热带地区高吸水率骨料对混凝土性能的影响

2018-08-03温超凯刘晓钰祝云陈景

商品混凝土 2018年7期

温超凯，刘晓钰，祝云，陈景

（中建西部建设西南有限公司，四川成都 610052）

0 引言

作为“基建狂魔”的中国，正越来越多的承建世界范围内不同种类的工程，例如铁路、公路、房建、水利等。不同的国家将面临不同的气候环境，不同的原材料特性，这成为我国在海外的工程公司面临的巨大挑战。印度尼西亚作为东南亚最大经济体，其发展趋势不容小视，Meikarta 项目位于印度尼西亚西爪哇加西芝卡朗地区，为印尼最大的新城建设项目，总建筑面积超过8000 万平方米，容纳超过 100 万人的城市社区。

Meikarta 项目一期工程混凝土需求量将超过 450 万立方米，巨大的混凝土需求量对原材料的保供产生巨大的压力。骨料作为混凝土重要原材料之一，其占据混凝土体积的 70% 左右，骨料质量的好坏将直接影响混凝土的性能。国标中规定混凝土用粗骨料的吸水率应不大于 2%，但印尼某些地区的粗骨料吸水率达到 3%，这为工程建设和混凝土的质量控制带来的新的难题。

目前国内对高吸水率骨料的研究主要集中在再生骨料，研究结果表明[1-3]，高吸水率骨料主要影响混凝土的工作性能，特别是坍落度损失；同时影响混凝土的干缩和徐变，造成混凝土干燥收缩较大，在热带地区影响更为明显。因此，研究印尼热带地区高吸水率骨料对混凝土性能的影响，对指导高吸水率骨料在混凝土中的应用具有工程意义。

1 原材料及试验

1.1 原材料

水泥：采用 GarudaOPC 水泥，初凝时间 165min，终凝时间 265min，3d 抗压强度 28.9MPa，28d 抗压强度 56.4MPa，安定性合格。

粉煤灰：采用 Suralaya 电厂Ⅱ级 C 类粉煤灰，需水比 95%，细度 18.6%，烧失量 2.4%，安定性合格。

矿粉：采用 Jakarta 水泥厂 S95 级矿粉，流动度比105%，28d 活性 105%。

细骨料：采用 KalimantanⅡ区河砂，级配合理、质地均匀坚固、细度模数 2.7～2.8。

外加剂：聚羧酸减水剂，固含量 21%。

粗骨料：采用印尼当地高吸水率骨料和普通骨料，为 5～31.5mm连续级配碎石，其中两种骨料均为干骨料，其主要性能见表 1。

表 1 粗骨料检测指标

1.2 试验配合比

试验对比研究高吸水率骨料和普通骨料对 C30 和C50 混凝土性能的影响，配合比如表 2 所示。

表 2 基准配合比 kg/m3

2 结果与分析

2.1 混凝土工作性能

C30 和 C50 混凝土工作性能试验结果如表 3 所示，在保证用水量和外加剂用量相同的条件下，高吸水率骨料不利于混凝土的初始工作性能，且混凝土 1h 坍落度损失较大，普通骨料混凝土 1h 坍落度基本无损失。

表 3 混凝土工作性能

C30-1 和 C50-1 组混凝土工作性能和坍落度损失均优于采用高吸水率骨料的 C30-2 和 C50-2 组混凝土。混凝土中采用高吸水率骨料，在用水量和外加剂用量相同的条件下，高吸水率骨料吸收了混凝土中的水分，造成混凝土初始工作性能下降，且随着时间的推移高吸水率骨料吸收的水分逐渐增加，造成混凝土中自由水减少，从而影响混凝土的坍落度损失。由试验可知，C30 和C50 混凝土均得出相同的规律。

2.2 混凝土力学性能

混凝土力学性能试验结果如表 4 所示，采用高吸水率骨料的 C30-2 组混凝土 28d 抗压强度同 C30-1 组混凝土基本相同，但 56d 抗压强度较 C30-1 组下降了3.2MPa，说明采用高吸水率骨料主要影响混凝土的长龄期抗压强度，C50 混凝土具有相似的规律。

