高標號混凝土性能開發與應用研究

袁 帥

(山水集團魯西運營區，山東 濟南 250000)

1 高標號配合比原材料技術指標

高標號混凝土原材料指標是在此論文中配制和生產混凝土的原材料驗收標準，超出或低于標準范圍的原材料將不適用于配制和生產高標號混凝土。其中包括粉料、骨料和減水劑，粉料又包括水泥、礦粉、粉煤灰；骨料包括石子、人工砂、尾礦砂。

1.1 粉料

1.1.1 水泥

水泥采用山東水泥廠有限公司生產的P.O42.5水泥，本水泥在適應性方面較為穩定，每批次之間的適應性波動不大。強度方面也較為穩定，適合配制和生產高標號混凝土，具體驗收標準如下(表1)。

表1 水泥驗收標準

1.1.2 礦粉

礦粉采用魯新、魯碧等大型礦粉生產廠家生產的S95級礦粉，必須具有型式檢驗報告、產品合格證等相關產品資料才能允許入廠使用，具體驗收標準如下(表2)。

表2 礦粉驗收標準

1.1.3 粉煤灰

粉煤灰采用黃臺、石橫、聊城、德州等大型電廠生產的II級粉煤灰，必須具有型式檢驗報告、產品合格證等相關產品資料才能允許入廠使用，具體驗收標準如下(表3)。

表3 粉煤灰驗收標準

1.2 骨料

1.2.1 石子

石子采用山東水泥廠有限公司骨料線產的5～25mm連續級配石子，粒徑較好，石粉含量低，針片狀含量低，具體驗收標準如下(表4)。

1.2.2 人工砂

人工砂采用山東水泥廠有限公司骨料線產的細度模數2.6-3.5的風選人工砂，質量穩定產量大，石粉和泥塊含量低。具體驗收標準如下(表5)。

1.3 減水劑

減水劑采用山東華迪建筑科技有限公司生產的聚羧酸減水劑，具體型號分為減水型PC，減水保坍型PC-XM，保坍型BTC三種復配而成，根據工藝不同采用不同的復配方式。具體驗收標準如下(表6)。

表4 石子驗收標準

表5 人工砂驗收標準

表6 減水劑驗收標準

2 高標號混凝土設計

就目前商混市場來看，高標號混凝土是現在以致未來發展的大趨勢，高強度多性能是未來商混必須具備的產品特性。本文就目前常用的三種高強混凝土，即：高標號大體積混凝土、高標號主體混凝土、高標號長距離泵送混凝土，以配合比設計和外加劑復配兩方面入手，結合實際生產經驗和試驗成功案例進行分析。

2.1 高標號大體積混凝土

高標號大體積混凝土，主要用于高層建筑、大型鋼結構建筑、大型設備等要求混凝土厚度深，強度高的基礎部位。

此部位特點為混凝土體積大、厚度深，要求一次性澆筑完成，同時施工速度快等特點，是目前商混高標號市場常見的施工部位之一。

2.1.1 配合比設計思路

由于大體積混凝土具有體積大、厚度深的特點，在配合比設計時要考慮水泥水化產生大量水化熱的問題，水化熱較大會在混凝土內部向外產生爆裂，從而破壞整個混凝土構造件。為了降低水化熱產生的影響，在設計配合比時可以減少水泥用量，增加礦粉和粉煤灰用量。強度方面內控指標以7d達到65%，28d達到100%～110%，60d進行強度評定，達到120%。以C60混凝土為例，具體試驗配合比如下(表7)。

表7 高標號大體積混凝土配合比

由此數據可見，在相同水灰比(0.3)和相同骨料、水、外加劑用量的前提下進行對比，較為合適的為二號配合比和三號配合比。就強度來看，一號配比強度較低，并且達不到內控理論指標，所以不適合使用。四號配合比整體強度較高，并且較高的水泥用量會增加水化熱爆裂的風險，所以第四個也不適合使用。

混凝土狀態方面，由于一號配合比摻入礦粉和粉煤灰較多，和易性較好，出機坍落度能達到260mm。二號和三號配合比狀態略微比一號粘，但是出機坍落度也能達到260mm。四號配合比由于礦粉和粉煤灰摻量較低，混凝土整體較粘，不利于施工，出機坍落度能達到245mm。

