提高商品混凝土抗折强度的探讨.docx
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提高商品混凝土抗折强度的探讨
提高商品混凝土抗折强度的探讨3
马烨红1 吴笑梅1,2 樊粤明1,2
（11华南理工大学材料学院,广州 510641;
21华南理工大学特种功能材料及制备技术教育部重点实验室,广州 510641
[摘要] 随着商品混凝土在城市道路建设方面的大量应用,如何进一步提高道路混凝土的抗折强度成为各混凝土搅拌站及施工单位关注的热点。
本文分别探讨了混凝土坍落度、粗集料粒径与级配、掺和料品种与掺量等因素对C35、C50强度等级的商品混凝土的抗折强度的影响。
研究结果表明,通过对原材料的选择与配合比的调整可以经济有效地提高不同强度等级商品混凝土的抗折强度。
[关键词] 商品混凝土 抗折强度 掺合料
DiscussionofimprovingthebendingstrengthofReady-mixedconcrete
MAYe-hong1,WUXiao-mei1,2,FANYue-ming1,2
（1.CollegeofMaterialScienceandEngineering,
SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,510640,China.
2.KeyLaboratoryofSpeciallyFunctionalMaterialsandAdvancedManufacturingTechnologyofMinistryofEducation.
SouthChinaUniversityofTechnology,Guangzhou,510640,ChinaAbstract:
Asthelargeapplicationofready-mixedconcreteonthecityroadconstruction,howtoimprovethebendingstrengthofconcretebecomesafocusforeveryconcretecoMPany.Inthisthesis,thefactors,suchastheslump,thefinesandthesizegradationofaggregatesandtheadditionwhichaffectthebendstrengthofconcrete,arestudied.Theresultsproveutilizingthestablerawmaterialsandadjustingthemixedrationofconcretecanimprovethebendingstrengthofready-mixedconcrete
Keywords:
Ready2mixedconcrete Bendingstrength Addition
1 前言
水泥混凝土是建造道路的主要材料之一,在道路基础设施建设中起着十分重要的作用。
随着交通负荷的日益增重,水泥混凝土面板出现断裂损坏较为普遍。
排除路基不均匀沉降、车辆超载等因素的影响,这种损坏是受到剪切作用力而出现断裂[1],与混凝土自身抗折强度不足有关。
据文献[2]介绍,若路面混凝土抗折强度降低5%,使用寿命将会降低48%。
通常水泥混凝土路面的设计寿命为30年,较短时间内产生大面积破损,将造成极大的资源浪费和损失。
据计算,如果3万公里的水泥混凝土高速公路延长30%的寿命每年便能替国家省下约100亿!
如果全国水泥混凝土路面的使用寿命都能延长30%,那么为国家在道路维修上节约的费用是非常可观的。
综合以上数据,提高混凝土路面水泥抗折强度对合理利用资源,提高路面质量,延长路面的使用寿命,都具有重要意义。
水泥混凝土路面过去均采用现场搅拌混凝土,水泥用量较大,不掺用掺合料和外加剂,坍落度小于5cm,混凝土的抗折强度是抗压强度的1/8~1/12,对混凝土抗折强度的研究主要侧重于水灰比、材料的组合比例和本身的性质等[3]。
随着商品混凝土的大量推广应用,城市交通建设越来越多地采用商品混凝土。
商品混凝土应用了矿物掺合料与外加剂技术,其配制思想及性能与现场搅拌混凝土有较大差异。
按照现场搅拌混凝土的折压比系数,采取提高混凝土抗压强度等级来满足商品混凝土抗折强度的
3华南理工大学材料学院2005届本科生黄健、郭庆参与本论文的实验
做法不经济、不合理。
显然如何配制经济合理的商品混凝土具有重要现实意义。
