混凝土配合比设计及力学性能及氯离子扩散系数试验

建筑材料实验报告

（1）C80高强泵送混凝土配合比设计 （2）混凝土力学性能、氯离子扩散

系数实验

内容一 混凝土配合比设计

一、实验目的

1.掌握混凝土配合比设计的基本方法； 2.学习如何测定混凝土拌合物的基本性能； 3.为混凝土力学性能实验准备试件。

二、实验安排

1．4~6人为一小组,全班分成4个小组；

2．混凝土强度等级建议选C40混凝土、C80高强泵送混凝土，同学也可以自选其它强度等级。

3．混凝土实验用量按25升计算，成型试件如下： 100×100×100 3条 100×100×400 1条 100×100×200 3条

4．抗压强度测试R7和R28，其它性能测21天。

三、选题介绍

本次配合比设计实验，我们选择的是制作C80高强泵送混凝土。一下是关于C80高强泵送混凝土的介绍：

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。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高强高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，它是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在严格的质量管理条件下制成的。除了水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物质超细粉与高效外加剂。它是重点保证耐久性、

工作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性和经济合理性的一种新材料。

1.C80高强高性能混凝土的技术要求

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。 2.C80高强高性能混凝土的研制技术途径

C80高强高性能混凝土作为一种新型高技术混凝土，它的研制要求我们必须从原材料，配合比，施工工艺与质量控制等方面综合考虑。首先必须优先选用优质原材料。其次在配合比研制时，在满足设计要求的情况下，尽可能降低水泥用量并限制水泥浆体的体积；根据工程的具体情况掺用一种及一种以上矿物质超细粉掺和料；在满足流动度的前提下，通过优选高效减水剂的品种与剂量，尽可能降低混凝土的水胶比。第三是正确选择施工方法，合理设计施工工艺并强化质量控制意识与措施，以保证C80高强高性能混凝土满足工程结构的需要。

3. 原材料的优选

（1）水泥。配制C80高强高性能混凝土宜选用52.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，在选用硅酸盐水泥时还需考虑硅酸盐水泥的矿物组成和细度。

水泥的主要成分C3S，C2S和C3A对混凝土的性能影响较大，C3S对混凝土的早期强度和后期强度均有贡献；C2S水化较慢，通常只对后期强度有利；C3A的水化速度最快，但C3A的含量引起水泥与高效减水剂的相互适应问题，C3A含量高于8%时，混凝土的流动度损失较快，不利于混凝土的泵送与振捣。高细度的水泥早期强度较高，但后期强度增长较少，且早期产生的水化热较高。因此，在选用水泥时，应根据工程的具体情况，综合考虑凝结时间、强度、变形性和耐久性等方面的特殊要求，本着经济合理的原则，宜优先选用C3S含量高，C3A含量低于8%的硅酸盐水泥。在保证强度的前提下，还需满足质量稳定、需水量低、流动性好、活性较高等要求。

（2）细集料。宜优先选用细度模数中等偏粗（控制在2.7～3.1），质地坚硬、粒形良好的天然河砂。对0.315mm筛孔的通过量不应少于15%，对0.16mm筛孔的通过量不应少于5%，含泥量不应大于1%（不含泥块）。另外，细集料应具有良好的级配，且云母含量按质量计不宜大于1%；轻物质含量按质量计不宜大于1%；硫化物及硫酸盐含量（按SO3质量计）不宜大于0.5%；有机质含量按比色法评介，颜色不应深于标准色。

（3）粗集料。粗集料的性能对高强高性能混凝土的性能有较大影响，其中最主要的是集料的强度与界面的黏结力，以及骨料的物理性能和化学成分。粗集料的颗粒强度、针片状颗粒含量、含泥量及最大粒径等也是高强高性能混凝土强度和性能的控制因素。

粗骨料的强度对高强高性能混凝土的强度影响很大，因此应选用质地坚硬未风化的岩石，骨料母材的抗压强度不应小于混凝土强度标准值的1.3倍，宜优先选用致密的辉绿岩、玄武岩、火成岩、花岗岩、大理石等。

粗骨料针片状颗粒含量不应大于5%，压碎指标值不应大于7%，表观密度应大于2650kg/m3，堆积密度应大于1450 kg/m3，吸水率应小于1.0%。

粗骨料的最大粒径不应大于25mm；含泥量不应大于0.5%，不含泥块。粗骨料中不得混入风化和软弱颗粒，且粗骨料应具有良好的颗粒级配。

对于C80高强高性能混凝土，由于碎石的界面黏结力优于卵石混凝土，所以配制C80高强高性能混凝土宜优先选用碎石。

由于碱集料反应对高强高性能混凝土有巨大的破坏作用，所以应尽量选择无碱活性的骨料，且骨料中不含有机质、硫化物和硫酸盐等杂质。

（4）外加剂。新型高效减水剂是配制C80高强高性能混凝土的必需组分。新型高效减水剂对胶凝材料的分散能力强、减水率高，可大幅降低混凝土的单方用水量，不仅能增加混凝土拌和物的流动性，保持混凝土坍落度损失功能好，而且能大幅度地提高混凝土的强度和弹性模量，对减少徐变，提高混凝土的耐久性也非常有利。

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减水率不宜小于18%。

（5）外掺料。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%。

硅粉中含有大量的非晶体球形颗粒SiO2，颗粒极细、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；且使混凝土中界面结构得到明显改善。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：一是活性无定形二氧化硅含量不小于90%；二是比表面积（BEF－N2吸附法）不小于18000m2/kg；三是密度在2200kg/m3左右；四是平均粒径0.1mm～0.2mm。

（6）拌和水。配制C80高强高性能混凝土的用水，采用饮用水，水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，pH值应大于4。

四、实验原理

（一）混凝土配合比设计

1．混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质ne量比例，确定这种数量比例关系的工作，就称为混凝土配合比设计 2．混凝土配合比设计的基本要求 （1）满足结构设计的强度等级要求； （2）满足混凝土施工所要求的和易性； （3）满足工程所处环境对混凝土耐久性的要求； （4）符合经济原则，既节约水泥以降低混凝土成本。 3．普通混凝土计算配合比的计算步骤 （1）确定混凝土配制强度

在已知混凝土设计强度fcu,k和混凝土强度标准差时，则可由下式计算求得混凝土要求的配制强度fcu,0，即

fcu,0=fcu,k+1.645

混凝土强度等级 低于C20 4.0 C20~C35 5.0 高于C35 6.0 /MPa

（2）初步确定水灰比 鲍罗米公式

AfceW Cfcu,0ABfce式中A、B—回归系数；fce—水泥强度等级；fcu，o—混凝土立方体抗压强度标准值 （适用于混凝土强度等级小于C60） （3）选定混凝土拌合水用量 （4）计算水泥用量 （5）确定合理砂率值

