黄梦露，柳艳杰，丁 琳，张延鹏

(黑龙江大学 建筑工程学院, 哈尔滨 150080)

高强混凝土抗压强度的试验研究

黄梦露，柳艳杰*，丁 琳，张延鹏

(黑龙江大学 建筑工程学院, 哈尔滨 150080)

随着建筑业的快速发展，混凝土的强度提高是世界各国土木工程界普遍关注的问题。掺有硅灰的混凝土的耐久性得到了研究。研究水胶比和硅灰掺量等参数对高强混凝土的抗压强度的影响. 通过试验的方法，找出不同情况下，高强混凝土的最优配合比设计。

高强混凝土； 硅灰； 抗压强度； 配合比

0 引 言

混凝土的主要性能是指混凝土拌合物的工作性以及养护以后的强度、耐久性等。抗压强度是硬化混凝土的主要性质，混凝土的其他性能与抗压强度均有密切关系，混凝土的抗压强度也是混凝土配合比设计和施工的主要技术指标。混凝土的强度主要有混凝土的抗压强度、抗拉强度等。其中混凝土的抗压强度是最主要的强度指标[1-3]。

根据美国国家混凝土协会的定义，高性能混凝土是指用常规配料，正常拌合程序和一般养护方法不能达到特殊性能和稳定性要求的混凝土为高性能混凝土[4-5]。混凝土特殊性能主要表现为易于浇筑，振捣后不易离析，早期强度高、抗渗性好、水化热低、体积稳定性好和恶劣环境下具有比较长的使用寿命。高性能胶结材料是近年来混凝土胶结材料发展的重要方向。高性能混凝土(HPC)应用在高层建筑、桥梁工程与特殊环境下的结构工程中，并且获得了很好的经济和环境效益。HPC是能够做到高耐久性、高强度。硅灰是炼钢的副产品，是一种活性掺合料，可提高混凝土的强度及耐久性[6-8]。

1 硅灰的作用

硅灰作为胶凝代替部分水泥加入混凝土中，不但增加了混凝土密度和凝聚力，而且使混凝土抗压强度和耐久性能提高。当普通混凝土中掺入硅灰5%～10%，硅灰混凝土抗压强度可提高20%左右，混凝土的抗折强度可提高10%以上[9-11]。

硅灰对高强度混凝土影响主要体现在3个方面:

1)硅灰提高水泥水化度，并与水泥中的Ca(OH)2发生二次水化反应，从而增加了水泥浆体中C-S-H凝胶体数量，提高了传统C-S-H凝胶体的性能，硬化的水泥浆体性能得到显著改善。

2)硅灰及其二次水化产物有效填充到硬化水泥浆体中的有害孔隙，水泥石中宏观大孔和毛细孔孔隙率明显降低，同时有效增加了凝胶孔和过渡孔，并使孔径分布发生有益变化，大孔大量减少，小孔增多，且孔隙分布均匀，从而改善了水泥浆体的孔结构。

3)硅灰的掺入可有效消耗水泥浆体中的Ca(OH)2，改善混凝土中的硬化水泥浆体与骨料界面连接性能[12]。

2 混凝土抗压强度的试验

2.1 混凝土原材料

试验用的混凝土原材料见表1。

2.2 混凝土试块的制作

水胶比是影响混凝土强度和耐久性的重要参数。本研究试验选用5种水胶比，分别采用0.2、0.25、0.3、0.4、0.45。硅灰掺量代替水泥质量分别采用5%、7.5%，10% 、12.5%、15%。在保持水灰比不变情况下, 改变硅灰掺量, 试验的砂率取30%，控制塌落度在3～4 cm。为了降低试验的离散程度,本研究试验制作相同的试块4个, 抗压强度取试验的平均值。试块采用三联模制作，混凝土试件的尺寸为150 mm×150 mm×150 mm，在养护(24±3)h后取出脱模。混凝土试件脱模后放入水中进行养护，养护水温控制在(20±2) ℃，混凝土试件之间留有空隙，水面至少要高出混凝土试件2 cm。混凝土成型的试块见图1。

