高標號混凝土性能開發(fā)與應(yīng)用研究

袁 帥

(山水集團魯西運營區(qū)，山東 濟南 250000)

1 高標號配合比原材料技術(shù)指標

高標號混凝土原材料指標是在此論文中配制和生產(chǎn)混凝土的原材料驗收標準，超出或低于標準范圍的原材料將不適用于配制和生產(chǎn)高標號混凝土。其中包括粉料、骨料和減水劑，粉料又包括水泥、礦粉、粉煤灰；骨料包括石子、人工砂、尾礦砂。

1.1 粉料

1.1.1 水泥

水泥采用山東水泥廠有限公司生產(chǎn)的P.O42.5水泥，本水泥在適應(yīng)性方面較為穩(wěn)定，每批次之間的適應(yīng)性波動不大。強度方面也較為穩(wěn)定，適合配制和生產(chǎn)高標號混凝土，具體驗收標準如下(表1)。

表1 水泥驗收標準

1.1.2 礦粉

礦粉采用魯新、魯碧等大型礦粉生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的S95級礦粉，必須具有型式檢驗報告、產(chǎn)品合格證等相關(guān)產(chǎn)品資料才能允許入廠使用，具體驗收標準如下(表2)。

表2 礦粉驗收標準

1.1.3 粉煤灰

粉煤灰采用黃臺、石橫、聊城、德州等大型電廠生產(chǎn)的II級粉煤灰，必須具有型式檢驗報告、產(chǎn)品合格證等相關(guān)產(chǎn)品資料才能允許入廠使用，具體驗收標準如下(表3)。

表3 粉煤灰驗收標準

1.2 骨料

1.2.1 石子

石子采用山東水泥廠有限公司骨料線產(chǎn)的5～25mm連續(xù)級配石子，粒徑較好，石粉含量低，針片狀含量低，具體驗收標準如下(表4)。

1.2.2 人工砂

人工砂采用山東水泥廠有限公司骨料線產(chǎn)的細度模數(shù)2.6-3.5的風選人工砂，質(zhì)量穩(wěn)定產(chǎn)量大，石粉和泥塊含量低。具體驗收標準如下(表5)。

1.3 減水劑

減水劑采用山東華迪建筑科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，具體型號分為減水型PC，減水保坍型PC-XM，保坍型BTC三種復(fù)配而成，根據(jù)工藝不同采用不同的復(fù)配方式。具體驗收標準如下(表6)。

表4 石子驗收標準

表5 人工砂驗收標準

表6 減水劑驗收標準

2 高標號混凝土設(shè)計

就目前商混市場來看，高標號混凝土是現(xiàn)在以致未來發(fā)展的大趨勢，高強度多性能是未來商混必須具備的產(chǎn)品特性。本文就目前常用的三種高強混凝土，即：高標號大體積混凝土、高標號主體混凝土、高標號長距離泵送混凝土，以配合比設(shè)計和外加劑復(fù)配兩方面入手，結(jié)合實際生產(chǎn)經(jīng)驗和試驗成功案例進行分析。

2.1 高標號大體積混凝土

高標號大體積混凝土，主要用于高層建筑、大型鋼結(jié)構(gòu)建筑、大型設(shè)備等要求混凝土厚度深，強度高的基礎(chǔ)部位。

此部位特點為混凝土體積大、厚度深，要求一次性澆筑完成，同時施工速度快等特點，是目前商混高標號市場常見的施工部位之一。

2.1.1 配合比設(shè)計思路

由于大體積混凝土具有體積大、厚度深的特點，在配合比設(shè)計時要考慮水泥水化產(chǎn)生大量水化熱的問題，水化熱較大會在混凝土內(nèi)部向外產(chǎn)生爆裂，從而破壞整個混凝土構(gòu)造件。為了降低水化熱產(chǎn)生的影響，在設(shè)計配合比時可以減少水泥用量，增加礦粉和粉煤灰用量。強度方面內(nèi)控指標以7d達到65%，28d達到100%～110%，60d進行強度評定，達到120%。以C60混凝土為例，具體試驗配合比如下(表7)。

表7 高標號大體積混凝土配合比

由此數(shù)據(jù)可見，在相同水灰比(0.3)和相同骨料、水、外加劑用量的前提下進行對比，較為合適的為二號配合比和三號配合比。就強度來看，一號配比強度較低，并且達不到內(nèi)控理論指標，所以不適合使用。四號配合比整體強度較高，并且較高的水泥用量會增加水化熱爆裂的風險，所以第四個也不適合使用。

