C50P8 超大体积筏板混凝土力学性能及耐久性能的研究

周风华，杨海涛

（1.天津市建设工程质量安全监督管理总队，天津 300000；2.中建商品混凝土天津有限公司，天津 300450）

0 引言

近十几年来，伴随超高层建筑物的发展，钢筋混凝土结构的应用越来越广泛[1]。基础采用箱基、筏基等混凝土结构，这些基础筏板的混凝土结构相对于普通大体积混凝土结构具有自己的特点[2-5]：首先，对于结构断面而言，民用筏板基础块体较薄、体积小、混凝土用量少，通常按照受力情况进行钢筋配置，而水利水电工程的块体较厚，体积比较大，基本不配筋或者只配构造筋[6]；其次，筏板基础大体积混凝土每方水泥用量较多，设计强度等级高，而普通民用筏板单方水泥用量较少，设计强度等级较低；高层筏板基础大体积混凝土的浇筑方法整体性要求高，并且要求混凝土连续性浇筑[7]，而普通民用筏板可以合理分缝分块浇筑，从而减少一次的浇筑量[8]。

本课题基于天津 117 项目，深入研究了原材料对混凝土绝热温升的影响，优选性能优良的原材料，并提出合理匹配方法，以在减少和延缓混凝土水化热峰值的基础上，寻找强度与水化温升之间的平衡点，确定设计配合比。最终通过确定掺合料合理掺量、混凝土的强度、水化热及耐久性能等指标的要求，建立 C50P8 超大体积混凝土的配合比评价体系。

1 材料及实验方法

1.1 材料

（1）水泥：采用冀东 P·O 42.5水泥，技术指标符合现行国家标准要求。水泥比表面积为 350m3/kg；水泥的碱含量小于 0.6%；在对其进行安定性、凝结时间、强度、比表面积、烧失量、含碱量、三氧化硫和不溶物等全项目抽检后，其指标全部合格，部分检验结果见表1 所示。

表1 水泥基本性能

（2）粉煤灰：选用北疆电厂 Ⅰ 级粉煤灰和 Ⅱ 级粉煤灰，在产量满足的前提下，优先采用 Ⅰ 级粉煤灰，其 Cl-的含量不超过 0.02%，SO3含量不超过 3%，游离 CaO 不超过1.0%。依据现行国家标准 GB/T1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》对粉煤灰进行检验，两种粉煤灰的检测指标如表2 所示。

表2 粉煤灰基本性能

（3）矿粉：选用建昌 S95 级矿粉，其主要检测指标见表3。

表3 矿粉基本性能

（4）减水剂：依据 GB8086—1998《混凝土外加剂》中的相关规定，对所选用的博特生产的高性能聚羧酸减水剂的相关性能进行实验室检测，结果见表4。本文减水剂掺量按照厂家建议添加。

表4 减水剂性能指标

（5）砂子：采用闽江的天然河砂，该砂细度适中、含泥量、泥块含量低，有机物含量少，经试验验证无碱活性。细集料的相关性能检测如表5 所示。

表5 河砂基本性能

（6）石子：采用玉田碎石，相关基本性能见表6。

表6 碎石基本性能

1.2 试验方法

（1）混凝土拌合物性能试验

采用 GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》对混凝土拌合物的性能测试。

（2）混凝土力学性能试验

采用 GB/T50081—2011《普通混凝土力学性能试验方法标准》对混凝土力学性能进行测试。

2 结果与分析

依据工程设计要求、配合比设计标准进行配合比设计，按胶凝材料总量 450～500kg/m3，矿物掺合料用量30%～50%，水灰比 0.33～0.36，通过调整外加剂的掺量来控制混凝土的工作性，在保证不出现泌水、泌浆的前提下具有较好的流动性，测试混凝土的坍落度和扩展度及 7d、28d 抗压强度。配合比设计、工作性能和力学性能结果见表7。

