CN113087470A

CN113087470A - 一种机制砂高性能混凝土

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Publication number: CN113087470A
Application number: CN202110390552.8A
Authority: CN
Inventors: 吴哨兵; 侯云江; 项海燕; 赵明富; 杨旭; 田力; 朱灿; 柴彤彤; 柴飞; 张小付; 杨靖; 郑明波; 吕寒秋; 高伟; 汪云; 王昱; 何京贵; 余啟仁; 旷远华; 李青乐
Original assignee: Guizhou Highway Engineering Group Co Ltd
Current assignee: Guizhou Highway Engineering Group Co Ltd
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2021-07-09
Anticipated expiration: 2041-04-12
Also published as: CN113087470B

Abstract

本发明公开了一种机制砂高性能混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料380～400kg、粉煤灰用量为胶凝材料的25％～30％、机制砂800～1000kg、粗集料900～1100kg、外加剂3.00～3.50kg、水胶比为0.43～0.45。本发明的混凝土拌合物有很好的施工性能，又能具有非常高的力学强度及耐久性。相比采用外运天然砂，节约了原材料成本；而且自密实的机制砂混凝土灌注性能好，降低堵管及暂停灌注风险。因此，本发明不仅解决了机制砂混凝土用于灌注超大型桩基的施工难题，同时本工法的机制砂自密实高性能混凝土综合效益十分显著。

Description

一种机制砂高性能混凝土

技术领域

本发明涉及一种混凝土，特别是一种机制砂高性能混凝土。

背景技术

由于现代建筑不断向超高层、大跨、地下、海洋等复杂环境发展，过去人们只强调混凝土强度的理念已不能适应现代工程的需求，很多工程中钢筋混凝土结构发生过早破坏，其原因不在于强度，而是耐久性的不足。

贵州地区因资源与环境的限制导致河砂资源匮乏，需要采用机制砂代替河砂应用于各类混凝土工程中。加之近年来西部地区建设规模不断扩大，特大桥等工程对自密实高性能混凝土的需求快速增长。采用机制砂制备自密实高性能混凝土既可解决资源环境问题，又可满足建筑材料的需求问题。因此，研究机制砂自密实高性能混凝土的配制施工技术，对难以振捣结构施工质量、施工效率具有重要的社会意义与实用价值。

桥梁桩基是隐蔽工程，对于桩基混凝土要求满足以下工作性指标：(1) 坍落度、坍落扩展度：其初始坍落度不宜低于210mm，坍落扩展度不宜低于 500mm，2h后坍落度损失不大于20mm，坍落扩展度损失不大于50mm，坍落扩展度＞650mm。(2)凝结时间：混凝土初凝时间应不小于8h，终凝时间应不大于12h。(3)倒置坍落度筒流出时间：倒置坍落度筒流出时间不宜大于8s。 (4)抗压强度及其发展：混凝土抗压强度3d≥20MPa；7d≥30MPa；28d ≥36MPa。因受各种不利因素的影响，混凝土配合比一直得不到很好的保证，因此桩基混凝土已成为桥梁工程质量控制的重要环节。因此，机制砂自密实高性能混凝土对桩基混凝土灌注施工及确保其工程量显得尤为重要。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种机制砂高性能混凝土。基于混凝土试验，设计桩基机制砂自密实混凝土基准配合比，研究胶材体系、水胶比、胶材用量、胶材用量集料最大粒径等因素对桩基机制砂自密实混凝土性能的影响，提出桩基机制砂自密实混凝土制备技术。

本发明的技术方案：一种机制砂高性能混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料380～400kg、粉煤灰用量为胶凝材料的25％～30％、机制砂800～ 1000kg、粗集料900～1100kg、外加剂3.00～3.50kg、水胶比为0.43～0.45。

前述的机制砂高性能混凝土中，该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料380kg、粉煤灰用量为胶凝材料的30％、机制砂860kg、粗集料1009kg、外加剂3.20 kg、水胶比为0.45。

前述的机制砂高性能混凝土中，所述机制砂采用母岩抗压强度大于混凝土设计强度1.5倍的岩石破碎加工而成，细度模数为2.8～3.1，颗粒级配为二区连续级配，MB值≤0.50，石粉含量为10％～13％，压碎指标＜10％，堆积密度为1730kg/m³。

