C60高强混凝土的研发与应用

杨国强

（深圳市鹏城基业混凝土有限公司）

C60高强混凝土的研发与应用

杨国强

（深圳市鹏城基业混凝土有限公司）

C60高强混凝土在实际工程建设中的使用越来越广泛，如何选用优质经济的材料和经济高效的配合比是我们要解决的问题。混凝土试配工作繁重，使用传统方法试配比较材料和配比的优势将会带来非常大的工作量，正交试验设计能较好的解决这个问题。本文通过正交试验设计来优选材料和配合比。

高强混凝土；正交试验；粘度；自收缩；裂缝

随着城市的发展，高层超高层建筑拔地而起，商业和公共建筑也开始向大跨度、高强度方向发展。最近几年，C60及以上标号的混凝土应用也越来越广泛，特别是C60混凝土在工程中的应用越来越多。同时相关标准对高强混凝土的定义也由C50及以上等级改为C60及以上等级的混凝土。获得泵送性能好、强度保证系数高的高强混凝土的方法主要包括选用适应性好的高性能减水剂、优质掺合料、高强度等级的水泥和优质骨料。生产和施工过程中保证低水胶比的同时也要混凝土具有较低的粘度，在较低的用水量和粘度之间找一个合适的平衡。

1　工程概况

深圳某医院工程，地下3层，地上10层竖向结构均为C60高强混凝土。混凝土施工过程中主要是汽车泵和拖式泵两种泵送施工方式。通过分析，该工程主要控制要点在于C60混凝土的强度保证、泵送施工过程中混凝土的和易性和粘聚性、地下室结构的裂缝预防等。针对这些控制要点，我们首先在原材料和配合比上做文章，配合比上留够足够的强度富余量，在强度和粘度之间找一个合适的平衡，为减少收缩尽量降低胶凝材料总量和增加粗骨料用量。

2　混凝土原材料

商品混凝土作为一种使用量最大的建筑材料，一定是在满足质量的情况下尽量保证材料和配合比的经济性。选用本地常用的几种原材料通过正交对比试验优选经济优质的原材料，选定原材料后再通过正交对比试验确定各方面性能合适的配合比。

2.1水泥

主要比较两种品牌的水泥：惠州光大P.O 42.5R，广东塔牌P.O 42.5R。水泥的矿物组成、掺合料的种类和掺量、调凝剂、碱含量、助磨剂等方面都会影响水泥和外加剂的适应性，影响混凝土的强度发展规律和流变性能，进而影响到施工性能和最终工程质量。

2.2掺合料

高强混凝土由于其较高的胶凝材料用量将不可避免的带来较大的水化热，掺用优质活性掺合料在保证强度的情况下，可大幅度降低水化温升，减少收缩，降低裂缝的风险。粉煤灰由于其良好的形态效应和微集料效应可以改善混凝土的流动性和流变性能，改善混凝土内部孔隙结构，提高后期抗渗性能和耐久性。矿渣粉由于其较好的活性，在降低水泥水化热和收缩的同时并不明显的降低混凝土的强度，与粉煤灰复合使用具有较好的颗粒搭配，优势互补。矿粉选用唐山首钢S95级矿粉，粉煤灰选用大亚湾电厂Ⅱ级粉煤灰。

2.3外加剂

外加剂选用保坍性能良好、减水率高、含气量低的聚羧酸高性能减水剂，供应厂家为深圳五山建材有限公司。

2.4骨料

有两种可供选择的粗骨料类型，一种5～25m m连续级配的花岗岩碎石，一种5～20m m连续级配的页岩碎石。主要比较两种碎石对和易性和强度的影响。有两种可供选择的细骨料类型，一种是细度模数为2.8的河砂，一种是细度模数为2.6的水洗砂。

2.5水

自来水。

3　通过正交试验优选材料

选定要考察的因素和水平，通过试验考察因素和水平对试验结果的影响。把水泥的种类、石子的种类、砂的种类作为要考察的因素，各自对应的不同品牌和厂家作为每个因素的不同水平。如表1所示：

表1　材料种类因素及水平

保持水胶比、用水量、砂率不变，略微增减外加剂掺量使混凝土的坍落度和流动性满足施工要求且基本一致。根据经验选定水胶比为 0.28，用水量选定148kg/m3,砂率选定39%，设定容重为2450kg/m3，粉煤灰和矿粉的掺量均为15%。试验过程中记录混凝土和易性、倒置流空时间、成型试块试压强度等。主要考察因素水平对泵送性能和强度的影响。利用正交表L4(23),试验结果如表2所示：

