利用搅拌站常规原材料配制C80 混凝土

2013-07-11李洪萍房桂明万维福程羽

商品混凝土 2013年11期

李洪萍，房桂明，万维福，程羽

（1. 北京金隅混凝土有限公司，北京 100072 ；2. 北京建筑材料科学研究总院有限公司，北京 100041）

0 前言

混凝土的高强化是百多年来混凝土技术的发展方向，作为一种重要的结构材料，强度一直是混凝土最主要的性能指标，高强度高性能一直被认为是优质混凝土的特性。随着城市现代化建设发展日新月异，高层建筑物的普及和市政工程的要求越来越高，使得近年来高强混凝土需求量越来越大，强度等级要求越来越高，C50、C60 混凝土供应日趋普遍，C70、C80 应用也逐渐增多，为了适应市场需求，提高混凝土技术储备，公司试验室进行了 C80 混凝土的设计开发工作，在公司实际生产用常规原材料的基础上，选择优质原材料，通过对以往经验数据的总结分析，根据经验计算和实际试配调整，最终设计出符合要求的 C80 混凝土。

1 原材料的选择与相关技术参数的确定

1.1 原材料的选择

根据公司实际生产情况，力求在公司现有的原材料基础上，优选其中最好的原材料，进行 C80 混凝土的试配。

（1）外加剂：高强混凝土要求较低的水灰比，选用性能好的减水剂是实现高强度必不可少的技术措施。选用西卡ViscoCrete3301 聚羧酸系高性能减水剂、冶建聚羧酸减水剂和自配萘系减水剂，选用同一种水泥拌取水灰比为 0.28 的混凝土，结果如表1。可以看出西卡减水剂流变性能明显优于其它两种外加剂，而普通混凝土外加剂很难达到理想效果，所以外加剂优选优质西卡外加剂。

表1 相同水灰比下不同外加剂效果对比

（2）水泥：目前公司主要使用金隅水泥，供应充足且日常使用的主要有琉璃河、太行、北水、平二、鼎新、赞皇等水泥厂生产的 P·O42.5 水泥。优选其中强度最好的鼎新水泥。

表2 公司常用水泥基本性能对比

（3）骨料：采用搅拌站料场骨料。细集料采用含泥量2% 以下，细度模数 2.8 的中砂，粗骨料采用质地较硬，粒径为 20mm 的山碎石。

（4）掺合料：目前我公司主要用 Ⅱ 级粉煤灰和 S95 级矿粉，利用多种矿物掺合料叠加，有效的改善水泥石的微孔结构，使混凝土更密实，提高了混凝土的强度和耐久性。

（5）水：选用自来水。

1.2 混凝土配合比参数确定

目前国家尚未制定相关标准，也不能采用 Bolomy 公式，国内外学者提出了一些经验公式，都没有广泛的适应性。根据实际情况，采取“经验计算—试配调整”模式[1]，通过调整水灰比、砂率、胶凝材料用量等来最终确定混凝土配合比。

1.2.1 强度

根据 CECS104∶99《高强混凝土结构技术规程》规定：C70 和 C80 混凝土的配制强度应不低于强度等级值的 1.12 倍[2]。因此确定 C80 混凝土配制强度为 fcu,o=89.6MPa。

1.2.2 水胶比

高强混凝土水胶比控制在 0.22～0.30 之间，水胶比较小时，混凝土粘度随之增大，不利于泵送施工，故在满足强度的情况下，尽量取较大水胶比。

1.2.3 砂率

高强混凝土的砂率宜为 28%～34%，根据工程实际情况，采用泵送工艺时，宜加大砂率，在 38%～44% 之间[3]。

3 配合比的确定

3.1 掺合料掺量比例

根据公司历年经验数据，粉煤灰和矿粉复合双掺强度和耐久性均高于单掺一个品种的掺合料，当粉煤灰矿粉双掺时总掺量在 30%～40% 时，且粉煤灰与矿粉比例在 1∶2 左右时强度最好[4]。本次试验根据公司经验数据进行微调，选取0.27水灰比下，矿物掺合料总掺量在 33%～40% 间，粉煤灰矿粉比例微调，做了如表3 四组对比试验，每组拌四次取平均值，结果表明，粉煤灰掺量为基准水泥的 12%，矿粉掺量为基准水泥的 25% 时，混凝土和易性、流动性、强度最好。

