高強混凝土配制與應用中的關鍵問題研究

裴雪君

(合肥水泥研究設計院， 安微合肥 230051)

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高強混凝土配制與應用中的關鍵問題研究

裴雪君

(合肥水泥研究設計院， 安微合肥 230051)

高強混凝土具有強度高、承載能力強、耐久性優異等特點，廣泛應用于建筑、橋梁工程和鐵路工程中，已成為混凝土的一個重要發展方向。為保證高強混凝土在土木工程中更好地應用，本文從原材料的基本要求、配合比設計和生產與質量控制等方面，闡述了高強混凝土配制的關鍵問題。從高強混凝土黏度大、施工性能差、水化溫升快、自收縮變形大等方面，闡述了高強混凝土應用中的關鍵問題及解決措施。研究結果可為高強混凝土的設計優化和應用提供參考。

高強混凝土; 配制; 應用; 關鍵問題

隨著現代建筑不斷向高層、大跨、重載方向發展，對混凝土強度的要求越來越高，同時也要求混凝土具有良好的工作性能和優越的耐久性，因此，人們不斷研究和應用高強度等級的高性能混凝土[1]。高強混凝土指強度等級在C60級以上的混凝土，它是由水泥、砂、石、減水劑、水及其他外加劑等拌合而成的混合物[2-3]。高強混凝土具有強度高、承載能力強和優越的耐久性，目前已經在國內外許多工程中大量應用。歐美等國家從20世紀60年代就已經開始推廣高強混凝土，我國研究起步相對較晚。在房屋建筑方面，位于北美西雅圖的58層、220 m高的Two Union Square工程實際混凝土強度達到130 MPa[4]；現代日本很多建筑物以鋼筋混凝土或鋼管混凝土形式使用130 MPa高強混凝土，最高強度甚至達到150 MPa以上[5]；位于迪拜的世界最高建筑Burj Dubai將80 MPa高強混凝土應用到混凝土框架結構[4]；我國沈陽的富林大廈和皇朝萬鑫大廈，采用了C100高強混凝土；而高101層，高度為492 m的上海環球金融中心采用了C60高強混凝土[5]。然而在高強混凝土的應用中出現了諸如新拌混凝土黏度大、施工困難、收縮變形大等問題[6]，為保證高強混凝土應用的安全性與可靠性，有必要研究高強混凝土配制與應用中的注意事項，因此本文對高強混凝土的配制和應用中的關鍵問題進行了闡述，為高強混凝土的應用提供支撐。

1 高強混凝土配制的關鍵問題

1.1 高強混凝土對材料的要求

高強混凝土由于其高強度和強耐久性，對配制高強混凝土的原材料具有如下基本要求：

(1)水泥：配制高強混凝土宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，且強度等級不應低于52.5#，各項技術指標應符合GB 175《通用硅酸鹽水泥》的規定。對于有預防混凝土堿骨料反應設計要求的建筑工程，宜采用堿含量低于0.6 %的低堿水泥，水泥中氯離子含量不應大于0.03 %[7]。

(2)細骨料：宜選用細度模數為2.6～3.0的中砂，空隙率約42 %，且符合Ⅱ區級配要求，同時砂的含泥量和泥塊含量小于2 %和0.5 %。當采用人工砂時，石粉亞甲藍值應小于1.4，石粉含量低于5 %，壓碎指標小于25 %。砂宜為非堿活性，不宜采用再生細骨料，性能應符合JG J52《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》的相關要求。

(3)粗骨料：粗骨料的含泥量和泥塊含量不應大于0.5 %和0.2 %，針片狀顆粒含量應小于5 %，且骨料母體巖石的抗壓強度應比所配制的高強混凝土強度標準值大30 %，且粗骨料應選用連續級配、接近球形的顆粒，最大公稱粒徑宜小于25 mm。同樣，高強混凝土用的粗骨料宜為非堿活性，其他性能應符合JG J52《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》的相關要求。

(4)礦物摻和料：目前用于高強混凝土的礦物摻和料主要有粉煤灰、?；郀t礦渣粉、硅灰等，其質量應符合GB 1596《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T 18046《用于水泥和混凝土中的?；郀t礦渣粉》、GB/T18736《高強高性能混凝土用礦物外加劑》等的要求。

