高強混凝土工程的質量控制

上海建工四建集團有限公司 上海 201103

高強混凝土通常是指強度等級不低于C60的混凝土。與普通混凝土相比，高強混凝土不僅可以減小混凝土結構尺寸，減輕結構自重，因此在超高層建筑中廣泛使用。然而，影響高強混凝土質量的因素很多，從原材料選擇、配合比設計、拌制、運輸、泵送到澆筑、養護，所有環節都必須采取專門的措施。

1 高強混凝土質量概述[1-8]

高強混凝土的成品質量與混凝土配比和施工工藝密切相關，在滿足強度要求的前提下，應特別注重混凝土的施工性能，混凝土應易于泵送與澆筑，澆筑質量應均勻密實，混凝土流動性與抗離析性能應進行合理的平衡。

根據多年來的從業經驗歸納，影響高強混凝土質量的主要因素主要有以下幾個方面：

（a）配合比設計及原材料。如混凝土膠凝材料、骨料的級配、砂率、水灰比、外摻料、外加劑等；

（b）生產環節。如投料順序、攪拌量、攪拌時間等；

（c）施工環節。如混凝土的運輸、泵送、澆搗、養護等。

除上述因素以外，對高強混凝土的檢測技術也影響到高強混凝土質量的評判。為了保證高強混凝土的質量，總包單位必須事先對高強混凝土的生產商進行考察，并參與高強混凝土的生產、使用全過程控制。

2 高強混凝土原材料和配合比控制

2.1 原材料

2.1.1 膠凝材料

高強混凝土的配制一般采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，水泥強度等級應不低于42.5級。應優先采用回轉生產的水泥，水泥貯存不宜超過3 個月。

作為膠凝材料的組成部分，礦物摻合料的質量同樣十分重要。高強混凝土常用的外摻料為粉煤灰、磨細天然沸石巖、磨細礦渣和硅粉等。例如，在南京紫峰大廈工程的C70高強混凝土配制中，我們選擇了南京市場質量穩定品質最優的梅寶S95礦粉和華能電廠的一級粉煤灰作為摻合料。

2.1.2 骨料

骨料的選擇對高強混凝土質量影響很大。骨料自身的強度、顆粒形狀和含泥量對高強混凝土的材料性能和強度至關重要。由于粗骨料石子中含有天然紋理和缺陷，因此選用較小粒徑的粗骨料，高強混凝土所采用的粗骨料粒徑不宜大于25 mm。我們在107、108項目的C80混凝土配制以及在南京紫峰大廈C70混凝土配制時選用的都是粒徑5～20 mm的石子。

此外，骨料的級配優劣對高強混凝土的工作性影響很大，必須嚴格控制。由于混凝土是地方性材料，例如在廣東地區粗骨料的質量較好，而在有的區域就較差，因此為了保證高強混凝土的質量，首先要選擇優質的原材料，例如我們在南京試配C70混凝土時，經過比選我們沒有采用當地普遍使用的石灰石礦，而是選擇了鎮江茅迪的玄武巖石料。

2.1.3 外加劑

外加劑是配制高強混凝土十分重要的原材料，隨著外加劑技術的發展，聚羧酸系外加劑為高強、高性能混凝土的生產提供了可能。外加劑的品種選擇和摻量控制須通過試配來確定。

2.2 配合比設計

2.2.1 膠凝材料的比例確定

一個好的配合比中，膠凝材料構成的體系也應符合最緊密堆積理論。從參與水化情況來看，復合體系的粒徑分布應該在工作性與充分發揮活性之間有一個最佳平衡點。水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉分別以不同的質量分數復合組成復合膠凝體系，測定其需水量、強度等物理性能指標，從而發現它們的最佳匹配關系。在選定水泥牌號的基礎上，要對不同比例的膠凝材料用同摻量的外加劑進行凈漿流動度比較。