（6）按照质量法或体积法得出粗细骨料用量

（1）质量法： （2）体积法：

（7）计算混凝土外加剂掺量 （8）写出混凝土计算配合比

注意：计算配合比要经过试配、调整与确定。

（二）高强泵送混凝土的工作性（可泵性)试验

1．用塌落度筒测定拌合物的塌落度SL 、扩展度D 实验仪器：坍落度筒（截头圆锥形,由薄钢板或其它金属板制成,形状如下图。尺寸：上口100mm,下口200mm，高300mm 。）、捣帮、装料漏斗、小铁铲、钢直尺、镘刀等。

（1）稠度：以坍落度表示，单位mm，精确至5mm。

（2）粘聚性：以捣棒轻敲混凝土锥体侧面，如锥体逐渐下沉，表示粘聚性良好。如锥体倒坍、崩裂或离析，表示粘聚性不好。

（3）保水性：提起坍落度筒后，如底部有较多稀浆析出，骨料外露，表示保水性不好；如无稀浆或少量稀浆析出，表示保水性良好。

2.用倒置的塌落度筒测定筒内拌合物自由下落的排空时间ts

用倒置的塌落度筒测定筒内拌合物自由下落的排空时间，适用于塌落度不小于140mm的拌合物。粗骨料的粒径不应大于25mm。

A仪器设备：塌落度筒，另需设置专门的支架，将坍落度筒倒置于支架上，小口朝下，距底板500mm。筒底（小口）处装一可抽出的底板，同时配备秒表。

B试验步骤：将拌合物分三次装入筒内，每次插捣15下，将上口抹平，快速抽出底板，测定拌合物自筒内流出至排空的时间ts。 C结果分析：

如ts在5—25S范围内且扩展度D大于500 mm，则可认为工作性（可泵性）良好；如ts小于5 S或大于25S，应调整混凝土的配合比或采取其他措施。

3.用L形流动仪测定流速

注：本实验适用于坍落度不小于140mm的拌合物，粗骨料的粒径不大于25mm。具体试验方法如下：

A仪器设备：

①强制式混凝土搅拌机；

②L形流动仪（图3-47），为有机玻璃或金属制品；

B A C D 形流动仪 图3-47 L形流动仪

③捣棒、抹刀（与坍落度试验用相同）； ④秒表（最少可计4点）。 B试验步骤：

①将L形流动仪底面水平放置，并适当湿润其内侧；

②将混凝土拌合物沿上缘倒入L形流动仪高端一侧的容器中，装满后用捣棒插捣15次（如拌合物流动性较大而能自行充满时，可免去插捣），然后用抹刀抹平；

③上提隔板使拌合物流出，当流至50mm、100mm、300mm、和500mm远处（图3-47中A、B、C、D点）时，分别按下秒表（如拌合物流不到所测距离，就免去相应点计时），记录时间。

C 结果分析：

计算拌合物流速（以mm/s计） υ1=（100-50）/t1； υ2=（100-50）/t2； υ3=（100-50）/t3；

式中t1 、 t2和t3分别为拌合物从图中A至B、B至C、C至D的通过时间（S）。根据不同的需要，可选择任一υ值表示试验结果（如拌合物较粘稠，而只能测得υ1时，则以υ1表示结果；如拌合物流动性较大，则以υ2或υ3表示结果）。

五、实验室提供的原材料

1．水泥

制造厂：北京水泥厂

京都P.O 42.5 28天实际强度 42.5MPa（实际到达52.5MPa以上，本实验中取为52.5MPa计算） 2．砂 产地：昌平

细度模数: 2.3-2.6中砂 表观密度：2.60g/cm3 其颗粒级配曲线如下：

3．石 产地：门头沟 最大粒径：20mm 表观密度：2.70g/cm3 4．掺合料

A 粉煤灰 产地：元宝山 Ⅰ级灰

B硅粉 挪威 5．减水剂 聚羧酸减水剂

掺量：C30：1.0%、减水率15% 。 C80：2.0%、减水率30%.

六、配合比设计过程

（1）关于高强混凝土的配制

1.高强泵送混凝土配制的技术措施 1)水泥的选择 2)掺合料的选用 3)减水剂的选用 4)砂率的选择 5)骨料的选用

2.硅粉掺合料对混凝土强度的影响 硅粉的增强机理分析 1)硅粉的主要特点

A活性SiO2含量高,颗粒特别细,粒径约为0.1-0.3μm,为水泥颗粒径的1/100—1/300. B加入一定量的硅粉,可增加CSH凝胶的数量,减少不利于界面粘接的Ca(OH)2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。 3.高效减水在配制高强泵送混凝土中的作用

1)高效减水剂由于具有高的减水作用，可赋予混凝土拌合物大的流动性，满足泵送施工要求。 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。 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求（即混凝土的塌落度损失要小）。

4.高强泵送混凝土对骨料的要求 1.高强泵送混凝土对砂子的要求 1)粗细 2)级配

3)含泥量

2.高强泵送混凝土对石的要求 1)最大粒径 2)抗压强度 3)级配

（2）我们的C80 高强泵送混凝土配制过程

1. 确定所配混凝土的强度：

根据公式，fcu,ofcu,k1.645，取fcu,k为80MPa，为6.0MPa 计算可得：

fcu,o801.6456.089.87MPa

2. 根据鲍罗米公式确定水胶比：

查表可知：公式中的A取0.46，B取0.07，水泥强度按52.5MPa算，可得：

W/Cfcu,oAfce0.4652.50.264ABfce89.870.460.0752.5

根据网上的资料有高强混凝土的水灰比在0.25~0.4之间，同时上述公式在计算高强混凝土过

程中不再适用，最后综合考虑，将水灰比取为0.27。3. 查表计算用水量：

根据泵送混凝土规定，其初始坍落度在220~240mm，入模坍落度在180mm以上，给定的碎石最大粒径20mm，减水剂掺量为2.2%。

W2155(22090)20247.5kg/m3

加入减水率为33%左右的减水剂，用水量可确定为：

W(133%)247.5167kg/m34. 计算胶凝材料用量：

由于要掺入矿物掺合料，水灰比变为水胶比。可以确定胶结材料的用量为：

CW(W/C)1670.27618kg/m3

根据高强混凝土配合比设计规定，所加的胶凝材料总量范围宜为600kg/m³以下，因此减少胶结材料用量为600kg/m3，以此为依据进行下面的计算。同时在本次配合比设计过程中，我们打算加入20%粉煤灰，由于粉煤灰的润滑作用，适当减少用水量为162kg/m³，同时我们

再加入10%硅粉以增加CSH胶凝的数量，减少不利于界面粘结的Ca(OH)2的数量，这样有利于混凝土强度的提高。

根据用水量和水灰比 算出胶凝材料用量为： 162÷0.27=600kg/m³

由总胶凝材料的用量有水泥用量为：

m6001.3461kg/m3

粉煤灰用量为

m146120%92kg/m3

硅粉用量为：

m246110%46kg/m3最后的的胶凝材料用量为： 461+92+46=599kg/m³ 减水剂用量为：

599×0.022=13kg/m³6. 骨料用量的确定（质量法）：

根据高强混凝土的设计规定有砂率应在42%~45%之间。综合考虑取为43%，C80混凝土的表观密度为2460kg/m3。

混凝土的的砂石骨料用量为2460-162-46-461-92-13=1686kg/m³ 所以有使用的砂量为1686×0.43=725kg/m³ 所以石用量为1689-726=961kg/m³

