高强度大体积混凝土材料特性

朱立新

浙江省第七地质大队测试中心323000

摘要：从粗骨料、细骨料、水泥、外加剂、混合材、钢筋及配合比的选择上提高混凝土密实性及和易性，减少水化热。

关键词：高强大体积混凝土，材料特性

高强大体积混凝土不仅要保证实现强度，尤其要预防开裂，尽可能提高密实性，降低水化热。必须从材料这个源头上严格控制、筛选。

1.粗骨料

1).最大粒径选择。虽然高强混凝土，强度及相对均匀性要求高，以及泵送混凝土要求粒径不大于输送管直径的三分之一。但较粗大的骨料可以节省水泥用量及增加体积稳定性，在低强度等级如基础垫层，埋石混凝土等使用有优势。高强大体积混凝土综合考虑优缺点后，最大粒径通常不超过31.5mm。

2).级配选择。单粒级的石子空隙率大不宜使用，应该采用连续级配或二级配，尽量减少孔隙率，最终可以增加石子用量并降低细骨料及胶凝材料用量，对保持混凝土的体积稳定及减少温升都是有利的。

3).种类选择。由于配制相同强度混凝土，根据鲍罗米公式计算结果，使用卵石需要的用水量比使用碎石更大，所以优先选用碎石。其压碎指标<10、含泥量≤0.5、针片状≤5。即要求指标达到GB/T1485-2011《建设用碎石卵石》I类标准。

4).石子有害指标。重点预防碱集料反应及SO3超标。碱集料反应是混凝土的癌症，其破坏力是难以想象和弥补的。避免含镁质碳酸岩及含一定量活性二氧化硅岩石加工的石子。使用前须作砂浆棒试验确定无碱集料反应危害。硫化物及硫酸盐含量以SO3计≤0.5。

2.细骨料

1).级配选择。细砂需水量大，粗砂保水性及润滑性不好。最理想的是选用II区中砂，或中粗砂，这类砂通常级配好，在填充空隙，保水性及润滑性等综合性能上是最好选择。

2).种类选择。天然砂及机制砂。天然砂特别是经过长距离河流搬运的如长江中下游地区产的砂，单晶石英含量高，颗粒坚韧性好，软弱颗粒含量低，压碎指标低，是理想的高强混凝土用砂。但现实情况下，机制砂应用较多，其压碎指标等参数必须达到I类，特别强调碱集料反应及有害物指标必须合格。

3.水泥

高强混凝土使用的胶凝材料总量比普通混凝土的多，但水胶比小，水化程度受到制约。配制相同的混凝土强度，使用高强度等级水泥较之低强度等级水泥可以减少一定的水泥用量，改善水化程度，减少水化热。而硅酸盐水泥水化热较大，不适宜用于大体积混凝土。所以，优先选用52.5或以上普通水泥、矿渣水泥或专用的大坝水泥。理论上要求水化热越低越好，要求水泥中C3A含量<7%，而C4AF及C3S含量相对较高。碱含量NaO2+K2O<0.6%。尽量保持水泥的新鲜和干燥。

4.外加剂

1).减水剂通常采用高效减水剂或含高效减水剂的泵送剂。减水率通常在10%~30%之间。成分一般是各种磺酸盐类。对水泥有强烈的分散作用，能大大提高水泥拌合物的流动性和混凝土的塌落度，同时大幅度降低用水量，显著改善混凝土的工作性。在减少水泥用量及降低水化热，增加混凝土各龄期强度及和易性方面效果显著，是高强混凝土常用的重要的成分之一，实际使用时，根据现场条件选用缓凝型、早强型、引气型等型号。由于缓凝型减水剂可以延缓混凝土放热峰出现的时间，随着混凝土硬化抗拉强度的提高对抗开裂变得有利，所以通常被选用。

2).膨胀剂。常用的是钙矾石系列膨胀剂。若掺入膨胀剂配制补偿收缩混凝土，达到规范要求：水养14天的限制膨胀率>=1.5*10-4

3).若使用几种外加剂，其相容性应经过试验验证。

5.混合材

具有高活性的混合材是高强大体积混凝土常用的掺合材料。掺加一定量的混合材取代部分水泥后，可在改善混凝土的工作性，提高长期强度，增加密实度及耐久性等方面发挥作用。

1).粉煤灰。是火力发电厂燃烧煤粉的锅炉排出的烟气中收集到的粉尘。成分与高铝粘土接近，呈玻璃质微珠状。根据其细度分为I，II，III级灰。高强大体积混凝土通常采用一级灰。可以改善混凝土的可泵性，增加混凝土的长龄期强度及抗渗性。还可以减缓水化热产生的速度，以及减少混凝土的干缩，对配制大体积混凝土有利。

2).硅灰。是铁合金工厂生产硅钢和硅铁时产生的一种烟尘，其主要成分为无定形的二氧化硅微珠，粒径极细小，是粉煤灰的几百分之一。常用掺合量为5%~10%，可以显著改善混凝土的和易性，减少离析。28天混凝土的强度明显提高，是配制高强混凝土的良好掺合材。还可以提高混凝土的抗渗性及耐久性，对抑制混凝土的碱集料反应也什么有效。但加硅灰的混凝土需水量变大。

3).磨细矿渣粉。矿渣的活性跟所含的AL2O3含量有关，含量越高活性越大。其改善混凝土和易性性能一般，但活性通常比粉煤灰高。对混凝土的硬化后性能有利。

6.钢筋

混凝土的收缩发生率与其长度成正比，所以通常纵向收缩大于横向收缩，在保证构造配筋强度要求条件下，通过增加配筋密度改善各部位约束力，降低各部位收缩的发生及发展。

7.配合比

实验室配制试验是重要的一环，做到保证高强大体积混凝土的强度的前提下尽量减少水泥及水的用量，以降低裂纹产生的几率。混凝土的和易性及离析性，水泥与外加剂及掺合料等各种材料相容性和稳定性如何，混凝土的绝热温升多少等等，都必须通过试验来验证。得出混凝土的极限抗压、抗拉强度，动弹性模量与泊松比、比例极限与屈服极限及动态断裂参数。优选出最佳配合比，预期达到稳定强度、稳定体积、稳定温度，提高抗拉强度。最后才能实际应用于施工工程中。

二、结语

通过对混凝土材料的筛选及其他综合控制措施，在更好的实现其强度的同时，有效控制各型裂缝的发生，以提高混凝土的耐久性。

参考文献：“钢筋混凝土结构与砌体结构”，翁光远，唐娴，张省侠编。

GB/T14685-2011建设用碎石卵石。

GB/T14684-2011建设用砂。

“新实用混凝土大全”，冯乃谦著，科学出版社。

朱立新：男，工程师1966-，浙江省第七地质大队测试中心