不同品种水泥对C55 高性能混凝土性能影响的研究*
2021-01-13吕剑锋田帅姜敏陈忠玉
吕剑锋 ，田帅 ，姜敏 ，陈忠玉
（1.云南建投绿色高性能混凝土股份有限公司 云南 昭通 657000）
（2. 云南省高性能混凝土工程研究中心 云南 昆明 650501）
0 引言
混凝土导热性能很差，水泥水化过程中释放的热量易集聚在混凝土内部造成混凝土内部温度较高，当混凝土内外温差超过一定限度就会造成混凝土开裂，对结构承载力和耐久性造成严重影响[1-2]。而在山区高速公路桥梁建设中，由于工期紧，对混凝土早期强度有较高要求，所用混凝土等级较高、胶凝材料用量大，加之构件尺寸大，所处环境空旷、干燥、风大，构件养护难度大，气温和空气湿度变化容易使混凝土产生温度应力、收缩应力，形成温度裂缝及收缩裂缝，增加了养护难度和施工控制难度。
为提高混凝土自身的抗裂性能，能够设计出满足工程建设的需要的C55 高性能混凝土，开展了不同品种水泥对混凝土工作性能、力学性能，抗裂性能、抗渗性能的研究，并采用模拟构件对配制的混凝土进行了测温监控，确定不同品种水泥对C55 高性能混凝土的影响规律。
1 试验内容与方法
1.1 原材料
（1） 水泥：分别采用 P·O 52.5、P·O 42.5、P·MH42.5 水泥开展试验研究，其性能指标如表1所示。
（2） 矿物掺合料：选用I 级粉煤灰，其性能指标如表2 所示。
（3） 集料：粗集料采用级配为4.75～19.0mm碎石，细集料采用河砂，其性能指标如表3 所示。
（4） 高性能减水剂：采用聚羧酸高性能减水剂，其性能指标如表4 所示。
表4 聚羧酸高性能减水剂性能指标
（5） 水：饮用水。
1.2 配合比设计
为研究不同品种水泥对C55 混凝土性能影响，采用A 组与B 组两种混凝土配合比开展试验研究，其中A 组混凝土配合比保持混凝土各组分比例不变，只改变水泥品种；B 组混凝土配合比在A 组的基础上改变混凝土各组分比例，使B1、B2、B3都达到C55 抗压强度，然后开展混凝土性能的对比研究。C55 混凝土试验配合比如表5 所示。
表5 C55 混凝土试验配合比
1.3 试验方法
混凝土的工作性能、力学性能、抗开裂性能及抗渗性能分别按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB50080，《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082 开展试验。
2 结果与讨论
2.1 不同品种水泥对C55 混凝土工作性能及力学性能的影响
不同品种水泥配制的C55 混凝土工作性能及力学性能如表6 所示。由表1、表5 及表6 可知，A 组混凝土配合比在只改变水泥品种的情况下，由于P·MH42.5 水泥标准稠度需水量较小，在水泥用量及其他材料相同的情况下，混凝土工作性能最优。采用P·O52.5 水泥配制的混凝土3d 与7d 抗压强度最高，而P·MH42.5 水泥比表面积最小，水泥水化速率相对P·O52.5 水泥较小，混凝土3d 与7d 强度较低，但当混凝土达到28d 龄期时抗压强度最高；P·O42.5 水泥强度最低，采用其配制的混凝土各龄期抗压强度也最低。
2.2 不同品种水泥对C55 混凝土抗开裂性能的影响
按照表5 混凝土配合比开展混凝土早期抗裂性能试验，试验结果如表7 所示，混凝土最大裂缝宽度如图1～6 所示。由表7 可知，A1 组混凝土抗裂性能最差，B2 组混凝土抗裂性能最优，在水泥掺量相同的情况下，混凝土抗裂性能A1 组＜A2组＜A3 组。
表6 C55 混凝土工作性能及力学性能
表7 C55 混凝土早期抗裂性能
图1 A1 最大裂缝
图2 A2 最大裂缝
图3 A3 最大裂缝
图4 B1 最大裂缝
图5 B2 最大裂缝
图6 B3 最大裂缝
2.3 不同品种水泥对C55 混凝土抗渗性能的影响
按照表5 混凝土配合比采用逐级加压法开展C55 混凝土抗渗性能试验。在逐级加压法试验完成以后，将试件沿纵断面劈裂为两半，然后测量试件的渗水高度，试验结果如表8 所示。由于C55 混凝土等级较高、结构密实，A1～B3 组混凝土抗渗等级均达到了P12，均具有较好的抗渗性能。
表8 混凝土抗渗试验结果
2.4 不同品种水泥对C55 混凝土内部温升的影响
为研究不同品种水泥对混凝土内部温升的影响，将测温线埋入2m 立方体试件芯部对混凝土进行温度监测，A 组混凝土测试结果如图7 所示，B 组混凝土温度监测结果如图8 所示。由图7 可知，A1 组混凝土内部温升最高可达72.5℃，A2组混凝土内部温升最高为65.0℃，A3 组混凝土内部温升最高可达68.0℃，采用P·O 52.5 水泥与P·O 42.5 配制的混凝土在初期温升较快且最先达到峰值，而采用P·MH42.5 水泥配制的混凝土温升较慢且峰值延后10h 左右；由表1 可知，在相同龄期下 P·O 52.5 水泥水化热＞P·O 42.5 水泥水化热＞P·MH42.5 水泥水化热，因此采用相同配合比配制的混凝土内部最高温度也表现为相一致的规律，即A1 组混凝土最高温度＞A3 组混凝土最高温度＞A2 组混凝土最高温度（见图8）。
图7 A 组混凝土测温曲线
3 结语
图8 B 组混凝土测温曲线
在混凝土配合比相同的条件下，采用P·MH42.5水泥配制的C55 混凝土其工作性能及28d 抗压强度优于采用P·O52.5 水泥与P·O42.5 水泥配制的C55 混凝土。
与 P·O52.5 水泥与 P·O42.5 水泥相比，采用P·MH42.5 水泥配制的混凝土早期抗裂性能最优，最大裂缝宽度为0.29，单位面积上的总开裂面积最小为317mm2/m2抗裂等级达L-Ⅳ。
不同品种水泥对C55 混凝土抗渗性能影响较小均可达到P12 级，具有较好的抗渗性能。
P·MH42.5 水泥水化热较低、比表面积较小可以延缓混凝土中胶凝材料的水化速率、降低混凝土的内部最高温度值，适合配制强度较高的大体积混凝土。