2.2.2 水灰（膠）比確定

較普通混凝土而言，高強混凝土的配制一般需要較高的水泥用量和較低的用水量，但也并非水灰比越低越好。根據我們在多個工程中的經驗表明，高強混凝土的水灰比一般控制在0.25～0.4，具體情況要根據強度等級、外加劑的減水性能、混凝土的流動性需求等因素而定。當使用液體外加劑時，外加劑的用水量應考慮在水灰比中。

2.2.3 砂率

砂率一般在所要求的混凝土性能的范圍內取最小值。高強混凝土的砂率比普通混凝土小，一般為26%～32%，當然，如果配制大坍落度或流態高強混凝土，則應選擇較大的砂率，可達32%～40%。

2.3 混凝土的試配

高強混凝土在生產前要經過試配確定配合比，畢竟小試的研究與實際的大規模生產有很大的不同，如何將將小試的配比、混凝土狀態應用到拌站的實際生產中，直至應用于工地現場，都需要參與各方摸索一些經驗數值。

我們在南京配制C70混凝土時，進行了3 次中試。為了模擬實際施工情況，第一次中試我們制作了2 根柱的試驗。在28 d齡期時，對柱進行了鉆芯取樣，結果3 個芯樣強度分別為：62.8 MPa、62.8 MPa、56.2 MPa，代表值為56.2 MPa。

綜合各齡期強度數據看，強度發展情況基本正常，28 d標養試塊強度及同條件養護試塊強度均達到了設計要求，但是富余量較小，考慮到C70混凝土施工跨越冬夏，還需要進一步對配比進行調整。于是，決定將石子更換為原定的備選材料玄武巖，適當減弱外加劑的引氣作用，延長振搗時間，采用電腦控制自動計量和投料。同時，考慮增加強度儲備，在保持膠凝材料總量不變的前提下，適當增加其中水泥用量，并將外加劑摻加比例進行了調整，再進行第二次中試。

在28 d齡期時，對中試柱進行了鉆芯取樣，結果3 個芯樣強度分別為82.8 MPa、84.2 MPa、82.3 MPa，代表值為82.3 MPa。由測試結果可知，混凝土強度是完全滿足，但是試驗時發現混凝土黏性較大，凝結時間較短，對高程泵送不利。因此，我們在基礎施工階段，開始對配合比進一步調整，對外加劑用量作了適當微調，進行了第三次中試。經試驗，強度和工作性能均較為滿意，最終確定了配合比。

3 高強混凝土生產環節的質量控制

3.1 材料的儲存與檢測

高強混凝土的原材料應專倉專放，在正式進料生產前均應有專人負責對筒倉內部進行清理，確保在粉料進筒倉后不與前一次使用的粉料有混料的可能。

進倉材料應做到100%檢驗合格。石料經檢驗合格后，派專人進行清洗，降低石料中的石粉含量，以保證質量。水泥入倉時進行抽檢，對水泥溫度也應進行測量，控制在70 °C以下。同時，應確保外加劑在儲存過程中不受污染。

每次混凝土拌制前3 h，應對此次所用粗細骨料進行含水率試驗，所得數據及時反饋至拌臺，對用水量進行修正。

3.2 投料及攪拌的控制

圖1為南京紫峰大廈C70混凝土投料及攪拌時間控制工藝流程。

圖1 高強混凝土投料及攪拌工藝

4 高強混凝土施工環節的質量控制

4.1 高強混凝土生產—運輸—澆筑的連續性問題

通過幾個工程實踐總結，我們發現新拌混凝土從出料開始在一段時間里，其表征工作性的重要指標——擴展度較為恒定，具體的時間應根據不同的配合比和天氣情況經試驗確定。所以，我們應該將混凝土從生產到澆筑的整個過程控制在這個時間段里。根據這一特性，我們來確定各種設備的配置和生產、施工的組織。