表1 试验原材料

图1 成型的试块 Fig.1 Molding block

2.3 测试混凝土试块的抗压强度

将制作完成的6组混凝土试件，分别放置在液压式万能试验机上，进行混凝土抗压强度测试(图2、图3)，测得的混凝土抗压强度结果见表2。

图2 测试试块 Fig.2 Test block

图3 破坏后的试块 Fig.3 Destruction block

水胶比0.20.250.30.350.40.45试件组硅灰掺量/%抗压强度平均值/MPa10102.2681.5265.8652.7441.1637.0525129.03100.4779.5259.4552.0042.0837.5127.48106.0580.1264.2154.0145.81410121.48102.1186.9366.6258.0947.86512.5119.02103.4892.0467.5059.2450.45615120.37105.6897.1669.5161.0152.02

3 试验结果及分析

影响混凝土抗压性的因素很多，在配合比设计阶段，主要有水灰比，水泥强度等级等，在混凝土养护期，有环境温度、周围湿度和养护时间等。这些因素都影响着混凝土的抗压强度。在本次试验研究中，探讨掺一定量硅灰混凝土对抗压强度的影响以及水胶比对抗压强度的影响，见图4、图5。由图4、图5可见,当水胶比从0.2到0.45时，掺入硅灰可明显的增加混凝土的抗压强度，高性能混凝土的抗压强度与硅灰掺量成相应增加；水胶比较小时，混凝土的抗压强度较高，水胶比为0.2，硅灰掺量为12%时，硅灰混凝土的抗压强度达到120 MPa，普通混凝土的水胶比为0.2，其抗压强度约100 MPa，硅粉的掺入提高了混凝土抗压强度20%左右；硅灰混凝土，水胶比为0.25时，硅灰掺量>5%时，混凝土的抗压强度达到100 MPa。强度相等的混凝土，由于采用硅灰掺入，使其混凝土适当增大水胶比；当混凝土水胶比较小时，其抗压强度对硅灰掺量敏感，硅灰掺量为12%时，高性能混凝土的抗压强度达到最大， 这是由于硅灰具有火山灰活性及其细小的颗粒，硅灰加到水中并不与水直接发生水化反应，但将硅灰与硅酸盐水泥同时加入到水中，硅酸盐水泥发生水化反应时，硅灰与硅酸盐水泥水化产物发生2次水化反应，生成C-S-H的凝胶体。 从而消耗大量的水，水胶比较小，硅灰掺量较多时，因为没有足够的水参加水化反应，硅灰出现剩余，高性能混凝土的抗压强度则下降。

图4 硅灰掺量对抗压强度的影响 Fig.4 Effect on the compressive strength of silica fume

图5 水胶比对抗压强度的影响Fig.5 Effect on the compressive strength of water binder ratio

最优的硅灰掺量是变化的，当混凝土水胶比较小(0.2～0.25)时，最优硅灰掺量为5%～7.5%，当混凝土水胶比较大(0.3～0.45)时，最优硅灰掺量为10%～15%。两种情况均可达到高强混凝土的标准。

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Experimental study on the compressive strength of high strength concrete

HUANG Meng-Lu,LIU Yan-Jie*,DING Lin , ZHANG Yan-Peng

(College of Civil Engineering, Heilongjiang University, Harbin 150086, China)

With the rapid development of construction industry, improving the strength of concrete is the common concern problem in civil construction circles in the world. The studies on the durability of the concrete with the mixture of silica fume are carried out. The compressive strength of the high-strength concrete was influenced by the water binder ratio,silica fume and other parameters.The optimal mixture ratio design of the high strength concrete was fould in the different circumstances by the test method.

high strength comcrece;silica fume;compressive;mixture ratio

10.13524/j.2095-008x.2015.02.023

2015-04-24;

2015-05-10

2014年国家级学生创新创业训练项目(201410212014)；黑龙江大学校级学生创新创业训练项目(2014JZ010)

黄梦露(1992-), 男，四川达州人，本科生，研究方向:土木工程材料，E-mail：470256633@qq.com；*通讯作者：柳艳杰(1971-),女、黑龙江望奎人，副教授,博士,研究方向:材料力学性能测试，E-mail：lyj7171@sina.com。

TU528.31

A

2095-008X(2015)02-0026-04