C100高強混凝土的配合比設計

張文海，賈會杰，崔志忱，李沛

（1.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

一般認為，強度等級不低于C50的混凝土即為高強混凝土[1]，但在JGJ/T 281—2012《高強混凝土應用技術規程》[2]中明確規定，強度等級不低于C60的混凝土為高強混凝土。混凝土配合比，是指單位體積的混凝土中各組成材料的質量比例。混凝土配合比設計的最終目的就是使各組成材料相互搭配并被拌制成滿足特定工程需要的混凝土，且經濟和實用[3]。

現行的設計規范，如GB 50010—2010《混凝土結構技術規范》[4]和CECS 104：99《高強混凝土結構技術規程》[5]，混凝土強度等級最高已經達到C80。查閱相關文獻，近年來，高強混凝土及其應用技術迅速發展并逐步成熟，在我國已被應用于高層建筑、大跨度橋梁、海上石油平臺等工程中，C100高強混凝土已經由試驗室研究走向大型工程的應用[6-7]。《高強混凝土應用技術規程》，對高強混凝土的原材料控制、性能要求、配合比設計、施工和質量檢驗做了較全面和系統的規定，使得C100高強混凝土的應用有章可循。

本文中，為滿足某重大工程的設計需要，研究配制C100高強混凝土，使其不僅滿足高強度要求，同時具備良好的工作性能，相關成果可為高強混凝土在實際工程中的應用積累寶貴經驗。

1 指標要求和技術路線

1.1 指標要求

《高強混凝土應用技術規程》中對C100高強混凝土的工作性能和強度規定如下：1）工作性能：坍落度逸220 mm；擴展度逸500 mm；坍落度經時損失臆10 mm/h；不離析，不泌水，凝結時間滿足施工要求。2）強度：28 d混凝土配制強度逸115 MPa，力學性能試驗方法符合現行國家標準GB/T 50081—2002《普通混凝土力學性能試驗方法標準》[8]的規定。

1.2 技術路線

運用現行國內外普遍使用的Mehta和Aitcin經典混凝土配合比設計方法[9]，使用市場上易購買且供應和質量穩定的原材料，不改變現有生產工藝，利用相容的高性能減水劑和高性能礦物摻合料，優化和優選混凝土配合比設計參數，設計配制出工作性能和強度均合格，且相對經濟的C100高強混凝土。

2 原材料選擇

2.1 水泥

配制高強混凝土，應采用礦物組成合理、細度合格的高強度水泥。從理論上講，若能振搗密實，用42.5級普通水泥是有可能配制出C100高強混凝土的[1]。為保證強度，《高強混凝土應用技術規程》規定，配置C80及以上強度等級的混凝土時，水泥28 d膠砂強度不宜低于50 MPa。在此選用P.O 52.5水泥，其檢驗結果如表1。

表1 P.O 52.5水泥檢驗結果Table1 Test results of P.O 52.5 cement

2.2 礦物摻合料

高強混凝土一般水泥用量高，而高水泥用量易引起高水化熱。因此，如技術可行，應減少水泥用量，并使用高性能礦物摻合料代替，盡量降低因水化熱帶來的負面影響。此外，礦物摻合料可以通過改善水泥基材的化學組成，改善混凝土的工作性，增加其后期強度。在此，選用降黏型高性能摻合料，其檢驗結果如表2。

表2 礦物摻合料檢驗結果Table 2 Test results of mineral admixture

2.3 粗骨料

粗骨料在混凝土組織結構中起主要的骨架作用。對高強混凝土而言，巖石抗壓強度、表觀特征和最大公稱粒徑是選擇粗骨料的3項重要指標。《高強混凝土應用技術規程》規定：1）巖石抗壓強度應比混凝土強度等級標準值高30%；2）含泥量不應大于0.5%，泥塊含量不應大于0.2%；3）針片狀含量不宜大于5%，且不應大于8%；4）連續級配，最大公稱粒徑不宜大于25 mm。在此，選取當地片麻巖、花崗巖和玄武巖3種母巖的碎石進行對比試驗，檢驗結果見表3，顯然，麻巖碎石含泥量、針片狀含量和巖石抗壓強度均不滿足要求，不能選用。

表3 粗骨料檢驗結果Table3 Test resultsof coarse aggregate

2.4 細骨料

《高強混凝土應用技術規程》規定：1）配制高強混凝土宜采用細度模數為2.6～3.0的域區中砂；2）含泥量和泥塊含量應分別不大于2.0%和0.5%。在此，選用當地中粗河沙，其檢驗結果如表4。

表4 細骨料檢驗結果Table 4 Test results of fine aggregate

2.5 拌合水

拌合水中不得含有影響水泥正常凝結與硬化的有害雜質。《高強混凝土應用技術規程》規定：1）不宜用混凝土攪拌與運輸設備洗刷水；2）不得用未經淡化處理的海水。在此，選用自來水作為拌合水。

2.6 外加劑

使用減水劑，降低水灰比，同時保證或改善混凝土的工作性能，提高其強度，已是現在普遍的做法，減水劑在混凝土配制中已必不可少。《高強混凝土應用技術規程》規定：1）配制高強混凝土宜采用高性能減水劑，配制C80及以上等級的混凝土，高性能減水劑的減水率不宜小于28%；2）外加劑應與水泥和礦物摻合料有良好的適應性，并應經試驗驗證。在此，選用新型聚羧酸高性能減水劑，經試驗驗證，與上述水泥和礦物摻合料適應性良好，其固含量不低于40%，減水率不低于40%。

