內蒙古地區(qū)C60高性能混凝土的研究與應用

陳桂玲，張旭升

（1. 鄂爾多斯市世正工貿有限公司，內蒙古 鄂爾多斯 010321；2. 內蒙古第三電力建設工程有限責任公司，內蒙古 包頭 014030）

0 引言

隨著高層建筑技術的發(fā)展，高強度混凝土的應用越來越廣泛。高強混凝土以強度為首要指標，重在滿足一般環(huán)境條件下結構對強度等級的要求，其耐久性比普通混凝土高，但遠未及高性能混凝土。包頭地區(qū)屬于寒冷地區(qū)，溫度變化較大，對混凝土的耐久性及施工過程中的工作性能要求較高。對于 C60 高性能混凝土尚未展開系統(tǒng)的研究和開發(fā)，從生產到施工都存在較大的難度。本研究屬于“綠色高性能混凝土關鍵技術研究”和“利用地方材料開發(fā)應用綠色混凝土”項目，通過利用摻合料、外加劑優(yōu)化配合比等手段，成功配制 C60 高性能混凝土，對提升和發(fā)展包頭市混凝土技術水平有重要的經(jīng)濟與社會意義。

1 混凝土配合比設計的主要指導方針

1.1 水膠比

為保證混凝土的強度和耐久性，宜將水灰比控制在0.25～0.27 之間。

1.2 膠凝材料用量

充足的水泥漿包裹在骨料外，不但能在骨料之間充分潤滑保證混凝土的和易性，還為混凝土強度提供了積極的貢獻。為保證混凝土不離析、不泌水，以及具有足夠的強度，C60 混凝土的膠凝材料總量宜控制在 560～580kg/m3，在保證混凝土強度的基礎上宜取下限值。

1.3 砂率

在試驗砂率范圍內，混凝土和易性隨砂率的增加而改善，為保證混凝土滿足泵送需要，宜將砂率控制在39%～42% 之間。

1.4 礦物摻合料摻量

試配過程中粉煤灰摻量基本都控制在 10% 左右，從現(xiàn)場試配情況來看該摻量基本可有效地保證拌合物的工作性能，并不會對混凝土強度造成過多的負面影響。實際應用中粉煤灰摻量控制在 10% 左右。

1.5 化學外加劑摻量

在試驗所用的各種化學外加劑中，綜合考慮其減水效果，對混凝土和易性、凝結時間、強度等的影響，使用聚羧酸減水劑，摻量控制在 1.5%～3%。

2 試驗原材料與試驗方法

2.1 試驗原材料

（1）水泥：水泥為西水 P·O42.5 級水泥。主要技術指標見表 1。

（2）粗骨料：粗骨料采用最大粒徑 31.5mm、16.0mm 的兩種連續(xù)級配的碎石按比例混合而成。采用混合級配骨料的技術有利于獲得最佳級配，提高混凝土的各項性能。主要技術指標見表 2。

根據(jù)《規(guī)范》規(guī)定，需進行臨床試驗審批的第三類醫(yī)療器械，需在臨床試驗前獲得批準。所有臨床試驗需按規(guī)定向省級食品藥品監(jiān)督管理局提交備案。

（3）細骨料：細骨料采用Ⅱ區(qū)中砂，細度模數(shù)3.0。

（4）粉煤灰：粉煤灰采用達旗電廠Ⅱ級粉煤灰，主要技術指標見表 3。

（5）磨細礦渣粉：采用包鋼冶金渣公司 S75 級磨細礦渣粉，主要技術指標見表 4。

表1 水泥性能指標

表2 碎石技術指標

（6）外加劑：外加劑采用聚羧酸減水劑，主要技術指標如表 5。

表3 粉煤灰技術指標

表4 礦粉技術指標

表5 聚羧酸減水劑技術指標

2.2 C60 高性能混凝土的試配

2.2.1 配制強度計算

混凝土的配制強度按下式計算：

式中：

fcu,o——混凝土的試配強度，MPa；

fcu,k——混凝土的立方體抗壓強度標準值，MPa。

混凝土的設計強度等級 C60，試配強度：

f28=60×1.15=69(MPa)2.2.2 混凝土配合比確定

根據(jù)以上幾方面的技術要求及試驗原材料的技術指標確定 C60 高性能混凝土試配配合比，試配時，采用三個不同的配合比。除基準配合比（A1）之外，其余兩個配合比的水灰比較基準配合比的水灰比分別增加0.02（A2）和減少 0.02（A3），用水量和基準配合比相同，砂率分別增加或減少 1%。

