高标号混凝土性能开发与应用研究

2020-05-14袁帅

居业 2020年3期

关键词：长距离矿粉泵送

袁帅

(山水集团鲁西运营区，山东济南 250000)

1 高标号配合比原材料技术指标

高标号混凝土原材料指标是在此论文中配制和生产混凝土的原材料验收标准，超出或低于标准范围的原材料将不适用于配制和生产高标号混凝土。其中包括粉料、骨料和减水剂，粉料又包括水泥、矿粉、粉煤灰；骨料包括石子、人工砂、尾矿砂。

1.1 粉料

1.1.1 水泥

水泥采用山东水泥厂有限公司生产的P.O42.5水泥，本水泥在适应性方面较为稳定，每批次之间的适应性波动不大。强度方面也较为稳定，适合配制和生产高标号混凝土，具体验收标准如下(表1)。

表1 水泥验收标准

1.1.2 矿粉

矿粉采用鲁新、鲁碧等大型矿粉生产厂家生产的S95级矿粉，必须具有型式检验报告、产品合格证等相关产品资料才能允许入厂使用，具体验收标准如下(表2)。

表2 矿粉验收标准

1.1.3 粉煤灰

粉煤灰采用黄台、石横、聊城、德州等大型电厂生产的II级粉煤灰，必须具有型式检验报告、产品合格证等相关产品资料才能允许入厂使用，具体验收标准如下(表3)。

表3 粉煤灰验收标准

1.2 骨料

1.2.1 石子

石子采用山东水泥厂有限公司骨料线产的5～25mm连续级配石子，粒径较好，石粉含量低，针片状含量低，具体验收标准如下(表4)。

1.2.2 人工砂

人工砂采用山东水泥厂有限公司骨料线产的细度模数2.6-3.5的风选人工砂，质量稳定产量大，石粉和泥块含量低。具体验收标准如下(表5)。

1.3 减水剂

减水剂采用山东华迪建筑科技有限公司生产的聚羧酸减水剂，具体型号分为减水型PC，减水保坍型PC-XM，保坍型BTC三种复配而成，根据工艺不同采用不同的复配方式。具体验收标准如下(表6)。

表4 石子验收标准

表5 人工砂验收标准

表6 减水剂验收标准

2 高标号混凝土设计

就目前商混市场来看，高标号混凝土是现在以致未来发展的大趋势，高强度多性能是未来商混必须具备的产品特性。本文就目前常用的三种高强混凝土，即：高标号大体积混凝土、高标号主体混凝土、高标号长距离泵送混凝土，以配合比设计和外加剂复配两方面入手，结合实际生产经验和试验成功案例进行分析。

2.1 高标号大体积混凝土

高标号大体积混凝土，主要用于高层建筑、大型钢结构建筑、大型设备等要求混凝土厚度深，强度高的基础部位。

此部位特点为混凝土体积大、厚度深，要求一次性浇筑完成，同时施工速度快等特点，是目前商混高标号市场常见的施工部位之一。

2.1.1 配合比设计思路

由于大体积混凝土具有体积大、厚度深的特点，在配合比设计时要考虑水泥水化产生大量水化热的问题，水化热较大会在混凝土内部向外产生爆裂，从而破坏整个混凝土构造件。为了降低水化热产生的影响，在设计配合比时可以减少水泥用量，增加矿粉和粉煤灰用量。强度方面内控指标以7d达到65%，28d达到100%～110%，60d进行强度评定，达到120%。以C60混凝土为例，具体试验配合比如下(表7)。

表7 高标号大体积混凝土配合比

由此数据可见，在相同水灰比(0.3)和相同骨料、水、外加剂用量的前提下进行对比，较为合适的为二号配合比和三号配合比。就强度来看，一号配比强度较低，并且达不到内控理论指标，所以不适合使用。四号配合比整体强度较高，并且较高的水泥用量会增加水化热爆裂的风险，所以第四个也不适合使用。

混凝土状态方面，由于一号配合比掺入矿粉和粉煤灰较多，和易性较好，出机坍落度能达到260mm。二号和三号配合比状态略微比一号粘，但是出机坍落度也能达到260mm。四号配合比由于矿粉和粉煤灰掺量较低，混凝土整体较粘，不利于施工，出机坍落度能达到245mm。

2.1.2 外加剂复配

针对于高标号大体积混凝土的施工特性和性能要求，外加剂应具备高减水率、高保坍率、调节混凝土粘度等特点，具体外加剂复配配比如下(表8)。

表8 高标号大体积混凝土外加剂配合比

试验环境温度为25℃，所以保坍小料用量在每吨外加剂20kg较为合适。由于大体积混凝土泵送方式为向下泵送，泵送距离较近，不需要太多的引气成分，所以引气材料为每吨外加剂1kg。