本文重点研究了坍落度、粗集料粒径与级配、掺合料品种与掺量等因素对C35、C50等级的商品混凝土抗折强度的影响,并提出了不同强度等级的路面混凝土原材料选择的原则与配合比的优化思路。
2 原材料及实验方法
211 原材料
1水泥:
银羊牌PⅡ4215R水泥。
2石子:
广州顺发石场提供的石子,物理性质见表1。
表1 粗集料物理性质
编号规格紧密堆积密度（kg/m3压碎指标（%针片状含量（%最大粒径（mm级配状况（mmA大1-3石1480111241440单粒级20~40B小1-3石150********5连续级5~25C1:
131********1240连续粒级5~40备注:
编号C为A石与B石以1∶1混合的粗集料,经检验为最紧密堆积。
3砂子:
广州西江砂子,细度模数2174,属Ⅱ级
配区。
含泥量等均符合国家标准。
4减水剂:
佛山瑞安高效减水剂,固含量为
30%。
5粉煤灰:
采用珠江发电厂和广纸粉煤灰,基本
物理性质见表2。
以1∶1比例配成实验用灰,其
01045mm的筛余细度为24%。
表2 粉煤灰性质
原料细度
（%
烧失量
（%
三氧化硫
（%
游离氧化钙
（%
PH
值
珠电151********701066广纸30107131110901066
6矿渣:
湖南华菱生产的S95磨细矿渣,7天活性系数为87%,28天活性系数为117%。
212 混凝土基准配合比
采用基准配合比如表3所示。
粉煤灰取代水泥的超量系数为115,矿渣取代水泥的系数为110。
配合比1中粉煤灰取代水泥用量为1517%,矿渣取代量为20%。
配合比2中粉煤灰取代水泥用量为20%,矿渣取代量约为20%。
213 实验方法
按照表3的基准配合比,以及在此基础上调整粉煤灰掺量或矿渣掺量配制试验样品。
将配好的材料在SJD型单卧轴强制式混凝土搅拌机中搅拌3min,依照GBJ97-87《水泥混凝土路面施工及验收规范》成型、标准养护并检测试件的抗压与抗折强度。
表3 混凝土基准配合比
配合比技术
要求
水胶
比
水泥
（kg/m3
水
（kg/m3
粉煤灰
（kg/m3
矿渣
（kg/m3
砂
（kg/m3
石子
（kg/m3
外加剂
（%
坍落度
（mm
1C50013728516280706151193019780~1002C35015021517180506571219016880~100
3 实验结果及讨论
311 强度等级为C50的混凝土抗折强度的影响因素
311.1 混凝土坍落度的影响
由于商品混凝土要用搅拌车运输,为方便卸料到工地后混凝土的最小坍落度需在80mm以上;城市各类交通设施（如高架桥的施工难度较大,往往需要采用坍落度更大的泵送混凝土,因而与传统的现场搅拌道路混凝土相比,坍落度差异最为显著。
为此,论文首先研究了坍落度对抗折强度的影响。
实验以配合比1为基准配比,通过调整减水剂掺量
获得3组不同工作性能的混凝土（混凝土坍落度分
别为30~50mm,80~100mm,160~180mm。
结果如表4所示:
不同坍落度的混凝土7天抗压强度和抗折强度相差不大,28天抗压强度略有差别,28天抗折强度随着坍落度的增大显著减小,由616MPa下降至515MPa和514MPa。
表4 不同坍落度的混凝土（C50强度
强度
坍落度（mm
7天抗压（MPa28天抗压（MPa7天抗折（MPa28天抗折（MPa7天折压比28天折压比30~505011631241561601089801104480~10048166413411515010844010861160~180
4412
5613
412
514
010957
010960
混凝土坍落度为30~50mm,80~100mm,160
~180mm,此时减水剂的掺量分别为胶凝材料总量0160%、0197%和1113%。
坍落度随减水剂掺量增加而增大的原因是水泥浆体中的絮凝结构不断减少,用于流动的自由水含量增多。
同时粗集料周边形成的水膜厚度增加,界面结构增厚,Ca（OH2及其钙矾石（AF
T等结晶产物相容易富集和长大[4],导致粗集料与浆体界面粘结结构疏松,
抗折强度下降。
因此,适当减少减水剂掺量,降低混凝土坍落度确实有利提高混凝土28天抗折强度。
但工程上受到道路施工条件的限制,通过降低坍落度以提高抗折强度较难实现。
因此,本文在混凝土坍落度为80~100mm的基础上,进一步研究了集料粒径与级配、掺合料品种及掺量对抗折强度的影响。
311.2 粗集料粒径与级配的影响采用表3中配合比1,分别对比了表1中A、B、C三种不同级配的粗集料配制的混凝土的抗折强度,结果如表5所示。
采用A、B石配制混凝土,28天抗折强度均为515MPa,抗折强度较低。
