差异化原材水胶比变化对强度的影响的定量分析研究

2023-12-01周子豪

科学与信息化 2023年22期

周子豪

中建一局集团第五建筑有限公司北京 100000

1 砼材料实验配合比

在大部分现代工程中，对于砼材料更倾向于大流态。所以在制备砼材料中，此次实验借助改变外加剂掺量，让砼本身的和易性处于适当范围，即坍落度为220±20mm、拓展度超过500mm[1]。在差异化原材的设置方面，包含：水泥&石粉；水泥&粉煤灰&石粉；水泥&粉煤灰&矿渣粉&石粉。

1.1 水泥&石粉

该类砼材料的水胶比在0.49到0.24之间，胶凝材料添加量设置358、408、458、与508kg四种，其中每种掺量对应5个实验组，同一单元内的5组添加骨料与胶凝材料量相同，各个单元的石粉掺量分别达到胶凝材料用量10%、20%、30%、40%以及50%。

1.2 水泥&粉煤灰&石粉

该类原材结构的砼，水胶比在0.47到0.27之间。胶凝材料的添加量和上一种相同，其中，粉煤灰用料按照正常工程搅拌配备，即20%胶凝材料用量。而石粉掺量比重是10%、20%与30%，以3个实验组为一个单元，添加相同胶凝材料数量与骨料质量。

1.3 水泥&粉煤灰&矿渣粉&石粉

此种砼材料水胶比控制在0.46到0.22之间，同样胶凝材料总量不变，粉煤灰用量占比还是20%。而矿渣粉是根据胶凝材料总量，设置10%、15%与20%三种比例。共12个实验组，其中第1-6组的石粉用量比例是10%、20%与30%；第7-12组的用量比重是10%与20%、20%。

2 在差异化原材水胶比变化下砼的抗压强度表现

2.1 水泥&石粉砼的强度

在该种原材组合中，砼材料抗压强度处于较高水平的几个实验组分别为：石粉掺量比重是20%，水胶比为0.47、0.40、0.33与0.28的28日时。在石粉添加量较少的情况下，虽然会导致胶凝材料的水泥掺量下降，减少砼的水化产物，但由于石粉的表面能偏小，形态效应以及填充效应更加突出，石粉能够将基体孔隙填满，由此达到优化砼内部组分级配，提高材料结构密度[2]。结合实验定量分析来看，采用水泥&石粉的组合，后者按照20%比重相对适宜。

首先，在胶凝材料掺量设置成358kg的实验单元中，石粉掺量从10%～50%的5个实验组，前四组水胶比分别是0.49、0.47、0.45、0.42，拌制出的砼材料都达到C25，假设想获取C30砼，就要适当下降水胶比。第4、5组石粉用量比例是40%与50%，后者水胶比是0.42，28日抗压强度分别是34.7、28.1MPa，比较适合用在大体积砼的项目中。另外，结合90日抗压强度，第4组水胶比（0.45）能够制出C30强度的砼，而第5组基本上能制出C25砼。其次，在胶凝材料用量是408kg，石粉用量在10%到30%之间，实验6、7组（水胶比：0.42、0.40）能够生产出C30与C35级别的砼；实验8组（水胶比0.39）能制成C30砼；9、10组由于石粉用量较多，达到40%、50%，所以能用在大体积砼中，对于二者可结合90日的抗压强度加以分析，其中9组（水胶比0.37）能制出C40级别的砼材料，10组则能生产C35级别，假设要提升材料强度，应下调水胶比，以长龄期层面来讲，以拌制C30砼为主。再者，胶凝材料用量为458kg的实验单元中，主要能拌制C50、C40两类强度的砼，而且十分用量达到50%的15组（水胶比为0.27）的28日抗压强度就能满足C40的标准。最后，胶凝材料用量是508kg的实验单元，都能拌制C50及其以上的砼，而且16-18组（水胶比为0.30、0.28、0.27）能够拌制C60砼，特别是17组的砼，抗压强度在28日便达到84MPa以上，已经是C70的级别。

总之，单就28日抗压强度来讲，石粉掺量在10%到50%之间，水胶比处于0.49至0.39的情况下，可生产C25砼；掺量调整到10%-30%后，0.45-0.39的水胶比能制出C30砼，而水胶比在0.42到0.38之间，则能制出C40砼，在0.35到0.32区间能制出C50砼，在0.30-0.27之间能拌制C60砼；掺量是40%到50%，水胶比在0.38到0.35可制出C30砼，在0.30-至0.27能制出C40砼，在0.26到0.24之间能制出C50砼。

2.2 水泥&粉煤灰&石粉的强度

相较而言，28日抗压强度相对较高的几组为：1组（水胶比0.47）、4组（水胶比0.39）、7组（水胶比0.33）以及10组（水胶比0.28），三种原材组合掺量比是7∶2∶1。同时使用粉煤灰和石粉的砼，其后期强度提高速度较快，在60日到至90日期间内，强度最大涨幅是12MPa，并且该种原材组合下的水化热更低。

