阿联酋与中国混凝土配合比设计方法所设计的C40 混凝土的比较

周 康 王力尚 刘仍光 李 晶 杨建伟

(1 中国建筑股份有限公司中东有限公司，迪拜；2 清华大学土木工程系，北京100084；3 青岛农业大学建筑工程学院，山东 青岛266109)

阿联酋位于中东地区，属于热带沙漠气候，夏季漫长，白天气温高达40.6-48.2℃，夜间最低气温也在30℃以上。近年来，阿联酋经济发展迅速，建设投入不断增加，开展了大规模的基础设施建设和房地产开发，混凝土的需求量很大。尽管受2008 年经济危机的影响，阿联酋工程建设速度放缓，但近期建设市场开始复苏。中资建筑公司在阿联酋承揽了大量工程项目，混凝土是由当地搅拌站提供。阎培渝等[1]介绍了阿联酋混凝土生产和质量控制情况，并与国内混凝土现状进行了对比。为了使在阿联酋的中方工程技术人员更好的掌握当地混凝土的性能，本文系统介绍了阿联酋混凝土原材料的特点，分析了当地混凝土配合比设计方法，并采用阿联酋与我国的混凝土配合比设计方法分别设计两组C40 混凝土，测试其强度发展。在阿联酋高温干燥环境下，新拌混凝土坍落度损失过快且早期开裂严重，为了改善此现象，在混凝土掺入预先吸水的SAP。本文测试了掺SAP 后对混凝土的坍落度和强度的影响。

1 原材料

阿联酋所用混凝土的组成材料与国内有所不同，水泥等材料一般遵循欧洲和美国标准，首先介绍当地混凝土的组成原材料和使用标准。

1.1 水泥

阿联酋市场供应的水泥一般遵循欧洲标准EN197-1，主要为CEM I 42.5N 波特兰水泥和CEM II/B-V 32.5N 粉煤灰波特兰水泥。CEM I 波特兰水泥不含任何矿物掺合料，CEM II/B-V 粉煤灰波特兰水泥含16%～31%的粉煤灰。本文试验所用水泥是由RAS AL KHAIMAH CEMENT COMPANY 生产的CEM I 42.5N 波特兰水泥，水泥化学组成如表1 所示，物理性能如表2 所示。符合欧洲标准EN197-1CEM I 42.5N 的要求。

1.2 高炉磨细矿渣粉(GGBS)

矿渣由日本、中国等地进口，在当地磨细加工，比表面积大约为450m2/kg。英国标准BS 6699 规定，用70%的磨细矿渣粉+30%CEM I 42.5N 波特兰水泥混合，进行胶砂强度试验确定其活性系数，要求复合胶凝材料胶砂28d 强度大于32.5MPa。当地的磨细矿渣粉供应稳定，价格低廉，是主要的矿物掺合料。根据BS 6699:1992标准检测的高炉磨细矿渣粉的化学组成如表3示。试块28d 强度在(22±1)℃条件下测试，结果满足BS 6699:1992 标准的要求。高炉磨细矿渣粉试验结果也符合ASTM C989-06 标准的要求。

1.3 粉煤灰

当地的粉煤灰由印度、南非等地进口，品质稳定，但价格高于磨细矿渣粉，主要用于生产粉煤灰波特兰水泥，也称为Powercrete Cement。混凝土生产商一般不愿意单独使用粉煤灰掺入混凝土中。本文试验所用粉煤灰水泥是由RAS AL KHAIMAH CEMENT COMPANY 生产的粉煤灰水泥，是由70%波特兰水泥+30%粉煤灰组成。粉煤灰水泥的化学组成和物理性能如表4 所示。

1.4 硅灰

硅灰由中国等地进口，是一种当地常用的矿物掺合料。当需要改善混凝土的密实性，提高其耐久性和泵送性时，常使用胶凝材料总量5%～8%的硅灰。试验所用硅灰的化学组成如表5 所示。硅灰的化学组成符合ASTM C 1240:05 的规定。硅灰的密度为1970kg/m3，堆积密度为703kg/m3，Na2O 有效碱当量为0.31%。

