差異化原材水膠比變化對強(qiáng)度的影響的定量分析研究

周子豪

中建一局集團(tuán)第五建筑有限公司 北京 100000

1 砼材料實(shí)驗(yàn)配合比

在大部分現(xiàn)代工程中，對于砼材料更傾向于大流態(tài)。所以在制備砼材料中，此次實(shí)驗(yàn)借助改變外加劑摻量，讓砼本身的和易性處于適當(dāng)范圍，即坍落度為220±20mm、拓展度超過500mm[1]。在差異化原材的設(shè)置方面，包含：水泥&石粉；水泥&粉煤灰&石粉；水泥&粉煤灰&礦渣粉&石粉。

1.1 水泥&石粉

該類砼材料的水膠比在0.49到0.24之間，膠凝材料添加量設(shè)置358、408、458、與508kg四種，其中每種摻量對應(yīng)5個(gè)實(shí)驗(yàn)組，同一單元內(nèi)的5組添加骨料與膠凝材料量相同，各個(gè)單元的石粉摻量分別達(dá)到膠凝材料用量10%、20%、30%、40%以及50%。

1.2 水泥&粉煤灰&石粉

該類原材結(jié)構(gòu)的砼，水膠比在0.47到0.27之間。膠凝材料的添加量和上一種相同，其中，粉煤灰用料按照正常工程攪拌配備，即20%膠凝材料用量。而石粉摻量比重是10%、20%與30%，以3個(gè)實(shí)驗(yàn)組為一個(gè)單元，添加相同膠凝材料數(shù)量與骨料質(zhì)量。

1.3 水泥&粉煤灰&礦渣粉&石粉

此種砼材料水膠比控制在0.46到0.22之間，同樣膠凝材料總量不變，粉煤灰用量占比還是20%。而礦渣粉是根據(jù)膠凝材料總量，設(shè)置10%、15%與20%三種比例。共12個(gè)實(shí)驗(yàn)組，其中第1-6組的石粉用量比例是10%、20%與30%；第7-12組的用量比重是10%與20%、20%。

2 在差異化原材水膠比變化下砼的抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)

2.1 水泥&石粉砼的強(qiáng)度

在該種原材組合中，砼材料抗壓強(qiáng)度處于較高水平的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)組分別為：石粉摻量比重是20%，水膠比為0.47、0.40、0.33與0.28的28日時(shí)。在石粉添加量較少的情況下，雖然會(huì)導(dǎo)致膠凝材料的水泥摻量下降，減少砼的水化產(chǎn)物，但由于石粉的表面能偏小，形態(tài)效應(yīng)以及填充效應(yīng)更加突出，石粉能夠?qū)⒒w孔隙填滿，由此達(dá)到優(yōu)化砼內(nèi)部組分級配，提高材料結(jié)構(gòu)密度[2]。結(jié)合實(shí)驗(yàn)定量分析來看，采用水泥&石粉的組合，后者按照20%比重相對適宜。

首先，在膠凝材料摻量設(shè)置成358kg的實(shí)驗(yàn)單元中，石粉摻量從10%～50%的5個(gè)實(shí)驗(yàn)組，前四組水膠比分別是0.49、0.47、0.45、0.42，拌制出的砼材料都達(dá)到C25，假設(shè)想獲取C30砼，就要適當(dāng)下降水膠比。第4、5組石粉用量比例是40%與50%，后者水膠比是0.42，28日抗壓強(qiáng)度分別是34.7、28.1MPa，比較適合用在大體積砼的項(xiàng)目中。另外，結(jié)合90日抗壓強(qiáng)度，第4組水膠比（0.45）能夠制出C30強(qiáng)度的砼，而第5組基本上能制出C25砼。其次，在膠凝材料用量是408kg，石粉用量在10%到30%之間，實(shí)驗(yàn)6、7組（水膠比：0.42、0.40）能夠生產(chǎn)出C30與C35級別的砼；實(shí)驗(yàn)8組（水膠比0.39）能制成C30砼；9、10組由于石粉用量較多，達(dá)到40%、50%，所以能用在大體積砼中，對于二者可結(jié)合90日的抗壓強(qiáng)度加以分析，其中9組（水膠比0.37）能制出C40級別的砼材料，10組則能生產(chǎn)C35級別，假設(shè)要提升材料強(qiáng)度，應(yīng)下調(diào)水膠比，以長齡期層面來講，以拌制C30砼為主。再者，膠凝材料用量為458kg的實(shí)驗(yàn)單元中，主要能拌制C50、C40兩類強(qiáng)度的砼，而且十分用量達(dá)到50%的15組（水膠比為0.27）的28日抗壓強(qiáng)度就能滿足C40的標(biāo)準(zhǔn)。最后，膠凝材料用量是508kg的實(shí)驗(yàn)單元，都能拌制C50及其以上的砼，而且16-18組（水膠比為0.30、0.28、0.27）能夠拌制C60砼，特別是17組的砼，抗壓強(qiáng)度在28日便達(dá)到84MPa以上，已經(jīng)是C70的級別。

