C100高强混凝土的配合比设计

张文海，贾会杰，崔志忱，李沛

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

0 引言

一般认为，强度等级不低于C50的混凝土即为高强混凝土[1]，但在JGJ/T 281—2012《高强混凝土应用技术规程》[2]中明确规定，强度等级不低于C60的混凝土为高强混凝土。混凝土配合比，是指单位体积的混凝土中各组成材料的质量比例。混凝土配合比设计的最终目的就是使各组成材料相互搭配并被拌制成满足特定工程需要的混凝土，且经济和实用[3]。

现行的设计规范，如GB 50010—2010《混凝土结构技术规范》[4]和CECS 104：99《高强混凝土结构技术规程》[5]，混凝土强度等级最高已经达到C80。查阅相关文献，近年来，高强混凝土及其应用技术迅速发展并逐步成熟，在我国已被应用于高层建筑、大跨度桥梁、海上石油平台等工程中，C100高强混凝土已经由试验室研究走向大型工程的应用[6-7]。《高强混凝土应用技术规程》，对高强混凝土的原材料控制、性能要求、配合比设计、施工和质量检验做了较全面和系统的规定，使得C100高强混凝土的应用有章可循。

本文中，为满足某重大工程的设计需要，研究配制C100高强混凝土，使其不仅满足高强度要求，同时具备良好的工作性能，相关成果可为高强混凝土在实际工程中的应用积累宝贵经验。

1 指标要求和技术路线

1.1 指标要求

《高强混凝土应用技术规程》中对C100高强混凝土的工作性能和强度规定如下：1）工作性能：坍落度逸220 mm；扩展度逸500 mm；坍落度经时损失臆10 mm/h；不离析，不泌水，凝结时间满足施工要求。2）强度：28 d混凝土配制强度逸115 MPa，力学性能试验方法符合现行国家标准GB/T 50081—2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》[8]的规定。

1.2 技术路线

运用现行国内外普遍使用的Mehta和Aitcin经典混凝土配合比设计方法[9]，使用市场上易购买且供应和质量稳定的原材料，不改变现有生产工艺，利用相容的高性能减水剂和高性能矿物掺合料，优化和优选混凝土配合比设计参数，设计配制出工作性能和强度均合格，且相对经济的C100高强混凝土。

2 原材料选择

2.1 水泥

配制高强混凝土，应采用矿物组成合理、细度合格的高强度水泥。从理论上讲，若能振捣密实，用42.5级普通水泥是有可能配制出C100高强混凝土的[1]。为保证强度，《高强混凝土应用技术规程》规定，配置C80及以上强度等级的混凝土时，水泥28 d胶砂强度不宜低于50 MPa。在此选用P.O 52.5水泥，其检验结果如表1。

表1 P.O 52.5水泥检验结果Table1 Test results of P.O 52.5 cement

2.2 矿物掺合料

高强混凝土一般水泥用量高，而高水泥用量易引起高水化热。因此，如技术可行，应减少水泥用量，并使用高性能矿物掺合料代替，尽量降低因水化热带来的负面影响。此外，矿物掺合料可以通过改善水泥基材的化学组成，改善混凝土的工作性，增加其后期强度。在此，选用降黏型高性能掺合料，其检验结果如表2。

表2 矿物掺合料检验结果Table 2 Test results of mineral admixture

2.3 粗骨料

粗骨料在混凝土组织结构中起主要的骨架作用。对高强混凝土而言，岩石抗压强度、表观特征和最大公称粒径是选择粗骨料的3项重要指标。《高强混凝土应用技术规程》规定：1）岩石抗压强度应比混凝土强度等级标准值高30%；2）含泥量不应大于0.5%，泥块含量不应大于0.2%；3）针片状含量不宜大于5%，且不应大于8%；4）连续级配，最大公称粒径不宜大于25 mm。在此，选取当地片麻岩、花岗岩和玄武岩3种母岩的碎石进行对比试验，检验结果见表3，显然，麻岩碎石含泥量、针片状含量和岩石抗压强度均不满足要求，不能选用。

表3 粗骨料检验结果Table3 Test resultsof coarse aggregate

2.4 细骨料

《高强混凝土应用技术规程》规定：1）配制高强混凝土宜采用细度模数为2.6～3.0的域区中砂；2）含泥量和泥块含量应分别不大于2.0%和0.5%。在此，选用当地中粗河沙，其检验结果如表4。

表4 细骨料检验结果Table 4 Test results of fine aggregate

2.5 拌合水

拌合水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。《高强混凝土应用技术规程》规定：1）不宜用混凝土搅拌与运输设备洗刷水；2）不得用未经淡化处理的海水。在此，选用自来水作为拌合水。

