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1、建材实验报告 清华大学混凝土配合比设计实验报告一、 实验名称C80高强混凝土配合比设计实验二、 实验目的1、掌握混凝土配合比设计的方法，学会通过查阅相关资料，在标准设计步骤指导下完成基本符合预期要求的混凝土配合比方案；2、掌握混凝土拌合工序，学习如何测定混凝土拌合物的基本性能；3、配制出具有较好性能的C80高强泵送混凝土，为混凝土力学性能实验准备试件。三、 设计概述（设计初衷及着重点）（一） 设计初衷高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通
2、强度混疑土的46倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。试验表明，在一定的轴压比和合适的配箍率情况下，高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小，减轻自重，避免短柱，对结构抗震也有利，而且提高了经济效益。高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件，可采用高强度钢材和人为控制应力，从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。因此世界范围内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构，应用于大跨度房屋和桥梁中。此外，利用高强混凝土密度大的特点，可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建（构）筑物，如原子能反应堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点，建造具有高抗渗和高抗腐要求的工
3、业用水池等。随着混凝土技术的不断发展，高效减水剂和高活性的混凝土掺和料不断得到开发与应用以及工程结构向大跨度、高层、超高层及超大型发展的需要，混凝土强度、性能不断提高，特别是越来越多的大跨桥梁、高层建筑、地下、水下建筑工程的修建和使用，使高强和高性能化的混凝土已逐渐成为主要的工程结构材料。另外，港口和海洋工程用高强混凝土，可大大降低维修费用，提高耐久性。由于工程建设的范围与规模不断扩大，要求混凝土具有高强、高体积稳定性、高弹性模量、高密实度、低渗透性、耐化学腐蚀性及高耐久性并具有高工作性等特性。因此，高强高性能混凝土在工程建设中将占据主要地位。C80高强混凝土在国外已有相当的研究与应用水平，如
4、日本在七十年代已能配制C80C90的高强混凝土。近年来美国、加拿大也在工程中应用C60C100混凝土，最高达C120级的高强混凝土。高强混凝土的应用范围很广，房屋建筑中用高强混凝土可增加建筑物的美观程度，如芝加哥的79层塔楼建筑用C95级高强混凝土，效果明显。（二） 技术要求C80高强高性能混凝土是在严酷环境下使用的，要求易于泵送、浇筑、捣实、不离析，能长期保持高强、高韧性与体积稳定性，且使用寿命长。因此它必须具有工程设计和施工所要求的优异的综合技术特性，具体如下：1)、 具有高抗渗性和高抗介质侵蚀能力。高抗渗性是高耐久性的关键。2)、 具有高体积稳定性，即低干缩、低徐变、低温度应变率和高弹性