總之，單就28日抗壓強(qiáng)度來講，石粉摻量在10%到50%之間，水膠比處于0.49至0.39的情況下，可生產(chǎn)C25砼；摻量調(diào)整到10%-30%后，0.45-0.39的水膠比能制出C30砼，而水膠比在0.42到0.38之間，則能制出C40砼，在0.35到0.32區(qū)間能制出C50砼，在0.30-0.27之間能拌制C60砼；摻量是40%到50%，水膠比在0.38到0.35可制出C30砼，在0.30-至0.27能制出C40砼，在0.26到0.24之間能制出C50砼。

2.2 水泥&粉煤灰&石粉的強(qiáng)度

相較而言，28日抗壓強(qiáng)度相對較高的幾組為：1組（水膠比0.47）、4組（水膠比0.39）、7組（水膠比0.33）以及10組（水膠比0.28），三種原材組合摻量比是7∶2∶1。同時(shí)使用粉煤灰和石粉的砼，其后期強(qiáng)度提高速度較快，在60日到至90日期間內(nèi)，強(qiáng)度最大漲幅是12MPa，并且該種原材組合下的水化熱更低。

其一，在粉煤灰與石粉用量之和在30%～50%之間，水膠比處于0.47-0.42時(shí)，能制出C25砼，并且二者之和在30%～40%的情況下，假設(shè)想拌制C30砼，應(yīng)當(dāng)下調(diào)水膠比，而摻量在40%～50%之間，砼90日的強(qiáng)度可滿足C30的要求。其二，二者摻量和是30%～40%，且水膠比是0.39到0.38，能制備出C40砼，在摻量提高到50%后也能夠制出C30砼，而且90日抗壓強(qiáng)度有56MPa，已經(jīng)是C40的級別。其三，二者摻量和是30%，且水膠比是0.33的情況下能制出C50砼。摻量處于40%～50%，水膠比調(diào)整成0.31～0.28便能制出C40與C45砼，其中摻量達(dá)到50%的90日強(qiáng)度超過74MPa，屬于C60級別。其四，二者摻量和是30%～50%，水膠比0.28到0.25，按照28日抗壓強(qiáng)度能制作至少C40砼，摻量和為30%則能拌制C60砼，40%的摻量能制出C50砼，40%摻量則可拌制C40與C45砼，而且90日砼材料能滿足C60的標(biāo)準(zhǔn)。

總體來看，在水泥&粉煤灰&石粉的組合中，僅以28日強(qiáng)度比較來講，粉煤灰與石粉用量之和在30%～50%，水膠比是0.47～0.42，能制出C25砼。摻量和是30%到40%，水膠比在0.45～0.42之間，能制出C30砼。摻量和為50%，水膠比處于0.43到0.40之間，按照長齡期的情況來講，應(yīng)當(dāng)能制出C30砼。摻量和在30%～50%之間，水膠比下調(diào)到0.39～0.33，能拌制C40砼。摻量和是30%～50%，且水膠比控制在0.33到0.26區(qū)間內(nèi)能制出C50砼，摻量和不變，水膠比繼續(xù)下降到0.28～0.24，能制備出C60砼。

2.3 水泥&粉煤灰&礦渣粉&石粉

從總體上來看，在4種原材組合下，3、4、8組（水膠比為0.41、0.40、0.31）28日強(qiáng)度均偏小，但其中8組在后期強(qiáng)度上升速度較快，從28日至90日期間內(nèi)，抗壓強(qiáng)度提高18MPa。另外，6組（水膠比0.34）粉煤灰與礦渣粉、石粉摻量之和（此節(jié)后文簡稱“三者摻量和”）是70%，28日強(qiáng)度超過52MPa，屬于C40砼，而90日強(qiáng)度提升至61MPa以上，是C50砼。9組水膠比是0.28，三者摻量和為60%，其28日強(qiáng)度是67.5MPa，屬于C50級別，90日則有75MPa。

