內(nèi)蒙古地區(qū)C60高性能混凝土的研究與應(yīng)用

陳桂玲，張旭升

（1. 鄂爾多斯市世正工貿(mào)有限公司，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 010321；2. 內(nèi)蒙古第三電力建設(shè)工程有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 包頭 014030）

0 引言

隨著高層建筑技術(shù)的發(fā)展，高強(qiáng)度混凝土的應(yīng)用越來越廣泛。高強(qiáng)混凝土以強(qiáng)度為首要指標(biāo)，重在滿足一般環(huán)境條件下結(jié)構(gòu)對(duì)強(qiáng)度等級(jí)的要求，其耐久性比普通混凝土高，但遠(yuǎn)未及高性能混凝土。包頭地區(qū)屬于寒冷地區(qū)，溫度變化較大，對(duì)混凝土的耐久性及施工過程中的工作性能要求較高。對(duì)于 C60 高性能混凝土尚未展開系統(tǒng)的研究和開發(fā)，從生產(chǎn)到施工都存在較大的難度。本研究屬于“綠色高性能混凝土關(guān)鍵技術(shù)研究”和“利用地方材料開發(fā)應(yīng)用綠色混凝土”項(xiàng)目，通過利用摻合料、外加劑優(yōu)化配合比等手段，成功配制 C60 高性能混凝土，對(duì)提升和發(fā)展包頭市混凝土技術(shù)水平有重要的經(jīng)濟(jì)與社會(huì)意義。

1 混凝土配合比設(shè)計(jì)的主要指導(dǎo)方針

1.1 水膠比

為保證混凝土的強(qiáng)度和耐久性，宜將水灰比控制在0.25～0.27 之間。

1.2 膠凝材料用量

充足的水泥漿包裹在骨料外，不但能在骨料之間充分潤滑保證混凝土的和易性，還為混凝土強(qiáng)度提供了積極的貢獻(xiàn)。為保證混凝土不離析、不泌水，以及具有足夠的強(qiáng)度，C60 混凝土的膠凝材料總量宜控制在 560～580kg/m3，在保證混凝土強(qiáng)度的基礎(chǔ)上宜取下限值。

1.3 砂率

在試驗(yàn)砂率范圍內(nèi)，混凝土和易性隨砂率的增加而改善，為保證混凝土滿足泵送需要，宜將砂率控制在39%～42% 之間。

1.4 礦物摻合料摻量

試配過程中粉煤灰摻量基本都控制在 10% 左右，從現(xiàn)場試配情況來看該摻量基本可有效地保證拌合物的工作性能，并不會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度造成過多的負(fù)面影響。實(shí)際應(yīng)用中粉煤灰摻量控制在 10% 左右。

1.5 化學(xué)外加劑摻量

在試驗(yàn)所用的各種化學(xué)外加劑中，綜合考慮其減水效果，對(duì)混凝土和易性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等的影響，使用聚羧酸減水劑，摻量控制在 1.5%～3%。

2 試驗(yàn)原材料與試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)原材料

（1）水泥：水泥為西水 P·O42.5 級(jí)水泥。主要技術(shù)指標(biāo)見表 1。

（2）粗骨料：粗骨料采用最大粒徑 31.5mm、16.0mm 的兩種連續(xù)級(jí)配的碎石按比例混合而成。采用混合級(jí)配骨料的技術(shù)有利于獲得最佳級(jí)配，提高混凝土的各項(xiàng)性能。主要技術(shù)指標(biāo)見表 2。

根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，需進(jìn)行臨床試驗(yàn)審批的第三類醫(yī)療器械，需在臨床試驗(yàn)前獲得批準(zhǔn)。所有臨床試驗(yàn)需按規(guī)定向省級(jí)食品藥品監(jiān)督管理局提交備案。

（3）細(xì)骨料：細(xì)骨料采用Ⅱ區(qū)中砂，細(xì)度模數(shù)3.0。

（4）粉煤灰：粉煤灰采用達(dá)旗電廠Ⅱ級(jí)粉煤灰，主要技術(shù)指標(biāo)見表 3。

（5）磨細(xì)礦渣粉：采用包鋼冶金渣公司 S75 級(jí)磨細(xì)礦渣粉，主要技術(shù)指標(biāo)見表 4。

表1 水泥性能指標(biāo)

表2 碎石技術(shù)指標(biāo)

（6）外加劑：外加劑采用聚羧酸減水劑，主要技術(shù)指標(biāo)如表 5。

表3 粉煤灰技術(shù)指標(biāo)

表4 礦粉技術(shù)指標(biāo)

表5 聚羧酸減水劑技術(shù)指標(biāo)

2.2 C60 高性能混凝土的試配

2.2.1 配制強(qiáng)度計(jì)算

混凝土的配制強(qiáng)度按下式計(jì)算：

式中：

fcu,o——混凝土的試配強(qiáng)度，MPa；

fcu,k——混凝土的立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa。

混凝土的設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí) C60，試配強(qiáng)度：

f28=60×1.15=69(MPa)2.2.2 混凝土配合比確定

根據(jù)以上幾方面的技術(shù)要求及試驗(yàn)原材料的技術(shù)指標(biāo)確定 C60 高性能混凝土試配配合比，試配時(shí)，采用三個(gè)不同的配合比。除基準(zhǔn)配合比（A1）之外，其余兩個(gè)配合比的水灰比較基準(zhǔn)配合比的水灰比分別增加0.02（A2）和減少 0.02（A3），用水量和基準(zhǔn)配合比相同，砂率分別增加或減少 1%。