前述的机制砂高性能混凝土中，所述水泥为PO42.5水泥，水泥的初凝时间≥45分钟，终凝时间≤10小时，若水泥进搅拌站时带有热量，则需存放1-2天，但存放期≤10天；粉煤灰为II级粉煤灰，其细度为19.5％，安定性2mm。

前述的机制砂高性能混凝土中，所述粗集料表观密度为2719kg/m³，振实密度为1650kg/m³。

前述的机制砂高性能混凝土中，所述粗集料分为大、小石子，大石子粒径为9.5～26.5mm，小石子粒径为4.75～9.5mm，大、小石子用量比为 5.5:4.5。

前述的机制砂高性能混凝土中，所述粗集料选用母材抗压强度大于混凝土设计强度且大于60MPa的质地坚硬、级配良好的连续级配碎石，含泥量＜ 0.5％，，针片状含量＜5％，且碎石需经整形处理。

前述的机制砂高性能混凝土中，外加剂中的纯减水型减水剂、抗泥型减水剂与保坍型减水剂的母液用量为165～175kg/t、165～175kg/t、175～ 185kg/t，葡萄糖酸钠和白糖的用量分别为38～42kg/t与4～6kg/t，引气剂用量为1.8～2.2kg/t。

前述的机制砂高性能混凝土中，外加剂中的纯减水型减水剂、抗泥型减水剂与保坍型减水剂的母液用量为170kg/t、170kg/t、180kg/t，葡萄糖酸钠和白糖的用量分别为40kg/t与5kg/t，引气剂用量为2.0kg/t。

本发明的有益效果：与现有技术相比，本发明具有以下几个方面的优点：

(1)采用集料级配优化处理工艺及矿物掺合料技术，同时掺入高性能外加剂，可制备满足桩基混凝土灌注施工、自密实的性能需求。

(2)对混凝土所用原材料关键参数提出了要求，方便就地取材，节约工程成本。本发明中细集料采用100％机制砂，有利于河砂资源短缺或缺少优质河砂的地区就地取材，节约工程成本。

(3)通过本方法制备的混凝土强度高、耐久性好、流动性及粘聚性好、达到混凝土自密实效果，流动性保持性好(2小时及以上流动性损失小)，易于连续灌注。

(4)在严格按照本方法配合比施工的前提下，混凝土可较易完成浇筑施工。解决了桩基混凝土浇筑与结构密实难题，确保了混凝土的质量以实现高耐久性能。

(5)本发明的混凝土适用于缺少优质河砂，而富有石灰岩的贵州、四川、云南等地区，在桩基混凝土结构工程，桥梁、公路、铁路等交通工程，水利、水电工程中具有广泛的应用前景。

本发明的混凝土拌合物有很好的施工性能，又能具有非常高的力学强度及耐久性。相比采用外运天然砂，节约了原材料成本；而且自密实的机制砂混凝土灌注性能好，降低堵管及暂停灌注风险。因此，本发明不仅解决了机制砂混凝土用于灌注超大型桩基的施工难题，同时本工法的机制砂自密实高性能混凝土综合效益十分显著。

应用实例

兴义环城高速公路第一合同段三工区起点桩号为K14+300，在马岭河峡谷上方修建峰林特大桥上跨马岭河峡谷。以马岭河峡谷为界，义龙岸主要结构物为旧屋基隧道(左洞长392m，右洞长393m)，丰都岸主要结构物为牛犁塘隧道(左洞长453m，右洞长485m)。

峰林特大桥中心桩号为K16+093.000，3×40m先简支后结构连续T梁+ (1-550)m单跨简支钢-混叠合梁悬索桥+(左幅12×40m，右幅11×40m) 先简支后结构连续T梁结构，左幅桥长1164m，右幅桥长1130m。主桥为1-550m 单跨双铰钢桁梁悬索桥，主缆边跨为分别为130m、210m；主缆中跨550m，垂跨比1/10；主塔塔高分别为160.0m、138.0m。两岸引桥均为40m先简支后结构连续T梁，最大墩高77m。全桥共两个主塔，分别为3号主塔和4号主塔，中心桩号分别为K15+818、16+368，均为承台式群桩基础，左、右幅分离式承台；每个承台下设6根桩基，桩径3.6m，桩长35/40/45m，共24 根桩基。引桥桩基共66根，桩径为1.8m、2m和2.2m。