最后根据砂的含水率为3%，实际用砂725÷0.97=748kg/m³，实际用水量为140kg

对于1m3混凝土有：

未考虑砂含水率其配合比为： 原料 质量/kg 水泥 461 水 162 减水剂 13 砂 725 石 961 硅粉 46 粉煤灰 92 考虑砂含水率其配合比为： 原料 质量/kg 水泥 461 水 140 减水剂 13 砂 748 石 961 硅粉 46 粉煤灰 92 计算得到25L混凝土所需的各种原料用量为： 原料 质量/kg 水泥 11.53 水 3.5 减水剂 0.33 砂 18.7 石 24.0 硅粉 1.15 粉煤灰 2.3

七、配制过程

1. 仪器设备：

① 凝土搅拌机，容量为50L~100L，转速为（18~22）r/min； ② 台秤，称量50Kg，感量50g； ③ 量筒（100ml、100ml）； ④ 天平； ⑤ 拌铲与拌板等。

2. 机械搅拌步骤：

① 按设计的配合比称取各种材料的用量。

② 用按配合比称量的水泥、砂、水及少量石子在搅拌机中预拌一次，使水泥砂浆部分黏附在搅拌机及叶片上，并刮去多余砂浆，以避免正式搅拌后的配合比改变。

③ 依次向搅拌机内加入石子、砂和水泥，开动搅拌机干拌均匀后，将水徐徐加入，再将减水剂缓慢加入。全部加料时间不超过2min。

④ 将拌合物自搅拌机卸出，倾倒在铁板上 ，在经人工拌合2-3次，即可做拌合物的各项性能实验或成型试件。从开始加水起，全部操作必须在30min内完成。

八、关于混凝土工作度

本次实验我们的数据如下：

实验组编号 J22 3 结果分析：

在配制实验中，总体看来，混凝土流动性比较理想，而捣实性，粘聚性都较好。其中，坍落度超过了22-24cm之间，满足设计要求，同时坍落物向四周展开均匀，说明混凝土的匀质性较好，较好地保证了各项性能的稳定。扩展度达到500mm，坍落时向四周均匀展开。另外，也没有出现明显的离析渗水现象流动性，捣。实性及粘聚性都较好，工作度达到了设计要求。我想混凝土的工作度较好跟我们组加入了一定量的粉煤灰是有关的，粉煤灰是球形颗粒，可以起到润滑作用，加入适量的粉煤灰有助于新拌混凝土的工作度的改善，提高了混凝土的和易性。同时我们这次的减水剂掺量是比较适合的，也保证我们在做坍落度实验时并未看到十分明显的离析现象。新拌混凝土的性能另一方面也和实验中的操作有关，注意各种用料的加入顺序和加入方法，例如水要分几次加入，硅粉要保证埋在其它用料中等，这样使得各种成分能更好地混合，使反应均匀而充分，各种物质都能较好地发挥作用。

坍落度/cm 24 扩展度/mm 500

参考资料：

新拌混凝土性质之水泥的影响：

普通水泥的混凝土拌和物比矿渣水泥和火山灰水泥拌和物的和易性好。矿渣水泥拌和物的流动性虽然大，但粘聚性差，容易泌水离析； 火山灰水泥流动性小， 但粘聚性好。此外，水泥细度对水泥混凝土拌和物的和易性也有影响，提高水泥的细度可以改善拌和物的粘聚性和保水性， 减少泌水、离析现象。 新拌混凝土性质之水灰比的影响：

在单位混凝土拌和物中，集浆比确定后，即水泥浆的用量为一固定数值时，水灰比即决定水泥浆的稠度。水灰比较小，则水泥浆较稠，混凝土拌和物的流动性亦较小，当水灰比小

于某一极限时，在一定施工方法下就不能保证密实成型；反之，水灰比较大，水泥浆较稀，混凝土拌和物的流动性虽然较大．但粘聚性和保水性却随之变差。当水灰比大于某一极限值时，将产生严重的离析、泌水现象。因此，为了使混凝土拌和物能够密实成型，所采用的水灰比值不能过小；为了保证混凝土拌和物具有良好的粘聚性和保水性，所采用的水灰比值又不能过大。在实际工作中，为增加拌和物的流动性而增加用水量时，必须保证水灰比不变，同时增加水泥用量，否则将显著降低混凝土的质量。因此，决不能以单纯改变用水量的方法来调整混凝土拌和物的流动性。在通常使用范围内，当混凝土中水量一定时，水灰比在小范围内变化对混凝土拌和物的流动性影响不大。

内容二 混凝土力学性能及

氯离子扩散系数试验

一、实验目的

1.掌握混凝土主要力学性的测试方法。

2.学习用混凝土中氯离子扩散系数的方法评定混凝土的渗透性

二、一般规定

（1）混凝土物理力学性能实验一般以三个试件为一组。每组试件所用的拌合物应从实验室用机械一次拌制完成。

（2）试件的成型方法应视混凝土上设备条件和混凝土的稠度而定。可采用振实台、振动棒等捣实。棱柱试件宜采用卧式成型。

（3）混凝土骨料最大粒径应不大于试件最小边长的1/3。

三、实验内容

1.混凝土抗压强度 2.混凝土劈裂抗拉强度 3.混凝土与钢筋握裹强度 4.混凝土中氯离子扩散系数

四、实验具体内容

实验一 混凝土立方体抗压强度试验

一、 实验仪器

（1）压力试验机（精度应为±1%，试件的破坏荷载应大于压力机全量程的20%且应小于全量程的80%左右，实验机上下压板应有足够的刚度，其中一块压板应带有球形支座，使压板与试件接触均衡，如右图）；

（2）钢尺（量程300mm，最小刻度1mm）

二、实验步骤

1.试件从养护地点取出后因尽快进行试验，以免时间内部温度发生显著变化。

2.试件在试压前应先擦试干净，测量尺寸并检查其外观。试件尺寸测量精确至1mm，并据此计算试件的承压面积。入史册尺寸与工称尺寸之差不超过1mm，可按公称尺寸进行计算。 3.将试件安放在试验机下压板上，试件的中心与试验机下压板中心对准，试件的承压面应与成型时的顶面垂直。

4.在试验中应连续均匀的加载，加荷速度应为：混凝土的强度等级≤C30时，取0.30~0.50MPa/s；混凝土的强度等级≥C30时，取0.50~0.80MPa/s；混凝土的强度等级≥C60时，取0.8~1.0MPa/s