其一，在粉煤灰与石粉用量之和在30%～50%之间，水胶比处于0.47-0.42时，能制出C25砼，并且二者之和在30%～40%的情况下，假设想拌制C30砼，应当下调水胶比，而掺量在40%～50%之间，砼90日的强度可满足C30的要求。其二，二者掺量和是30%～40%，且水胶比是0.39到0.38，能制备出C40砼，在掺量提高到50%后也能够制出C30砼，而且90日抗压强度有56MPa，已经是C40的级别。其三，二者掺量和是30%，且水胶比是0.33的情况下能制出C50砼。掺量处于40%～50%，水胶比调整成0.31～0.28便能制出C40与C45砼，其中掺量达到50%的90日强度超过74MPa，属于C60级别。其四，二者掺量和是30%～50%，水胶比0.28到0.25，按照28日抗压强度能制作至少C40砼，掺量和为30%则能拌制C60砼，40%的掺量能制出C50砼，40%掺量则可拌制C40与C45砼，而且90日砼材料能满足C60的标准。

总体来看，在水泥&粉煤灰&石粉的组合中，仅以28日强度比较来讲，粉煤灰与石粉用量之和在30%～50%，水胶比是0.47～0.42，能制出C25砼。掺量和是30%到40%，水胶比在0.45～0.42之间，能制出C30砼。掺量和为50%，水胶比处于0.43到0.40之间，按照长龄期的情况来讲，应当能制出C30砼。掺量和在30%～50%之间，水胶比下调到0.39～0.33，能拌制C40砼。掺量和是30%～50%，且水胶比控制在0.33到0.26区间内能制出C50砼，掺量和不变，水胶比继续下降到0.28～0.24，能制备出C60砼。

2.3 水泥&粉煤灰&矿渣粉&石粉

从总体上来看，在4种原材组合下，3、4、8组（水胶比为0.41、0.40、0.31）28日强度均偏小，但其中8组在后期强度上升速度较快，从28日至90日期间内，抗压强度提高18MPa。另外，6组（水胶比0.34）粉煤灰与矿渣粉、石粉掺量之和（此节后文简称“三者掺量和”）是70%，28日强度超过52MPa，属于C40砼，而90日强度提升至61MPa以上，是C50砼。9组水胶比是0.28，三者掺量和为60%，其28日强度是67.5MPa，属于C50级别，90日则有75MPa。

第一，三者掺量和是40%，且水胶比为0.46，能制出C30砼。三者掺量和在55%～70%之间，适合大掺量砼，水胶比在0.44～0.41之间，该类砼的28日强度能达到C25，90日强度则是C30与C40的级别。第二，三者掺量和在40%～60%区间内，水胶比处于0.40到0.34之间，能拌制C40砼。当水胶比不变，三者掺量和提高到70%后，60日与90日强度为C50级别。第三，三者掺量和是40%～60%，水胶比0.32～0.28之间，能制出C50砼。并且在掺量和是55%的情况下，此次实验得到的抗压强度数值相对偏小，但和同一单元内的其他组比较来看，可能出现实验误差。第四，三者掺量和是40%，而水胶比控制在0.28的情况下，能拌制C60砼。当三者掺量和在55%到66%之间，且水胶比处于0.25～0.22，砼28日强度达到C50级别，并且90日砼的测出强度已经有C60的水平。

2.4 强度变化的综合分析

结合前文对不同原材组合实验结果的阐述，首先，在砼材料内仅添加石粉的情况下，掺量比重城为20%，能够收获较好的抗压强度表现，如果掺量超过20%，容易使28日抗压强度降低。在水泥&粉煤灰&石粉的组合中，砼抗压强度在石粉掺量不断提升中不断下降，当三者掺量比例在7∶2∶1的情况下，抗压强度处于相对最高的状态中。而在水泥&粉煤灰&矿渣粉&石粉组合中，三者各自掺量分别在20%、15%与20%的情况下制备的砼材料抗压强度最弱，当三者掺量和达到40%时，基本能使材料强度保持在较高的水平上。其次，对于掺和料添加量较大的胶凝材料组合中，砼抗压强度在后期的提升效率更快，可以满足相关工程的等级标准。而在前期，根据上文总结出来的规律，也可以通过选择相对更小的水胶比，达到特定强度水平。最后，砼强度级别和原材组合、水胶比的关系。其中，28日强度情况可如表1所示。

表1 28日砼强度级别和原材组合、水胶比关系

表1呈现出砼材料在差异化原材组合下，各种水胶比条件中的抗压强度水平。而在现实的工程开发使用中，掺和料用量和达到50%的情况下，相关技术人员一般会按照较长龄期进行质量验收，所以，对于掺量和在50%及以上的原材组合中，更适合按照90日参数确认砼强度水平。实验定量统计结果为：

第一，水泥&石粉。掺量和是50%，0.24～0.26水胶比对应C60砼；0.27～0.3对应C50；0.39～0.42对应C40；0.42～0.44对应C30。第二，水泥&粉煤灰&石粉。掺量和同样为50%，0.25～0.31、0.36～0.38、0.38～0.40、0.42～0.45分别对应C60～C30。第三，水泥&粉煤灰&矿渣粉&石粉。在掺量和为55%到60%时，0.23～0.26与0.28～0.31分别对应C65和C60的砼材料；掺量和调整至55%～70%之间，水胶比在0.34～0.36以及0.41～0.44两个区间内，前者对应C50砼，后者可能指出C35或C40级别的砼[3]。