此外，為防止混凝土內鋼筋銹蝕，設計要求選用復合氨基醇類高性能阻銹劑，經試驗驗證，亦與上述水泥和礦物摻合料良好適應。

3 配合比設計

3.1 主要影響因素

研究已經表明，水膠比、摻合料用量和砂率是影響混凝土工作性能和強度的三大主要因素[7]：1）對工作性能的影響程度中，摻合料用量和砂率的影響顯著，其中摻合料用量最顯著，砂率次之；2）對強度的影響程度中，水膠比和摻合料用量的影響顯著，其中水膠比最顯著，摻合料用量次之，砂率的影響不顯著。

3.2 參數確定

高強混凝土配合比應經試驗確定。《高強混凝土應用技術規程》也給出了參考值，配制C100高強混凝土時：1）水膠比0.24～0.26；2）膠凝材料用量550～600 kg/m3，礦物摻合料用量宜為25%～40%；3）砂率35%～42%。

根據大量試配結果和上述影響因素分析，最終得到設計配合比如表5（水膠比0.17、膠凝材料用量650 kg/m3、砂率38%）。

表5 C100高強混凝土配合比Table5 Mix design of C100 high-strength concrete

3.3 拌合物性能檢驗

依據GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》[10]規定的試驗方法，按照表5配制的C100高強混凝土拌合物性能檢驗結果見表6，檢驗結果顯示，混凝土拌合物工作性能良好，滿足要求。

表6 混凝土拌合物性能檢驗結果Table 6 Performance test resultsof concrete mixture

3.4 強度性能檢驗

依據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》規定的試驗方法，以上述兩種母巖的碎石各成型并養護3組共計6組標準立方體試塊，測試各組試塊7 d、28 d和60 d的抗壓強度，試驗結果見表7。檢驗結果顯示，本文選用的原來材料質量穩定，按照表5設計的配合比其28 d抗壓強度均能滿足逸115 MPa。最終，根據運距和經濟性綜合比較，選定玄武巖母巖的碎石為粗骨料。

表7 抗壓強度檢驗結果Table7 Test results of compressivestrength

4 結語

本文配合比設計已通過專家論證，且已成功應用于中交一航局承攬的某項重大工程中，所配制的C100高強混凝土不僅工作性能滿足施工要求，強度亦符合質量標準驗收要求，工程質量得以保證。通過此項工程實踐，主要得到如下經驗和結論：

1）運用現行混凝土配合比設計方法，不改變現有混凝土制備工藝，選擇符合要求且質量穩定的原材料，充分發揮礦物摻合料和減水劑的改善作用，優化和優選配合比設計參數，配制出高強混凝土是可以實現的；

2）本文中的水膠比、膠凝材料用量和砂率，3個關鍵參數的選取是以《高強混凝土應用技術規程》中給出的參考值為依據的，但最終水膠比和膠凝材料用量均不在給出的參考范圍內，本次工程實踐豐富了C100高強混凝土的配制經驗；

3）從配合比設計到混凝土工程質量驗收，混凝土的生產、運輸、澆筑和養護各個環節均需按照相關要求有效把控。

[1] 張應力.現代混凝土配合比設計手冊[M].2版.北京：人民交通出版社，2002.ZHANG Ying-li.Modern concrete mix design manual[M].2nd ed.Beijing:China Communications Press,2002.

[2]JGJ/T 281—2012，高強混凝土應用技術規程[S].JGJ/T 281—2012,Technical specification for application of high strength concrete[S].

[3] 吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土 [M].北京：中國鐵道出版社，1999.WU Zhong-wei,LIAN Hui-zhen.High performance concrete[M].Beijing:Chinese Railway Publishing House,1999.

[4]GB 50010—2010，混凝土結構設計規范[S].GB 50010—2010,Codefor design of concretestructures[S].

[5]CECS104：99，高強混凝土結構技術規程[S].CECS 104：99,Technical specification for high-strength concrete structures[S].

[6]劉洋.基于全計算法配制C100高強混凝土強度、工作性研究[D].重慶：重慶交通大學，2014.LIUYang.Study on strength and workability of C100 high-strength concretebased onfull calculationmethod[D].Chongqing:Chongqing Jiaotong University,2014.

[7] 路來軍，朱效榮，高興燕，等.C100高性能混凝土的研究與應用[J].混凝土，2003（7）：43-47，65.LU Lai-jun,ZHU Xiao-rong,GAO Xin-yan,et al.The research and application of C100 high performance concrete[J].Concrete,2003(7):43-47,65.

[8]GB/T 50081—2002，普通混凝土力學性能試驗方法標準[S].GB/T 50081—2002,Standard for test method of mechanical propertieson ordinary concrete[S].

[9] MEHTA P K，AIETCIN Pierre-Claude C.Principles underlying production of high performanceconcrete[J].Cement,Concreteand Aggregates,1990,12(2):70-78.

[10]GB/T 50080—2016，普通混凝土拌合物性能試驗方法標準[S].GB/T 50080—2016,Standard for test method of performance on ordinary fresh concrete[S].