5、模量。3)、高强、超早强，即满足工程结构或构件较高要求的承载能力。4)、具有良好的施工性，即满足施工要求的高流动性、高黏聚性，坍落度损失小，泵送后易于振捣，甚至免振达到自密实。5)、 经济合理，应利于节约资源、能源及环境保护。相关标准:JGJ552000 1)、配制高强混凝土时应掺用高效减水剂或缓凝高效减水剂；2)、 配制高强混凝土时应掺用活性较好的矿物掺合料，且宜复合使用矿物掺合料 ；3)、 高强混凝土的水泥用量不应大于550kg/m3，水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg/m3 。（三） 设计的着重点1. 概述我们小组所配制的C80混凝土的侧重点是混凝土的强度和耐久性，这也是配制高强度
6、混凝土的难点所在。混凝土强度等级工作性强度经济性耐久性C30普通混凝土C60自密实混凝土C80高强混凝土混凝土的强度由它的三相硬化水泥浆体、骨料和过渡区的强度所决定，在高强度混凝土中，不仅过渡区的薄弱大大限制了混凝土强度的提高，而且骨料的强度有时也会影响混凝土整体强度，这与低强度混凝土有所不同。为了提高过渡区的强度，要求混凝土的W/C较小，这就需要加入高效减水剂；同时，掺入适量的矿物掺合料可以促进二次反应，以消耗过渡区的CaOH2晶体。在较小的W/C条件下，混凝土中的原生微裂隙和孔隙较小，进而大大降低了混凝土的渗透性，而提高渗透性是高强混凝土增加耐久性的关键因素。另外，由于C80高强混凝土的密
7、实性极高，故在其后期养护的过程中，外界水分很难进入，其强度的后期发展有可能收到制约，因而做好混凝土浇筑后的后期养护时的水分供给尤为关键。所选择的矿物掺合料和高效减水剂的详细属性及作用机理如下： 2. 粉煤灰优质粉煤灰中含有大量活性较强的SiO2和Al2O3，掺入混凝土拌和物中能与水泥水化产物Ca(OH)2进行二次反应，生成稳定的水化硅酸钙凝胶，具有明显的增强作用。优质粉煤灰中含有70%以上的球状玻璃体，这些玻璃体表面光滑、无棱角、性能稳定，在混凝土中起润滑作用，减小了混凝土拌和物之间的摩擦阻力，能显著改善混凝土拌和料的和易性，提高混凝土拌和物的可泵性。此外，混凝土中掺加优质粉煤灰还可以降低水化
8、热、降低混凝土干燥收缩率，有效提高混凝土的抗渗性、抗冻性、弹性模量等，还可提高混凝土抗硫酸盐腐蚀性能，抑制碱硅反应的膨胀。配制C80高强高性能混凝土应采用I级粉煤灰，且SiO2和Al2O3的总含量超过70%。3. 高效减水剂的使用新型高效减水剂是配制C80高强高性能混凝土的必需组分。高效减水剂在配置高强泵送混凝土中的作用为：1) 高效减水剂由于具有高的减水作用，可大幅降低混凝土的单方用水量，赋予混凝土拌合物大的流动性，满足泵送施 工的要求。2) 在满足混凝土泵送施工的情况下，可以降低混凝土的水灰比，从而提高混凝土的抗压强度和弹性模量。3) 掺入缓凝高效减水剂，可以满足混凝土泵送施工中保塑性的要
9、求（即混凝土的塌落度损失要小）。4) 降低了水泥用量，减少工程成本。5) 对减少徐变，提高混凝土的耐久性也非常有利。但掺高效减水剂的混凝土的坍落度损失一般较快，所以施工时宜采用二次掺入法或掺入相应的缓凝剂，以减少坍落度损失。另外，当日最低温度低于0时，高效减水剂虽能增加和易性，其增加强度的作用会大大降低，因此，高效减水剂宜在春季、秋季使用。在选择高效减水剂时，既要考虑到工程特点、施工条件、耐久性要求，也要考虑到高效减水剂的种类、用量、混凝土强度与水泥的适应性等。对于C80高强高性能混凝土考虑到混凝土拌和物的坍落度损失及现场施工是否便利，可采用与缓凝剂复合的高效减水剂。另外，所选用的高效减水剂的
10、减水率不宜小于18%。4. 硅灰的作用机理 硅粉中含有大量的非晶体球形颗粒SiO2，颗粒特别细，粒径约为0.1-0.3m，为水泥颗粒径的1/1001/300。SiO2活性较强，掺入到水泥混凝土中，其增强作用表现在:均匀分布于水化产物中，具有良好的微填充效应，使混凝土密实化；对混凝土早、中期的强度发展特别有利；使混凝土中游离的Ca(OH)2减少，原片状晶体尺寸缩小，在混凝土中的分散度提高；加入一定量的硅粉，可增加CSH凝胶的数量，混凝土的过度区界面粘接得到了加强，混凝土的强度得到提高。这些特性导致混凝土的强度和耐久性得到显著提高。用于C80高强高性能混凝土的硅粉应符合下述质量指标：1) 活性无定