表2　材料种类正交试验结果

根据试验结果，在给定的因素和水平的范围内，水泥品种对混凝土的可泵性和强度的影响最大，其次是砂子的种类，最后是石子的种类。塔牌水泥比光大水泥在与外加剂的适应性、可泵性、强度等方面有一定的优势，可选用塔牌水泥。稍粗的河砂在混凝土可泵性、强度等方面比稍细的水洗砂有优势，可选用稍粗的河砂。两种石子对混凝土的可泵性和强度上影响不是很大，由于5～20m m的石子资源较少，价格相对较贵，考虑供应和经济的问题，选用5～25m m石子。

4　用选定的材料做试验优选配合比

选定要考察的因素和水平，考察其对所观察的试验结果的影响。试配所用材料为塔牌水泥、细度模数2.8的河砂、5～25m m花岗岩碎石、首钢S95级矿粉、大亚湾电厂Ⅱ级粉煤灰、深圳五山聚羧酸外加剂、自来水等。把用水量、水泥用量、掺合料中粉煤灰和矿粉的比例、胶凝材料总量等四个因素作为考察对象，观察其对倒置流空时间、强度、和易性的影响。其因素和水平表如表3所示：

表3　材料用量因素和水平

试配过程中保持设定的容重为2450kg/m3，砂率为39%不变，略微增减外加剂的掺量使混凝土的坍落度、流动性、和易性满足施工要求且基本一致。记录混凝土和易性、倒置流空时间、成型试块试压强度等。主要考察因素和水平对混凝土泵送性能和强度的影响。利用正交表L9（34），试验结果如表4所示：

表4　材料用量正交试验结果

根据试验结果，在给定的因素和水平的范围内，胶材总量是影响泵送性能和强度的主要因素，胶凝材料越多强度越高。一般情况下，胶凝材料越多混凝土粘度越大，该规律并不能无限外延，存在突变的情况。试验的因素和水平范围内，胶凝材料选择530kg/m3既能满足试配强度大于69.0M Pa的要求，又能改善混凝土粘度。用水量越多粘度越小，在给定的水平范围内对强度的影响较小，根据粘度数据，可选择用水量148kg/m3。水泥用量对混凝土的粘度和强度影响较小，根据经济型原则可选择最小水平350kg/m3。粉煤灰和矿粉的比例规律比较复杂，对于28d强度来说，矿粉掺量越多强度越高，但影响并不是很大，对于粘度来说，单掺两者比复掺效果都要好，可能是三种胶凝材料的颗粒搭配不良引起。考虑到水化温升、裂缝和成本的影响，配合比中还是要掺一定比例的粉煤灰，同时粉煤灰对后期强度和抗渗性有较好的贡献。

在选定参数的基础上，继续在水泥用量和掺合料比例上考察最佳方案。水泥用量选定350kg/m3、320kg/m3等两个水平，粉煤灰和矿粉的比例选定7:3、5:5、3:7等三个水平做交叉对比试验。试验结果如表5所示：

表5　交叉对比试验结果

从试验结果可以看出，除了4号和5号在强度保证率上较低以外，其余编号配合均可满足施工和强度要求。考虑到开裂的影响，根据清华大学安明喆博士在矿物掺合料对高性能混凝土自收缩影响因素方面进行的系统研究：矿渣细度小于400m2/kg时，对减少混凝土自收缩有利，随矿渣掺量的增大，自收缩减小，但当细度大于400m2/kg时，矿渣活性明显提高，引起自收缩增大[1]。目前矿渣粉的细度均在400m2/kg以上，而自收缩成为影响高性能混凝土产生裂缝的最主要因素[2]，在其他性能影响不大的情况下，应优先选择矿粉掺量小的配合比方案。确定1号配合比为优先考虑配合比，通过试验室多次不同日期、不同批次的原材料试配结果，混凝土和易性和泵送性能符合施工要求，试配28d强度稳定在69.0M Pa以上。最终选定1号配合比为实际使用理论配合比。

5　混凝土实际应用效果和存在的问题

该工程最终浇筑C60高强混凝土近2000方，出厂坍落度200～240m m，经过近30m i n的运输，到厂坍落度190～230m m，混凝土和易性和粘聚性良好，浇筑过程中未出现堵泵现象，站内混凝土试块强度在64.3～72.5M Pa之间。施工完成后在该工程地下室墙体中发现少量的竖向微裂缝，地下室墙体的裂缝问题一直是一个不可忽视而又经常出现的质量问题。理论上，裂缝的出现与地下室特殊的封闭结构形式、高标号混凝土的体积稳定性、高标号混凝土的高水化热、养护的方式方法、环境因素等均有较大关系。每一个独立工程都有其无法复制的特殊性，这种特殊性和裂缝的复杂性结合在一起使具体的每一条裂缝产生的原因很难寻找，由于篇幅和笔者经验有限，在此不在赘述，留给有经验的同行解答。●

[1]姚燕.高性能混凝土的体积变形及裂缝控制［M］.北京：中国建筑工业出版社,2011.26-27.

[2]姚燕.高性能混凝土的体积变形及裂缝控制［M］.北京：中国建筑工业出版社,2011.25-26.