C80高強高性能混凝土生產技術控制的研究與應用

徐昊，虞孝偉

（1. 上海市中民防建設工程質量監督檢測中心，上海 200232；2. 吳江公興混凝土有限公司，江蘇 215221）

C80高強高性能混凝土生產技術控制的研究與應用

徐昊1，虞孝偉2

（1. 上海市中民防建設工程質量監督檢測中心，上海 200232；2. 吳江公興混凝土有限公司，江蘇 215221）

本文針對上海盧灣 107、108 地塊工程對于 C80 高強高性能混凝土的特殊要求，從原材料方面進行了一系列比較，通過多次試驗進行了驗證，最終以常規原材料確定最適宜的配合比，并在實際生產中得到了很好的應用。

高強高性能混凝土；配合比；應用

0 引言

高強高性能混凝土是伴隨著建筑工程日益提高的施工要求和使用要求而產生發展的。近年來，隨著現代建筑物的高層化、大跨化、輕量化、地下化以及使用環境的嚴酷化，對混凝土的強度和耐久性提出了更高的要求，使得高強高性能混凝土迅速發展。

高強高性能混凝土技術是國家建設部建筑新技術促進應用辦公室向全國建筑業推廣的 10 項新技術中的其中一項技術。它是一項新型的高技術混凝土，這項技術在國外早已大量應用于建筑業中。我國在該項技術研究方面起步較晚，到20 世紀 90 年代，高強高性能混凝土的研究剛剛起步。到 90年代末，國家建設部提出在建筑業推廣應用高強高性能混凝土技術。上海的 C80 高強高性能商品混凝土的研制和使用始于 20 世紀 90 年代，并在明天廣場、新上海國際大廈、華師大綜合樓等工程中進行過多次小規模的使用。

盧灣 107、108 地塊地處上海鬧市區淮海路新天地，為兩棟 24 層 99.9 米高的酒店。采用鋼筋混凝土結構，其中 4～22層結構使用 C80 高強高性能混凝土?？偣彩褂?C80 混凝土5057m3，是上海首次對 C80 高強高性能混凝土的大規模使用。該工程北面為淮海路商圈，南面為新天地娛樂休閑區，具有道路交通復雜、現場施工區域小、施工泵送高度高等特點。我們針對工程特點，對高強高性能混凝土的材料選擇、配比確定和現場試驗進行了探討和研究。

1 原材料的選擇

本次研究工作是 C80 混凝土在混凝土攪拌站的拌制和應用。本著混凝土成本切實可行、材料使用符合攪拌站生產和運輸的需要，滿足工程施工的可操作性，保證產品到場后具有良好工作性的原則。本次決定采用常規原材料進行配制，不摻加硅粉等特殊材料來提升混凝土強度；確保產品符合設計要求，不追求混凝土的超高性能。本次研究工作首先是對于原材料品種選擇方面做了比較性試驗，在基本確定原材料品種之后，再通過配合比的多次調整，以改善混凝土在各方面的工作性能。比較性試驗處于研究工作的最初期，在個別項目上對現有的相應規程做了一定的突破。采用控制變量法，分別對所對比的變量項目進行試驗，并以混凝土強度與拌合物宏觀狀態作為取舍依據。

1.1 P·O42.5 與 P·Ⅱ52.5 對 C80 混凝土的影響

文獻表明，在配制高強高性能混凝土時，多采用純硅52.5水泥，但考慮到 C80 高強混凝土的水泥用量相對較多，有較多水泥在混凝土中只起到填充作用，故選用強度相對較高的 P·O42.5 水泥與 P·Ⅱ52.5 水泥進行混凝土對比試驗（水泥性能檢驗報告見表 1），觀察混凝土的各項技術性能，特別是混凝土的耐久性和長期性能，增加 C80 混凝土配制時的選擇面。通過對 P·O 42.5 與 P·Ⅱ52.5 進行了多次試驗比較（試驗數據見表 2），兩種水泥都能達到設計的要求，但P·Ⅱ52.5 略高一點。從安全儲備角度考慮，為了確?；炷恋馁|量，優先選擇 P·Ⅱ52.5 水泥。

