C60高強混凝土的研發與應用

楊國強

（深圳市鵬城基業混凝土有限公司）

C60高強混凝土的研發與應用

楊國強

（深圳市鵬城基業混凝土有限公司）

C60高強混凝土在實際工程建設中的使用越來越廣泛，如何選用優質經濟的材料和經濟高效的配合比是我們要解決的問題?；炷猎嚺涔ぷ鞣敝?，使用傳統方法試配比較材料和配比的優勢將會帶來非常大的工作量，正交試驗設計能較好的解決這個問題。本文通過正交試驗設計來優選材料和配合比。

高強混凝土；正交試驗；粘度；自收縮；裂縫

隨著城市的發展，高層超高層建筑拔地而起，商業和公共建筑也開始向大跨度、高強度方向發展。最近幾年，C60及以上標號的混凝土應用也越來越廣泛，特別是C60混凝土在工程中的應用越來越多。同時相關標準對高強混凝土的定義也由C50及以上等級改為C60及以上等級的混凝土。獲得泵送性能好、強度保證系數高的高強混凝土的方法主要包括選用適應性好的高性能減水劑、優質摻合料、高強度等級的水泥和優質骨料。生產和施工過程中保證低水膠比的同時也要混凝土具有較低的粘度，在較低的用水量和粘度之間找一個合適的平衡。

1　工程概況

深圳某醫院工程，地下3層，地上10層豎向結構均為C60高強混凝土?；炷潦┕み^程中主要是汽車泵和拖式泵兩種泵送施工方式。通過分析，該工程主要控制要點在于C60混凝土的強度保證、泵送施工過程中混凝土的和易性和粘聚性、地下室結構的裂縫預防等。針對這些控制要點，我們首先在原材料和配合比上做文章，配合比上留夠足夠的強度富余量，在強度和粘度之間找一個合適的平衡，為減少收縮盡量降低膠凝材料總量和增加粗骨料用量。

2　混凝土原材料

商品混凝土作為一種使用量最大的建筑材料，一定是在滿足質量的情況下盡量保證材料和配合比的經濟性。選用本地常用的幾種原材料通過正交對比試驗優選經濟優質的原材料，選定原材料后再通過正交對比試驗確定各方面性能合適的配合比。

2.1水泥

主要比較兩種品牌的水泥：惠州光大P.O 42.5R，廣東塔牌P.O 42.5R。水泥的礦物組成、摻合料的種類和摻量、調凝劑、堿含量、助磨劑等方面都會影響水泥和外加劑的適應性，影響混凝土的強度發展規律和流變性能，進而影響到施工性能和最終工程質量。

2.2摻合料

高強混凝土由于其較高的膠凝材料用量將不可避免的帶來較大的水化熱，摻用優質活性摻合料在保證強度的情況下，可大幅度降低水化溫升，減少收縮，降低裂縫的風險。粉煤灰由于其良好的形態效應和微集料效應可以改善混凝土的流動性和流變性能，改善混凝土內部孔隙結構，提高后期抗滲性能和耐久性。礦渣粉由于其較好的活性，在降低水泥水化熱和收縮的同時并不明顯的降低混凝土的強度，與粉煤灰復合使用具有較好的顆粒搭配，優勢互補。礦粉選用唐山首鋼S95級礦粉，粉煤灰選用大亞灣電廠Ⅱ級粉煤灰。

2.3外加劑

外加劑選用保坍性能良好、減水率高、含氣量低的聚羧酸高性能減水劑，供應廠家為深圳五山建材有限公司。

2.4骨料

有兩種可供選擇的粗骨料類型，一種5～25m m連續級配的花崗巖碎石，一種5～20m m連續級配的頁巖碎石。主要比較兩種碎石對和易性和強度的影響。有兩種可供選擇的細骨料類型，一種是細度模數為2.8的河砂，一種是細度模數為2.6的水洗砂。

2.5水

自來水。

3　通過正交試驗優選材料

選定要考察的因素和水平，通過試驗考察因素和水平對試驗結果的影響。把水泥的種類、石子的種類、砂的種類作為要考察的因素，各自對應的不同品牌和廠家作為每個因素的不同水平。如表1所示：

表1　材料種類因素及水平

保持水膠比、用水量、砂率不變，略微增減外加劑摻量使混凝土的坍落度和流動性滿足施工要求且基本一致。根據經驗選定水膠比為 0.28，用水量選定148kg/m3,砂率選定39%，設定容重為2450kg/m3，粉煤灰和礦粉的摻量均為15%。試驗過程中記錄混凝土和易性、倒置流空時間、成型試塊試壓強度等。主要考察因素水平對泵送性能和強度的影響。利用正交表L4(23),試驗結果如表2所示：

