熱帶地區(qū)高吸水率骨料對(duì)混凝土性能的影響

溫超凱，劉曉鈺，祝云，陳景

（中建西部建設(shè)西南有限公司，四川 成都 610052）

0 引言

作為“基建狂魔”的中國，正越來越多的承建世界范圍內(nèi)不同種類的工程，例如鐵路、公路、房建、水利等。不同的國家將面臨不同的氣候環(huán)境，不同的原材料特性，這成為我國在海外的工程公司面臨的巨大挑戰(zhàn)。印度尼西亞作為東南亞最大經(jīng)濟(jì)體，其發(fā)展趨勢(shì)不容小視，Meikarta 項(xiàng)目位于印度尼西亞西爪哇加西芝卡朗地區(qū)，為印尼最大的新城建設(shè)項(xiàng)目，總建筑面積超過8000 萬平方米，容納超過 100 萬人的城市社區(qū)。

Meikarta 項(xiàng)目一期工程混凝土需求量將超過 450 萬立方米，巨大的混凝土需求量對(duì)原材料的保供產(chǎn)生巨大的壓力。骨料作為混凝土重要原材料之一，其占據(jù)混凝土體積的 70% 左右，骨料質(zhì)量的好壞將直接影響混凝土的性能。國標(biāo)中規(guī)定混凝土用粗骨料的吸水率應(yīng)不大于 2%，但印尼某些地區(qū)的粗骨料吸水率達(dá)到 3%，這為工程建設(shè)和混凝土的質(zhì)量控制帶來的新的難題。

目前國內(nèi)對(duì)高吸水率骨料的研究主要集中在再生骨料，研究結(jié)果表明[1-3]，高吸水率骨料主要影響混凝土的工作性能，特別是坍落度損失；同時(shí)影響混凝土的干縮和徐變，造成混凝土干燥收縮較大，在熱帶地區(qū)影響更為明顯。因此，研究印尼熱帶地區(qū)高吸水率骨料對(duì)混凝土性能的影響，對(duì)指導(dǎo)高吸水率骨料在混凝土中的應(yīng)用具有工程意義。

1 原材料及試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：采用 GarudaOPC 水泥，初凝時(shí)間 165min，終凝時(shí)間 265min，3d 抗壓強(qiáng)度 28.9MPa，28d 抗壓強(qiáng)度 56.4MPa，安定性合格。

粉煤灰：采用 Suralaya 電廠Ⅱ級(jí) C 類粉煤灰，需水比 95%，細(xì)度 18.6%，燒失量 2.4%，安定性合格。

礦粉：采用 Jakarta 水泥廠 S95 級(jí)礦粉，流動(dòng)度比105%，28d 活性 105%。

細(xì)骨料：采用 KalimantanⅡ區(qū)河砂，級(jí)配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固、細(xì)度模數(shù) 2.7～2.8。

外加劑：聚羧酸減水劑，固含量 21%。

粗骨料：采用印尼當(dāng)?shù)馗呶使橇虾推胀ü橇?，?5～31.5mm連續(xù)級(jí)配碎石，其中兩種骨料均為干骨料，其主要性能見表 1。

表 1 粗骨料檢測(cè)指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)對(duì)比研究高吸水率骨料和普通骨料對(duì) C30 和C50 混凝土性能的影響，配合比如表 2 所示。

表 2 基準(zhǔn)配合比 kg/m3

2 結(jié)果與分析

2.1 混凝土工作性能

C30 和 C50 混凝土工作性能試驗(yàn)結(jié)果如表 3 所示，在保證用水量和外加劑用量相同的條件下，高吸水率骨料不利于混凝土的初始工作性能，且混凝土 1h 坍落度損失較大，普通骨料混凝土 1h 坍落度基本無損失。

表 3 混凝土工作性能

C30-1 和 C50-1 組混凝土工作性能和坍落度損失均優(yōu)于采用高吸水率骨料的 C30-2 和 C50-2 組混凝土?；炷林胁捎酶呶使橇?，在用水量和外加劑用量相同的條件下，高吸水率骨料吸收了混凝土中的水分，造成混凝土初始工作性能下降，且隨著時(shí)間的推移高吸水率骨料吸收的水分逐漸增加，造成混凝土中自由水減少，從而影響混凝土的坍落度損失。由試驗(yàn)可知，C30 和C50 混凝土均得出相同的規(guī)律。

2.2 混凝土力學(xué)性能

混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果如表 4 所示，采用高吸水率骨料的 C30-2 組混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度同 C30-1 組混凝土基本相同，但 56d 抗壓強(qiáng)度較 C30-1 組下降了3.2MPa，說明采用高吸水率骨料主要影響混凝土的長齡期抗壓強(qiáng)度，C50 混凝土具有相似的規(guī)律。

表 4 混凝土力學(xué)性能

高吸水率骨料對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響主要體現(xiàn)在其對(duì)混凝土中用于水泥水化自由水的影響，一方面高吸水率骨料吸收了混凝土中的部分自由水造成混凝土水膠比降低，從而提高混凝土的強(qiáng)度；另一方面由于骨料周圍的水分被骨料吸收，造成可用于水泥水化的自由水減少，從而使包裹在骨料周圍的水泥水化不充分，在混凝土內(nèi)部形成大量缺陷，不利于混凝土的抗壓強(qiáng)度的增長。在兩種效果的共同作用下，造成混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度接近但降低了 56d 抗壓強(qiáng)度，且高吸水率骨料對(duì) C30抗壓強(qiáng)度的影響大于 C50 混凝土。