表 1 水泥的物理力學性能

表 2 P·O42.5 與 P·Ⅱ52.5 對 C80 強度的影響

1.2 不同細度模數黃砂的應用比較

黃砂的細度模數對混凝土的質量影響比較大，在普通混凝土中當黃砂的其他指標保持一定的前提下，細度模數越小，單位需水量越大，會導致混凝土強度的降低。通過對細度模數不同的黃砂做了多次試驗，我們發現這種規律在高強混凝土中也同樣存在，在理想狀態下，混凝土的強度隨黃砂細度模數的增大而提高?？紤]到實際生產中細度模數過大的黃砂（如細度模數＞2.9）所拌制的混凝土可泵性較差，會影響混凝土質量，故生產 C80 混凝土的黃砂細度模數最佳選擇范圍為 2.6～2.9。

1.3 5～20mm 碎石針片狀含量對混凝土強度的影響

粗骨料是混凝土拌合物的骨架，在一定程度上，粗骨料的好壞將決定混凝土強度的高低?？紤]到混凝土拌合物必須要有良好的流動性和泵送性，所以選擇粒徑尺寸為 5～20mm的碎石。拌制 C80 高強高性能混凝土對粗骨料不僅要求質地均勻，立方體抗壓強度高，含泥量、泥塊含量要少，對于其針片狀含量也有非常高的要求。由于當前的碎石生產工藝，當碎石顆粒達到 20mm 時，針片狀含量大幅提高，故考慮在嚴格控制碎石其它指標的前提下，所采用的碎石壓碎指標控制在 6% 以內。本次試驗和生產所使用的碎石都是專門生產采購，專倉堆放，杜絕風化顆粒的混入，且碎石出廠前都經過嚴格的沖洗，確保含泥量控制在 1% 以下。在試配過程中我們可以發現對于同一礦山出產的碎石，當針片狀含量不同時對混凝土強度的影響也比較大（見表 3），故當碎石的針片狀含量不超過 6% 時，所拌制的 C80 混凝土其強度是有保證的。1.4 粉煤灰、礦渣粉摻量對 C80 混凝土的影響

表 3 不同針片狀含量的碎石對 C80 強度的影響

在 C80 高強高性能混凝土中使用?；郀t礦渣（礦渣粉）和粉煤灰這兩種活性摻合料的雙摻技術，對于混凝土的多種性能有改良作用。首先使用適量活性摻合料替代混凝土中的部分水泥，將減少 C80 混凝土中的水泥比例，從一定程度上降低了水泥水化熱的產生；其次摻加礦渣粉和粉煤灰的雙摻對于 C80 混凝土拌合物粘性的改善、坍落度經時損失的緩解有較大的作用；最后摻加活性摻合料對于 C80 混凝土的耐久性也有顯著的改善作用（礦渣粉的性能指標見表 4，粉煤灰的性能指標見表 5）。本次試驗根據工程實際對混凝土拌合物的需求，著重解決活性摻合料摻量與混凝土拌合物粘稠性的關系。拌合物性能狀態以“倒錐”流動時間為依據，即＞50s 為粘稠，40～50s 為偏稠，30～40s 為松，20～30s 為偏松，＜20s 為過松。詳細數據見表 6。試驗表明：當不摻加礦渣粉時，混凝土拌合物表現出過好的保水性，無泌水，拌合物形狀粘稠，可泵性差，制作試塊也非常困難；當活性摻合料的摻量達到膠凝材料總量的 20% 后，拌合物的粘稠度有了很大的改觀，保水性良好，可泵性也有所改善；隨著摻量增加到 25%，各項性能持續改善，基本無泌水；當摻量達到和超過 30% 時，混凝土拌合物表現出保水性開始變差，泌水開始增多，部分混凝土泌水過多導致可泵性下降嚴重。因此在配制 C80 高強高性能混凝土時，礦渣粉和粉煤灰的摻量占膠凝材料總量的 25% 左右比較適宜。1.5 聚羧酸系新型外加劑在 C80 高強高性能混凝土中的應用1.5.1 外加劑的技術指標

表 4 礦渣粉的性能指標 %

表 5 粉煤灰的物化性能指標 %

表 6 不同活性摻合料摻量對C80 拌合物性狀和強度的影響

根據目前上海市高強高性能混凝土的發展現狀，我們選取聚羧酸鹽外加劑作為配制 C80 混凝土的首選外加劑。選用上海麥斯特建工有限公司生產的 SP-8 型外加劑，性能指標如表 7。