2.6 外加剂

使用减水剂，降低水灰比，同时保证或改善混凝土的工作性能，提高其强度，已是现在普遍的做法，减水剂在混凝土配制中已必不可少。《高强混凝土应用技术规程》规定：1）配制高强混凝土宜采用高性能减水剂，配制C80及以上等级的混凝土，高性能减水剂的减水率不宜小于28%；2）外加剂应与水泥和矿物掺合料有良好的适应性，并应经试验验证。在此，选用新型聚羧酸高性能减水剂，经试验验证，与上述水泥和矿物掺合料适应性良好，其固含量不低于40%，减水率不低于40%。

此外，为防止混凝土内钢筋锈蚀，设计要求选用复合氨基醇类高性能阻锈剂，经试验验证，亦与上述水泥和矿物掺合料良好适应。

3 配合比设计

3.1 主要影响因素

研究已经表明，水胶比、掺合料用量和砂率是影响混凝土工作性能和强度的三大主要因素[7]：1）对工作性能的影响程度中，掺合料用量和砂率的影响显著，其中掺合料用量最显著，砂率次之；2）对强度的影响程度中，水胶比和掺合料用量的影响显著，其中水胶比最显著，掺合料用量次之，砂率的影响不显著。

3.2 参数确定

高强混凝土配合比应经试验确定。《高强混凝土应用技术规程》也给出了参考值，配制C100高强混凝土时：1）水胶比0.24～0.26；2）胶凝材料用量550～600 kg/m3，矿物掺合料用量宜为25%～40%；3）砂率35%～42%。

根据大量试配结果和上述影响因素分析，最终得到设计配合比如表5（水胶比0.17、胶凝材料用量650 kg/m3、砂率38%）。

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

3.3 拌合物性能检验

依据GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》[10]规定的试验方法，按照表5配制的C100高强混凝土拌合物性能检验结果见表6，检验结果显示，混凝土拌合物工作性能良好，满足要求。

表6 混凝土拌合物性能检验结果Table 6 Performance test resultsof concrete mixture

3.4 强度性能检验

依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》规定的试验方法，以上述两种母岩的碎石各成型并养护3组共计6组标准立方体试块，测试各组试块7 d、28 d和60 d的抗压强度，试验结果见表7。检验结果显示，本文选用的原来材料质量稳定，按照表5设计的配合比其28 d抗压强度均能满足逸115 MPa。最终，根据运距和经济性综合比较，选定玄武岩母岩的碎石为粗骨料。

表7 抗压强度检验结果Table7 Test results of compressivestrength

4 结语

本文配合比设计已通过专家论证，且已成功应用于中交一航局承揽的某项重大工程中，所配制的C100高强混凝土不仅工作性能满足施工要求，强度亦符合质量标准验收要求，工程质量得以保证。通过此项工程实践，主要得到如下经验和结论：

1）运用现行混凝土配合比设计方法，不改变现有混凝土制备工艺，选择符合要求且质量稳定的原材料，充分发挥矿物掺合料和减水剂的改善作用，优化和优选配合比设计参数，配制出高强混凝土是可以实现的；

2）本文中的水胶比、胶凝材料用量和砂率，3个关键参数的选取是以《高强混凝土应用技术规程》中给出的参考值为依据的，但最终水胶比和胶凝材料用量均不在给出的参考范围内，本次工程实践丰富了C100高强混凝土的配制经验；

3）从配合比设计到混凝土工程质量验收，混凝土的生产、运输、浇筑和养护各个环节均需按照相关要求有效把控。

[1] 张应力.现代混凝土配合比设计手册[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，高强混凝土应用技术规程[S].JGJ/T 281—2012,Technical specification for application of high strength concrete[S].

[3] 吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土 [M].北京：中国铁道出版社，1999.WU Zhong-wei,LIAN Hui-zhen.High performance concrete[M].Beijing:Chinese Railway Publishing House,1999.

[4]GB 50010—2010，混凝土结构设计规范[S].GB 50010—2010,Codefor design of concretestructures[S].

[5]CECS104：99，高强混凝土结构技术规程[S].CECS 104：99,Technical specification for high-strength concrete structures[S].

[6]刘洋.基于全计算法配制C100高强混凝土强度、工作性研究[D].重庆：重庆交通大学，2014.LIUYang.Study on strength and workability of C100 high-strength concretebased onfull calculationmethod[D].Chongqing:Chongqing Jiaotong University,2014.

[7] 路来军，朱效荣，高兴燕，等.C100高性能混凝土的研究与应用[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，普通混凝土力学性能试验方法标准[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试验方法标准[S].GB/T 50080—2016,Standard for test method of performance on ordinary fresh concrete[S].