公司，蚌埠提要：随着建筑向大跨度、超篼层的发展和特殊条件下对篼耐久性的要求。作为工程主要材料之一的混凝土的发展已引起了普遍关注。篼性能混凝土概念提出之后，国内外都开展了深入的研究。本文对高性能混凝土高强机理作了较详细的分析。并通过双掺篼效减水剂和粉煤灰的试验研究，分析了篼性能混凝土的配制特点，研究了篼效减水剂和粉煤灰对混凝土强度的影响以及粉煤灰对混凝土强度增强机理。阐述了粉煤灰利用的经济性和环保效益。

　　主铨词：篼性能混凝土；篼强机理I试验研究简称HPC）是90年代初由美国国家标准与技术研究院和混凝土协会首次提出的。很多发达国家都将它作为跨世纪的新材料，投人大量人力、物力进行研究，国内一些科研机构也开展了深人的研究。高性能混凝土有别于普通混凝土的性质，主要包括：篼强度、篼耐久性、体积稳定性、高工作性（和易性）、经济合理性。本文将重点分析研究其高强度性。

　　高性能混凝土由于强度的提篼，可以大大降低钢筋混凝土结构中混凝土及钢筋的用量，也可以大大减少结构构件的尺寸和自重。在结构工程中具有重大的技术经济意义。同时，通过掺加高效外加剂和超细掺料，作为高性能混凝土的其他性能也有很大提高，并由于对工业废料的利用，使篼强混凝土更具节约资源、能源和环保效益。

　　1高性能混凝土的高强机理分析1.1混凝土强度计算模型及函数分析普通混凝土的破坏型式一种是粘结面破坏。一种是水泥面（砂浆）本身破坏。而骨科先破坏的可能性较小。因为骨科强度经常大大超过水泥石和粘结面的强度。

　　我们设想将混凝土看成为骨料与水泥石（砂浆）两相复合材料，用结构模型进行分析，其受力图为，其结构图可以简化为模型假设：在外力作用下，两相共同工作阶段A相与P相应力是相等的，由于弹性模量不一样，应变不等。模型总应变等于两相应变之和。

　　8c=6p=6a混凝土受力图混凝土受力结构模型图力1为混凝土总应变为砂浆应变，为骨料应变。

　　又令：民为混凝土弹性模量为砂浆弹性模童，a为骨料弹性模量i/5为混凝土中砂浆含惫K1即〃为骨料弹性模量与砂浆弹性模量比值，由上推述导可以看出混凝土的弹性模量与砂浆弹性模量成正比。

　　2高性能混凝土强度的试验研究按上面的结论，将重点对水泥、粗细骨料、减水剂及掺合料的选择和配比进行试验研究，特别是结合本地区的地材和经济适用的减水剂及掺合料进行篼性能混凝土的试验研究为下一步的工程运用打下基础。

　　2.1原材料的选择水泥的选择。配制高强度大流动性混凝土宜硅酸盐水泥，其次是普通水泥，因为配制篼强度大流动性混凝土宜掺加适量活性较篼的掺合料，水泥中混合材掺量少，混凝土就可多用一些掺合料，这既有利于提篼混凝土强度，又有利于改善混凝土的和易性。本次试验选用蚌埠铁鹏水泥厂生产的525硅酸盐水泥。

　　骨料的选择。配制篼强度混凝土粗骨料宜首先选择篼强度的碎石，其次是碎卵石，因为碎石有利于界面粘结。本地区凤阳产的碎石质量较好，使用较多。选择520mm碎石做为本试验的粗骨料。细骨料选择池河产清水砂（中砂），细度模数不低于2.6，含泥量不大于1.0，无泥块。

　　减水剂的选择。减水剂的主要类型有：（a）三聚氰胺系又称树脂系减水剂，被誉为减水剂，减水率很篼，常用掺量0.52.0时，可减水2030，可以综合改善混凝土的性能，可用于配制100MPa的篼强混凝土。但其价格昂贵，目前仅用于特殊要求的混凝土工程中。（b）木质素系减水剂，主要品种有木质素磺酸钙，又称M型减水剂，可减水10左右，但掺量过多，缓凝严重。（c）萘系减水剂（萘磺酸盐甲醛缩合物），其原料大都是工业下脚料，常用掺量为0.51.0，减水率在1525，经比较认为其价格性能比较好。决定使用水利部南京水利科学研究院研制的HLC-NAF高效减水剂作为本试验的外加剂。