混凝土狀態(tài)方面，由于一號配合比摻入礦粉和粉煤灰較多，和易性較好，出機坍落度能達到260mm。二號和三號配合比狀態(tài)略微比一號粘，但是出機坍落度也能達到260mm。四號配合比由于礦粉和粉煤灰摻量較低，混凝土整體較粘，不利于施工，出機坍落度能達到245mm。

2.1.2 外加劑復(fù)配

針對于高標號大體積混凝土的施工特性和性能要求，外加劑應(yīng)具備高減水率、高保坍率、調(diào)節(jié)混凝土粘度等特點，具體外加劑復(fù)配配比如下(表8)。

表8 高標號大體積混凝土外加劑配合比

試驗環(huán)境溫度為25℃，所以保坍小料用量在每噸外加劑20kg較為合適。由于大體積混凝土泵送方式為向下泵送，泵送距離較近，不需要太多的引氣成分，所以引氣材料為每噸外加劑1kg。

之所以采用減水保坍劑和保坍劑搭配使用，是因為考慮到前期水化熱較大的因素，所以將混凝土保坍時間控制在2h左右。以試驗結(jié)果來看，一號配比保坍效果最好，但是會出現(xiàn)坍落度反大的情況，情況嚴重時會出現(xiàn)板結(jié)離析，對質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。二號配比搭配較為合理，基本滿足混凝土技術(shù)要求。三號配比出機減水率高，但是保坍時間略短，不如二號配合比好。

所以在復(fù)配針對大體積混凝土的外加劑時要充分考慮減水劑的性能特性，適當?shù)难娱L保坍時間。

2.2 高標號主體混凝土

高標號主體混凝土大多用在非核心筒工程的中低樓層、核心筒工程的核心筒部位、橋柱、樁基、箱梁等主體結(jié)構(gòu)中。

要求混凝土具有早期強度增長快，流動性好，粘度低，保水性好，泵送性好等特性。是目前商混市場常見的高標號混凝土之一。

2.2.1 配合比設(shè)計思路

試配高標號主體混凝土時各時段的強度是首要考慮因素，7d達到75%，28d進行強度評定，達到120%。水泥用量應(yīng)在430kg以上，礦粉用量隨之降低，為了后期強度和混凝土狀態(tài)粉煤灰用量應(yīng)不低于礦粉用量。

其次是混凝土狀態(tài)必須和易性要好，因為泵送環(huán)境不僅僅是汽車泵70m以下的可變彎頭泵管泵送，更多的是高壓車載泵多彎頭向上直管泵送，所以砂率要控制在45%以上。以C60混凝土為例，具體試驗配合比如下(表9)。

表9 高標號主體混凝土配合比

由此數(shù)據(jù)可見，28d能夠達到120%的只有第三、四組試配，但是第四組數(shù)據(jù)早期上強度較快，7d就已達到102%，并且60d幾乎無增長，對強度走勢不好把控，所以為適合的配比為第三組。

混凝土狀態(tài)方面，第一、二組明顯比三、四組松散，水泥用量的增高也伴隨著粘度的增加，需要借助外加劑來調(diào)整混凝土狀態(tài)。

2.2.2 外加劑復(fù)配

復(fù)配針對高標號主體混凝土的外加劑時，要有較高的減水率，并且引氣成分要適當增加，因為引氣成分可以降低混凝土的粘度，增加泵送性。具體外加劑復(fù)配配比如下(表10)。

表10 高標號主體混凝土外加劑配合比

試驗環(huán)境溫度為25℃，為了保證保坍效果，保坍小料摻量為每噸外加劑23kg。引氣成分的增加是為了降低混凝土粘度，每噸外加劑2kg較為合適。

兩種外加劑的復(fù)配方案為減水劑加保坍劑和減水保坍劑加保坍劑，第二種方案因為減水率太高，混凝土出機坍落度較大270mm，但是損失較快半小時210mm不太適合使用于高標號主體混凝土。第一種方案出機坍落度255mm，半小時225mm；第三種方案出機坍落度245mm，半小時225mm都能滿足混凝土技術(shù)要求。如果泵送距離較長，增大第三組的摻加量可較好的改善混凝土的泵送性。

2.3 高標號長距離泵送混凝土

高標號長距離泵送混凝土，是目前超高層建筑使用的具有非常好的泵送性高性能混凝土，是目前以致將來混凝土發(fā)展的大趨勢。主要涉及100m以上，超遠泵送距離的混凝土建筑。