三、结果计算

混凝土立方体抗压强度按下式计算

fF A式中，f为混凝土立方体试件抗压强度(MPa)；F为破坏荷载(N)；A为试件承压面积(mm2)。混凝土立方体抗压强度计算应精确至0.1 MPa 。

强度值得确定应符合下列规定：以三个试件的算术平均值作为该组试件的抗压强度值。三个测值中的最大值和最小值中如有一个与中间值得差值超过中间值的15%。则把最大及最小一并舍除，取中间值作为改组试件的抗压强度值。如两个测值与中间值相差均超过15%,则该组实验结果无效。

取150mm×150mm×150mm立方体试件的抗压强度为标准值。用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，对本次100mm×100mm×100mm的试件取值为0.95。

四、数据记录

1.本次实验测7天强度值的实验数据如下：

试件编号 破坏荷载/kN 抗压强度/MPa 数据偏差

数据计算:

混凝土立方体抗压强度试验 1 2 710 626 71.0 62.6 5.34% 7.12% 3 674 67.4 0.00% 由以上偏差计算可以看出，3组数据可以认为全部合格。取抗压强度的平均值有：

fcc71.062.667.467MPa，

3由于采用的是100mm×100mm×100mm试块，因此还需乘上换算因子0.95：

fcc0.9567MPa63.7MPa

此即为本组混凝土的7天抗压强度。 结果分析:

从实验结果来看，我们设计的混凝土强度在7天时达到了63.7MPa，而7天强度约为28天强度的0.85左右，因此28天强度应该在75MPa左右，但是考虑到我们在设计过程中加入了较多的矿物掺合料，由火山灰反应的特性可以知道，混凝土的后期强度会有较大的提高，因此达到设计强度应该是没有问题的。我们也从这次实验中通过对结果分析查资料明白了更多的知识。

2.本次实验测28天强度值的实验数据如下： 混凝土28天抗压强度 试件编号 破坏荷载/kN 100×100×100mm试件抗压强度/MPa 数据偏差 数据计算:

由以上偏差计算可以看出，3组数据可以认为全部合格，且数据分布很均匀，偏差较小。取抗压强度的平均值有：

1 972 97.2 0.00% 2 972 97.2 0.00% 3 932 93.2 4.12% fcc97.297.293.295.87MPa，

3由于采用的是100mm×100mm×100mm试块，因此还需乘上换算因子0.95：

fcc0.9596.87MPa91.1MPa

此即为本组混凝土的28天抗压强度。同时由上述实验结果我们可以看出本次的配合比设计实验是较为成功的。 结果分析:

从实验结果来看，我们设计的混凝土强度在28天时达到了91.1MPa，首先，这个实验结果验证了我们前面的猜想，我们设计强度值是89.87MPa，而实验结果的91.1MPa与设计值相对误差仅为（91.1-89.87）÷89.87=1.37%，同时由于机器的一些表面光滑度不够，吻合度不好，受力不均匀的原因，实际强度可能会比实验结果更高些，但是，总之，这次实验的结果与理论值还是十分接近的，由此可见，我们这次配合比设计实验室很成功的，首先我认为这与我们所掺入的粉煤灰通过火山灰反应而产生的对后期强度的增强是很有关系的，一开始我们的的7天强度值有前述的数据可以知道实际上是比理论值偏低的，但是这是我们组在设计过程中鱼其他组不同地加入了20%的粉煤灰使混凝土的后期强度有了较好的发展，我想这是十分重要的一方面，也体现了矿物掺合料在混凝土中所起到的重要作用。

当然我们的设计方案还是有较大的提升空间的，比如说我们这次的水泥用量相较其他组是一样的，但是我们比他们多加了一些粉煤灰，无疑提高了我们所制作的水泥的造价，同时由后期大部分小组的试件泌水都比较严重可以看出，本次实验的高效减水剂的固含量较厂家所提供的数值高，因此导致水的量较富余，也就导致了本次实验中的泌水现象的出现，具体表现为在我们的试件上都有明显的水线，即所制作的混凝土试件在浇筑后的过程中，由于上述所说的水分富余的原因，使得水分外泌，但由于制模所用的模板的阻隔，使得水在试件侧面积聚，最后蒸发即形成了水线。



参考资料：

混凝土受热与抗压强度的关系：

（1）混凝土抗压强度与试验温度有很大关系,试验温度越高强度越低。试验温度在300℃以内时强度降低较小,高于300℃时混凝土强度急剧下降。

（2）混凝土抗压强度与冷却后的静置时间有关系,一般来说,在最初的3d内混凝土强度降低较多,以后随着时间的延长混凝土的强度不但不再降低反而会有所回升,这一现象在工程中得到验证。

（3）混凝土抗压强度还与冷却方式及冷却后所处的环境有关,喷水冷却比自然冷却混凝土抗压强度要低,冷却后放在潮湿环境中的混凝土抗压强度要低于放在自然环境中的混凝土抗压强度。

（4）火山灰反应：在一些火山灰质的混合料中，存在着一定数量的活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分。所谓火山灰反应就是指这些活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物，其中，氢氧化钙可以来源于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所放出的氢氧化钙。

在火山灰水泥的水化过程中,火山灰反应是火山灰混合材中的活性组分与水泥熟料水化时放出的氢氧化钙的反应。因此，火山灰水泥的水化过程是一个二次反应过程。首先是水泥熟料的水化，放出氢氧化钙，然后再是火山灰反应。这两个反应是交替进行的，并且彼此互为条件，互相制约，而不是简单孤立的。

试验二 混凝土劈裂抗拉强度试验

一、 实验仪器

压力试验机、垫块、垫条和支架

二、实验步骤

1.试件从养护地点取出后，应及时进行试验。试件在试压前应先擦试干净，测量尺寸并检查其外观。在实践中划线定出劈裂面位置。劈裂面应与试件成型时的顶面垂直。

2.将试件放在试验机下压板的中心位置，在上、下压板与试件之间垫一圆弧形垫块以及垫条各一组，垫块应与试件成型时的顶面垂直。

混凝土劈裂抗拉试验示意图

（如右图）

1 - 3-垫层 4-垫条 上压板 2 -下压板

3.开动试验机，当上压板与试件接近时，调整球座，便接触均衡。加载应连续均匀，当混凝土强度等级小于C30时，取0.2-0.5MPa/s，当混凝土强度等级大于等于C30时，取0.5-0.8Mpa/S。加载至试件破坏，记录破坏荷载。本次试验综合考虑各不同强度混凝土需要，取加荷速度为0.5Mpa/S。

三、结果计算

混凝土劈裂抗拉强度应按下式计算：

fts2FF0.637 AA式中，fts为混凝土劈裂抗拉强度(MPa)；F为破坏荷载(N)；A为试件劈裂面面积(mm2)。劈裂抗拉强度计算精确到0.01MPa。

取立方体试件的劈裂抗拉强度为标准值。用非标准试件测得的强度值均应乘以尺寸换算系数，对的试件取值为0.85。数据处理与混凝土抗压强度相同。

四、数据记录

本次试验我们得到的数据如下：

混凝土劈裂抗拉强度 试件编号 破坏荷载/kN 劈裂抗拉强度/MPa（fts1 104 0.6372 98 6.24 5.77% 3 120 7.64 15.38% 2FAFA） 6.62 0.00% 数据偏差