表 7 外加劑性能指標

1.5.2 聚羧酸鹽外加劑與水泥的相容性問題

我們曾專門針對適應性問題對多種水泥進行了適應性試驗，結果發現各種水泥與外加劑之間的適應性差異比較大，部分水泥拌制成的混凝土其坍落度和擴展度的經時損失非常小，但也有部分水泥拌制成的混凝土其坍落度和擴展度的經時損失超過初始值的一半以上。且當水泥品種相同時，如更換不同廠家的聚羧酸鹽外加劑進行混凝土拌制，其混凝土拌合物的性能差別也較大。這主要是由于聚羧酸鹽外加劑的分子結構、分子鏈長短等的差異較大，其與水泥顆粒表面的吸附狀態也不相同，所以造成減水塑化效果的巨大差異。為了防止形成誤導，我們不列出試驗的水泥廠家和詳細數據，但明確在拌制 C80 高強高性能混凝土前，必須進行水泥與外加劑的適應性試驗，在取得最佳配對后要在今后的生產中確保水泥和外加劑的成分不變。

1.5.3 外加劑摻量對拌合物的影響

由于高強高性能混凝土有較高的可泵性要求，故需要調整外加劑摻量，提高混凝土的流動度，降低混凝土的黏度，改善混凝土和易性。通過表 8 可知，當摻量達到膠凝材料的2.3% 時，混凝土的和易性與強度均比較理想。

表 8 不同外加劑摻量對混凝土拌合物的影響

2 確定混凝土原材料和配合比

通過原材料的比較選擇，確定的試驗配合比和力學性能如表 9 所示。

表 9 基準配合比

3 中試及相關數據采集

3.1 C80 混凝土的中試

配合比試驗完成后，我們先后組織了 3 次混凝土現場中試，進行混凝土立柱澆搗試驗，針對混凝土在實際澆搗中的狀況對混凝土級配進行優化，使之更加適合實際生產?；炷料群笫褂昧似嚤煤凸潭ū眠M行了不同高度的泵送任務，獲得成功。最后一次中試結果見表 10，測溫見圖 1。從混凝土強度、擴展度、溫差等各方面指標看，均已經達到設計要求。立柱拆模后表面良好，無肉眼可見的裂縫。

表 10 混凝土中試結果

圖 1 C80 立柱溫度—時間曲線

3.2 中試的相關性能測試

期間，我們還針對 C80 高強高性能混凝土的其它相關性能：收縮、實體鉆芯取樣和彈性模量進行了試驗。詳見表 9。

為驗證 C80 混凝土的抗高溫能力，特制作一批混凝土抗壓試塊，經過 60 天養護后，分別在高溫爐中進行升溫灼燒試驗。將試塊放入高溫爐，在設定溫度中灼燒 30 分鐘，然后取出自然降溫到室溫后進行抗壓試驗。設定溫度從 100℃ 開始，以 100℃為增加單位逐級增加直至試驗試塊在高溫中爆裂破壞為止。試驗結果見圖 2。

圖 2 混凝土抗高溫性能

試驗證明，C80 混凝土有一定的抗高溫能力，但到溫度達到足夠高度時（超過 800℃）混凝土爆裂，強度急劇下降，造成結構破壞無法修補，在使用時要注意。

4 工程實際應用及質量控制

與普通混凝土相比，C80 高強高性能混凝土的生產和施工并不需要特殊的工藝。但在各個環節的控制上需要更加嚴格的管理。為了確保該工程混凝土的順利供應，我們專門成立了 C80 混凝土施工的管理工作小組，統籌協調各部門的工作，并制訂了相應的質量控制措施：

（1）確定一個生產拌臺為 C80 混凝土的專用生產機組。

（2）拌制高強混凝土使用強制式攪拌機，供應單位在每次 C80 混凝土生產前要對攪拌機進行清洗調整，并作好生產供應前的設備檢查、保養維修工作，確保設備的稱量精度和攪拌效率。

（3）混凝土從出料到澆搗最長時間不超過 2.5 小時，超過 2.5 小時的做退料處理，混凝土拌機出料溫度不宜高于環境溫度 10℃，當平均氣溫低于 5℃時要按照冬季低溫施工的要求進行施工與養護。

