李洪萍，房桂明，萬維福，程羽

（1. 北京金隅混凝土有限公司，北京 100072 ；2. 北京建筑材料科學(xué)研究總院有限公司，北京 100041）

0 前言

混凝土的高強(qiáng)化是百多年來混凝土技術(shù)的發(fā)展方向，作為一種重要的結(jié)構(gòu)材料，強(qiáng)度一直是混凝土最主要的性能指標(biāo)，高強(qiáng)度高性能一直被認(rèn)為是優(yōu)質(zhì)混凝土的特性。隨著城市現(xiàn)代化建設(shè)發(fā)展日新月異，高層建筑物的普及和市政工程的要求越來越高，使得近年來高強(qiáng)混凝土需求量越來越大，強(qiáng)度等級要求越來越高，C50、C60 混凝土供應(yīng)日趨普遍，C70、C80 應(yīng)用也逐漸增多，為了適應(yīng)市場需求，提高混凝土技術(shù)儲備，公司試驗(yàn)室進(jìn)行了 C80 混凝土的設(shè)計開發(fā)工作，在公司實(shí)際生產(chǎn)用常規(guī)原材料的基礎(chǔ)上，選擇優(yōu)質(zhì)原材料，通過對以往經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的總結(jié)分析，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)計算和實(shí)際試配調(diào)整，最終設(shè)計出符合要求的 C80 混凝土。

1 原材料的選擇與相關(guān)技術(shù)參數(shù)的確定

1.1 原材料的選擇

根據(jù)公司實(shí)際生產(chǎn)情況，力求在公司現(xiàn)有的原材料基礎(chǔ)上，優(yōu)選其中最好的原材料，進(jìn)行 C80 混凝土的試配。

（1）外加劑：高強(qiáng)混凝土要求較低的水灰比，選用性能好的減水劑是實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度必不可少的技術(shù)措施。選用西卡ViscoCrete3301 聚羧酸系高性能減水劑、冶建聚羧酸減水劑和自配萘系減水劑，選用同一種水泥拌取水灰比為 0.28 的混凝土，結(jié)果如表1?？梢钥闯鑫骺p水劑流變性能明顯優(yōu)于其它兩種外加劑，而普通混凝土外加劑很難達(dá)到理想效果，所以外加劑優(yōu)選優(yōu)質(zhì)西卡外加劑。

表1 相同水灰比下不同外加劑效果對比

（2）水泥：目前公司主要使用金隅水泥，供應(yīng)充足且日常使用的主要有琉璃河、太行、北水、平二、鼎新、贊皇等水泥廠生產(chǎn)的 P·O42.5 水泥。優(yōu)選其中強(qiáng)度最好的鼎新水泥。

表2 公司常用水泥基本性能對比

（3）骨料：采用攪拌站料場骨料。細(xì)集料采用含泥量2% 以下，細(xì)度模數(shù) 2.8 的中砂，粗骨料采用質(zhì)地較硬，粒徑為 20mm 的山碎石。

（4）摻合料：目前我公司主要用 Ⅱ 級粉煤灰和 S95 級礦粉，利用多種礦物摻合料疊加，有效的改善水泥石的微孔結(jié)構(gòu)，使混凝土更密實(shí)，提高了混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

（5）水：選用自來水。

1.2 混凝土配合比參數(shù)確定

目前國家尚未制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，也不能采用 Bolomy 公式，國內(nèi)外學(xué)者提出了一些經(jīng)驗(yàn)公式，都沒有廣泛的適應(yīng)性。根據(jù)實(shí)際情況，采取“經(jīng)驗(yàn)計算—試配調(diào)整”模式[1]，通過調(diào)整水灰比、砂率、膠凝材料用量等來最終確定混凝土配合比。

1.2.1 強(qiáng)度

根據(jù) CECS104∶99《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：C70 和 C80 混凝土的配制強(qiáng)度應(yīng)不低于強(qiáng)度等級值的 1.12 倍[2]。因此確定 C80 混凝土配制強(qiáng)度為 fcu,o=89.6MPa。

1.2.2 水膠比

高強(qiáng)混凝土水膠比控制在 0.22～0.30 之間，水膠比較小時，混凝土粘度隨之增大，不利于泵送施工，故在滿足強(qiáng)度的情況下，盡量取較大水膠比。