数据处理：

根据上述数据可知本次实验的数据中第三组数据与数据的中间值相对差值超过15%，因此去6.62MPa作为本组试件的劈裂抗压强度值，由于本次实验采用的是100mm×100mm×100mm的非标准试件，因此还需乘上尺寸换算系数：

fts0.856.62MPa5.63MPa

结果分析：

混凝土的抗拉强度只有抗压强度的1/10～1/20，且随着混凝土强度等级的提高，比值降低。混凝土在工作时一般不依靠其抗拉强度。但抗拉强度对于抗开裂性有重要意义，在结构设计中抗拉强度是确定混凝土抗裂能力的重要指标。有时也用它来间接衡量混凝土与钢筋的粘结强度等。本次我们设计的是C80泵送混凝土（设计强度为90MPa），根据上述值可知该值在设计强度的1/16左右，符合设计要求。

从实验中可以看出，和测量抗压强度时不同，劈裂抗拉强度测量时机器没加载多久，试块就被破坏了。从最后的计算结果也可以看出，相比于抗压强度，混凝土的劈裂抗拉强度是要小得多的。劈裂抗拉强度在一定程度上反映了混凝土试块抗拉的能力，在上下同时垫上了拱状物的情况下，受力更加的集中，所有的力通过拱和试块接触的一长条进行传播，这一地带也成为了破坏开始的地方。另外我观察到，混凝土块的破坏都是从试块的上部开始产生裂纹，然后上部的裂纹扩大最后断裂成两半。猜测可能的原因是和混凝土接触的机器的上部构件是产生力的主动力，而下部平台基本上是不动的。以此形成了下部支持力的“反应迟钝”，上部力增长较快，下部力增长相对滞后。同时从本次实验中我们也可以看出混凝土的抗拉性能是比较差的，这点在之前的水泥胶砂的抗折强度试验中也可以知道，有本次实验，我们可以知道在混凝土中加入钢筋的重要意义，钢筋有较高的抗拉强度，这样二者的结合也是其性能在抗拉和抗压方面都能有较好的表现。

同时在网上查得混凝土轴心抗拉强度ft可按劈裂抗拉强度fts换算得到，换算系数可由试验确定，但未查得换算系数，故没能采用这种办法对照评定。各强度等级的混凝土轴心抗压强度标准值fck、轴心抗拉强度标准值ftk应按下表采用：

强度种C15 C20 C25 C30 C35 C40 C45 C50 C55 C60 C65 C70 C75 类 fck 10.0 13.4 16.7 20.1 23.4 26.8 29.6 32.4 35.5 38.5 41.5 44.5 47.4 ftk 1.27 1.54 1.78 2.01 2.20 2.39 2.51 2.64 2.74 2.85 2.93 2.99 3.05 50.2 3.11 C80 混凝土强度等级 还需注意的是，相同强度等级的混凝土轴心抗压强度设计值fc、轴心抗拉强度设计值ft

低于混凝土轴心抗压、轴心抗拉强度标准值fck、ftk。

参考资料： 1、轴心抗拉强度：

对混凝土试件直接施加轴心荷载测定的抗拉强度，叫做轴心抗拉强度。这是直接测定混凝土“真正抗拉强度”的试验方法，在计算上无需作任何理论上的近似假定。但是，由于在试验过程中，荷载作用线很难与试件轴心线完全重合在一起，而且由于夹具夹紧试件所造成的局

部应力集中，往往使试件发生局部破坏，结果是实验值往往偏低或离散性较大。 2、劈裂抗拉强度测量时的试块放置：

在做劈裂抗拉强度实验时，受力面要平行于浇模时的试件顶面。原因在于：这样能使试件受劈裂尺寸准确；不用试件顶面，是因为制作时顶面的平整程度比侧面差，有时顶面的砂浆会多些等。

实验三 混凝土钢筋握裹力强度τ的测定

一、试验内容

试件六个为一组(实际为2个)；试件尺寸:100×100×200mm；加荷速度400N/S；本次所用的混凝土龄期为14天。

加载时到下面任何一种状况时停止加载：

(1) 钢筋达到屈服；(2)混凝土发生破裂；(3)钢筋滑动超过0.1mm； 试验时采用φ16mm的光圆钢筋,拔至最大荷载时停止实验。

二、结果计算

混凝土钢筋握裹力强度计算公式：

式中，τ——钢筋握裹强度

P1P2P3

3dlP1——滑动变形为0.01mm时的荷载(N). P2——滑动变形为0.05mm时的荷载(N). P3——滑动变形为0.1mm时的荷载(N) l—钢筋埋入长度

三、实验数据记录：

混凝土钢筋握裹强度τ的测定 试件编号 1 滑动荷载/kN 90

2 69 数据处理：

本实验中没有采用标准中推荐的计算致作为判断钢筋握裹强度的依据。

P1P2P3的方法，而是直接利用破坏时的荷载大

3dlFF1F2279.5KN，以此可以计算得到钢筋的握裹强度为：

P79.510007.91MPa dl3.140.0160.2这可以从一定程度上反映钢筋的握裹强度。 结果分析：

混凝土抵抗钢筋滑移能力的物理量，以它的滑移力除以握裹面积来表示（Mpa），一般情况下，握裹强度是指沿钢筋与混凝土接触面上的剪应力，亦即是粘结应力。实际上，钢筋周围混凝土的应力及变形状态比较复杂，握裹力使钢筋应力随着钢筋握裹长度而变化，所以，握裹强度随着钢筋种类，外观形状以及在混凝土中的埋设位置，方向的不同而变化，也与混凝土自身强度有关，即混凝土抗压强度越高，握裹强度越大。

本次得出的钢筋的握裹强度的数值还是比较理想的，第一次的滑动荷载比较大可能是由于钢筋表面的螺纹导致的，由此也可以看出使用螺纹钢筋的重要意义，钢筋抗拉、抗压性能均好，混凝土的抗压性能强，但抗拉性能较弱。二者结合一起共同工作，可充分利用材料的性能，其工作前提是：

（1）二者温度线膨胀系数相接近； （2）二者之间产生良好的粘结力。 （3）钢筋有良好的锚固

而螺纹钢筋可以很好的加强钢筋与混凝土的粘结，同时，综合本次的实验结果可以知道我们设计的钢筋也具有较好的握裹强度。

参考资料：

A、由试验可知,粘结锚固能力可有四种途径得到: (1)胶结力:钢筋与混凝土接触面上化学吸附作用力

这种力一般很小,当接触面发生相对滑移时,该力即消失,仅在受力阶段的局部无滑移区域起作用.

(2)摩擦力:混凝土收缩,将钢筋勒紧,握裹而产生.