（4）嚴格把好原材料質量關，原材料進料質量檢測加倍實施。

（5）所需原材料專倉專用，砂、石堆場均鋪設混凝土硬地坪，并配備良好的排水設施，認真做好砂、石堆場清理工作，防止砂、石堆場積水影響生產。

（6）砂石含水率應及時測定，每批每日至少檢驗一次，每次 C80 混凝土生產前 1 小時前增加檢測一次，每持續生產6 小時再檢測一次；如遇降雨、降雪等狀況則應相應增加檢驗次數，并按測定值調整用水量，保證用水量的準確性。混凝土配料和拌合采用自動計量裝置。

（7）每車混凝土均進行坍落度和擴展度測試，合格方可出廠，強度抗壓試塊每 50m3成型一組。

（8）混凝土澆筑前應再次進行坍落度和擴展度測試，對于超標的混凝土作退料處理。

整個工程共進行了 5057m3的 C80 混凝土的澆注工作?；炷涟柚撇捎脧娭剖綌嚢铏C。原材料計量全部采用電子秤計量，計量誤差在可控范圍內。攪拌采用每次拌制 1m3的方式，單次攪拌時間為 2min?；炷了竭\輸采用混凝土攪拌車，運輸距離 16.5km，運輸時間一般為 0.5～1h?；炷凉捎矛F場派人協調和 GPS 實時監控相結合的控制方式，確保混凝土在拌制后 1.5h 內泵送完畢。因混凝土從攪拌到澆筑時間較短，現場混凝土流動度、坍落度均在設計范圍內，基本上無坍落度損失。由于 C80 高強高性能混凝土為自密實混凝土，故采用輔助振搗的方式，振搗時間也相對較短?；炷琉B護采用澆水后包塑料薄膜養護，養護期 14d。整個澆筑由普通混凝土工完成，技術上無特別要求。 最高泵送高度為 92米，泵車穩定泵壓在 130～150psi 左右，偶然高壓為 200psi。強度統計評定見表 11、圖 4。

表 11 混凝土強度評定

5 結論

（1）使用常規原材料能夠配制出 C80 高強高性能混凝土。

（2）C80 混凝土所使用的黃砂細度模數不宜小于 2.6。

（3）配制 C80 混凝土需要嚴格控制碎石的針片狀含量。

（4）配制 C80 混凝土的聚羧酸系外加劑對于水泥有較高的適應性要求，在選擇水泥時需要做適應性試驗。

（5）外加劑與礦渣粉和粉煤灰的雙摻能調節混凝土粘稠度，摻加適當比例的礦渣粉和粉煤灰能配制出流動性良好的混凝土。

（6）高強高性能混凝土的耐火性較強，但當溫度過高會產生爆裂破壞，對建筑物產生嚴重影響。

（7）使用常規原材料配制出的 C80 高強高性能混凝土通過測溫試驗表明其溫差滿足規范要求。

（8）使用常規原材料配制出的 C80 高強高性能混凝土的收縮性能滿足規范要求。

（9）使用常規原材料配制出的 C80 高強高性能混凝土能夠泵送到 92 米的高度，且出料性能良好。

（10）C80 高強高性能混凝土和易性良好，在澆筑振搗中無特殊要求，但要防止漏振和過振；澆筑完成后需采用澆水后包塑料薄膜養護。

[1] 蒲心誠．超高強混凝土的研究與應用[J]．混凝土，1993(2): 8-16．

[2] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國鐵道出版社，1999．

[3] 馮乃謙. 高性能混凝土的發展與應用[J]. 施工技術，2003, 32 (4) : 126．

[4] 劉崇熙，汪在芹，李珍．高性能混凝土若干理論問題[J]．混凝土，2003 (6) : 326．

[5] 繆昌文．高性能混凝土在建筑工程中的應用[J]．混凝土與水泥制品，2000, 27 (5) : 324．

[6] 黃土元．高性能混凝土發展的問題與思考[J]．混凝土，2003 (7) : 329．

[7] 朱清江．高強高性能混凝土研制及應用[M]．北京：中國建工出版社，1999．

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圖 4 混凝土強度控制示意圖 [C80, 70組]

徐昊（1976—），男，工程碩士，高級工程師，從事混凝土性能和應用研究多年，現負責建設工程質量監督工作。