在已经灌注的桩基结构中，混凝土的施工性能、力学性能均良好。灌注过程中较为顺利，从灌注到捣固，混凝土和易性都很好，超声检测结果表明桩基混凝土结构密实，强度满足设计要求，取得了良好的技术和经济效益，受到建设单位和设计单位的高度赞扬。

附图说明

附图1为砂率对桩基机制砂自密实混凝土强度的影响示意图；

附图2为胶材用量对桩基机制砂自密实混凝土强度的影响示意图；

附图3为水胶比对桩基机制砂自密实混凝土强度的影响示意图；

附图4为石粉含量对桩基机制砂自密实混凝土强度的影响示意图；

附图5为粉煤灰含量对桩基机制砂自密实混凝土强度的影响示意图；

附图6为集料最大粒径对桩基机制砂自密实混凝土强度的影响示意图；

附图7为外加剂对桩基机制砂自密实混凝土强度的影响示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。

本发明的实施例1：一种机制砂高性能混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料380kg，其中水泥266kg、粉煤灰114kg；机制砂860kg；粗集料1009kg，其中9.5～26.5mm的大石子555kg、4.75～9.5mm的小石子454kg；外加剂 3.20kg；水171kg。

外加剂按照下列配比进行制备：纯减水型减水剂、抗泥型减水剂与保坍型减水剂的母液用量最为170kg/t、170kg/t、180kg/t，葡萄糖酸钠和白糖的用量分别为40kg/t与5kg/t，引气剂用量为2.0kg/t。

本发明的实施例2：一种机制砂高性能混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料400kg，其中水泥280kg、粉煤灰120kg；机制砂900kg；粗集料1100kg，其中9.5～26.5mm的大石子605kg、4.75～9.5mm的小石子495kg；外加剂 3.20kg；水172kg。

外加剂按照下列配比进行制备：纯减水型减水剂、抗泥型减水剂与保坍型减水剂的母液用量最为172.5kg/t、172.5kg/t、170kg/t，葡萄糖酸钠和白糖的用量分别为40kg/t与5kg/t，引气剂用量为2.0kg/t。

本发明的实施例3：一种机制砂高性能混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料400kg，其中水泥300kg、粉煤灰100kg；机制砂900kg；粗集料1000kg，其中9.5～26.5mm的大石子550kg、4.75～9.5mm的小石子450kg；外加剂 3.00kg；水176kg。

外加剂按照下列配比进行制备：纯减水型减水剂、抗泥型减水剂与保坍型减水剂的母液用量最为167.5kg/t、167.5kg/t、185kg/t，葡萄糖酸钠和白糖的用量分别为40kg/t与5kg/t，引气剂用量为2.0kg/t。

本发明的实施例4：一种机制砂高性能混凝土，该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料390kg，其中水泥273kg、粉煤灰117kg；机制砂950kg；粗集料950kg，其中9.5～26.5mm的大石子522.5kg、4.75～9.5mm的小石子427.5kg；外加剂3.10kg；水171.6kg。

以上实施例中：

所述机制砂采用母岩抗压强度大于混凝土设计强度1.5倍的岩石破碎加工而成，细度模数为2.8～3.1，颗粒级配为二区连续级配，MB值≤0.50，石粉含量为10％～13％，压碎指标＜10％，堆积密度为1730kg/m³。

所述选用强度等级为42.5的普通硅酸盐水泥，水泥的初凝时间应不早于45分钟，终凝时间应不晚于10小时。若水泥进搅拌站时带有一定热量，则需存放一至二天，但存放期不宜超过十天；粉煤灰为II级粉煤灰，其细度为19.5％，安定性2mm。

所述粗集料表观密度为2719kg/m³，振实密度为1650kg/m³。

所述粗集料选用母材抗压强度大于混凝土设计强度且大于60MPa的质地坚硬、级配良好的连续级配碎石，含泥量＜0.5％，，针片状含量＜5％。且碎石需经整形处理。

本发明技术方案的形成过程：

1、设计原则

1.1配制原理

本发明依据普通混凝土配合比设计原理与最紧密堆积理论进行配合比设计，研制出由高性能减水剂、保坍剂、缓凝剂、引气剂、消泡剂等复配而成的高性能外加剂，采用粉煤灰等矿物掺合料，配制出强度富余充分、耐久性好、和易性好且工作性经时损失小的桩基机制砂自密实高性能混凝土。