(3)机械咬合力:钢筋表面凹凸不平与混凝土之间产生的.变形钢筋具有横肋会产生咬合力,

是变形钢筋粘结力主要来源.

(4)锚固:钢筋段部加弯钩,弯折或锚固区焊短钢筋,焊角钢等来提供能力. B、影响粘结强度的因素: (1)混凝土强度、锚固长度.

(2)保护层的相对厚度、锚筋的外形特征. (3)配箍情况、混凝土浇注状况. (4)锚筋受力情况等

C、锈蚀钢筋增大握裹力原因：

(1)钢筋锈蚀的麻点增加了与混凝土的机械咬合力；

(2)相同直径的钢筋，表面经氧化锈蚀后，体积膨胀，增加了表面积与粗糙程度，提高了握裹力；

(3)混凝土在硬结收缩过程中，将钢筋锈皮紧压在钢筋表面，使锈皮与钢筋的摩阻力大大提高，可能弥补锈皮本身的强度不足。 D、锈蚀钢筋握裹力的处理：

（1）带有微筋的其失重率小于0.37%的自然锈蚀的钢筋，由于其强度损失极小，而其握裹应力提高四倍多。所以，可不予除锈，直接用于结构物中，更不应清楚钢筋表面形成的黑灰色的一层致密的氧化铁薄膜。

（2）锈蚀钢筋的握裹应力，虽然随着钢筋锈蚀程度的增大而增大，但绝不能以此为由，对钢筋不加保管，任其锈之。只有运抵工地很快使用的钢筋，可暂时露天堆放。

（3）使用微锈钢筋时，必须选材合理，设计得当，保证混凝土的施工质量，低水灰比，富配合，充分捣实和养护，混凝土无裂缝，且有足够密实和足够厚度的钢筋保护层。这样可以防止锈蚀的钢筋继续锈蚀，以保证钢筋混凝土结构物的耐久性和可靠性。

④

实验四 混凝土氯离子扩散系数

一、 实验原理

饱盐电导法

基于Nernst-Einstein方程发展起来的混凝土中氯离子扩散系数法是最快速的方法，其实质是通过测定混凝土的饱盐电导率来计算混凝土中的氯离子扩散系数。

若把饱盐混凝土看成是固体电解质，氯离子在混凝土中的扩散系数与混凝土饱盐电导率关系是：

二、实验步骤

1.将养护到一定龄期的混凝土（本次实验混凝土龄期为14天）切割成厚度为50mm的试件. 2.将试件放入到抽真空(-0.08Mpa)的装置内抽真空(把混凝土内部的空气抽出),四小时后,注入4M的NaCI溶液,继续抽2小时后取出,

3.将试件装入到测试装置的电极内,进入<混凝土渗透性快速评价系统>自动测试系统，取两次的平均值为最后结果。

三、评价标准

不同性能的混凝土扩散系数大致为: （1）C15混凝土扩散系数7—9×10cm/s （2）C30-C40混凝土扩散系数3--5×10cm/s （3）＞C40混凝土一般在3×10cm/s （4）高强混凝土C60以上在2×10cm/s

当掺入掺和料也会使结果偏小,根据以上结果是初步评定混凝土的耐久性的一项指标.

四、数据记录

本次实验我们记录的数据如下：

-8

2

-8

2

-8

2

-8

2

混凝土氯离子扩散系数 试件编号 1 氯离子扩散系数/(cm2/s) 8.7659×10-9 数据处理：

2 9.5089×10-9 如上所示，根据表中数据的我们设计的混凝土的氯离子扩散系数的平均值为

8.7659×10-99.5089×10-99.1374109(cm2/s)

2结果分析：

对照上述评价标准可知我们设计的混凝土试样符合要求，分析其中的原因，一是由于在混凝土搅拌过程中原料如砂石比较均匀，使得制成的混凝土块孔洞及微裂纹较少，抗渗性比较好。另外，实验中硅粉量和粉煤灰含量较多也和氯离子扩散系数的偏小有一定关系。因为微硅粉

和粉煤灰能有效降低活性集料含量及总碱量，从而避免碱集料反应发生。较多的硅粉和粉煤灰含量，使得氯盐不容易与水泥石发生碱集料反应，减少生成低强度、低胶结力的膨胀盐。

参考资料：

A、混凝土氯离子渗透性的影响因素：

混凝土中氯离子的渗透由两个基本因素决定：一是混凝土对氯离子渗透的扩散阻碍能力；二是混凝土对氯离子的物理或化学结合能力，即固化能力。粉煤灰的掺人改善了混凝土内部的微观结构和水化产物的组成，混凝土孔隙率降低，孔径细化，使混凝土对氯离子渗透的扩散阻力提高。粉煤灰的火山灰效应减少了粗大结晶、稳定性差的水化产物氢氧化钙的数量及其在水泥石-集料界面过渡区的富集与定向排列，从而优化了界面结构，同时粉煤灰的密实填充效应使水泥石结构和界面过渡区结构更加致密，阻塞了氯离子的渗透通道。另外，水泥石孔结构的细化使其对氯离子的物理吸附能力增强，粉煤灰中含量较高的无定型氧化铝能与氯离子和氢氧化钙反应生成Friedel盐，这些均有利于降低氯离子在混凝土中的渗透速度，提高混凝土的抗氯离子渗透能力。随着养护龄期延长，粉煤灰混凝土随着水泥水化和粉煤灰的二次水化作用的进一步进行，以及粉煤灰的微集料效应，进一步改善界面过渡区结构，大幅度降低粉煤灰混凝土氯离子扩散系数。

B、补偿收缩混凝土对抗渗性的作用及发展前景：

补偿收缩混凝土，即在混凝土中加入膨胀剂的混凝土。一般混凝土拌制成型后，会由于干缩和冷缩在混凝土中产生很大的拉应力。由于混凝土为脆性材料，抗拉强度低，就容易使混凝土中产生裂缝。在混凝土中加入膨胀剂，可以在混凝土水化早期形成大量的钙矾石晶体，会在混凝土内部产生一定量的膨胀。当膨胀受到约束时，就会在混凝土中产生0.2～0.7MPa的预压应力；当由于干缩、冷缩产生拉应力时，预压应力会大致地抵消混凝土中出现的拉应力，起到补偿收缩的效果，避免裂缝的产生，同时提高混凝土的致密性，增强其抗渗性能。 但是，补偿收缩混凝土在使用过程中也不断地暴露出一些问题，如要求混凝土的养护时间长；影响其膨胀性能的因素很多，如材料、施工、环境等都会产生显著影响，抗渗性能不易保证；作为其主要性能的膨胀量，在实际结构中难以检测，抗渗效果也不易评估；用于墙体、薄壁结构、高强混凝土时常出现开裂现象；膨胀剂掺量过高而导致的强度下降问题，较大的水养早期膨胀率和较大的后期收缩之间的矛盾，坍落度损失过快的问题，膨胀剂碱含量过高而引起混凝土耐久性问题等。