表6 C60 高性能混凝土試配配合比

2.2.3 試配情況及結(jié)果

為符合實(shí)際情況，模擬現(xiàn)場環(huán)境，讓室內(nèi)溫度和料溫保持一致。混凝土攪拌采用機(jī)械攪拌，攪拌時(shí)間 3 分鐘。從工作性能測定來看拌合物的和易性良好保水性能優(yōu)良。強(qiáng)度測試采用 100mm×100mm×100mm 的典型試模，三個(gè)配合比分別成型了 100 組試塊。

各齡期的抗壓強(qiáng)度值、坍落度見表 7。

表7 試配混凝土的抗壓強(qiáng)度值及坍落度

圖1 混凝土抗壓強(qiáng)度

從強(qiáng)度值來看，基準(zhǔn)配合比 A1 3d 強(qiáng)度達(dá)到 C60的 60.8%，28d 強(qiáng)度達(dá)到 121%。A3 配合比混凝土 3d、28d 強(qiáng)度都高于其它兩組。從工作性能結(jié)果來看，基準(zhǔn)配合比的混凝土坍落度可達(dá)到 220mm 以上，并且 2h 內(nèi)坍落度損失小于 30mm，無離析泌水，可滿足現(xiàn)場泵送要求。A2 配合比混凝土坍落度高于其它兩組，但強(qiáng)度、保水性稍差。通過以上數(shù)據(jù)分析，同時(shí)考慮為試驗(yàn)的變異系數(shù)留有一定的富余系數(shù)以及從成本等方面考慮，定 A2 為基準(zhǔn)配合比作為施工配合比最為合理。

2.2.4 基準(zhǔn)配合比混凝土的其他性能

（1）抗折強(qiáng)度：C60 高性能混凝土兩組抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表 8。

（2）劈拉強(qiáng)度：劈拉試驗(yàn)進(jìn)行了兩組試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表 9。

（3）收縮：按 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性和耐久性試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行收縮試驗(yàn)的階段性試驗(yàn)結(jié)果見表 10。

表8 混凝土抗折強(qiáng)度

表9 混凝土劈拉強(qiáng)度

表10 混凝土收縮性能試驗(yàn)結(jié)果

圖2 混凝土收縮試驗(yàn)結(jié)果

3 C60 高性能混凝土的工程應(yīng)用

通過試驗(yàn)研究，本項(xiàng)目的成果在中建二局承建的包頭市萬達(dá)廣場 3#、4# 樓的施工中得到成功的應(yīng)用。混凝土采用泵送施工，出廠檢測坍落度控制在 (230±30)mm，交貨檢驗(yàn)坍落度實(shí)測 (200±30)mm。混凝土在澆筑的過程中工作性能完全滿足，拆模后外觀光潔、平整，強(qiáng)度完全達(dá)到設(shè)計(jì)要求。攪拌站及現(xiàn)場分不同齡期共取 300 多組試塊，具體驗(yàn)收時(shí)，所采用的 3d、7d、28d 強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表 11。

表11 C60 高性能混凝土取樣強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果

包頭市質(zhì)檢站的現(xiàn)場取樣、28d 標(biāo)養(yǎng)試塊抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果也完全滿足設(shè)計(jì)要求。工程驗(yàn)收時(shí)，主體結(jié)構(gòu)驗(yàn)收滿足規(guī)范要求。該工程至今已投入使用，C60 混凝土所澆筑的豎向和水平結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生開裂現(xiàn)象。按照GB/T 107—2010《混凝土強(qiáng)度檢驗(yàn)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行評(píng)定完全達(dá)到 C60 混凝土的要求。

4 創(chuàng)新點(diǎn)

（1）C60 高性能混凝土通過對(duì)組成材料的優(yōu)化創(chuàng)新，以混凝土耐久性作為主要設(shè)計(jì)指標(biāo)。通過提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕等，使結(jié)構(gòu)安全并延長使用壽命。

（2）粗骨料采用最大粒徑 31.5mm、16.0mm 兩種連續(xù)級(jí)配的碎石按比例混合而成。采用混合級(jí)配骨料的技術(shù)獲得最佳級(jí)配，提高混凝土性能。

（3）充分發(fā)揮化學(xué)外加劑和礦物外加劑的雙重效能。

5 結(jié)論

通過研究和應(yīng)用結(jié)果表明，使用 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥、S75 級(jí)磨細(xì)礦渣粉、Ⅱ級(jí)粉煤灰、機(jī)制碎石（5～31.5mm）、天然Ⅱ區(qū)中砂、高效減水劑，采用常規(guī)的生產(chǎn)工藝，即可生產(chǎn)出 28d 強(qiáng)度達(dá)到 69MPa 以上，能夠滿足泵送 30m 以上的 C60 高性能混凝土。