表3 不同掺合料比例混凝土性能

3.2 水灰比

高强混凝土由于水灰比低，各种原材料影响复杂，做了不同水灰比试验对比，结果见表4 和图1。在水灰比较低时，强度没有随着水灰比的降低而明显增强，这主要是高强混凝土强度波动较大引起的。试验表明，水灰比在 0.24～0.25 之间时，混凝土后期强度还有一定增长；水灰比大于 0.25 ，随着水灰比的增大，强度下降明显。因此在保证混凝土强度、施工和易性等情况下，通过试验，最终确定水灰比取 0.25 时混凝土强度、和易性能满足要求。

表4 不同水灰比对混凝土强度的影响

图1 不同水灰比下强度发展

3.3 砂率影响

选取砂率范围在 38%～48% 之间进行试验比较，做强度和易性对比试验（表5）。砂率在 38%～42% 间波动时，混凝土强度影响不大，混凝土和易性也无明显差异，48% 的砂率时混凝土粘稠增大，强度有明显下降，所以砂率可以选择40% 左右皆可。

表5 不同砂率对混凝土强度影响

3.4 骨料影响

由于目前搅拌站砂石资源较差，用于高强混凝土的砂石料必须严格控制，择优使用，才能在搅拌站现有条件下取得比较好的强度效果。

3.4.1 砂含泥影响

选取含泥量 4.5% 的中砂，用水冲洗干净干燥后与原砂按不同比例混合成含泥量 0～4.5% 的砂六组，进行混凝土试验，结果见表6。砂含泥对混凝土出机状态和强度影响较大，过高的含泥导致混凝土无流动性、强度下降明显，所以高强混凝土砂含泥要控制在 2% 以内，以减少对混凝土的影响。

3.4.2 骨料粒径影响

本次试验采用的细度模数 2.8 的中砂、5～20mm 的石子；而一般认为配制高强混凝土时，石子最大粒径最好控制在 20mm 以内，国外一些资料认为最大粒径应为 15mm。如果有条件应该尽量选择细度模数 3.0 以上砂和 5～20mm 的石子，这样可以有效的提高混凝土强度。哈尔滨工业大学材料学院葛兆明教授研究结果表明[1]：针片状石子含量较高时，混凝土和易性变差，强度急剧降低，随着石子粒径的增大，混凝土强度降低。根据我公司现有材料进行验证，采用最大粒径 20mm 的山碎石强度比 25mm 卵石强度总体强度有 4% 左右提高。所以根据现有资源情况，应该选用质地较硬，粒径为 20mm 的山碎石。

表7 与表8 是文献 [1] 中的研究结果。

表6 砂含泥对高强混凝土的影响

表7 石子针片状影响

表8 石子粒径影响

3.5 根据试配调整，最终确定混凝土配合比

根据上述试验结果及本搅拌站现有的常规原材料，确定最终的原材料规格、各参数指标及最终的配合比设计。

原材料：水泥：P·O42.5 鼎新水泥；粉煤灰：搅拌站现有三河Ⅰ级粉煤灰，掺量范围 12%；矿粉：搅拌站现有的三河S95 矿粉，掺量范围 25%；外加剂：西卡 ViscoCrete3301 聚羧酸系高性能减水剂；砂：含泥量 2% 以下的细度模数为 2.8的中砂；石：质地较硬，针片状含量 4% 以下的粒径为 20mm的山碎石。

水灰比确定为 0.25，砂率为 40% 左右。最终配合比设计如表9 所示。

表9 最终配合比 kg/m3

依据配合比，试拌了七组，结果如下表，混凝土出机坍落度在 200mm 以上，1 小时坍落度基本无损失，混凝土强度发展迅速，但存在一定的波动性，28d 强度最高达到97.6MPa，平均到 92.3MPa，平均达到设计强度的 115% 以上，达到规范对高强混凝土的强度要求；混凝土拌合物扩展度在 550mm 以上，流动性较好，混凝土相对来说较软、不粘底，状态能达到泵送施工要求。