首先應根據拌站與澆筑施工地點距離和不同時段的交通情況，確定運輸時間；然后根據混凝土生產能力、泵送能力和前面所述的特定時間段來配置運輸車輛。

有條件的情況下應安裝GPS衛星定位系統，可有效降低復雜的交通、路況所造成的運輸困難。

4.2 高強混凝土的泵送控制

4.2.1 可泵性指標

高強混凝土中膠凝材料比重的增加，使混凝土的黏性增加，與泵管管壁間的摩擦力增加，這就使得高層泵送高強混凝土遠較普通混凝土困難。因此，如何判斷高強混凝土的可泵性非常關鍵。

對于普通混凝土來說，保坍性好，塑性大、和易性好，基本就意味著可泵性能良好。但對于超高強混凝土，由于黏性比普通混凝土大，流變性大易離析，給高程泵送帶來很多難題，所以僅僅用坍落度來控制是不夠的。我們借鑒了國內外的一些超高強度混凝土的施工經驗，認為坍落度只是一個參考，擴展度、黏性指標和抗離析性能對高程泵送影響更大。

我們在南京紫峰大廈的實踐表明，擴展度可作為高強混凝土可泵性的評判指標，當C70高強混凝土擴展度在650～750 mm時，對應的可泵性較好，擴展度過大或過小均不利于泵送。

4.2.2 泵送設備及泵管布置

為滿足施工現場泵送時混凝土具有理想的擴展度指標，必須嚴格控制其攪拌時間與運輸時間，以保證混凝土規模化生產與現場泵送過程的連續性。同時，高強混凝土的泵送成功，不僅取決于擴展度指標，還與泵送設備的選擇、泵管的布置有關：

（a）泵送設備應滿足泵送所需的泵壓，最好有一定的余量。比如在南京紫峰大廈，我們計算出的最小混凝土出口壓力為25 MPa，我們選擇了三一重工生產的HBT90C2135泵車，最大輸出壓力可達35 MPa。

（b）泵管的布置，應設置一定長度的水平管，并在豎向泵管處設置一定數量的緩沖段，靠近泵車處，應設置截止閥，防止意外情況發生。同時，由于高強混凝土泵送時產生的摩擦力較大，因此應選擇高強泵管，同時加強泵管的固定。

（c）高強混凝土泵送前應采用砂漿進行潤管，潤管砂漿一定要保證其保水性。

（d）停泵間隙不能過長，必要時采取反泵方法，使管內混凝土保持流動狀態。

（e）起泵應均勻，逐步加大壓力。

4.3 高強混凝土的澆搗

高強混凝土由于流動性較好，應適量振搗，使混凝土最終產品具有較高的抗壓強度和較佳均勻性。這在107、108項目的12 根試驗柱的取芯檢驗中得到了證實。

由于高強混凝土的流淌性很好，因此選擇金屬網的材料和固定方式時應十分重視，處理不當會造成界面處大量高強混凝土的漿液流入相應低標號混凝土部分。

不同強度混凝土同時澆筑時，對泵管布置和澆筑流向設計有著較高的要求，不然會由于高強混凝土凝結速度較快而產生冷縫，影響工程質量。

4.4 高強混凝土的養護

高強混凝土早期養護的溫度、濕度對強度發展和成品性能影響較大。通過對試驗柱的回彈、取芯試驗發現，在保溫、保濕基礎上采取加濕養護，將有利于控制裂縫的產生，且其強度優于采用其他養護方式的混凝土。

因此，高強混凝土澆筑完畢并初凝后，應盡快加以覆蓋并澆水養護，澆水次數應能保持混凝土表面濕潤，澆水養護時間不少于14 晝夜。

5 結語

目前的高強混凝土技術的發展雖然取得了很多成果，但總體上發展尚不成熟，應在今后的工程實踐中不斷完善。對于高強混凝土的質量控制，應在材料的選擇、生產制備、施工等各個環節進行高度重視，在滿足強度要求的前提下，確保混凝土的施工性能。