2.3 混凝土抗?jié)B性能

混凝土的抗?jié)B性能在很大程度上影響混凝土的長期耐久性能[4]，高吸水率骨料對(duì)混凝土抗?jié)B性能的影響將直接影響其在混凝土中的應(yīng)用。試驗(yàn)對(duì)比研究了高吸水率骨料對(duì) C30 和 C50 混凝土抗?jié)B性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表 5 所示。

表 5 混凝土氯離子滲透擴(kuò)散系數(shù)

混凝土氯離子滲透擴(kuò)散系數(shù)試驗(yàn)結(jié)果如表 5 所示，采用高吸水率骨料的 C30-2 和 C50-2 組混凝土氯離子滲透擴(kuò)散系數(shù)分別為 6.54×10-12和 3.39×10-12，較 C30-1和 C50-1 組分別提高了 27.7% 和 24.6%。說明采用高吸水率骨料制備的混凝土內(nèi)部存在較多缺陷，不利于混凝土的密實(shí)性。因此，采用高吸水率骨料會(huì)降低混凝土的抗?jié)B性能。

2.4 混凝土干燥收縮性能

混凝土停止養(yǎng)護(hù)后，置于未飽和空氣中的混凝土因失去內(nèi)部毛細(xì)孔和凝膠孔的吸附水而發(fā)生的不可逆收縮，稱為干燥收縮變形，是混凝土收縮的主要影響因素，也是造成混凝土開裂的較為重要的原因[5]。高吸水率骨料對(duì)混凝土干燥收縮的影響將直接導(dǎo)致高吸水率骨料在混凝土中的應(yīng)用，試驗(yàn)對(duì)比研究了高吸水率骨料對(duì)C30 和 C50 混凝土干燥收縮的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表 6、圖 1 和圖 2 所示。

表 6 混凝土干燥收縮測(cè)試結(jié)果

圖 1 C 30 混凝土干燥收縮測(cè)試結(jié)果

圖 2 C 50 混凝土干燥收縮測(cè)試結(jié)果

由圖 1 可知，采用高吸水率骨料的 C30-2 組混凝土的 28d 干燥收縮率為 331×10-6，較采用普通骨料的C30-1 組混凝土的 28d 干燥收縮提高了 21.7%。C50-2組混凝土的 28d 干燥收縮率為 271×10-6，較采用普通骨料的 C50-1 組混凝土的 28d 干燥收縮提高了 16.8%。說明采用高吸水率骨料可以顯著增加混凝土的干燥收縮，增大混凝土開裂的風(fēng)險(xiǎn)。

2.4 混凝土碳化性能

混凝土抗碳化性能直接影響混凝土的長期使用性能，碳化反應(yīng)將導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的堿度降低，減弱混凝土對(duì)鋼筋的保護(hù)作用，可能導(dǎo)致鋼筋的銹蝕[6]。試驗(yàn)對(duì)比研究了高吸水率骨料對(duì) C30 和 C50 混凝土抗碳化性能的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表 7 所示。

表 7 混凝土碳化試驗(yàn)結(jié)果

由表 6 可知，高吸水率骨料相對(duì)普通骨料制備的混凝土抗碳化能力較差，且其對(duì) C30 混凝土抗碳化性能的影響大于其對(duì) C50 混凝土抗碳化性能的影響。從混凝土抗氯離子滲透性能試驗(yàn)結(jié)果可以得出，高吸水率骨料對(duì)混凝土碳化性能的影響主要體現(xiàn)在其制備混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)性稍差，由于高吸水率骨料混凝土的密實(shí)性稍差，造成混凝土抗碳化能力降低。對(duì)于 C50 混凝土，由于其水泥用量較高，混凝土本身的密實(shí)性較高，因此高吸水率骨料對(duì) C50 混凝土的抗碳化性能的影響相對(duì) C30 混凝土較小。

3 結(jié)論

（1）采用大吸水率骨料制備 C30 和 C50 混凝土，其初始工作性能和坍落度損失較普通骨料混凝土均較差。

（2）高吸水率骨料對(duì)混凝土 28d 抗壓強(qiáng)度影響不大，C30 和 C50 混凝土 56d 抗壓強(qiáng)度分別低于普通骨料混凝土 3.2MPa 和 1.5MPa，說明高吸水骨料主要影響混凝土長齡期抗壓強(qiáng)度，且對(duì) C30 混凝土抗壓強(qiáng)度的影響大于 C50 混凝土。

（3）高吸水率骨料混凝土相對(duì)普通骨料混凝土具有較差的抗?jié)B性能、較大的干燥收縮和較差的抗碳化性能。因此，對(duì)于高吸水率骨料在混凝土中的應(yīng)用需要通過試驗(yàn)確定混凝土各項(xiàng)指標(biāo)是否滿足其對(duì)工程項(xiàng)目的要求。