之所以采用减水保坍剂和保坍剂搭配使用，是因为考虑到前期水化热较大的因素，所以将混凝土保坍时间控制在2h左右。以试验结果来看，一号配比保坍效果最好，但是会出现坍落度反大的情况，情况严重时会出现板结离析，对质量产生较大的影响。二号配比搭配较为合理，基本满足混凝土技术要求。三号配比出机减水率高，但是保坍时间略短，不如二号配合比好。

所以在复配针对大体积混凝土的外加剂时要充分考虑减水剂的性能特性，适当的延长保坍时间。

2.2 高标号主体混凝土

高标号主体混凝土大多用在非核心筒工程的中低楼层、核心筒工程的核心筒部位、桥柱、桩基、箱梁等主体结构中。

要求混凝土具有早期强度增长快，流动性好，粘度低，保水性好，泵送性好等特性。是目前商混市场常见的高标号混凝土之一。

2.2.1 配合比设计思路

试配高标号主体混凝土时各时段的强度是首要考虑因素，7d达到75%，28d进行强度评定，达到120%。水泥用量应在430kg以上，矿粉用量随之降低，为了后期强度和混凝土状态粉煤灰用量应不低于矿粉用量。

其次是混凝土状态必须和易性要好，因为泵送环境不仅仅是汽车泵70m以下的可变弯头泵管泵送，更多的是高压车载泵多弯头向上直管泵送，所以砂率要控制在45%以上。以C60混凝土为例，具体试验配合比如下(表9)。

表9 高标号主体混凝土配合比

由此数据可见，28d能够达到120%的只有第三、四组试配，但是第四组数据早期上强度较快，7d就已达到102%，并且60d几乎无增长，对强度走势不好把控，所以为适合的配比为第三组。

混凝土状态方面，第一、二组明显比三、四组松散，水泥用量的增高也伴随着粘度的增加，需要借助外加剂来调整混凝土状态。

2.2.2 外加剂复配

复配针对高标号主体混凝土的外加剂时，要有较高的减水率，并且引气成分要适当增加，因为引气成分可以降低混凝土的粘度，增加泵送性。具体外加剂复配配比如下(表10)。

表10 高标号主体混凝土外加剂配合比

试验环境温度为25℃，为了保证保坍效果，保坍小料掺量为每吨外加剂23kg。引气成分的增加是为了降低混凝土粘度，每吨外加剂2kg较为合适。

两种外加剂的复配方案为减水剂加保坍剂和减水保坍剂加保坍剂，第二种方案因为减水率太高，混凝土出机坍落度较大270mm，但是损失较快半小时210mm不太适合使用于高标号主体混凝土。第一种方案出机坍落度255mm，半小时225mm；第三种方案出机坍落度245mm，半小时225mm都能满足混凝土技术要求。如果泵送距离较长，增大第三组的掺加量可较好的改善混凝土的泵送性。

2.3 高标号长距离泵送混凝土

高标号长距离泵送混凝土，是目前超高层建筑使用的具有非常好的泵送性高性能混凝土，是目前以致将来混凝土发展的大趋势。主要涉及100m以上，超远泵送距离的混凝土建筑。

主要特点为泵送距离超长，泵压高，弯头多阻力大，泵损大等。是目前商混市场中性能要求较高的一种高标号混凝土。

2.3.1 配合比设计思路

此类混凝土设计思路大致与主体混凝土相同，但考虑长距离泵送下的因素会导致泵损较大，泵入构造件的混凝土浆体减少，情况严重时还会导致堵管，所以提高砂率为首要考虑。经过试配结果分析，砂率47%以上时可确保经过长距离泵送后的混凝土状态。以C60混凝土为例，具体试验配合比如下(表11)。

表11 高标号长距离泵送混凝土配合比

强度方面28d都能达到120%，但是外加剂掺量方面由原来的3.5%增加到了3.8%，主要考虑因素还是长距离泵送导致的泵损情况。

混凝土状态方面，提高了0.3%的外加剂坍落度明显的增大到270mm，几乎达到了混凝土的极限。

2.3.2 外加剂复配

调整高标号长距离泵送混凝土主要在于外加剂的性能上，增大混凝土的坍落度是目前保证长距离泵送后混凝土状态较好的方案之一，也是最为常见的方案。但是盲目的提高坍落度很容易导致混凝土板结离析，反而更容易堵管。因此我们借鉴了主体混凝土使用的减水保坍剂加保坍剂的搭配方案，又添加了调整小料糊精来调整混凝土状态，确保混凝土和易性。糊精可以起到改善混凝土状态的作用。具体外加剂复配配比如下(表12)。

试验环境温度为25℃，经过多次试验，每吨外加剂掺入10kg糊精的状态最好，混凝土出机坍落度270mm，并且没有明显的跑浆情况，混凝土整体状态松散不粘。

而掺入5kg的糊精效果不明显，混凝土有些许离析情况，起不到改善状态的效果。掺入15kg的糊精反而使混凝土流动性变差，没法进行长距离泵送。