(5)外加劑：配制高強混凝土宜采用減水率大于25 %的高性能減水劑，從而確保高強混凝土的流動性，同時降低膠凝材料的用量。外加劑與水泥和礦物摻和料應具有良好的適應性，外加劑的其他性能應符合GB 8076《混凝土外加劑》、GB 23439《混凝土膨脹劑》、GB 50119《混凝土外加劑應用技術規范》等標準的要求。

(6)水：自來水，應符合JGJ 63《混凝土用水標準》中的規定，混凝土攪拌與運輸設備洗刷水不應用于高強混凝土的配制。

1.2 高強混凝土配合比設計的關鍵點

高強混凝土的配合比必須滿足混凝土的強度、耐久性、施工性能的相關要求，且應符合JGJ 55《普通混凝土配合比設計規程》中的規定。高強混凝土的試配強度應為所需強度等級的1.15倍，高強混凝土的水灰比宜控制在0.28～0.32，用水量不宜大于175 kg/m3，水泥用量應小于550 kg/m3，并可以通過外加礦物摻和料來控制和降低水泥用量，摻加硅灰可較大幅度降低水泥用量。其中，膠凝材料總用量不宜大于600 kg/m3，礦物摻和料的摻量為25 %～40 %，硅灰摻量不宜大于10 %。高強混凝土中的砂用量和砂石總用量之比宜為35 %～42 %，砂石的用量可根據質量法或體積法計算。

高強混凝土配合比確定后，應進行不少于三次的混凝土重復試驗，測試混凝土的抗壓強度，且測試強度不應小于配制強度，測試試件應采用標準尺寸試件。

1.3 生產與施工質量控制

高強混凝土的生產與施工質量控制應符合GB 50204《混凝土結構工程施工質量驗收規范》、GB 50164《混凝土質量控制標準》、JGJ/T 281《高強混凝土應用技術規程》等的相關規定。

生產高強混凝土時，應首先按規定向材料提供方索取質量證明文件。配制混凝土時，宜用電子計量設備稱量原材料，各種原材料的計量偏差應控制在以下范圍：膠凝材料±1 %、骨料±2 %、水±1 %、外加劑±1 %。原材料計量時，應根據骨料的含水率及時調整水和骨料的稱量。拌合均勻是保證高強混凝土質量的重要因素，因此可選擇強制式攪拌機，且攪拌時間不應小于60 s。當摻用纖維、粉狀外加劑時，攪拌時間應相應延長。為保證高強混凝土拌合均勻，應保證混凝土中砂漿密度兩次測量值相對誤差不應大于0.8 %，當坍落度設計值不小于100 mm時，兩次測量的混凝土稠度差值應小于30 mm。

在運輸時，高強混凝土從攪拌機裝入攪拌運輸車至卸料時間不宜大于90 min，到達施工現場時，應將高強混凝土在攪拌車內高速旋轉20～30 s，然后將混凝土拌合物卸出。混凝土運輸、澆筑及間歇的全部時間不應超過混凝土的初凝時間，當氣溫大于25 ℃時，混凝土拌合物從攪拌機卸出至澆筑完畢的時間應小于120 min；當氣溫不超過25℃時，該時間應小于150 min。同時，在混凝土澆筑及靜止過程中，應在混凝土終凝前進行抹面處理，構件成型后，當強度小于1.2 MPa時，不得在其上踩踏或安裝模板支架。

高強混凝土澆筑成型后，應及時對混凝土暴露面進行覆蓋?？刹扇〕睗耩B護，并可采取蓄水、澆水、噴淋灑水或覆蓋保濕等方式，養護水溫與混凝土表面溫度之間的溫差不宜大于20℃，潮濕養護時間不宜小于10 d。冬季施工時，宜采用帶模養護，且混凝土受凍前的強度不得小于10 MPa，模板和保濕層應在混凝土冷卻到5 ℃以下再拆除，或在混凝土表面溫度與外界溫度相差不大于20 ℃時拆除，拆模后的混凝土應及時覆蓋。高強混凝土的強度達到設計強度的0.7倍時，可撤銷養護措施。