物理效应。针对集料级配问题，依据最紧密堆积原理，对集料进行优化处理，形成空隙率最小的最紧密堆积结构。普通混凝土中单一水泥组分无法形成粉体的最紧密堆积结构，掺入不同细度的矿物掺合料，其所具有的微细集料填充效应，不仅可以填充水泥颗粒之间的空隙，还可以以更小矿物颗粒填充小颗粒间的空隙，产生不同层次间的填充效应，最终形成从集料到粉体粒径最紧密堆积结构，提高水泥石的密实度。除此之外，如粉煤灰之类的矿物掺合料，微观形貌为规整的球状颗粒，因此产生的滚珠轴承效应，具有很好的矿物减水效果。针对减水剂作用机理，外加剂中高性能减水剂组分定向吸附于水泥颗粒表面，使水泥颗粒表面带同一种电荷，形成静电排斥作用，促使水泥颗粒相互分散，破坏水泥絮凝结构，释放出被包裹的部分水，从而有效增加混凝土拌合物的流动性。并且减水剂中亲水基极性强，水泥颗粒表面的减水剂吸附膜能与水分子形成一层稳定的溶剂化水膜，具有非常好的润滑作用，从而进一步提高混凝土的流动性。这些物理效应的运用，对减少混凝土用水量、降低水胶比、提高拌合物和易性、增强混凝土力学性能具有显著效果。

化学效应。主要针对矿物掺合料的火山灰效应，粉煤灰含有大量具有活性的无定型二氧化硅，可与水泥水化过程中的水化产物氢氧化钙发生反应，生成水化硅酸钙凝胶，能够填充水泥石内部空隙，致使混凝土更加密实，并且使混凝土内部(尤其是集料周围)孔隙细化或阻塞，从而提高混凝土的抗渗能力。在混凝土中，水化硅酸钙凝胶是强度的主要来源之一，氢氧化钙晶体的富集是混凝土强度的薄弱区，因此火山灰效应可以有效提高混凝土强度。

在了解材料特性后，将大生产的配合比作为初始配合比，见表1，其中水胶比为0.45，机制砂中砂率为44％。(注：后面的配合比均将机制砂中瓜米石算作小石子(26.4％为小石子)，如下表1中砂率为44％，实际计算时砂率为60％)。

表1桩基机制砂自密实混凝土设计初始配合比

2、基准组的确定

2.1施工配合比实验

设计容重：2440kg/m³；胶材用量：380kg/m³；水灰比：0.45。

表2桩基机制砂自密实混凝土设计初始配合比

注：表中Td为倒置坍落度筒流出时间。

由表2可知，采用施工配合比制备的机制砂混凝土在锅中搅拌状态较好，出锅后几分钟内坍落度损失明显，所以测试值偏小，主要原因为外加剂。基准组将从砂率和外加剂进行调配。

2.2基准组试配

设计容重：2420kg/m³；胶材用量：380kg/m³；水灰比：0.45。

在初始配合比实验基础上，调整外加剂用量进行调配，配合比如表3 所示。

表3桩基机制砂自密实混凝土设计调试配合比(1)

由表3可知，当外加剂采用大生产所用的外加剂时，按生产配合比制备的机制砂混凝土出锅状态一般，轻微带帽，1h坍损明显，1.5h基本无坍落度。

在上述试验基础上，将砂率增大到46％进行配合比调配，见表4。

表4桩基机制砂自密实混凝土设计调试配合比(2)

由表4可知，基准组在生产配合比的基础上，砂率从44％提高到46％。FL-0-1 组外加剂掺量偏低，坍落度和扩展度较小；FL-0-2组在FL-0-1组的基础上提高外加剂掺量，出锅状态良好，但是坍落度损失较快，几分钟便有明显损失，所以测试数据偏小，且小石子偏多，1.5小时坍落度损失显著；FL-0-3组在FL-0-2组的基础上将大小石子比例从6:4提高到7:3，锅中状态良好，出锅损失较快，同样测试值偏小，主要原因为外加剂。

采用外加剂供应商新配外加剂进行配合比调配试验，见表5。

表5桩基机制砂自密实混凝土设计调试配合比(3)

