C60高強混凝土配合比設計研究

解嵩

（德州潤德混凝土有限公司，山東德州253025）

1 引言

某大廈的C60高強混凝土施工中，施工方要求混凝土具有高強度、高密實性、低滲透性及高耐久性并具有高效的工作性等特性。為了滿足C60高強混凝土各種要求，本文對C60混凝土進行了配合比設計。

高強混凝土是指以普通硅酸鹽水泥、砂石為原材料，經過拌和作用，摻入高效減水劑和礦物摻合料，使新拌混凝土擁有良好的和易性和可施工性，硬化后，混凝土強度等級達到C60及其以上。C60高強混凝土已經大規模地在工程建筑中使用。目前，國際上研究高強混凝土比較通用的方法是在混凝土中摻加高性能外加劑和礦物摻合料，通過雙摻的方式進行混凝土配合比設計，滿足設計要求[1]。

2 原材料選擇

2.1 水泥

選用故城山水水泥有限公司出產的P·O42.5水泥，該水泥中3Ca O·Al2O3含量低，水化熱較低，質量穩定，適合配制高強混凝土。其性能指標如表1所示。

表1 水泥性能指標

2.2 礦物摻合料

混凝土摻加1~2種礦物摻合料，可以降低高水化熱帶來的風險，有利于提高混凝土和易性和密實性，進而提高強度，有利于混凝土后期強度提高。結合本地材料特性，選用山東華能德州電力實業公司出產的Ⅰ級粉煤灰和辛集市鋼信新型建材有限公司出廠的S95礦粉。其性能如表2、表3所示。

表2 粉煤灰性能指標%

表3 礦粉性能指標

2.3 中砂

選用河北正定生產的中砂，細度模數為2.6~3.0，適合混凝土泵送，質量穩定。其性能指標為：表觀密度2630kg/m3；細度模數2.9；含泥量1.1%；泥塊含量0.2%。

2.4 碎石

選用山東章丘生產的5~25mm連續級配碎石，其表面粗糙、多棱角，這樣可以提高混凝土的黏結性能，進而提高混凝土的抗壓強度，其性能指標為：表觀密度2690/（kg/m3）；壓碎指標6.3%；針片狀碎石含量3.2%；含泥量0.2%。

2.5 外加劑

選用高效聚羧酸減水劑，其性能指標為：固含量39.6%；密度1.175g/cm3；減水率24%；摻量2.5%。

2.6 混凝土配合比設計

研究表明：水膠比、摻合料用量和砂率是影響混凝土工作性能和強度的2大主要因素[2]：（1）對混凝土工作性能影響程度中，摻合料用量和砂率的影響顯著，其中摻合料用量最顯著，砂率次之；（2）對強度的影響程度中，水膠比和摻合料用量的影響顯著，其中水膠比最顯著，摻合料用量次之，砂率影響不顯著。

合理的混凝土配合比，既要能滿足混凝土的強度又要保證混凝土的黏聚性和流動性，還要便于施工。依據JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設計規程》[1]，混凝土強度標準差取6MPa，強度保證率取95%，則C60混凝土配制強度為71.8MPa。Ⅰ級粉煤灰取代水泥率為5%，礦粉取代水泥率為10%，外加劑摻量2.5%，水灰比上下調整0.01。膠凝材料總量定于500~530kg，混凝土容重約為2430kg/m3。經計算得出表4共計6個配合比。

表4 C60混凝土配合比kg/m3

3 試驗結果分析

根據表4中的C60混凝土配合比設計，進行混凝土試配，結果如表5所示。

表5 C60混凝土試配結果

根據試配結果，6組試驗坍落度損失、擴展度、和易性都能滿足施工要求。根據抗壓強度結果得知：4、5、6三組試配符合強度設計要求，根據JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》要求，對于C60以上混凝土配合比應進行不少于6次的重復性試驗進行驗證，其平均值不應低于配制強度[2]。對4、5、6三組配合比進行重復性試驗，結果均符合配合比設計要求。但5、6兩個配合比水泥用量較大，水化熱較大會增加裂縫以及坍落度損失的風險，故建議排除5和6兩個配合比，采用4號配合比進行C60混凝土生產。在其他材料不變的條件下，選用4號配合比，用不同砂率進行混凝土對比試驗。結果如表6所示。

表6 不同砂率混凝土性能

砂率從37%增加到47%，坍落度隨之增大，擴展度隨之減小，說明混凝土的包裹性增加；伴隨著砂率的增加，骨料的比表面積隨之增加，在相同用水量的情況下，漿體包裹骨料的包裹性提高。試驗顯示混凝土含氣量差異不大，黏性也未見明顯變化；混凝土的28d抗壓強度在砂率47%時稍小，其他都在波動范圍之內。綜合考慮，建議將砂率控制在約42%。

最終確定混凝土配合比如表7所示。

表7 C60混凝土配合比kg/m3

4 結語

綜上所述，得出以下結論：

1）運用現行混凝土配合比設計方法，不改變現有混凝土制備工藝，選擇符合要求且質量穩定的原材料，充分發揮礦物摻合料和減水劑的改善作用，優化和優選配合比設計參數，配制出高強混凝土是可以實現的。

2）科學合理地摻加高效減水劑、Ⅰ級粉煤灰和S95礦粉，完全可以配制出大流動性的C60高強混凝土；用部分礦物摻合料取代水泥，可改善混凝土拌合物和易性，減少水化熱，節約水泥，滿足混凝土性能的同時，可以降低生產成本。

3）從混凝土配合比設計到混凝土工程質量驗收，混凝土的生產、運輸、澆筑和養護各個環節均需要按照相關要求有效把控。