1.2.3 砂率

高強(qiáng)混凝土的砂率宜為 28%～34%，根據(jù)工程實(shí)際情況，采用泵送工藝時，宜加大砂率，在 38%～44% 之間[3]。

3 配合比的確定

3.1 摻合料摻量比例

根據(jù)公司歷年經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，粉煤灰和礦粉復(fù)合雙摻強(qiáng)度和耐久性均高于單摻一個品種的摻合料，當(dāng)粉煤灰礦粉雙摻時總摻量在 30%～40% 時，且粉煤灰與礦粉比例在 1∶2 左右時強(qiáng)度最好[4]。本次試驗(yàn)根據(jù)公司經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行微調(diào)，選取0.27水灰比下，礦物摻合料總摻量在 33%～40% 間，粉煤灰礦粉比例微調(diào)，做了如表3 四組對比試驗(yàn)，每組拌四次取平均值，結(jié)果表明，粉煤灰摻量為基準(zhǔn)水泥的 12%，礦粉摻量為基準(zhǔn)水泥的 25% 時，混凝土和易性、流動性、強(qiáng)度最好。

表3 不同摻合料比例混凝土性能

3.2 水灰比

高強(qiáng)混凝土由于水灰比低，各種原材料影響復(fù)雜，做了不同水灰比試驗(yàn)對比，結(jié)果見表4 和圖1。在水灰比較低時，強(qiáng)度沒有隨著水灰比的降低而明顯增強(qiáng)，這主要是高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度波動較大引起的。試驗(yàn)表明，水灰比在 0.24～0.25 之間時，混凝土后期強(qiáng)度還有一定增長；水灰比大于 0.25 ，隨著水灰比的增大，強(qiáng)度下降明顯。因此在保證混凝土強(qiáng)度、施工和易性等情況下，通過試驗(yàn)，最終確定水灰比取 0.25 時混凝土強(qiáng)度、和易性能滿足要求。

表4 不同水灰比對混凝土強(qiáng)度的影響

圖1 不同水灰比下強(qiáng)度發(fā)展

3.3 砂率影響

選取砂率范圍在 38%～48% 之間進(jìn)行試驗(yàn)比較，做強(qiáng)度和易性對比試驗(yàn)（表5）。砂率在 38%～42% 間波動時，混凝土強(qiáng)度影響不大，混凝土和易性也無明顯差異，48% 的砂率時混凝土粘稠增大，強(qiáng)度有明顯下降，所以砂率可以選擇40% 左右皆可。

表5 不同砂率對混凝土強(qiáng)度影響

3.4 骨料影響

由于目前攪拌站砂石資源較差，用于高強(qiáng)混凝土的砂石料必須嚴(yán)格控制，擇優(yōu)使用，才能在攪拌站現(xiàn)有條件下取得比較好的強(qiáng)度效果。

3.4.1 砂含泥影響

選取含泥量 4.5% 的中砂，用水沖洗干凈干燥后與原砂按不同比例混合成含泥量 0～4.5% 的砂六組，進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，結(jié)果見表6。砂含泥對混凝土出機(jī)狀態(tài)和強(qiáng)度影響較大，過高的含泥導(dǎo)致混凝土無流動性、強(qiáng)度下降明顯，所以高強(qiáng)混凝土砂含泥要控制在 2% 以內(nèi)，以減少對混凝土的影響。

3.4.2 骨料粒徑影響

本次試驗(yàn)采用的細(xì)度模數(shù) 2.8 的中砂、5～20mm 的石子；而一般認(rèn)為配制高強(qiáng)混凝土?xí)r，石子最大粒徑最好控制在 20mm 以內(nèi)，國外一些資料認(rèn)為最大粒徑應(yīng)為 15mm。如果有條件應(yīng)該盡量選擇細(xì)度模數(shù) 3.0 以上砂和 5～20mm 的石子，這樣可以有效的提高混凝土強(qiáng)度。哈爾濱工業(yè)大學(xué)材料學(xué)院葛兆明教授研究結(jié)果表明[1]：針片狀石子含量較高時，混凝土和易性變差，強(qiáng)度急劇降低，隨著石子粒徑的增大，混凝土強(qiáng)度降低。根據(jù)我公司現(xiàn)有材料進(jìn)行驗(yàn)證，采用最大粒徑 20mm 的山碎石強(qiáng)度比 25mm 卵石強(qiáng)度總體強(qiáng)度有 4% 左右提高。所以根據(jù)現(xiàn)有資源情況，應(yīng)該選用質(zhì)地較硬，粒徑為 20mm 的山碎石。