主要特點為泵送距離超長，泵壓高，彎頭多阻力大，泵損大等。是目前商混市場中性能要求較高的一種高標號混凝土。

2.3.1 配合比設(shè)計思路

此類混凝土設(shè)計思路大致與主體混凝土相同，但考慮長距離泵送下的因素會導(dǎo)致泵損較大，泵入構(gòu)造件的混凝土漿體減少，情況嚴重時還會導(dǎo)致堵管，所以提高砂率為首要考慮。經(jīng)過試配結(jié)果分析，砂率47%以上時可確保經(jīng)過長距離泵送后的混凝土狀態(tài)。以C60混凝土為例，具體試驗配合比如下(表11)。

表11 高標號長距離泵送混凝土配合比

強度方面28d都能達到120%，但是外加劑摻量方面由原來的3.5%增加到了3.8%，主要考慮因素還是長距離泵送導(dǎo)致的泵損情況。

混凝土狀態(tài)方面，提高了0.3%的外加劑坍落度明顯的增大到270mm，幾乎達到了混凝土的極限。

2.3.2 外加劑復(fù)配

調(diào)整高標號長距離泵送混凝土主要在于外加劑的性能上，增大混凝土的坍落度是目前保證長距離泵送后混凝土狀態(tài)較好的方案之一，也是最為常見的方案。但是盲目的提高坍落度很容易導(dǎo)致混凝土板結(jié)離析，反而更容易堵管。因此我們借鑒了主體混凝土使用的減水保坍劑加保坍劑的搭配方案，又添加了調(diào)整小料糊精來調(diào)整混凝土狀態(tài)，確保混凝土和易性。糊精可以起到改善混凝土狀態(tài)的作用。具體外加劑復(fù)配配比如下(表12)。

試驗環(huán)境溫度為25℃，經(jīng)過多次試驗，每噸外加劑摻入10kg糊精的狀態(tài)最好，混凝土出機坍落度270mm，并且沒有明顯的跑漿情況，混凝土整體狀態(tài)松散不粘。

而摻入5kg的糊精效果不明顯，混凝土有些許離析情況，起不到改善狀態(tài)的效果。摻入15kg的糊精反而使混凝土流動性變差，沒法進行長距離泵送。

表12 高標號長距離泵送混凝土外加劑配合比

3 結(jié) 論

通過此次系統(tǒng)的對比試驗，對目前商混市場中常見的混凝土做了全面的對比概述，得到以下結(jié)論。

1)在配制高標號大體積混凝土時，要先考慮其施工部位的特性，60d的強度評定周期，給混凝土足夠長的強度增長時間，所以在配制時可以盡量降低水泥用量，從而降低水化熱。而泵送距離較近也能降低泵送時混凝土的損失，保證混凝土入模后的狀態(tài)。

外加劑復(fù)配時要充分考慮水化熱問題，所以保坍成分適當?shù)恼{(diào)高。還要考慮泵送方式多數(shù)情況下以向下居多，而且泵送距離較短，引氣成分可以適當?shù)恼{(diào)低，確保施工振搗時可以將氣泡振出。

2)高標號主體混凝土是目前在用量最大的一類混凝土，強度增長率、期齡強度、混凝土狀態(tài)、泵送方式、泵送環(huán)境等都是主要考慮因素。增加水泥用量是控制強度增長率和期齡強度的主要因素，砂率的增大是調(diào)整混凝土狀態(tài)，適應(yīng)多種泵送方式和泵送環(huán)境的主要方向。

外加劑復(fù)配時要適當?shù)脑黾泳從×铣煞郑_保混凝土在各時間段的損失處在一個合理的范圍。增加減水率，在不離析的情況下增加漿體，保證泵送性。引氣成分的增加則是降低混凝土粘度，提高混凝土和易性和泵送性。

3)高標號長距離泵送混凝土是在主體混凝土的基礎(chǔ)上的一種技術(shù)延伸，控制思路和主體混凝土相同。但要著重考慮長距離泵送時的混凝土狀態(tài)，不能離析和板結(jié)。增大砂率調(diào)整易泵型是主要調(diào)整方向。增加外加劑摻量，加大提漿率，保證泵送后混凝土狀態(tài)。

針對長距離泵送混凝土，首先要考慮和易性問題，引氣成分和保坍小料則是調(diào)整和易性的主要方向。由于考慮調(diào)整砂率和增加外加劑摻量來控制泵損問題，防止離析和板結(jié)是要解決的主要因素之一。增加糊精可以很好的抑制離析和板結(jié)，從而調(diào)節(jié)混凝土的和易性。

最后，本論文僅針對常溫普通泵送混凝土，不涉及防凍、抗裂、抗凍融、抗?jié)B、早強、耐磨等特殊要求的混凝土技術(shù)。