11、形二氧化硅(SiO2)含量不小于90%；2) 比表面积(BEF-N2吸附法)不小于18000m3/kg；3) 密度在2200kg/m3左右；4) 平均粒径0.1 mm0.2 mm。四、 设计过程No混凝土配制强度有效水胶比真实水胶比推荐最大用水量粉煤灰用量水化活性因子粗集料体积分数粗集料粗集料质量砂率细集料质量细集料矿物掺合料用水量含气量用水量推荐最大用水量？硅灰用量胶凝材料总质量水泥用量水泥Yes减少粉煤灰量（一） 流程图（二） 设计步骤1. 实测粗集料的松堆积密度对配制高性能混凝土所用粗集料，依据相应的规范进行有代表性取样并测定其松堆积密度la，对最大粒径为1020 mm的石灰石质碎石，该
12、值一般为14001550 kg/m3。2. 由混凝土的配制强度来计算有效水胶比由表1 混凝土配置强度标准差混凝土强度等级C50-C60C60-C70C70-C80C80-C90C90-C100值B3.54.04.55.05.5得Mpa对PO42.5水泥，混凝土的配制抗压强度与有效水胶比之间的鲍罗米型关系式如下：fc=Awwbeff-1+D其中：fc 为混凝土28d 配制抗压强度(88.23MPa)；A 和D为常数；w(w/b)eff 为混凝土的有效水胶质量比。3. 由混凝土的有效水胶比来计算混凝土的真实水胶质量比混凝土的有效水胶比计算公式如下wwb=w(wb)eff1-1-kiwi其中：wi
13、为胶凝材料中矿物掺合料质量分数；ki 为矿物掺合料的水化活性因子.小于60 MPa 时，式(1)中的常数A=25.8；D = -13.4。此时可通过增大粉煤灰掺量来降低水胶比，以提高混凝土的耐久性。可以认为此时粉煤灰的水化活性因子表达为kfa= - 0.6+0.017fc4. 依据混凝土的配制强度计算推荐最大用水量在Mehta 和Aitcin 的高性能混凝土配合比设计方法中，依据混凝土的强度给出了混凝土的推荐最大用水量。它们之间的关系可线性化为:mmax=204.64 0.71fcc R=1.00其中：mmax为最大用水量(kg/m3)；R 为相关系数。5. 依据混凝土的配制强度求解粗集料的体
14、积分数和砂率依照Mehta 和Aitcin 的高性能混凝土配合比设计方法，粗集料的松堆积体积分数vla 和抗压强度之间以及粗集料的松堆体积分数与砂率Rs 之间存在以下两式所示的线性关系：v = 0.635 + 7.1110-4 f c R =1.00Rs=1.08 - vla 混凝土中的粗集料用量ma 和细集料用量ms 可用下两式求解:ma=lala其中：la为粗集料的松堆积密度。ms=maRs/1-Rs6. 用体积法求解混凝土的用水量和胶凝材料用量依据矿物掺合料和水泥的密度，胶凝材料体系的密度b可用下式计:b=1-wic+wii其中：c 为水泥的密度(一般取3.15 g/cm3)； i为矿物
15、掺合料的密度，硅灰的密度sf一般取2.2 g/cm3，粉煤灰的密度fa一般取2.5 g/cm3。混凝土的用水量mw 可用下式计算:mw=1000w1-maa-mss-airwwbwwb+1b其中：w为水的密度(一般取1.0 g/cm3)此时，应比较所求得的用水量mw与Mehta 和Aitcin 的高性能混凝土配合比设计方法中推荐最大用水量mmax的关系，对配制强度小于60 MPa 的混凝土，可通过增减粉煤灰对水泥的替代比例来降低或增加计算所得用水量；对配制强度大于60 MPa 的高强混凝土，通常可掺入胶凝材料总质量6%10%的硅灰来增强混凝土中的浆体基体和界面过渡区，然后通过增减粉煤灰对水泥的替代比例来降低或增加计算所得