由表5可知，将生产配合比砂率降低两个点的基础上(换算后砂率只降低一个点)，采用新配的外加剂制备的机制砂混凝土出锅状态一般，扩展度较低，轻微泌浆，并且容重偏低。2h的保坍效果良好。

调整集料堆积进行配合比调配试验，见表6。

表6桩基机制砂自密实混凝土设计调试配合比(4)

通过最紧密堆积试验得到的最紧密石子堆积为(9.5-26.5)mm石子(简称为“大石子”)与(4.75-9.5)mm石子(简称为“小石子”)的比例为5.5:4.5。

由表6可知，FL-0-4组大、小石子比例为6:4，混凝土粘聚性良好，但中间堆料；在FL-0-5组的基础上将大、小石子比例降低到5.5:4.5，混凝土状态良好，有轻微堆料，混凝土粘聚性好且不粘；FL-0-6组在FL-0-5组的基础上继续将大小石子比例降低到5:5，混凝土带帽明显。

综合以上几组试配情况，将FL-0-5组作为基准组，开展后续试验。

根据现场的原材料，扩展度为550mm以上、坍落度在220mm以上可认为工作性良好，外加剂掺量继续增大会导致离析。

3、不同参数变化对混凝土性能的影响

在初始基准配合比的基础上，主要研究粉煤灰掺量(0％、10％、20％、25％、 30％、35％)、胶凝材料用量(360kg/m3、380kg/m3、400kg/m3)、集料最大粒径(26.5mm、19.0mm、16.0mm)、砂率(44％、46％、48％)、水胶比(0.43、 0.45、0.47)、石粉含量(9.7％、12.7％、15.7％)等配合比参数对混凝土性能的影响。主要测试指标包括：初始坍落度和扩展度，不同龄期的立方体抗压强度。

3.1砂率

试验研究不同砂率(44％、46％、48％)对桩基机制砂混凝土工作性能和抗压强度的影响。

表7砂率因素试验混凝土试验配合比与工作性

由表7可知，对比FL-1、FL-0-5和FL-2组可以看出，降低砂率可以一定降低外加剂用量，但将砂率从46％分别降低至44％和增大至48％均会导致混凝土带帽。混凝土力学性能见表8。

表8砂率因素试验混凝土配合比与抗压强度

由图1和表8可知，砂率对混凝土强度的影响不大，随着砂率的增大，混凝土的早期强度逐渐减小，当养护至7d龄期时，基准组的混凝土强度高于其它两组；养护至90d时，FL-1组混凝土强度要明显低于其它两组。

3.2胶材用量

试验研究不同胶材用量(360kg/m³、380kg/m³、400kg/m³)对桩基机制砂混凝土工作性能和抗压强度的影响。

表9用量因素试验混凝土试验配合比与工作性

由表9可知，当胶材用量从380kg/m³降低至360kg/m³时，外加剂需求量增大，且混凝土包裹性差，集料外漏明显；当胶材用量从380kg/m³增大至400kg/m³时，混凝土外加剂需求量降低，且混凝土状态良好。

综合胶材用量对混凝土工作性的影响，即使胶材用量降低至360kg/m³，混凝土状态虽然不是很理想，但通过外加剂的调整，应可以改善，基本满足施工性能需求，但混凝土强度可能会降低明显。混凝土力学性能见表10。

表10胶材因素试验混凝土配合比与抗压强度

由图2和表10可知，随着胶材用量的增大，混凝土的强度逐渐增大，基准组的混凝土强度要高于FL-3组，低于FL-4组。90d龄期时，基准组的混凝土强度下降，FL-3组混凝土强度达到了最高。

3.3水胶比

试验研究不同胶材用量(0.43、0.45、0.47)对桩基机制砂混凝土工作性能和抗压强度的影响。

表11水胶比因素试验混凝土试验配合比与工作性

由表11可知，当水胶比从0.47降低至0.43时，外加剂需求量增大，且混凝土粘聚性不良，浆体包裹性差，轻微带帽。因此若降低水胶比，应适当增大胶材用量，提供足够的浆体量，以包裹集料。混凝土力学性能见表12。

表12胶材因素试验混凝土配合比与抗压强度

由图3和表12可知，随着水胶比的增大，混凝土的强度逐渐降低，符合“水灰比”定则。但早期混凝土强度，特别是1d龄期，基准组的混凝土强度值要高于FL-5和FL-6组，7d龄期以后混凝土强度才随水胶比的增大而减小。