表7 與表8 是文獻(xiàn) [1] 中的研究結(jié)果。

表6 砂含泥對高強(qiáng)混凝土的影響

表7 石子針片狀影響

表8 石子粒徑影響

3.5 根據(jù)試配調(diào)整，最終確定混凝土配合比

根據(jù)上述試驗(yàn)結(jié)果及本攪拌站現(xiàn)有的常規(guī)原材料，確定最終的原材料規(guī)格、各參數(shù)指標(biāo)及最終的配合比設(shè)計。

原材料：水泥：P·O42.5 鼎新水泥；粉煤灰：攪拌站現(xiàn)有三河Ⅰ級粉煤灰，摻量范圍 12%；礦粉：攪拌站現(xiàn)有的三河S95 礦粉，摻量范圍 25%；外加劑：西卡 ViscoCrete3301 聚羧酸系高性能減水劑；砂：含泥量 2% 以下的細(xì)度模數(shù)為 2.8的中砂；石：質(zhì)地較硬，針片狀含量 4% 以下的粒徑為 20mm的山碎石。

水灰比確定為 0.25，砂率為 40% 左右。最終配合比設(shè)計如表9 所示。

表9 最終配合比 kg/m3

依據(jù)配合比，試拌了七組，結(jié)果如下表，混凝土出機(jī)坍落度在 200mm 以上，1 小時坍落度基本無損失，混凝土強(qiáng)度發(fā)展迅速，但存在一定的波動性，28d 強(qiáng)度最高達(dá)到97.6MPa，平均到 92.3MPa，平均達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的 115% 以上，達(dá)到規(guī)范對高強(qiáng)混凝土的強(qiáng)度要求；混凝土拌合物擴(kuò)展度在 550mm 以上，流動性較好，混凝土相對來說較軟、不粘底，狀態(tài)能達(dá)到泵送施工要求。

表10 C80 混凝土試配結(jié)果

3.6 抗?jié)B性能試驗(yàn)

按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行抗?jié)B性能試驗(yàn)，結(jié)果表明，抗?jié)B等級達(dá)到 P35，混凝土無滲透現(xiàn)象，證明混凝土密實(shí)性良好，適用于地下工程和防水混凝土結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)語

（1）C80 高強(qiáng)混凝土必須選用優(yōu)質(zhì)的外加劑，用普通外加劑無法達(dá)到理想效果，攪拌站應(yīng)根據(jù)材料狀況，生產(chǎn)時單獨(dú)采用專用外加劑。

（2）利用攪拌站現(xiàn)有常規(guī)原材料，選用合適外加劑，可以配制出 C80 級混凝土，要充分發(fā)揮摻和料的疊加效應(yīng)，選擇合適的比例能使混凝土發(fā)揮更好的緊密堆積和活性效果，強(qiáng)度達(dá)到最大化。

（3）適宜的砂率對高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度影響不大，粗骨料的粒徑粒型、砂中含泥量對混凝土和易性和強(qiáng)度影響較大，生產(chǎn)時必須選擇質(zhì)量較好的材料，特別要控制砂含泥和石子粒徑粒型，才能保證混凝土強(qiáng)度與質(zhì)量。

（4）C80 混凝土強(qiáng)度發(fā)展很快，28 天以后強(qiáng)度增長緩慢，生產(chǎn)后需要跟蹤調(diào)查，加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

[1] 葛兆明，侯學(xué)力.C70、C80 高強(qiáng)泵送混凝土配制技術(shù)研究[J].低溫建筑技術(shù)，2005(01): 4-6.

[2] CECS104：99.高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].

[3] 葛兆明，陳敏，王劍.幾個重要因素對高強(qiáng)泵送混凝土的影響[J].混凝土，2000.(02): 25-27.

[4] 金隅混凝土公司技術(shù)資料.