C、影响抗渗性的因素： 1. 水泥与水：

试验表明 ， 使用不同品种的水泥其抗渗性没有差异。但混凝土中水的扩散系数，是表示混凝土抗渗性的尺度之一，其值愈大则抗渗性愈小。 2. 粗骨料最大粒径：

一般来说粗骨料的最大粒径愈大，混凝土的抗渗性愈差，因而随着石子粒径的增大，石子颗粒下部形成的空隙愈大。 3. 碎石含量：

为获得一定和易性的混凝土，使用碎石比使用卵石单位用水量有所增加，抗渗性也随之下降。 4. 外加剂：

使用减水剂、降低泌水，可改善混凝土抗渗性。使用某些活性矿物粉末(如粉煤灰、高炉矿渣粉末等)，填充混凝土的孔隙，同时由于火山灰反应或矿碴的水化反应，增加了混凝土抗渗性。 5. 水灰比：

试验表明，水灰比从0. 65变至0. 55，其扩散系数约降到1/3。水灰比从0.4增至0. 7时，渗透系数增加100倍以上;水灰比超过0. 5时，渗透系数增加比较显著，说明水灰比对于水泥浆的抗渗性有重要的控制作用。

五、实验小结

（1）关于配合比设计的小结：

这是我们第一次自己动手尝试设计混凝土，应该说，通过课上老师的讲解，我们已经对相关的内容有了一定的了解，而这次课后，我们则对这些知识有了更加深刻的印象，应该说在建筑材料的研究过程中，很多参数的确定都是来自人们实践所总结出来的经验，我觉得这是建材这们课跟很多我们之前学的课不一样的地方，当然这次的设计更让我们体会到了建材实验课的魅力。

下面是我结合这次的实验结果对这次配合比设计的一些思考：

首先，就实验结果而言，我们的实验结果是较令人满意的，这也让我们组的同学们都很开心，而就配合比实际的设计过程也透露出一些问题，首先由于粉煤灰的价格略高于砂的价格，因此我们组设计出来的混凝土的价格也就略高于其他组，同时由于上文所说的本次实验

所用的减水剂固含量较高，因此可以适当减少减水剂的掺量，又由本次所用的砂中含有石子，因此可以适当提高砂率等，综合上述因素考虑，我觉得我们的配合比可以做如下修改： （1） 减水剂掺量减少0.1%。

（2） 由于减水剂的减少，适当增加用水量在未考虑砂含水的情况下，每立方米混凝土用

水量增加3-5kg。

（3） 适当减少粉煤灰用量至15%。

（4） 由于砂中含石的考虑，将砂率提高1%。 最后得出的材料用量改进版如下：

未考虑砂含水率其配合比为：（混凝土的表观密度取为2460kg/3） 原料 质量/kg 水泥 461 水 167 减水剂 12 砂 750 石 954 硅粉 46 粉煤灰 69 由上述总结的过程我们也可以看出，建筑材料是一个不断在实践过程中发展起来的学科，只有通过不断地实验验证才能做出符合实际工程要求的材料，总之，这次的混凝土配合比设计实验让我收获良多。

（2）关于混凝土的力学性能和其氯离子的抗渗系数实验的小结：

本次实验主要涉及到了混凝土的力学性能和其氯离子的抗渗系数，应该说这两方面都是评价混凝土的耐久性的重要标准，通过这次实验，我明白了要评价一个混凝土的好坏是要从各个方面入手，综合考虑，就像我们在评价其强度时不仅要注重其抗压强度，其抗折强度，钢筋握裹强度也是很重要的评价标准。

同时在这次的实验过程中，我们通过后期的数据处理和资料查询，把很多课上的知识也都更好地掌握了，不仅明白了钢筋混凝土在实际工程中的重要应用，也对其各项评价指标有了更好的了解，同时也明白了矿物掺合料在混凝土各性能中所发挥的重要作用如其通过火山灰反应降低混凝土硬化过程中的温峰，和其降低混凝土的氯离子扩散系数从而提高混凝土耐久性的机理，总之这次的实验的收获颇丰。

还有就是用我们亲手设计的混凝土进行各个实验，对得出的结果进行评价，我们从中体会到了土木工程的魅力，也增长了自己对这个行业的认识！

一学期的建材实验课结束了，我想这门课给我们留下了很多美好的回忆，总之，我很同意老师总结的四个字，真的是意犹未尽，最后谢谢一学期来老师的指导，祝新年快乐，万事如意！

附：除了配合比设计规程以外的参考资料

C80高强高性能混凝土的研制及应用

发布时间：2009-11-16 文章作者： 来源：原作者： 郭发明

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。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。

现就南方某地下工程C80高强高性能混凝土的研制与应用作如下简述。 1.C80高强高性能混凝土的研制

C80高强高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，它是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在严格的质量管理条件下制成的。除了水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物质超细粉与高效外加剂。它是重点保证耐久性、工作性、各种力学性能、适用性、体积稳定性和经济合理性的一种新材料。

1.1 C80高强高性能混凝土的技术要求

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。 1.2 C80高强高性能混凝土的研制技术途径

C80高强高性能混凝土作为一种新型高技术混凝土，它的研制要求我们必须从原材料，配合比，施工工艺与质量控制等方面综合考虑。首先必须优先选用优

质原材料。其次在配合比研制时，在满足设计要求的情况下，尽可能降低水泥用量并限制水泥浆体的体积；根据工程的具体情况掺用一种及一种以上矿物质超细粉掺和料；在满足流动度的前提下，通过优选高效减水剂的品种与剂量，尽可能降低混凝土的水胶比。第三是正确选择施工方法，合理设计施工工艺并强化质量控制意识与措施，以保证C80高强高性能混凝土满足工程结构的需要。 1.3 原材料的优选与配合比设计 1.3.1 原材料的优选

（1）水泥。配制C80高强高性能混凝土宜选用52.5及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，在选用硅酸盐水泥时还需考虑硅酸盐水泥的矿物组成和细度。 水泥的主要成分C3S，C2S和C3A对混凝土的性能影响较大，C3S对混凝土的早期强度和后期强度均有贡献；C2S水化较慢，通常只对后期强度有利；C3A的水化速度最快，但C3A的含量引起水泥与高效减水剂的相互适应问题，C3A含量高于8%时，混凝土的流动度损失较快，不利于混凝土的泵送与振捣。高细度的水泥早期强度较高，但后期强度增长较少，且早期产生的水化热较高。因此，在选用水泥时，应根据工程的具体情况，综合考虑凝结时间、强度、变形性和耐久性等方面的特殊要求，本着经济合理的原则，宜优先选用C3S含量高，C3A含量低于8%的硅酸盐水泥。在保证强度的前提下，还需满足质量稳定、需水量低、流动性好、活性较高等要求。