3.4石粉含量

试验研究不同石粉含量(9.7％、12.7％、15.7％)对桩基机制砂混凝土工作性能和抗压强度的影响。

表13石粉含量因素试验混凝土试验配合比与工作性

由表13可知，对比FL-7、FL-0-5和FL-8组可以看出，降低石粉含量可以一定降低外加剂用量，但石粉含量低会导致带帽现象，粘聚性变差。因此，石粉含量不宜过低。混凝土力学性能见表14。

表14石粉含量因素试验混凝土配合比与抗压强度

由图4和表14可知，随着石粉含量的增大，混凝土早期强度逐渐增大，但当养护至90d龄期时，基准组的混凝土强度要明显高于FL-7和FL-8组的混凝土强度。当石粉含量为12.7％时，混凝土28d的抗压强度比石粉含量为9.7％的抗压强度增加8.6％。

3.5粉煤灰

试验研究不同粉煤灰掺量(0％、10％、20％、25％、30％、35％)对桩基机制砂混凝土工作性能和抗压强度的影响。

表15粉煤灰掺量因素试验混凝土试验配合比与工作性

由表15可知，在控制外加剂掺量不变的情况下，粉煤灰的掺入改善了混凝土流动性，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土扩展度与坍落度逐渐增大，但当粉煤灰掺量增大到35％时，混凝土工作性稍有变差。总的来说，粉煤灰掺量对混凝土工作性影响较小。仅从工作性角度，粉煤灰建议掺量为25％～ 30％。混凝土力学性能见表16。

表16粉煤灰掺量因素试验混凝土配合比与抗压强度

由图5和表16可知，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土早期的抗压强度逐渐减小，但90d龄期时，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土的抗压强度先增大后减小。并且混凝土早期强度增长迅速，28d以后混凝土强度增长缓慢。当粉煤灰掺量过大时，混凝土早期强度虽然很大，但是90d的强度确实最低的。

3.6集料最大粒径

试验研究不同集料最大粒径(26.5mm、19.0mm、16.0mm)对桩基机制砂混凝土工作性能和抗压强度的影响。

表17集料因素试验混凝土试验配合比与工作性

由表17可知，当集料最大粒径从26.5mm降低至19mm时，混凝土状态变化较小，始终良好；当继续将集料最大粒径降低至16.0mm时，混凝土对外加剂的需求量增大，且混凝土倒坍时间延长，粘度增大。从混凝土工作性的角度，机制砂自密实混凝土用集料最大粒径不宜过小，宜控制在26.5mm 或19.0mm。混凝土力学性能见表18。

表18集料因素试验混凝土配合比与抗压强度

由图6和表18可知，随着集料最大粒径的增大，混凝土的抗压强度逐渐增大，基准组的强度最高。随着养护龄期的增长，FL-14组的强度增长速度低于FL-15组强度增长速度，当56d龄期时，FL-15组混凝土强度高于 FL-14组。

3.7外加剂

外加剂试验的目的是选取工作性较优且强度应能满足设计需求的特征组，进行保坍效果和缓凝时间调整试验，以为大生产用外加剂的调整提供依据。

优选组配合比为：胶材用量为380kg/m³，单掺30％粉煤灰，水胶比为 0.45，具体配合比参数和工作性如表19所示。

表19优选配合比

不同外加剂组分的用量如表20所示。

表20外加剂试验配合比与工作性(1)

由表20可知，FL-17组为现在大生产用外加剂配合比，在此基础上分别提高保坍型减水剂比例和缓凝剂成分。提高保坍型减水剂比例的原则为控制减水剂在外加剂中比例不变，提高保坍型减水剂比例的同时，降低纯减水型减水剂和抗泥型减水剂比例。对比FL-17、FL-18、FL-19组可以看出，随着保坍型减水剂比例的增大，混凝土2h保坍效果均良好，且混凝土保坍效果逐渐改善，FL-19组出现了2h坍落度与扩展度后扩的现象。但随着保坍型减水剂比例的提高，3h均有不同程度的坍损。因此，仅通过提高保坍型减水剂的比例，对混凝土2h的保坍效果有明显改善作用，但对3h保坍效果改善作用不明显。从凝结时间测试结果可以看出，保坍型减水剂比例的提高，可延长混凝土初凝与终凝时间。

