适用于东北地区的一种混凝土配合比的研究★

杨 斌 盛 彬 王珺卓 方 涛 罗义生 张懿婷 贾艳敏*

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)



适用于东北地区的一种混凝土配合比的研究★

杨 斌 盛 彬 王珺卓 方 涛 罗义生 张懿婷 贾艳敏*

(东北林业大学土木工程学院，黑龙江 哈尔滨 150040)

为了充分利用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料，提出一个适用于东北地区的C40混凝土配合比，以力学性能为指标，在常温下进行了抗折和抗压试验，结果表明：当水胶比为0.36，砂率为40%时，单掺粉煤灰等量取代比例为30%的力学性能最佳，适合应用于东北地区。

配合比，东北地区，力学性能，冻融试验

0 引言

目前，随着人们的环保意识越来越强，很多人已经开始把工业废料再生产出的粉煤灰、矿渣等掺合料用来取代水泥，从而广泛应用到混凝土工程中[1]。常温下，人们对单掺粉煤灰、矿渣混凝土和复掺粉煤灰和矿渣混凝土力学性能的研究已经比较深入[2-4]，但对低温下掺加矿物掺合料的混凝土力学性能的研究并不多，如刘军[5]、隋昊[6]等人的研究，特别是把常温与低温下不同掺合料混凝土的力学性能结合在一起的研究。因此，本文拟通过对粉煤灰、矿渣混凝土在常温下的力学性能进行测试，筛选出强度最高的混凝土继续进行低温下的冻融试验，从而挑选出适合东北地区的最佳的混凝土配合比。

1 试验的原材料与方法

1.1 试验材料

水泥：采用哈尔滨市亚泰集团“天鹅牌”P.O42.5水泥，其各项性能见表1。

表1 水泥的性能

砂：采用河砂，细度模数2.6，Ⅱ区级配合格；碎石：为哈尔滨市玉泉镇生产，级配为5 mm～31.5 mm；粉煤灰：为哈尔滨热电厂产Ⅱ级粉煤灰，其品质指标见表2。

表2 粉煤灰的性能

矿渣：为S95级矿渣粉，其品质指标见表3。

表3 矿渣的性能

外加剂：采用佳木斯宏远建筑外加剂有限公司生产的萘系高效减水剂和引气剂；水：哈尔滨洁净的自来水。

1.2 试验的设计方案

本次试验设置一个基准混凝土A-0，即不掺任何掺合料的普通混凝土做对比，然后分别设置粉煤灰等量取代(下文简称工况B：B-1，B-2，B-3)、粉煤灰超量取代(工况C：C-1，C-2，C-3，超量取代系数1.2)、矿渣等量取代(工况D：D-1，D-2，D-3)以及粉煤灰、矿渣双掺(工况E：E-1，E-2，E-3)等量取代水泥，取代比初步定为15%，30%，40%。其中混凝土配合比按照JGJ 55—2011普通混凝土配合比设计规程进行设计，配合比见表4。

1.3 试验方法

本次试验根据GBT 50080—2002普通混凝土拌合物性能试验方法标准制备100 mm×100 mm×100 mm的混凝土立方体试件，制备100 mm×100 mm×400 mm的混凝土棱柱体试件。先进行原材料的称量，然后进行混凝土的拌合、浇筑、振捣，成型后自然养护24 h后拆模、编号，并立即放入温度(20±2)℃，相对湿度为95%以上的标准养护室中养生。

2 试件的测试和试验的结果

2.1 常温下试件的测试和试验结果

按照GBT 50081—2002普通混凝土力学性能试验方法标准，在混凝土试件养护7 d时，每组取出3块立方体试件采用YE-2000液压式压力试验机进行抗压测试；在养护试件28 d时，每组分别取出3块立方体和3块棱柱体试件，其中棱柱体试件采用WE-300液压式万能试验机进行抗折测试。检测的结果如表5所示。

对每组混凝土抗压和抗折实验所得数据处理后将结果列于表5，筛选出力学性能最佳的配合比，从表5中可以看出，对于工况B粉煤灰等量取代，选择B-2组取代比为30%；对于工况C粉煤灰超量取代，选择C-1工况取代比为15%；对于工况D矿渣等量取代，选择D-1组取代比为15%；对于工况E粉煤灰和矿渣双掺等量取代，选择E-3组取代比为40%的配合比进行接下来的低温下的试验。