表7 配合比设计、工作性能和力学性能结果 kg/m3

通过强度结果可以发现：用水量为 158kg 的 9 组试样平均强度为 55.8MPa，用水量为 164kg 的 9 组试样平均强度为52.1MPa，用水量降低 8kg，平均强度增加了 7%；胶材总量在 481kg 以上的两组试样的平均强度为 57.3 MPa，胶材总量为 455kg 的四组试样的平均强度为 55.0 MPa，胶材总量增加 26kg，平均强度增加了 4.2%；水泥用量低于 220kg 的两组试样的平均强度为 49.0MPa，水泥用量为 265kg 的两组试样的平均强度为 54.6MPa，水泥用量增加 45kg，平均强度上升了 11.4%。结合工作性能与力学性能对试样配比进行综合分析，优选出了五组配合比进行反复验证的试验后确定采用C5001、C5008、C5016 三组配比，进行水化热及相关的耐久性试验。

3 C50P8超大体积筏板混凝土耐久性评价

3.1 水化热性能

在强度要求得到满足的情况下，应当优选胶凝材料水化热较低的配合比，因此 C5001、C5008、C5016 三组胶凝材料进行水化热检测，结果见表8。

表8 净浆 3d 和 7d 水化热

由表8 可见，三组配合比中 3d 的水化热最高的是 C5001为 215kJ/kg，C5016 最低为 174kJ/kg，C5008 的水化热略高于C5016；7d 水化热值 C5008 最低为 228kJ/kg；早期水化热的来源主要是水泥，所以水泥比例越大水化热越高，因此 3d水化热值 C5001＞C5008＞C5016；而 7d 时水化热因矿粉和粉煤灰活性的发挥受到影响，由于 C5016 的总胶凝用量大于C5008，故 7d 水化热值C5001＞C5016＞C5008。同时 C5008的 28d 抗压强度符合强度要求为 57.9MPa。所以结合工作性、力学性能及水化热三方面评价，C5008 配合比的综合评价最高。

3.2 抗渗性能

根据 GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中抗水渗透试验方法对 C5001、C5008、C50016 进行抗渗试验，来评价混凝土的抗渗等级，试验结果见表9。

表9 抗渗性能测试结果

如表9 所示，上述三组配合比的抗渗等级均达到 P10，从渗水高度看 C5001 及 C5008 的渗水高度低于 C5016，说明C5001 及 C5008 抗渗性优于 C5016。

3.3 抗氯离子渗透性能

借助电通量试验方法对选定配合比为 C5001、C5008、C50016 的试样进行混凝土抗渗试验，来评定混凝土的抗 Cl-渗等级。龄期为 28d、56d，测试结果如表10。

表10 氯离子抗渗透性能试验结果

如表10 所示，配合比 C5001、C5008 在两个龄期时的电通量都比较低，均处于 100～1000 的极低范围，具有很好的抗氯离子渗透性能。通过 28d 及 56d 的测试结果分析三个配合比的 56d 的电通量值与 28d 相比均减少了 300C 左右，说明采用大掺量矿物掺合料技术，降低水灰比的设计思路有助于提高混凝土的长期抗氯离子渗透性能。

3.4 抗碱—集料反应性能及抗钢筋锈蚀性能

依据原材料的碱含量及氯离子含量的检测结果计算不同配合比下混凝土的碱含量和 Cl-含量，结果见表11。

表11 混凝土的碱含量和 Cl- 含量计算结果

CECS53:93《混凝土碱含量限值标准》中规定，重要工程结构潮湿环境下混凝土中的最大碱含量为 3.0kg/m3；GB50164－2011《混凝土质量控制标准》中规定,预应力混凝土结构的最大氯离子含量为 0.06%。由以上结果可见，各配合比混凝土的碱含量指标和氯离子含量均符合要求。

3.5 抗硫酸盐侵蚀性能

依据 GB/T50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中抗硫酸盐侵蚀试验方法，检测结果见表12。

表12 硫酸盐侵蚀试验结果

如表12 所示，经 120 次侵蚀其耐蚀系数为 96.5%；经抗硫酸盐侵蚀 150 次，耐蚀系数为 87.1%，满足规范中不得小于 75% 的要求。

4 结论

试验通过确定掺合料的合理掺量、混凝土的强度以及耐久性能等指标的要求，建立 C50P8 超大体积混凝土的配合比评价体系，满足了筏板混凝土的体积大、设计使用年限长的要求。

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