提高缓凝剂成分的原则为控制白糖用量不变，将葡钠在外加剂中的比例由4％分别提高到6％和8％。对比FL-17、FL-20和FL-21组可以看出，随着缓凝剂比例的增大，混凝土保坍效果逐渐改善，当葡钠比例从4％提高到6％时，混凝土3h保坍效果改善，坍损较小；当葡钠比例继续提高到8％时，混凝土 3h坍损进一步降低，4h出现明显坍损，因此凝结时间对2h以上的保坍效果改善作用较为明显。从凝结时间测试结果可以看出，葡钠对凝结时间调节效果显著，当葡钠比例4％提高到6％时，初凝时间从6h58min延长到10h22min，终凝时间从9h29min延长到13h7min；当葡钠掺量继续提高到8％时，初凝时间延长到11h14min，终凝时间延长到14h52min。混凝土力学性能见表21。

表21加剂因素试验混凝土配合比与抗压强度

由图7和表21可知，随着葡钠用量的增大，对混凝土产生缓凝作用，混凝土凝结时间增大，早期的强度逐渐降低。随着纯减水剂型减水剂母液用量的增大，混凝土强度先增大后减小，当纯减水剂型减水剂母液用量为 18.5％时，混凝土56d抗压强度最大。保坍性减水剂母液对混凝土强度的影响规律与纯减水剂型减水剂母液相一致。

4结论

(1)降低砂率可以一定程度降低外加剂用量，但砂率过小或过大均会导致混凝土带帽。合理砂率和胶凝材料用量对于工作性有很大影响，而对强度影响不是很显著，因此在保证良好工作性的前提下，砂率和胶凝材料用量不宜过高，砂率最好控制在44％～48％，胶凝材料总量控制在380～400kg/m³为宜；水灰比和粉煤灰的改变对工作性影响不大，但是对强度却有很大影响，因此，在优选好砂率和胶凝材料用量的前提下，为保证强度，水灰比控制在 0.43～0.45，粉煤灰掺量控制在25％～30％为宜。

(2)降低胶凝材料用量会导致外加剂需求量增大，且混凝土包裹性差，集料外漏明显；适当增大胶材用量会使混凝土外加剂需求量降低，且混凝土状态良好。

(3)当水胶比从0.47降低至0.43时，外加剂需求量增大，且混凝土粘聚性不良，浆体包裹性差，轻微带帽。因此若降低水胶比，应适当增大胶材用量，提供足够的浆体量，以包裹集料。

(4)机制砂自密实混凝土的配制，关键是原材料的品质。①机制砂以及粗集料级配要合理，粒径粒形要良好，石粉含量宜为10％～13％，不同批次机制砂品质应控制稳定；②水泥、掺合料应确保大生产材料与试验样品一致。③外加剂应注意与混凝土体系的相容性，以确保外加剂掺量在合理范围内的变化对混凝土工作性影响较小。降低石粉含量可以一定降低外加剂用量。石粉含量可放宽至13％，但石粉含量低会导致带帽现象，粘聚性变差。因此，石粉含量不宜过低。适当增大石粉含量有利于提高体系浆体量，从而降低胶凝材料用量以确保工作性优良，且适当增大石粉含量可一定程度提高机制砂混凝土的强度。

(5)粉煤灰的掺入改善了混凝土流动性，随着粉煤灰掺量的增大，混凝土扩展度与坍落度逐渐增大，但当粉煤灰掺量增大到35％时，混凝土工作性稍有变差。总的来说，粉煤灰掺量对混凝土工作性影响较小。

(6)当集料最大粒径从26.5mm降低至19mm时，混凝土状态变化较小，始终良好；当继续将集料最大粒径降低至16.0mm时，混凝土对外加剂的需求量增大，且混凝土倒坍时间延长，粘度增大。粗集料的级配应良好，含泥量小于1％，针片状含量要小于5％。针对不同粒径的集料分别配备整形机，以提高各级集料整形效果。