A石与B石以1∶1混合,集料堆积密度最大,其混凝土28天抗折强度显著提高,达到6173MPa。
同时,用A石、B石、C石配制混凝土28天折压比分别为010861,010909和01107。
用C石作为粗集料的混凝土折压比较高,说明混凝土抗折强度增长幅度较抗压强度高。
结合折压比及其28天抗折强度数据都可看出,粗集料的不同级配对混凝土抗折强度的影响很大,采用堆积紧密的粗集料对混凝土抗折强度提高十分有利。
图1为28天龄期混凝土抗折试件的破坏断面（由于混凝土中集料及砂浆同时断裂,破坏断面较平整如图所示:
采用B石,混凝土中集料分布不均
（a采用B石的混凝土28天断面
（b采用C石的混凝土28天断面
图1 混凝土（C50断面
匀,石头与石头之间的拨开较小;采用C石,混凝土中石头分布较均匀且石子之间被浆料拨开的较合适。
因为在紧密堆积的情况下,石子的空隙率最小,
在一定的体积下所需要的砂浆的填充量最少,其用于包裹石子的砂浆就多,改善了混凝土的界面情况,且由于石头分布较均匀,提高混凝土的匀质性,从而提高混凝土抗折强度。
如果粗骨料粒径过小（如B石,使得石子的比表面积过大,空隙率增大,用于填充的砂浆用量多,包裹石子的砂浆就少,影响混凝土抗折强度。
同时,粗集料粒径越小,结构内界面增多,缺陷增多进而降低混凝土强度。
但粗集料粒径越大,结构均匀性差,内部缺陷存在的几率也越大;同时,粒径越大,在施工振捣过程中,下沉速度越快,容易造成混凝土内部颗粒分布不均匀,进而使硬化后的混凝土强度降低。
[5]因此在混凝土的使用中,选择合理的石子级配对混凝土抗折强度的提高十分有利。
表5 不同粗集料粒径的混凝土（C50强度
强度 石子级配7天抗压
（MPa
28天抗压
（MPa
7天抗折
（MPa
28天抗折
（MPa
7天折压比28天折压比
A48166413511515010970010861B50176016417515010927010909C52126219418617010920011070
311.3 混凝土掺合料品种与掺量的影响
以配合比1为基准,采用C石,坍落度控制在80~100mm范围,分别试验了粉煤灰和矿渣对混凝土抗折强度的影响,结果如图2、图3所示。
保证粉煤灰取代率为15%,改变磨细矿渣取代水泥的用量（图2。
当矿渣取代量为0%,即胶凝材料中只含水泥和粉煤灰,其混凝土7天抗折强度为51
1MPa,28天抗折强度也较高,为612MPa;用
10%矿渣取代水泥,7天抗折强度下降至416MPa,
28天抗折强度没有变化,为612MPa;用20%矿渣
取代水泥,7天抗折强度略微下降至418MPa,28天
抗折强度高达617MPa。
取代量增加至30%,7天
和28天抗折强度下降至412MPa和518MPa,强度
明显低于未掺矿渣的混凝土。
从以上结果看出在掺
15%粉煤灰的条件下,用磨细矿渣取代水泥,对混凝
土28天抗折强度影响不显著,磨细矿渣取代量过大
甚至会导致抗折强度下降。
当矿渣取代量固定20%时,改变粉煤灰的取代
量,实验结果如图3所示:
除取代率为15%以外,7
天抗压强度及抗折强度均低于未掺粉煤灰的混凝
土;28天抗压及抗折强度都高于未掺粉煤灰的混凝
土。
从折压比也可以看出:
粉煤灰取代量为0%、
15%、20%、30%,其7天折压比为011062、010996、
010920、011011,即掺粉煤灰的混凝土7天折压比低
于未掺粉煤灰的;28天折压比数值为010966、
011117、011070、010995,掺有粉煤灰的混凝土28天
折压比都高于未掺粉煤灰的混凝土,取代量为15%
图2 不同矿渣取代量的混凝土（C50强度
图3 不同粉煤灰取代量的混凝土（C50强度
和20%的混凝土28天折压比最高。
掺有粉煤灰的混凝土抗折强度后期增长较快,28天强度高于未掺粉煤灰的混凝土。
由此可见,在强度等级较高的混凝土中加入粉煤灰,对提高混凝土28天抗折强度有利。
本文认为虽然磨细矿渣的化学活性高于粉煤灰,取代部分水泥后,对净浆的胶凝性的不利影响弱于粉煤灰,但在强度较高的混凝土中,界面对抗折强度的影响作用更加显著:
粉煤灰取代水泥时采用超量取代,且粉煤灰的微集料效应及形态效应均比矿渣优越,因此掺入较大量的粉煤灰对改善混凝土集料2砂浆界面的密实度,降低界面的孔隙缺陷十分有利。
对于强度等级较高的混凝土,粉煤灰取代量为10%~20%较适宜,此时混凝土28天抗折强度较高。
312 普通混凝土抗折强度的影响因素