表5 混凝土抗压、抗折强度检测结果 MPa

2.2 低温下试件的测试和试验结果

本实验通过冻融试验来模拟东北地区混凝土在冬天的环境，冻融试验分为快冻法和慢冻法，此次试验采用快冻法，按照国家标准GB/T 525—94和GB/T 50082—2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法和DL/T 5150—2001水工混凝土试验规程，试件养护24 d后从标准养护室取出，进行外观检查，然后将试件放入温度为15 ℃～20 ℃的水中浸泡，浸泡时水面至少应高出试件顶面20 mm，试件浸泡4 d后进行冻融试验。每次冻融循环应在2 h～4 h内完成，其中用于融化的时间不得小于整个冻融时间的1/4。在冻结和融化终了时，试件中心温度应分别控制在(-17±2)℃和(8±2)℃。每块试件从6 ℃降至-15 ℃或从-15 ℃升至6 ℃ 所用的时间分别不得少于冻结时间的1/2或融化时间的1/2，试件内外温差不宜超过28 ℃。此次试验分别设置冻融30次，60次，90次，每一个循环结束后，每组取出3个试件进行抗折试验。测试的结果见表6。

表6 不同组在冻融后的抗折强度 MPa

3 试验结果的分析

将表6的数据进行整理，得到图1。可以看出，随着冻融次数的增加，4个组的强度都逐渐下降，其中，B-2组冻融循环30次，60次，90次时抗折强度下降幅度依次为30.82%，55.74%，61.15%；C-1组依次为31.82%，59.39%，82.27%；D-1组依次为

11.32%，54.34%，60.57%；E-3组依次为11.78%，34.89%，61.56%。由此可见，C-1组下降最大，从6.6 MPa迅速降至1.17 MPa。同样是单掺粉煤灰的B-2组，下降的幅度小很多，其在未冻融前强度就很高，在每个冻融循环后检测强度时其强度都处在较高水平。而D-1组和E-3组下降幅度不大，冻融循环90次后的抗折强度与B-2组相近，但是这两组的初始强度都不高。

试验结果表明，由于粉煤灰颗粒大都呈封闭结实的球形，且内表面积和单分子吸附水小，其形态、微集料效应使得粉煤灰水泥的和易性好，能填充到水泥颗粒间，改善颗粒级配，干缩性小，具有较高的抗拉强度；此外，粉煤灰水化速度慢，比矿渣的水化热低，水化热产生的微裂缝较少，从而改善混凝土的内部结构，提高抗冻性。因此，相比之下，粉煤灰在等量取代水泥时的混凝土具有更好的力学性能。

4 结语

通过本文的试验研究，可以得到一组适用于东北地区的C40混凝土配合比，水泥∶石子∶砂子∶水∶粉煤灰=315 kg∶1 046 kg∶697 kg∶162 kg∶135 kg，该配合比既绿色环保，充分利用粉煤灰，又在同等条件下有着最佳的力学性能，可以在实际工程中推广应用。

[1] 艾红梅,白军营.环境协调型绿色混凝土的发展[J].混凝土,2010(12):93-95.

[2] 李 迁.磨细矿渣在高性能混凝土中的应用研究[J].辽宁大学学报(自然科学版),2009(4):322-325.

[3] 李益进,周士琼,尹 健,等.超细粉煤灰高性能混凝土的力学性能[J].建筑材料学报,2005(1):23-29.

[4] 李志刚,李家和,张洪贵.粉煤灰与矿渣复合掺合料对混凝土强度影响[J].低温建筑技术,2009(4):17-19.

[5] 刘 军,李振国,田 悦,等.低温条件下矿物掺合料对混凝土强度发展及抗冻临界强度的影响[J].沈阳建筑大学学报(自然科学版),2006(3):415-418，427.

[6] 隋 昊.低温下复合掺合料对混凝土性能的影响[J].低温建筑技术,2013(5):11-12.

Study on concrete mixing proportion fitting to northeastern region★

Yang Bin Sheng Bin Wang Junzhuo Fang Tao Luo Yisheng Zhang Yiting Jia Yanmin*

(SchoolofCivilEngineering,NortheastForestryUniversity,Harbin150040,China)

In order to make full use of fly ash, slag and other mineral admixtures, put forward a suitable for application in the northeast area of C40 concrete with ratio, in mechanical properties as the index, in room temperature resistance strength and compressive test. The results show that when the ratio of water to cement ratio is 0.36 and the sand ratio is 40%, the mechanical properties of the equivalent replacement ratio of fly ash is 30%, which is suitable for the northeast region.

mix proportion, northeast region, mechanical property, freezing and thawing experiment

1009-6825(2016)10-0096-02

2016-01-27★：国家级大学生创新训练计划项目(项目编号：201510225053)

杨 斌(1994- )，男，在读本科生

贾艳敏(1962- )，女，博士生导师，教授

TU528

A