(7)现场外加剂与水泥适应性良好，但保坍效果很差，配制高质量的外加剂是工程得以施工的保证。在现场外加剂基础上增加保坍型减水剂用量，保坍效果有所改善，但缓凝时间降低，达不到施工要求。为了同时满足保坍和缓凝效果，本次研究得出，外加剂中的纯减水型减水剂、抗泥型减水剂与保坍型减水剂的母液用量最好控制在为165～175kg/t、165～175 kg/t、175～185kg/t，葡萄糖酸钠和白糖的用量分别为38～42kg/t与4～ 6kg/t，引气剂用量为1.8～2.2kg/t。随着保坍型减水剂比例的增大，混凝土2h保坍效果均良好，且混凝土保坍效果逐渐改善。但随着保坍型减水剂比例的提高，3h均有不同程度的坍损。因此，仅通过提高保坍型减水剂的比例，对混凝土2h的保坍效果有明显改善作用，但对3h保坍效果改善作用不明显。从凝结时间测试结果可以看出，保坍型减水剂比例的提高，可延长混凝土初凝与终凝时间。

(8)随着缓凝剂比例的增大，混凝土保坍效果逐渐改善，当葡钠比例从4％提高到6％时，混凝土3h保坍效果改善，坍损较小；当葡钠比例继续提高到8％时，混凝土3h坍损进一步降低，4h出现明显坍损。从凝结时间测试结果可以看出，葡钠对凝结时间调节效果显著。

(9)通过配合比参数的优化及外加剂组分的调整，可制备出工作性能优异、强度富余的桩基机制砂自密实混凝土。

(10)胶凝材料用量需适宜，过多或过少均会提升成本；矿物掺和料的总量要合理，随着粉煤灰掺量增大，早期强度降低，但是工作性优良，在满足强度的前提下，可适当提高粉煤灰掺量。

Claims

1.一种机制砂高性能混凝土，其特征在于：该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料380～400kg、粉煤灰用量为胶凝材料的25％～30％、机制砂800～1000kg、粗集料900～1100kg、外加剂3.00～3.50kg、水胶比为0.43～0.45。

2.根据权利要求1所述的机制砂高性能混凝土，其特征在于：该混凝土由水泥、粉煤灰、机制砂、粗集料、外加剂和水混合制成；其中每立方米的混凝土中含胶凝材料380kg、粉煤灰用量为胶凝材料的30％、机制砂860kg、粗集料1009kg、外加剂3.20kg、水胶比为0.45。

3.根据权利要求1所述的机制砂高性能混凝土，其特征在于：所述机制砂采用母岩抗压强度大于混凝土设计强度1.5倍的岩石破碎加工而成，细度模数为2.8～3.1，颗粒级配为二区连续级配，MB值≤0.50，石粉含量为10％～13％，压碎指标＜10％，堆积密度为1730kg/m³。

4.根据权利要求1所述的机制砂高性能混凝土，其特征在于：所述水泥为PO42.5水泥，水泥的初凝时间≥45分钟，终凝时间≤10小时，若水泥进搅拌站时带有热量，则需存放1-2天，但存放期≤10天；粉煤灰为II级粉煤灰，其细度为19.5％，安定性2mm。

5.根据权利要求1所述的机制砂高性能混凝土，其特征在于：所述粗集料表观密度为2719kg/m³，振实密度为1650kg/m³。

6.根据权利要求1所述的机制砂高性能混凝土，其特征在于：所述粗集料分为大、小石子，大石子粒径为9.5～26.5mm，小石子粒径为4.75～9.5mm，大、小石子用量比为5.5:4.5。

7.根据权利要求1所述的机制砂高性能混凝土，其特征在于：所述粗集料选用母材抗压强度大于混凝土设计强度且大于60MPa的质地坚硬、级配良好的连续级配碎石，含泥量＜0.5％，，针片状含量＜5％，且碎石需经整形处理。

8.根据权利要求2所述的机制砂高性能混凝土，其特征在于：外加剂中的纯减水型减水剂、抗泥型减水剂与保坍型减水剂的母液用量为165～175kg/t、165～175kg/t、175～185kg/t，葡萄糖酸钠和白糖的用量分别为38～42kg/t与4～6kg/t，引气剂用量为1.8～2.2kg/t。

9.根据权利要求8所述的机制砂高性能混凝土，其特征在于：外加剂中的纯减水型减水剂、抗泥型减水剂与保坍型减水剂的母液用量为170kg/t、170kg/t、180kg/t，葡萄糖酸钠和白糖的用量分别为40kg/t与5kg/t，引气剂用量为2.0kg/t。