表 4 混凝土力学性能

高吸水率骨料对混凝土抗压强度的影响主要体现在其对混凝土中用于水泥水化自由水的影响，一方面高吸水率骨料吸收了混凝土中的部分自由水造成混凝土水胶比降低，从而提高混凝土的强度；另一方面由于骨料周围的水分被骨料吸收，造成可用于水泥水化的自由水减少，从而使包裹在骨料周围的水泥水化不充分，在混凝土内部形成大量缺陷，不利于混凝土的抗压强度的增长。在两种效果的共同作用下，造成混凝土 28d 抗压强度接近但降低了 56d 抗压强度，且高吸水率骨料对 C30抗压强度的影响大于 C50 混凝土。

2.3 混凝土抗渗性能

混凝土的抗渗性能在很大程度上影响混凝土的长期耐久性能[4]，高吸水率骨料对混凝土抗渗性能的影响将直接影响其在混凝土中的应用。试验对比研究了高吸水率骨料对 C30 和 C50 混凝土抗渗性能的影响，试验结果如表 5 所示。

表 5 混凝土氯离子渗透扩散系数

混凝土氯离子渗透扩散系数试验结果如表 5 所示，采用高吸水率骨料的 C30-2 和 C50-2 组混凝土氯离子渗透扩散系数分别为 6.54×10-12和 3.39×10-12，较 C30-1和 C50-1 组分别提高了 27.7% 和 24.6%。说明采用高吸水率骨料制备的混凝土内部存在较多缺陷，不利于混凝土的密实性。因此，采用高吸水率骨料会降低混凝土的抗渗性能。

2.4 混凝土干燥收缩性能

混凝土停止养护后，置于未饱和空气中的混凝土因失去内部毛细孔和凝胶孔的吸附水而发生的不可逆收缩，称为干燥收缩变形，是混凝土收缩的主要影响因素，也是造成混凝土开裂的较为重要的原因[5]。高吸水率骨料对混凝土干燥收缩的影响将直接导致高吸水率骨料在混凝土中的应用，试验对比研究了高吸水率骨料对C30 和 C50 混凝土干燥收缩的影响，试验结果如表 6、图 1 和图 2 所示。

表 6 混凝土干燥收缩测试结果

图 1 C 30 混凝土干燥收缩测试结果

图 2 C 50 混凝土干燥收缩测试结果

由图 1 可知，采用高吸水率骨料的 C30-2 组混凝土的 28d 干燥收缩率为 331×10-6，较采用普通骨料的C30-1 组混凝土的 28d 干燥收缩提高了 21.7%。C50-2组混凝土的 28d 干燥收缩率为 271×10-6，较采用普通骨料的 C50-1 组混凝土的 28d 干燥收缩提高了 16.8%。说明采用高吸水率骨料可以显著增加混凝土的干燥收缩，增大混凝土开裂的风险。

2.4 混凝土碳化性能

混凝土抗碳化性能直接影响混凝土的长期使用性能，碳化反应将导致混凝土内部的碱度降低，减弱混凝土对钢筋的保护作用，可能导致钢筋的锈蚀[6]。试验对比研究了高吸水率骨料对 C30 和 C50 混凝土抗碳化性能的影响，试验结果如表 7 所示。

表 7 混凝土碳化试验结果

由表 6 可知，高吸水率骨料相对普通骨料制备的混凝土抗碳化能力较差，且其对 C30 混凝土抗碳化性能的影响大于其对 C50 混凝土抗碳化性能的影响。从混凝土抗氯离子渗透性能试验结果可以得出，高吸水率骨料对混凝土碳化性能的影响主要体现在其制备混凝土内部结构密实性稍差，由于高吸水率骨料混凝土的密实性稍差，造成混凝土抗碳化能力降低。对于 C50 混凝土，由于其水泥用量较高，混凝土本身的密实性较高，因此高吸水率骨料对 C50 混凝土的抗碳化性能的影响相对 C30 混凝土较小。