2 高強混凝土應用中的關鍵問題

高強混凝土具有高強、耐久等優勢，但在應用中還存在如下關鍵問題：

(1)高強混凝土新拌混凝土黏度大、施工困難。研究表明，高強混凝土中水膠比低，單位體積內水體積減小，固體顆粒體積增加，導致顆粒表面水膜厚度降低，顆粒間距減小，顆粒間的摩擦作用加強，從而導致高強混凝土黏度增大[6]。

為降低高強混凝土的黏度，可采用高效減水劑從而提高混凝土的流動度，另外，摻加硅灰、粉煤灰可減少用水量，提高顆粒表面的水膜厚度，可使高強混凝土黏度的降低。除優選減水劑和摻和料外，還可以通過調整混凝土的配合比改善其黏度，如選用球形度較高的骨料可減小顆粒間摩擦力，從而降低流動阻力，改善黏度[8]。

(2)目前，混凝土施工一般采用預攪拌或商品混凝土，由于施工工地往往與攪拌站相距很遠，因此混凝土運輸時間較長，在運輸過程中，其坍落度隨時間的增加而減?。煌瑫r，高層建筑施工一般采用泵送混凝土。因此，如何保證高強混凝土的施工性能和泵送是高強混凝土應用的關鍵問題之一。

為保證混凝土的施工性能，可以優選原材料和摻加適量的減水劑等，還應嚴格控制施工質量和管理。

(3)高強混凝土材料的膠凝材料用量大，采用硅灰代替部分水泥后導致早期水化速率加快[9]，引起早期水化溫升快，混凝土容易出現早期開裂。

為降低高強混凝土早期溫升導致的開裂風險，可采取相應的措施降低水泥水化過程中的水化放熱速率或延長水泥水化放熱過程。研究表明，摻加粉煤灰和磨細的礦渣是抑制高強混凝土早期溫升的有效措施[9]。另外，早期活性較低的惰性摻和料如石英粉，也有類似的作用。在高強混凝土拌制過程中采用緩凝劑或緩凝型減水劑，可以延長水泥水化的過程，從而降低水化放熱速率，降低高強混凝土的溫升。

(4)高膠凝材料用量以及低水膠比必然導致高強混凝土自收縮增大[10]，增大開裂風險。

為抑制高強混凝土的收縮，可摻入粉煤灰或磨細礦渣，但粉煤灰抑制自收縮的能力有限。而骨料可抑制高強混凝土的自收縮，因此可盡可能增加高強混凝土中的骨料，從而降低高強混凝土的自收縮值。同樣，適當的養護方式也可有效降低高強度混凝土的收縮，如混凝土保濕養護可大幅度降低混凝土的收縮，降低開裂風險。另外，通過摻加有較大彈性模量和較好的粘接的鋼纖維，可有效阻止混凝土中裂紋的產生和發展，降低高強混凝土的開裂趨勢。

3 結論

高強混凝土因其具有高強度、強耐久性的顯著特點，在土木工程中得到了廣泛應用，然而在應用過程中也出現了諸如新拌混凝土黏度大、施工困難、收縮變形大等問題，為了推動高強混凝土的應用，本文從高強混凝土的配制和應用中的關鍵問題進行了闡述，并提出了相應的措施，得到如下結論：

(1)在高強混凝土的配制中，應注意高強混凝土原材料的選材、配合比設計和生產及施工控制，保證高強混凝土配制時的強度和質量；

(2)在高強混凝土的應用中，應從降低高強混凝土黏度、提供施工性能、減少水化放熱或延長水化放熱過程、提高高強混凝土抵抗自收縮的能力等方面提高高強混凝土的應用效果。

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[7] 魏素梅, 關戰軍. 配制高強混凝土的關鍵技術[J]. 四川建材, 2013, 39(4): 24-25.

[8] 徐永波. 高強混凝土的性能特點分析及其改進措施[J]. 安徽建筑, 2015(3): 174-176.

[9] 劉建忠, 孫偉, 繆昌文, 等. 超高強混凝土用低水膠比漿體的水化熱研究[J]. 建筑材料學報, 2010, 12(2):139-142+168.

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裴雪君(1983～)，女，本科，工程師，從事結構工程設計。

TU528.31

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[定稿日期]2016-05-23