優化C60 高性能泵送混凝土的配合比設計

朱浩亮

深圳市利建混凝土有限公司橫崗分公司

摘要：在高層結構、大跨度結構、剪力墻、高速公路橋梁的上部結構（如預應力預制組合箱梁、預制T型梁等）設計中，基本采用C60左右的混凝土，而且有時需泵送施工。我們要確定C60高性能泵送混凝土配合比，首先需要找到與具體性能指標相符的原材料，然后依照正交設計和單項分析得出最佳配合比方案;再通過不小于10次的重復性試驗來確定最佳配合比。

關鍵詞：C60 高性能泵送混凝土;配合比設計;優化措施

本文在預先確定C60 高性能泵送混凝土的設計要求后，再充分利用具有深圳地方特色的建筑材料，把混凝土的水膠比、外加劑摻量、摻和料摻量確定為因素，坍落度、擴展度、強度作為考核指標，引入了多指標等水平的正交設計方法進行配合比的優化設計;最后再通過重復性試驗對混凝土的塌落度、收縮率、強度、塌落度損失、抗滲等級、泌水率比等指標進行驗證，結果證明該優化設計可較好地達到預期的要求 高性能混凝土的配合比設計顯得比較重要，尤其是泵送混凝土對和易性等要求比較高，因此在本次配合比設計中，要達到下列五個要求：①新拌混凝土的流動性要好，其中要求坍落度為（200±20）mm、擴展度≥550mm，并能保持塌落度經時2.0h損失小于30mm;②新拌混凝土要有較好的流動性、擴展度，只允許混凝土產生微量泌水、分層，不能有離析現象存在;③硬化后混凝土具有較高的強度，混凝土28d抗壓強度≥設計的強度等級1.15倍;④硬化后混凝土具有較好的耐久性，用抗滲標號表示要求P≥12;⑤具有較小的收縮值，以減少體積收縮裂縫。

一、原材料的選定

混凝土是一種地方性建筑材料，只有充分利用本地特色的材料才能使之具有實際的應用前景。因此，有必要對本地原材料的品質﹑性能有一個比較客觀全面的認識，經過初步篩選，再根據經濟、優質、因地制宜的原則，找出適合于C60 高性能泵送混凝土的原材料。

根據深圳地材情況，經反復對比，采用下列材料：水泥采用PⅡ42.5，礦粉S95，煤灰采用一級灰，砂采用深圳本地淡化海砂，碎石為5—25連續級配碎石，外加劑采用聚羧酸高效減水劑。各材料的主要性能試驗數據均符合現行國家標準要求。我們選定了表 1所列的原材料。

表1

二、正交設計

由于確定了原材料，我們排除了同類原材料不同廠家而造成對C60 高性能泵送混凝土性能的影響，僅需要考慮砂率、水膠比、外加劑摻量、摻和料摻量，以及由它們造成對混凝土坍落度、擴展度、收縮率、強度、坍落度損失、分層泌水的影響;但是，情況依然比較復雜，于是我們引入了多指標等水平正交設計。正交設計具有均衡分散性、整齊可比性的特點，是一種科學的試驗方案。其計算分析簡單，能以最少試驗得出合理的、客觀的結論。采用正交設計中的L9（34）試驗方案，把坍落度、擴展度、強度作為考核指標，又把水膠比、外加劑摻量、摻和料摻量確定為因素，空列用來計算誤差。

對于沒有列入正交設計的指標，我們將利用正交設計得出的配合比方案進行考核。如果沒有達到這些指標的要求，再對配合比進行適當調整。

根據以上情況，只需作9次試驗就可直接比較正交設計中考核指標的大小，再通過計算以進一步弄清各因素對考核指標影響的主、次關系，確定配合比方案。

從正交設計L9（34）表的極差和值大小可以看出：

（一）影響塌落度的因素主次順序是C>A>B，并且各因素較好的水平是因素C取水平C3，因素A取水平A2或A3，因素B取水平B1。

（二）影響擴展度的因素主次順序是A=B>C，并且各因素較好的水平是因素A取水平A2，因素B取水平B1，因素C取水平C2。

（三）影響28d抗壓強度的因素主次順序是B>A>C，并且各因素較好的水平是因素B取B1水平，因素A取水平A2，因素C取水平C2。

根據極差分析得出較好的組合條件是A2B1C3，而通過計算可能得出的較好條件是A2B2C2，但是A2B2C2和A2B1C3不在9次試驗之內，考慮到選擇B1抗壓強度過高會造成膠凝材料不必要的浪費，如果選擇B2則也可以滿足C60混凝土抗壓強度要求。利用A2B2C2和A2B2C3進行平行試驗，主要對分層、泌水進行比較試驗，我們發現A2B2C2配合比微量分層、泌水現象，而A2B2C3配合比由于減水劑摻量過多造成泌水離析，因此得出的最佳配合比是A2B2C2。

通過綜合分析，我們得到了最佳配合比，為驗證試驗的精度，又進行了重復試驗，具體如下：

1、按照最佳配合比進行重復試驗，發現坍落度變化控制在（200±20）mm以內。見圖1。

2、

圖1混凝土坍落度變化示意圖

3、混凝土收縮率的對比試驗。見表4。

表4混凝土收縮率

注：1表示不摻減水劑、摻和料，水灰比0.36配合比。

2表示A2B2C2（摻2.4%減水劑、40%摻和料、水膠比0.32）配合比。

表4說明，混凝土摻減水劑與摻和料后，可以有效減少膠凝材料增加帶來的體積收縮。

4、按照最佳配合比進行重復試驗，獲得十次混凝土強度直方圖。

5、對各項技術指標進行統計檢查：利用得到了最佳配合比方案，同時對各項技術指標進行考核。本次配合比設計完全達到預期的目標。但是這個配合比在今后工程應用中，應該根據原材料情況、施工具體要求，以及現場條件、環境條件等因素進行適當調整。同時，由于 高性能混凝土是一門復雜的技術，本次配合比的設計又涉及一些商業信息，故不提供具體的配合比數據。

三、結語：

C60泵送混凝土，對原材料的整體級配要求更嚴格。在保證原材料各自的級配優良的前提下，應考慮粗細集料混合料甚至其與膠凝材料的整體級配。因此，選擇砂率時，可按砂石混合料最大堆積密度來確定。同時摻入磨細礦物摻合料以改善水泥的級配。在低水膠比情況下，應限制石子的最大粒徑，以利提高混凝土強度。另外，較小的石子最大粒徑，容易使石子顆粒與砂顆粒形成連續的顆粒分布群，有利于骨料強度的發揮。

參考文獻：

[1]張君.建筑材料[M].北京：清華大學出版社，2007.

[2]蒲心成.超 高性能高性能混凝土[M].重慶：重慶大學出版社，2004.