表6 C60 高性能混凝土試配配合比

2.2.3 試配情況及結果

為符合實際情況，模擬現(xiàn)場環(huán)境，讓室內溫度和料溫保持一致。混凝土攪拌采用機械攪拌，攪拌時間 3 分鐘。從工作性能測定來看拌合物的和易性良好保水性能優(yōu)良。強度測試采用 100mm×100mm×100mm 的典型試模，三個配合比分別成型了 100 組試塊。

各齡期的抗壓強度值、坍落度見表 7。

表7 試配混凝土的抗壓強度值及坍落度

圖1 混凝土抗壓強度

從強度值來看，基準配合比 A1 3d 強度達到 C60的 60.8%，28d 強度達到 121%。A3 配合比混凝土 3d、28d 強度都高于其它兩組。從工作性能結果來看，基準配合比的混凝土坍落度可達到 220mm 以上，并且 2h 內坍落度損失小于 30mm，無離析泌水，可滿足現(xiàn)場泵送要求。A2 配合比混凝土坍落度高于其它兩組，但強度、保水性稍差。通過以上數(shù)據(jù)分析，同時考慮為試驗的變異系數(shù)留有一定的富余系數(shù)以及從成本等方面考慮，定 A2 為基準配合比作為施工配合比最為合理。

2.2.4 基準配合比混凝土的其他性能

（1）抗折強度：C60 高性能混凝土兩組抗折強度試驗結果見表 8。

（2）劈拉強度：劈拉試驗進行了兩組試驗，試驗結果見表 9。

（3）收縮：按 GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性和耐久性試驗方法標準》進行收縮試驗的階段性試驗結果見表 10。

表8 混凝土抗折強度

表9 混凝土劈拉強度

表10 混凝土收縮性能試驗結果

圖2 混凝土收縮試驗結果

3 C60 高性能混凝土的工程應用

通過試驗研究，本項目的成果在中建二局承建的包頭市萬達廣場 3#、4# 樓的施工中得到成功的應用。混凝土采用泵送施工，出廠檢測坍落度控制在 (230±30)mm，交貨檢驗坍落度實測 (200±30)mm。混凝土在澆筑的過程中工作性能完全滿足，拆模后外觀光潔、平整，強度完全達到設計要求。攪拌站及現(xiàn)場分不同齡期共取 300 多組試塊，具體驗收時，所采用的 3d、7d、28d 強度統(tǒng)計結果見表 11。

表11 C60 高性能混凝土取樣強度統(tǒng)計結果

包頭市質檢站的現(xiàn)場取樣、28d 標養(yǎng)試塊抗壓強度試驗結果也完全滿足設計要求。工程驗收時，主體結構驗收滿足規(guī)范要求。該工程至今已投入使用，C60 混凝土所澆筑的豎向和水平結構沒有發(fā)生開裂現(xiàn)象。按照GB/T 107—2010《混凝土強度檢驗評定標準》進行評定完全達到 C60 混凝土的要求。

4 創(chuàng)新點

（1）C60 高性能混凝土通過對組成材料的優(yōu)化創(chuàng)新，以混凝土耐久性作為主要設計指標。通過提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕等，使結構安全并延長使用壽命。

（2）粗骨料采用最大粒徑 31.5mm、16.0mm 兩種連續(xù)級配的碎石按比例混合而成。采用混合級配骨料的技術獲得最佳級配，提高混凝土性能。

（3）充分發(fā)揮化學外加劑和礦物外加劑的雙重效能。

5 結論

通過研究和應用結果表明，使用 P·O42.5 普通硅酸鹽水泥、S75 級磨細礦渣粉、Ⅱ級粉煤灰、機制碎石（5～31.5mm）、天然Ⅱ區(qū)中砂、高效減水劑，采用常規(guī)的生產工藝，即可生產出 28d 強度達到 69MPa 以上，能夠滿足泵送 30m 以上的 C60 高性能混凝土。