利用攪拌站常規原材料配制C80 混凝土

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. 北京建筑材料科學研究總院有限公司，北京 100041）

0 前言

混凝土的高強化是百多年來混凝土技術的發展方向，作為一種重要的結構材料，強度一直是混凝土最主要的性能指標，高強度高性能一直被認為是優質混凝土的特性。隨著城市現代化建設發展日新月異，高層建筑物的普及和市政工程的要求越來越高，使得近年來高強混凝土需求量越來越大，強度等級要求越來越高，C50、C60 混凝土供應日趨普遍，C70、C80 應用也逐漸增多，為了適應市場需求，提高混凝土技術儲備，公司試驗室進行了 C80 混凝土的設計開發工作，在公司實際生產用常規原材料的基礎上，選擇優質原材料，通過對以往經驗數據的總結分析，根據經驗計算和實際試配調整，最終設計出符合要求的 C80 混凝土。

1 原材料的選擇與相關技術參數的確定

1.1 原材料的選擇

根據公司實際生產情況，力求在公司現有的原材料基礎上，優選其中最好的原材料，進行 C80 混凝土的試配。

（1）外加劑：高強混凝土要求較低的水灰比，選用性能好的減水劑是實現高強度必不可少的技術措施。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，結果如表1。可以看出西卡減水劑流變性能明顯優于其它兩種外加劑，而普通混凝土外加劑很難達到理想效果，所以外加劑優選優質西卡外加劑。

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、贊皇等水泥廠生產的 P·O42.5 水泥。優選其中強度最好的鼎新水泥。

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。細集料采用含泥量2% 以下，細度模數 2.8 的中砂，粗骨料采用質地較硬，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構，使混凝土更密實，提高了混凝土的強度和耐久性。

（5）水：選用自來水。

1.2 混凝土配合比參數確定

目前國家尚未制定相關標準，也不能采用 Bolomy 公式，國內外學者提出了一些經驗公式，都沒有廣泛的適應性。根據實際情況，采取“經驗計算—試配調整”模式[1]，通過調整水灰比、砂率、膠凝材料用量等來最終確定混凝土配合比。

1.2.1 強度

根據 CECS104∶99《高強混凝土結構技術規程》規定：C70 和 C80 混凝土的配制強度應不低于強度等級值的 1.12 倍[2]。因此確定 C80 混凝土配制強度為 fcu,o=89.6MPa。

1.2.2 水膠比

高強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，故在滿足強度的情況下，盡量取較大水膠比。

1.2.3 砂率

高強混凝土的砂率宜為 28%～34%，根據工程實際情況，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

根據公司歷年經驗數據，粉煤灰和礦粉復合雙摻強度和耐久性均高于單摻一個品種的摻合料，當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 左右時強度最好[4]。本次試驗根據公司經驗數據進行微調，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，做了如表3 四組對比試驗，每組拌四次取平均值，結果表明，粉煤灰摻量為基準水泥的 12%，礦粉摻量為基準水泥的 25% 時，混凝土和易性、流動性、強度最好。

表3 不同摻合料比例混凝土性能

3.2 水灰比

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

表4 不同水灰比對混凝土強度的影響

圖1 不同水灰比下強度發展

3.3 砂率影響

選取砂率范圍在 38%～48% 之間進行試驗比較，做強度和易性對比試驗（表5）。砂率在 38%～42% 間波動時，混凝土強度影響不大，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，用于高強混凝土的砂石料必須嚴格控制，擇優使用，才能在攪拌站現有條件下取得比較好的強度效果。

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，進行混凝土試驗，結果見表6。砂含泥對混凝土出機狀態和強度影響較大，過高的含泥導致混凝土無流動性、強度下降明顯，所以高強混凝土砂含泥要控制在 2% 以內，以減少對混凝土的影響。

3.4.2 骨料粒徑影響

本次試驗采用的細度模數 2.8 的中砂、5～20mm 的石子；而一般認為配制高強混凝土時，石子最大粒徑最好控制在 20mm 以內，國外一些資料認為最大粒徑應為 15mm。如果有條件應該盡量選擇細度模數 3.0 以上砂和 5～20mm 的石子，這樣可以有效的提高混凝土強度。哈爾濱工業大學材料學院葛兆明教授研究結果表明[1]：針片狀石子含量較高時，混凝土和易性變差，強度急劇降低，隨著石子粒徑的增大，混凝土強度降低。根據我公司現有材料進行驗證，采用最大粒徑 20mm 的山碎石強度比 25mm 卵石強度總體強度有 4% 左右提高。所以根據現有資源情況，應該選用質地較硬，粒徑為 20mm 的山碎石。

表7 與表8 是文獻 [1] 中的研究結果。

表6 砂含泥對高強混凝土的影響

表7 石子針片狀影響

表8 石子粒徑影響

3.5 根據試配調整，最終確定混凝土配合比

根據上述試驗結果及本攪拌站現有的常規原材料，確定最終的原材料規格、各參數指標及最終的配合比設計。

原材料：水泥：P·O42.5 鼎新水泥；粉煤灰：攪拌站現有三河Ⅰ級粉煤灰，摻量范圍 12%；礦粉：攪拌站現有的三河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% 以下的細度模數為 2.8的中砂；石：質地較硬，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。最終配合比設計如表9 所示。

表9 最終配合比 kg/m3

依據配合比，試拌了七組，結果如下表，混凝土出機坍落度在 200mm 以上，1 小時坍落度基本無損失，混凝土強度發展迅速，但存在一定的波動性，28d 強度最高達到97.6MPa，平均到 92.3MPa，平均達到設計強度的 115% 以上，達到規范對高強混凝土的強度要求；混凝土拌合物擴展度在 550mm 以上，流動性較好，混凝土相對來說較軟、不粘底，狀態能達到泵送施工要求。

表10 C80 混凝土試配結果

3.6 抗滲性能試驗

按照標準方法進行抗滲性能試驗，結果表明，抗滲等級達到 P35，混凝土無滲透現象，證明混凝土密實性良好，適用于地下工程和防水混凝土結構。

4 結語

（1）C80 高強混凝土必須選用優質的外加劑，用普通外加劑無法達到理想效果，攪拌站應根據材料狀況，生產時單獨采用專用外加劑。

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

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

（4）C80 混凝土強度發展很快，28 天以后強度增長緩慢，生產后需要跟蹤調查，加強養護。

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

[2] CECS104：99.高強混凝土結構技術規程[S].

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

[4] 金隅混凝土公司技術資料.