1.5 骨料

骨料主要使用当地的破碎石灰石粗骨料、人工砂和沙漠砂。阿联酋遵循欧洲技术规范，使用单粒级骨料，全部为人工破碎制的，不含针片状颗粒，含泥量接近于0，无碱活性。骨料分为20mm、10mm、5mm 三种粒径，另外还使用细度模数仅为0.64 的沙漠砂。粗骨料最大粒径为20mm，分为10～20mm、5～10mm两个单粒级。最大粒径5mm 的人工砂的细度模数为3.54，属于粗砂，与很细的沙漠砂和两种粗骨料搭配，如表6 中所示。各粒级的骨料按一定比例混合，得到符合要求的骨料组合，形成较为理想的级配曲线。骨料按一定比例混合后的粒度分布，符合英国标准BS 882 的要求，如图1 所示。

表1 水泥的化学组成

表2 水泥的物理性能

表3 GGBS 化学组成

表4 粉煤灰水泥的化学组成和物理性能

表5 硅灰的化学组成 （%）

表6 阿联酋的混凝土骨料筛分试验结果（%）

图1 混合骨料的粒度级配

1.6 水

混凝土搅拌用水为本地自来水，由海水淡化而来，水的化学分析符合标准BS 3148:1980 的要求。

1.7 减水剂

阿联酋目前主要使用聚羧酸减水剂。根据混凝土的强度等级高低，分别使用高浓度、中等浓度和低浓度的三种类型减水剂。本文试验所用减水剂为EPSILONE HW 370 型减水剂。

1.8 SAP

超吸水树脂(Super absorbent polymer, 简称SAP)，其具有比自身质量大数百倍乃至上千倍的吸水能力，吸水后的SAP 会在环境湿度变化、溶液pH 值升高或离子浓度变大的情况下释放出水分。本文试验所用SAP 为法国公司生产的FLOSETTM 129 XS 高效内养护剂。

2 混凝土配合比设计

阿联酋的混凝土配合比设计一般按照英国规范进行。根据处于不同环境条件的结构所要求的耐久性能，首先确定相应的最大水胶比和最小胶凝材料用量。在此基础上，根据混凝土的强度等级和早期强度要求，确定水胶比，然后再确定胶凝材料用量和组成，因此就可以由水胶比计算出混凝土用水量。在胶凝材料和用水量确定后，即可由体积法算出骨料的用量。

根据具体结构部位的不同和各混凝土生产商的习惯，混凝土的胶凝材料组成变化较大，而骨料组成变化较小。处于地面以下的混凝土中一般掺有较大量的矿渣和部分硅灰，保证混凝土的密实性，以满足混凝土的耐久性，而地面以上的结构，混凝土耐久性要求相对较低，混凝土中一般掺有一定的粉煤灰。表7 为按照阿联酋和我国混凝土配合比设计方法分别设计的两组C40 混凝土，一组中掺加矿渣和硅灰掺合料，另一组中掺入粉煤灰，混凝土的坍落度要求在200mm 左右。在阿联酋高温干燥环境下，新拌混凝土坍落度损失过快且早期开裂严重，为了改善此现象，在混凝土掺入预先吸水的SAP。本试验测试掺SAP 混凝土的初始坍落度和抗压强度。

由于当地混凝土骨料颗粒级配和国内的差异性，按照实际工程项目上所采用的混凝土配合比中粗细骨料的百分比含量将骨料总量进行分配，得到本次试验各粒径骨料的用量如表8 所示。

表7 混凝土配合比（kg/m3）

表8 骨料颗粒级配含量 （kg/m3）

从表7 中可以看出，对于阿联酋混凝土配合比，其胶凝材料总量与国内近似，均为400kg/m3左右。掺磨细矿渣粉掺合料的配合比中，矿渣掺量很大，高达胶凝材料总量的65%，而我国混凝土配合比中矿渣的掺量一般达不到这么高，本试验按我国混凝土配合比设计的混凝土，矿渣掺量为25%，与阿联酋的配比对比，相对较小。由于矿渣掺量较大，为了满足混凝土的强度和密实性，掺入了一定量的硅灰，而我国一般在高强度混凝土中掺入硅灰。由于阿联酋当地粉煤灰价格昂贵，因此粉煤灰用量一般很小，在本试验掺粉煤灰掺合料的配合比中，粉煤灰掺量仅为15%；而我国粉煤灰产量较大，价格较低，在混凝土中掺量相对较大，在本试验中掺量为25%。对于同强度等级的混凝土，阿联酋混凝土配比中水胶比普遍小于我国混凝土配合比的水胶比。