　　掺合料的选用。配制高强度大流动性混凝土宜采用篼活性掺合料，目前常用的掺合料有硅灰、超细矿渣和粉煤灰，从国内外收集的资料看硅灰中的Si02含量绝大多数在85以上，Si2含量很大高活性，但其价格昂贵，一般是水泥的510倍。超细矿渣3丨02含量在30左右并且属于贵重资源。粉煤灰中3102含量在50左右，其本身为工业粉料，价格低廉。并且在本地周边地区资源。从经济适用和工程应用考虑决定使用I级粉煤灰做为试验研究的掺合料。

　　2.2高性能混凝土的试验NAF减水剂为B组（此时考虑减水15）。双掺1NAF减水剂和粉煤灰为C组，考虑粉煤灰取代水泥率为15，超量系数K取1.4.分析三种状况下7d、28d的强度变化情况，终分析其工程运用价值和经济适用性。先设计空白混凝土的配合比，再按GB14690粉煤灰混凝土应用技术规范规定的超量取代法设计粉煤灰混凝土的配合比，制做试块，进行标养后测定其强度，分析数据。

　　3结论B组在掺加1NFA减水齐时对比A组在其28d强度基本不变的情况下可节约水泥15左右。同时其7d强度增长较大。早强性较好。

　　C组在混凝土中同时掺加1NFA减水剂同时，选取I级粉煤灰取代15水泥量时7d强度与A组（空白混凝土）基本一致，28d强度有显著提篼，强度提篼达1015.即节约水泥又提篼强度，并配制出可达C80的篼强混凝土。同时具有良好的和易性，具备了工程实用性。

　　内掺适量粉煤灰对28d混凝土增强的根据本原因，在于粉煤灰中的活性Si02与水泥水化生成的的部分Ca（OH）2反应生成CSH凝胶，从而增加了有利于混凝土强度的CSH凝胶的数量，并相应减少了对界面粘结不利Ca（OH）2的结晶。同时由于粉煤灰中活性Si02与Ca（OH）2的反应是二级反应，需一定时间。因而掺粉煤灰混凝土，其7d抗压强度与空白混凝土无明显差别，而其28d的抗压强度有显著提高。

　　在本地周边粉煤灰的产量十分巨大，目前是作为工业废料排放出去，既污染环境，占用土地，‘又使这数据表本次试验考虑按空白混凝土为A组。只掺1表2实验编号设计用量田鲁用贵S率坍落度一宝贵资源未能得到利用。通过将粉煤灰分级后，I级粉煤灰可用于无筋混凝土，I、K级粉煤灰可用于钢筋混凝土和篼强混凝土，其利用价值和利用前景是十分光明的。

　　本文只对高性能混凝土的强度进行了分析，当强度提篼的同时，由于双掺了粉煤灰和减水剂，其篼工作性、和易性、篼耐久性、体积稳定性也得到了加强，这也是下一步研究的目标。

　　Wycm GB1596-91用于水泥和混凝土中的粉煤灰。

　　冯乃谦。S！肚技术的发展与概GBn469G.i肺；t应用技术规范。

　　湖南大学等合编建筑材料。

　　在科技部召开的“九五”期间若干领锾科学技术重大进展发布会上，中国铁道学会等11个学会的负责人发布了“九五”期间97个方面的重大科技进展，集中展示了“九五”期间我国科技工作在这些领域取得的巨大成就。

　　就，促进了产业结构的调整、行业的技术进步、综合国力的增强和人民生活水平的提篼。在这些重大'科技进展中，既有影响深远、推动行业技术水平发生飞跃的重大技术突破，又有贴近社会、与提升人民生活质量息息相关的重要科学技术进步。这些都深刻地改变了我们的工作和生活。

　　来了全行业技术发展；铁路建设规模与建设技术达到新水平，一些标志性工程成为新的里程碑；机车车辆制造技术迈上了新台阶；铁路运输保技术与装备有了整体性提篼；铁路信息化建设实现了跨跃式发展。中国铁道学会理事长国林在会上发布了铁路在“九五”期间科学技术的重大进展，并回答了记者的提问。

　　中国机械工程学会、中国金属学会、中国汽车工程学会、中国仪器仪表学会、中华医学会、中国土木工程学会、中国水利学会、中国农学会、中国林学会、中国自然资源学会在会上发布了各自领域取得的重大科技进展。这些重大科技进展包括机械工业、钢铁工业、汽车工业、仪器仪表工业、医学、土木工程、水利、农业、林业、资源科学等领域。（毛丽新摘自人民铁道报）12001―0325李迎九工程师男1969年出生安徽欧艄建筑工程有限责任公司总工程师