C60高强混凝土配合比设计研究

2020-03-30解嵩

工程建设与设计 2020年2期

解嵩

（德州润德混凝土有限公司，山东德州253025）

1 引言

某大厦的C60高强混凝土施工中，施工方要求混凝土具有高强度、高密实性、低渗透性及高耐久性并具有高效的工作性等特性。为了满足C60高强混凝土各种要求，本文对C60混凝土进行了配合比设计。

高强混凝土是指以普通硅酸盐水泥、砂石为原材料，经过拌和作用，掺入高效减水剂和矿物掺合料，使新拌混凝土拥有良好的和易性和可施工性，硬化后，混凝土强度等级达到C60及其以上。C60高强混凝土已经大规模地在工程建筑中使用。目前，国际上研究高强混凝土比较通用的方法是在混凝土中掺加高性能外加剂和矿物掺合料，通过双掺的方式进行混凝土配合比设计，满足设计要求[1]。

2 原材料选择

2.1 水泥

选用故城山水水泥有限公司出产的P·O42.5水泥，该水泥中3Ca O·Al2O3含量低，水化热较低，质量稳定，适合配制高强混凝土。其性能指标如表1所示。

表1 水泥性能指标

2.2 矿物掺合料

混凝土掺加1~2种矿物掺合料，可以降低高水化热带来的风险，有利于提高混凝土和易性和密实性，进而提高强度，有利于混凝土后期强度提高。结合本地材料特性，选用山东华能德州电力实业公司出产的Ⅰ级粉煤灰和辛集市钢信新型建材有限公司出厂的S95矿粉。其性能如表2、表3所示。

表2 粉煤灰性能指标%

表3 矿粉性能指标

2.3 中砂

选用河北正定生产的中砂，细度模数为2.6~3.0，适合混凝土泵送，质量稳定。其性能指标为：表观密度2630kg/m3；细度模数2.9；含泥量1.1%；泥块含量0.2%。

2.4 碎石

选用山东章丘生产的5~25mm连续级配碎石，其表面粗糙、多棱角，这样可以提高混凝土的黏结性能，进而提高混凝土的抗压强度，其性能指标为：表观密度2690/（kg/m3）；压碎指标6.3%；针片状碎石含量3.2%；含泥量0.2%。

2.5 外加剂

选用高效聚羧酸减水剂，其性能指标为：固含量39.6%；密度1.175g/cm3；减水率24%；掺量2.5%。

2.6 混凝土配合比设计

研究表明：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2大主要因素[2]：（1）对混凝土工作性能影响程度中，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，砂率影响不显著。

合理的混凝土配合比，既要能满足混凝土的强度又要保证混凝土的黏聚性和流动性，还要便于施工。依据JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》[1]，混凝土强度标准差取6MPa，强度保证率取95%，则C60混凝土配制强度为71.8MPa。Ⅰ级粉煤灰取代水泥率为5%，矿粉取代水泥率为10%，外加剂掺量2.5%，水灰比上下调整0.01。胶凝材料总量定于500~530kg，混凝土容重约为2430kg/m3。经计算得出表4共计6个配合比。

表4 C60混凝土配合比kg/m3

3 试验结果分析

根据表4中的C60混凝土配合比设计，进行混凝土试配，结果如表5所示。

表5 C60混凝土试配结果

根据试配结果，6组试验坍落度损失、扩展度、和易性都能满足施工要求。根据抗压强度结果得知：4、5、6三组试配符合强度设计要求，根据JGJ55—2011《普通混凝土配合比设计规程》要求，对于C60以上混凝土配合比应进行不少于6次的重复性试验进行验证，其平均值不应低于配制强度[2]。对4、5、6三组配合比进行重复性试验，结果均符合配合比设计要求。但5、6两个配合比水泥用量较大，水化热较大会增加裂缝以及坍落度损失的风险，故建议排除5和6两个配合比，采用4号配合比进行C60混凝土生产。在其他材料不变的条件下，选用4号配合比，用不同砂率进行混凝土对比试验。结果如表6所示。

表6 不同砂率混凝土性能

砂率从37%增加到47%，坍落度随之增大，扩展度随之减小，说明混凝土的包裹性增加；伴随着砂率的增加，骨料的比表面积随之增加，在相同用水量的情况下，浆体包裹骨料的包裹性提高。试验显示混凝土含气量差异不大，黏性也未见明显变化；混凝土的28d抗压强度在砂率47%时稍小，其他都在波动范围之内。综合考虑，建议将砂率控制在约42%。

最终确定混凝土配合比如表7所示。