3 试验方法

按照表7 中的配合比拌制混凝土。掺SAP 配比的混凝土拌制时，按每立方米混凝土中由SAP引入5kg 水的标准使用，SAP 按1:25 的比例预先进行吸水，即每立方米混凝土中加入200g 的SAP。预先使SAP 吸水均匀，然后与水泥、砂、石及掺合料等一同加入搅拌机中，加水搅拌，搅拌时间可适当延长，使SAP 分散均匀。各种混凝土原材料均在室内存放，温度为25℃，混凝土搅拌也在室内进行。

混凝土搅拌均匀后，根据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》(GB/T50080-2002)[2]中要求测试新拌混凝土的坍落度。然后成型100mm×100mm×100mm立方体试块，1d 后拆模，25℃水中养护。养护至龄期7d、28d时测试混凝土的抗压强度。

4 试验结果与讨论

根据所测各配比混凝土的坍落度可知，阿联酋混凝土配合比中搅拌用水量较少，为了达到相同的混凝土流动性，减水剂用量较大。A1 配比中，矿渣的掺量为65%，矿渣的密度小于水泥的密度，单位质量胶凝材料的体积变大，即导致水与胶凝材料的体积水胶比减小。A1 配比中又掺有5%的粒径非常小的硅灰，使得混凝土流动性降低，粘聚性增强，不易于施工操作。各配比混凝土中掺入预先吸水的SAP，新拌混凝土的坍落度稍有增加。因为初期水泥快速溶解、水化，混凝土中孔溶液pH 值快速升高。溶液pH 值升高后，混凝土中掺入的预先吸水的SAP 饱和度大大下降，会逐渐释放出其吸收的部分水，所以混凝土的坍落度不减反而有所增加

各配比混凝土7d、28d 龄期时的抗压强度如表9 所示。

表9 混凝土抗压强度（MPa）

从表9 中可以看出，阿联酋混凝土配比的水胶比较小，混凝土强度发展快，7d 时抗压强度均高于国内混凝土配比强度。粉煤灰的活性相对于矿渣较低，掺粉煤灰掺合料混凝土的强度相对较低，特别是粉煤灰掺量较大的C2 配比。28d 时混凝土的抗压强度除了C2 组较低外，其它组配比比较接近。混凝土中掺入预先吸水的SAP 后，对于掺矿渣的混凝土强度并没有降低，而对掺粉煤灰的混凝土强度有所降低。

5 结论

阿联酋混凝土配比与我国混凝土配比存在一定的差异，其配比中水胶比普遍小于国内混凝土配合比，但胶凝材料总量与国内相比相差不大。当地矿渣价格低廉，活性较高，掺矿渣掺合料的混凝土中，矿渣掺量较高。为了满足强度和密实性等要求，同时掺入了一定量的硅灰，主要用于地面以下混凝土结构中。阿联酋粉煤灰价格较高，掺量一般较小，主要用于地面以上混凝土结构中。当地混凝土的骨料采用单粒级骨料，细骨料中含有很细的沙漠砂，各粒级的骨料按一定比例混合，得到符合要求的骨料组合。

阿联酋混凝土配比中水胶比相对较低，为了满足工作性要求，减水剂用量较大；掺矿渣的混凝土，由于矿渣掺量较高且掺有一定量的硅灰，混凝土的粘聚性较强，不易于施工操作。

对于C40 混凝土，龄期7d 时阿联酋配合比混凝土抗压强度高于国内配合比混凝土，早期强度发展较快，但28d 时，各配比混凝土抗压强度相差不大，除粉煤灰掺量较大的国内配比混凝土强度较低。

在混凝土中掺加预先吸水的SAP，对阿联酋与国内配合比混凝土的初始坍落度稍有增大，改善了混凝土的工作性。掺SAP 后，对掺矿渣掺合料的混凝土强度没有降低，而对掺粉煤灰掺合料的混凝土强度有所降低。

[1] 余涛,阎培渝. 阿联酋的混凝土生产与质量控制[J]. 混凝土世界,2012,08:93-95.

[2] 中华人民共和国国家规范.普通混凝土拌合物性能试验方法标准(GB/T50080-2002)[S].北京：中国建筑工业出版社,2009.