第一，三者摻量和是40%，且水膠比為0.46，能制出C30砼。三者摻量和在55%～70%之間，適合大摻量砼，水膠比在0.44～0.41之間，該類砼的28日強(qiáng)度能達(dá)到C25，90日強(qiáng)度則是C30與C40的級別。第二，三者摻量和在40%～60%區(qū)間內(nèi)，水膠比處于0.40到0.34之間，能拌制C40砼。當(dāng)水膠比不變，三者摻量和提高到70%后，60日與90日強(qiáng)度為C50級別。第三，三者摻量和是40%～60%，水膠比0.32～0.28之間，能制出C50砼。并且在摻量和是55%的情況下，此次實(shí)驗(yàn)得到的抗壓強(qiáng)度數(shù)值相對偏小，但和同一單元內(nèi)的其他組比較來看，可能出現(xiàn)實(shí)驗(yàn)誤差。第四，三者摻量和是40%，而水膠比控制在0.28的情況下，能拌制C60砼。當(dāng)三者摻量和在55%到66%之間，且水膠比處于0.25～0.22，砼28日強(qiáng)度達(dá)到C50級別，并且90日砼的測出強(qiáng)度已經(jīng)有C60的水平。

2.4 強(qiáng)度變化的綜合分析

結(jié)合前文對不同原材組合實(shí)驗(yàn)結(jié)果的闡述，首先，在砼材料內(nèi)僅添加石粉的情況下，摻量比重城為20%，能夠收獲較好的抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)，如果摻量超過20%，容易使28日抗壓強(qiáng)度降低。在水泥&粉煤灰&石粉的組合中，砼抗壓強(qiáng)度在石粉摻量不斷提升中不斷下降，當(dāng)三者摻量比例在7∶2∶1的情況下，抗壓強(qiáng)度處于相對最高的狀態(tài)中。而在水泥&粉煤灰&礦渣粉&石粉組合中，三者各自摻量分別在20%、15%與20%的情況下制備的砼材料抗壓強(qiáng)度最弱，當(dāng)三者摻量和達(dá)到40%時(shí)，基本能使材料強(qiáng)度保持在較高的水平上。其次，對于摻和料添加量較大的膠凝材料組合中，砼抗壓強(qiáng)度在后期的提升效率更快，可以滿足相關(guān)工程的等級標(biāo)準(zhǔn)。而在前期，根據(jù)上文總結(jié)出來的規(guī)律，也可以通過選擇相對更小的水膠比，達(dá)到特定強(qiáng)度水平。最后，砼強(qiáng)度級別和原材組合、水膠比的關(guān)系。其中，28日強(qiáng)度情況可如表1所示。

表1 28日砼強(qiáng)度級別和原材組合、水膠比關(guān)系

表1呈現(xiàn)出砼材料在差異化原材組合下，各種水膠比條件中的抗壓強(qiáng)度水平。而在現(xiàn)實(shí)的工程開發(fā)使用中，摻和料用量和達(dá)到50%的情況下，相關(guān)技術(shù)人員一般會(huì)按照較長齡期進(jìn)行質(zhì)量驗(yàn)收，所以，對于摻量和在50%及以上的原材組合中，更適合按照90日參數(shù)確認(rèn)砼強(qiáng)度水平。實(shí)驗(yàn)定量統(tǒng)計(jì)結(jié)果為：

第一，水泥&石粉。摻量和是50%，0.24～0.26水膠比對應(yīng)C60砼；0.27～0.3對應(yīng)C50；0.39～0.42對應(yīng)C40；0.42～0.44對應(yīng)C30。第二，水泥&粉煤灰&石粉。摻量和同樣為50%，0.25～0.31、0.36～0.38、0.38～0.40、0.42～0.45分別對應(yīng)C60～C30。第三，水泥&粉煤灰&礦渣粉&石粉。在摻量和為55%到60%時(shí)，0.23～0.26與0.28～0.31分別對應(yīng)C65和C60的砼材料；摻量和調(diào)整至55%～70%之間，水膠比在0.34～0.36以及0.41～0.44兩個(gè)區(qū)間內(nèi)，前者對應(yīng)C50砼，后者可能指出C35或C40級別的砼[3]。

3 結(jié)論

通過對比分析3種原材組合的配置條件下，差異化摻量與水膠比與砼強(qiáng)度之間的對應(yīng)關(guān)系，發(fā)現(xiàn)幾乎在各種原材組合、摻量比例的情況中，下調(diào)水膠比都能使砼強(qiáng)度提高。