由于普通混凝土的结构特点与强度等级较高的混凝土不同,掺合料的作用特性及其对混凝土结构影响结果会有不同,因此论文进一步研究了粉煤灰及矿渣不同掺量对C35混凝土抗折强度的影响。
以表3中的配合比2为基准,采用C石,坍落度控制在8~10cm范围,分别改变粉煤灰和磨细矿渣的取
代量,实验结果图4所示。
图4 不同掺合料品种及数量的普通混凝土强度
在磨细矿渣取代量为20%的条件下,粉煤灰取代水泥量在0%~30%之间,除取代量为10%的情况外,其7天和28天抗压强度曲线均随着取代量的增加呈下降趋势,且7天抗折强度曲线平缓下降,28
・ ・20商品混凝土BetonChineseEdition——Ready-mixedConcrete—2006年第3期天抗折强度曲线较波动,但强度数值都较低,普遍低于未掺粉煤灰的混凝土抗折强度。
掺粉煤灰后砂浆强度数据如表6所示:
养护3、、天,砂浆胶凝性728能都随着粉煤灰取代量的增加而降低。
由此可知,在配制混凝土路面时随粉煤灰掺量增多,虽然混凝土的抗压强度变化不大,但由于砂浆的胶凝性使强度降低,混凝土的7、天抗折强度均显著下降,因28此普通路面混凝土应尽量减少粉煤灰的掺入量。
在粉煤灰取代量为20%的条件下,磨细矿渣取代水泥量在0%～30%之间,从图4也可以观察到磨细矿渣掺量的增加可提高普通混凝土的抗折强度。
虽然7天抗折强度曲线和粉煤灰曲线之间拉开距离不大,且数值都处于同一个等级,3MPa到4MPa之间。
但是28天抗折强度曲线呈上升趋势且当取代量达到30%时,曲线坡度陡增。
强度全都在5MPa以上,部分可高达6MPa,接近C50混凝土的抗折强度。
掺磨细矿渣后水泥胶砂强度如表7所示:
磨细矿渣取代率为0%的砂浆早期抗压及抗折强度都较高,但28天强度均低于掺有矿渣的砂浆。
用磨细矿渣取代一定量的水泥,胶砂后期强度有较大的增长,这是因为试验中采用磨细矿渣28天活性达到117%,其火山灰活性强,能够与界面中的CH晶体进行二次反应,生成C-S-H凝胶,既改善界面情况又提高混凝土中砂浆的胶凝性能,从而提高混凝土抗折强度。
表6 不同粉煤灰取代量的胶砂强度粉煤灰替代率0%10%20%30%3天（MPa7天（MPa28天（MPa由此可知,在普通混凝土中加入矿渣,对提高混凝土抗折强度十分有利。
本文认为虽然粉煤灰的微集料效应及形态效应对浆体界面改善作用强于磨细矿渣,但在普通混凝土中,浆体胶凝性能对混凝土抗折强度影响较为显著。
用活性较强的磨细矿渣取代水泥,与CH反应生成C-S-H凝胶,增强浆体的胶凝性能,从而提高混凝土抗折强度。
矿渣取代量增加至30%,混凝土后期28天抗折强度有较大的增长。
4 结论1随着减水剂掺量增加,拌合物坍落度增大,相同强度等级的混凝土抗折强度降低。
坍落度为30～50mm时,混凝土具有较高抗折强度。
2配合比原材料中采用紧密堆积的粗集料,对提高混凝土抗折强度有利。
3强度等级较高的混凝土中,用10%～20%的粉煤灰取代水泥,可显著提高混凝土抗折强度;掺入磨细矿渣对此混凝土抗折强度影响不大。
4普通混凝土中,掺入粉煤灰,混凝土的抗压强度变化不大,且28天抗折强度随粉煤灰掺量增加而下降;适量掺入活性较高的磨细矿渣,可增强砂浆的胶凝性能,提高混凝土28天抗折强度。
参考文献材,2003（11[1]罗军1浅谈路面混凝土抗折强度的影响因素1广东建[2]傅智1水泥混凝土道路未来重要研究方向1北京:
中国[3]李志平,王泽明1混凝土抗折强度的影响因素及质量控[4]周明凯,万冬云,田中青1改善混凝土界面结构的途径1[联系电话] 137********[电子信箱] linde_2004@tom1com[5]张潮生,余少波1粗集料对道路混凝土抗折强度的影响[作者简介] 马烨红（1982—,女,华南理工大学材料学院[通讯地址] 广州华南理工大学材料学院2004级硕士研究公路学报,1994（1抗压2915221919151510231319141812抗折611416410316418411411抗压4113371829122617361732113016抗折717715611515618613516抗压5416531352154811481151105315抗折913910817816813911817表7 不同矿渣取代量的胶砂强度3天（MPa7天（MPa矿渣替代率0%20%30%28天（MPa抗压抗折抗压抗折抗压抗折1上海建材,2003（42004级硕士研究生制1西安公路交通大学学报,1996（3武汉理工大学1河南建材,2001（1生（510640
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