（2）细集料。宜优先选用细度模数中等偏粗（控制在2.7～3.1），质地坚硬、粒形良好的天然河砂。对0.315mm筛孔的通过量不应少于15%，对0.16mm筛孔的通过量不应少于5%，含泥量不应大于1%（不含泥块）。另外，细集料应具有良好的级配，且云母含量按质量计不宜大于1%；轻物质含量按质量计不宜大于1%；硫化物及硫酸盐含量（按SO3质量计）不宜大于0.5%；有机质含量按比色法评介，颜色不应深于标准色。

（3）粗集料。粗集料的性能对高强高性能混凝土的性能有较大影响，其中最主要的是集料的强度与界面的黏结力，以及骨料的物理性能和化学成分。粗集料的颗粒强度、针片状颗粒含量、含泥量及最大粒径等也是高强高性能混凝土强度和性能的控制因素。

粗骨料的强度对高强高性能混凝土的强度影响很大，因此应选用质地坚硬未风化的岩石，骨料母材的抗压强度不应小于混凝土强度标准值的1.3倍，宜优先选用致密的辉绿岩、玄武岩、火成岩、花岗岩、大理石等。

粗骨料针片状颗粒含量不应大于5%，压碎指标值不应大于7%，表观密度应大于2650kg/m3，堆积密度应大于1450 kg/m3，吸水率应小于1.0%。 粗骨料的最大粒径不应大于25mm；含泥量不应大于0.5%，不含泥块。粗骨料中不得混入风化和软弱颗粒，且粗骨料应具有良好的颗粒级配。

对于C80高强高性能混凝土，由于碎石的界面黏结力优于卵石混凝土，所以配制C80高强高性能混凝土宜优先选用碎石。

由于碱集料反应对高强高性能混凝土有巨大的破坏作用，所以应尽量选择无碱活性的骨料，且骨料中不含有机质、硫化物和硫酸盐等杂质。

（4）外加剂。新型高效减水剂是配制C80高强高性能混凝土的必需组分。新型高效减水剂对胶凝材料的分散能力强、减水率高，可大幅降低混凝土的单方用水量，不仅能增加混凝土拌和物的流动性，保持混凝土坍落度损失功能好，而且能大幅度地提高混凝土的强度和弹性模量，对减少徐变，提高混凝土的耐久性也非常有利。

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减水率不宜小于18%。 （5）外掺料。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%。

硅粉中含有大量的非晶体球形颗粒SiO2，颗粒极细、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；且使混凝土中界面结构得到明显改善。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：一是活性无定形二氧化硅含量不小于90%；二是比表面积（BEF－N2吸附法）不小于18000m2/kg；三是密度在2200kg/m3左右；四是平均粒径0.1mm～0.2mm。

（6）拌和水。配制C80高强高性能混凝土的用水，采用饮用水，水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，pH值应大于4。 1.3.2 原材料的确定

根据施工现场材料供应情况，配制C80高强高性能混凝土实际选用原材料如下：

（1）水泥。东莞华润pll 52.5，实测28d强度不低于60Mpa。 （2）粗骨料。选用本地产花岗岩机械破碎的碎石，5mm～25mm连续级配，母材抗压强度不小于110Mpa。

（3）细骨料。选用藤桥河砂、中砂。细度模数2.7～3.0，其他指标满足配制C80高强高性能混凝土的要求。

（4）外加剂。选用上海麦斯特产麦斯特SP－8HR超高效缓凝泵送剂。 （5）矿物掺和料。粉煤灰采用海口马村Ｉ级粉煤灰；硅粉采用挪威埃肯活性无定性二氧化硅。 （6）采用饮用水。

（7）根据经验，粉煤灰（Ｉ级）掺量控制在10%～30%，硅粉5%～15%（占胶凝材料总量）。

1.3.3 C80高强高性能混凝土配合比设计

C80高强高性能混凝土配合比设计步骤（要求配制坍落度在180mm左右）。 经过23组试配，筛选配比如下：m（水泥）∶m（砂）∶m（碎石）∶m（水）∶m（减水剂）∶m（粉煤灰）∶m（硅粉）＝1∶1.40∶1.93∶0.25∶0.25∶0.13∶0.053。

以该配合比试拌的混凝土拌和物，初凝时间4.75h，终凝时间6.75h，坍落度180mm，坍落度损失60min为20mm，抗压强度R3＝73.2 Mpa，R7＝84.0Mpa，R28＝99.6Mpa。

2.C80高强高性能混凝土施工工艺与质量控制

C80高强高性能混凝土的组分较多，对性能影响的因素较为复杂，因而对施工工艺和质量控制有更严格的要求，必须对C80高强高性能混凝土的外加剂掺量与用水量进行严格控制。高强高性能混凝土适宜于商品混凝土搅拌站生产，搅拌

站应配有计算机自动控制系统，自动精确计量原材料，并能对原材料品质均匀性、配合比参数的变化等通过人机对话进行监控与反馈分析。 2.1C80高强高性能混凝土的搅拌

搅拌时应注意外加剂应在加水到一半时开始加入，加入后约20ｓ，搅拌均匀后才可投入粗骨料。全部材料投入搅拌机后，至少搅拌40ｓ才能出料。 2.2 C80高强高性能混凝土的运输

C80高强高性能混凝土采用混凝土搅拌运输车，搅拌运输车应保持清洁。装料前应反转倒清筒体内积水、积浆。运输过程中和卸料时不得往筒体内注水，运输结束后应及时清洗。搅拌运输车在运输过程中，应保持筒体按一定速度旋转。运送至浇筑地点给混凝土泵喂料前，应中高速旋转搅拌筒，使混凝土拌和均匀，然后卸料。

2.3 C80高强高性能混凝土的泵送

C80高强高性能混凝土水灰比小、黏性大、泌水较少，不易离析，泵送阻力大，宜采用固定高压泵和高压泵管。混凝土泵送时速度不宜过快，过快对高强高性能混凝土不利，且混凝土泵和泵管承受压力较大，易爆管和爆卡。 现场施工中，一次最多浇注C80混凝土815.5m3，计70h。配备2台三一重工HBT60C高压泵，泵送水平距离57m，垂直高度9.5m，泵送压力最大为20Mpa。 2.4 C80高强高性能混凝土的浇筑

C80高强高性能混凝土因浆量较大，黏性较高，流动速度慢，不易充盈模腔，相对普通混凝土，振动时间要加长，抽拔棒的速度要慢，因此要注意加强对振捣质量的控制。施工中，混凝土采用高频振动器捣固，人员定点定位负责，防止漏振。

2.5 C80高强高性能混凝土的养护

C80高强高性能混凝土由于水灰比小，基本不泌水，因此养护比普通混凝土更为重要。由于一次浇筑时间长，对早期浇筑的混凝土在混凝土终凝后应立即进行养护，养护采取在模板外侧加挂两层棉被，模板拆除后及时喷涂养护液。在混凝土浇筑前埋设测温管，做好混凝土内部和表面温度监测，当内外温差超过25℃应及时采取防范措施。 3.结语

工程实践表明，在掺用高效减水剂的同时，使用一种或多种矿物质超细粉，能够配制出具有良好技术经济效果的严格意义上的高强高性能混凝土。