表2　材料種類正交試驗結果

根據試驗結果，在給定的因素和水平的范圍內，水泥品種對混凝土的可泵性和強度的影響最大，其次是砂子的種類，最后是石子的種類。塔牌水泥比光大水泥在與外加劑的適應性、可泵性、強度等方面有一定的優勢，可選用塔牌水泥。稍粗的河砂在混凝土可泵性、強度等方面比稍細的水洗砂有優勢，可選用稍粗的河砂。兩種石子對混凝土的可泵性和強度上影響不是很大，由于5～20m m的石子資源較少，價格相對較貴，考慮供應和經濟的問題，選用5～25m m石子。

4　用選定的材料做試驗優選配合比

選定要考察的因素和水平，考察其對所觀察的試驗結果的影響。試配所用材料為塔牌水泥、細度模數2.8的河砂、5～25m m花崗巖碎石、首鋼S95級礦粉、大亞灣電廠Ⅱ級粉煤灰、深圳五山聚羧酸外加劑、自來水等。把用水量、水泥用量、摻合料中粉煤灰和礦粉的比例、膠凝材料總量等四個因素作為考察對象，觀察其對倒置流空時間、強度、和易性的影響。其因素和水平表如表3所示：

表3　材料用量因素和水平

試配過程中保持設定的容重為2450kg/m3，砂率為39%不變，略微增減外加劑的摻量使混凝土的坍落度、流動性、和易性滿足施工要求且基本一致。記錄混凝土和易性、倒置流空時間、成型試塊試壓強度等。主要考察因素和水平對混凝土泵送性能和強度的影響。利用正交表L9（34），試驗結果如表4所示：

表4　材料用量正交試驗結果

根據試驗結果，在給定的因素和水平的范圍內，膠材總量是影響泵送性能和強度的主要因素，膠凝材料越多強度越高。一般情況下，膠凝材料越多混凝土粘度越大，該規律并不能無限外延，存在突變的情況。試驗的因素和水平范圍內，膠凝材料選擇530kg/m3既能滿足試配強度大于69.0M Pa的要求，又能改善混凝土粘度。用水量越多粘度越小，在給定的水平范圍內對強度的影響較小，根據粘度數據，可選擇用水量148kg/m3。水泥用量對混凝土的粘度和強度影響較小，根據經濟型原則可選擇最小水平350kg/m3。粉煤灰和礦粉的比例規律比較復雜，對于28d強度來說，礦粉摻量越多強度越高，但影響并不是很大，對于粘度來說，單摻兩者比復摻效果都要好，可能是三種膠凝材料的顆粒搭配不良引起?？紤]到水化溫升、裂縫和成本的影響，配合比中還是要摻一定比例的粉煤灰，同時粉煤灰對后期強度和抗滲性有較好的貢獻。

在選定參數的基礎上，繼續在水泥用量和摻合料比例上考察最佳方案。水泥用量選定350kg/m3、320kg/m3等兩個水平，粉煤灰和礦粉的比例選定7:3、5:5、3:7等三個水平做交叉對比試驗。試驗結果如表5所示：

表5　交叉對比試驗結果

從試驗結果可以看出，除了4號和5號在強度保證率上較低以外，其余編號配合均可滿足施工和強度要求?？紤]到開裂的影響，根據清華大學安明喆博士在礦物摻合料對高性能混凝土自收縮影響因素方面進行的系統研究：礦渣細度小于400m2/kg時，對減少混凝土自收縮有利，隨礦渣摻量的增大，自收縮減小，但當細度大于400m2/kg時，礦渣活性明顯提高，引起自收縮增大[1]。目前礦渣粉的細度均在400m2/kg以上，而自收縮成為影響高性能混凝土產生裂縫的最主要因素[2]，在其他性能影響不大的情況下，應優先選擇礦粉摻量小的配合比方案。確定1號配合比為優先考慮配合比，通過試驗室多次不同日期、不同批次的原材料試配結果，混凝土和易性和泵送性能符合施工要求，試配28d強度穩定在69.0M Pa以上。最終選定1號配合比為實際使用理論配合比。

5　混凝土實際應用效果和存在的問題

該工程最終澆筑C60高強混凝土近2000方，出廠坍落度200～240m m，經過近30m i n的運輸，到廠坍落度190～230m m，混凝土和易性和粘聚性良好，澆筑過程中未出現堵泵現象，站內混凝土試塊強度在64.3～72.5M Pa之間。施工完成后在該工程地下室墻體中發現少量的豎向微裂縫，地下室墻體的裂縫問題一直是一個不可忽視而又經常出現的質量問題。理論上，裂縫的出現與地下室特殊的封閉結構形式、高標號混凝土的體積穩定性、高標號混凝土的高水化熱、養護的方式方法、環境因素等均有較大關系。每一個獨立工程都有其無法復制的特殊性，這種特殊性和裂縫的復雜性結合在一起使具體的每一條裂縫產生的原因很難尋找，由于篇幅和筆者經驗有限，在此不在贅述，留給有經驗的同行解答?！?/p>

[1]姚燕.高性能混凝土的體積變形及裂縫控制［M］.北京：中國建筑工業出版社,2011.26-27.

[2]姚燕.高性能混凝土的體積變形及裂縫控制［M］.北京：中國建筑工業出版社,2011.25-26.