2.1.2 外加劑復配

針對于高標號大體積混凝土的施工特性和性能要求，外加劑應具備高減水率、高保坍率、調節混凝土粘度等特點，具體外加劑復配配比如下(表8)。

表8 高標號大體積混凝土外加劑配合比

試驗環境溫度為25℃，所以保坍小料用量在每噸外加劑20kg較為合適。由于大體積混凝土泵送方式為向下泵送，泵送距離較近，不需要太多的引氣成分，所以引氣材料為每噸外加劑1kg。

之所以采用減水保坍劑和保坍劑搭配使用，是因為考慮到前期水化熱較大的因素，所以將混凝土保坍時間控制在2h左右。以試驗結果來看，一號配比保坍效果最好，但是會出現坍落度反大的情況，情況嚴重時會出現板結離析，對質量產生較大的影響。二號配比搭配較為合理，基本滿足混凝土技術要求。三號配比出機減水率高，但是保坍時間略短，不如二號配合比好。

所以在復配針對大體積混凝土的外加劑時要充分考慮減水劑的性能特性，適當的延長保坍時間。

2.2 高標號主體混凝土

高標號主體混凝土大多用在非核心筒工程的中低樓層、核心筒工程的核心筒部位、橋柱、樁基、箱梁等主體結構中。

要求混凝土具有早期強度增長快，流動性好，粘度低，保水性好，泵送性好等特性。是目前商混市場常見的高標號混凝土之一。

2.2.1 配合比設計思路

試配高標號主體混凝土時各時段的強度是首要考慮因素，7d達到75%，28d進行強度評定，達到120%。水泥用量應在430kg以上，礦粉用量隨之降低，為了后期強度和混凝土狀態粉煤灰用量應不低于礦粉用量。

其次是混凝土狀態必須和易性要好，因為泵送環境不僅僅是汽車泵70m以下的可變彎頭泵管泵送，更多的是高壓車載泵多彎頭向上直管泵送，所以砂率要控制在45%以上。以C60混凝土為例，具體試驗配合比如下(表9)。

表9 高標號主體混凝土配合比

由此數據可見，28d能夠達到120%的只有第三、四組試配，但是第四組數據早期上強度較快，7d就已達到102%，并且60d幾乎無增長，對強度走勢不好把控，所以為適合的配比為第三組。

混凝土狀態方面，第一、二組明顯比三、四組松散，水泥用量的增高也伴隨著粘度的增加，需要借助外加劑來調整混凝土狀態。

2.2.2 外加劑復配

復配針對高標號主體混凝土的外加劑時，要有較高的減水率，并且引氣成分要適當增加，因為引氣成分可以降低混凝土的粘度，增加泵送性。具體外加劑復配配比如下(表10)。

表10 高標號主體混凝土外加劑配合比

試驗環境溫度為25℃，為了保證保坍效果，保坍小料摻量為每噸外加劑23kg。引氣成分的增加是為了降低混凝土粘度，每噸外加劑2kg較為合適。

兩種外加劑的復配方案為減水劑加保坍劑和減水保坍劑加保坍劑，第二種方案因為減水率太高，混凝土出機坍落度較大270mm，但是損失較快半小時210mm不太適合使用于高標號主體混凝土。第一種方案出機坍落度255mm，半小時225mm；第三種方案出機坍落度245mm，半小時225mm都能滿足混凝土技術要求。如果泵送距離較長，增大第三組的摻加量可較好的改善混凝土的泵送性。

2.3 高標號長距離泵送混凝土

高標號長距離泵送混凝土，是目前超高層建筑使用的具有非常好的泵送性高性能混凝土，是目前以致將來混凝土發展的大趨勢。主要涉及100m以上，超遠泵送距離的混凝土建筑。

主要特點為泵送距離超長，泵壓高，彎頭多阻力大，泵損大等。是目前商混市場中性能要求較高的一種高標號混凝土。

2.3.1 配合比設計思路

此類混凝土設計思路大致與主體混凝土相同，但考慮長距離泵送下的因素會導致泵損較大，泵入構造件的混凝土漿體減少，情況嚴重時還會導致堵管，所以提高砂率為首要考慮。經過試配結果分析，砂率47%以上時可確保經過長距離泵送后的混凝土狀態。以C60混凝土為例，具體試驗配合比如下(表11)。

表11 高標號長距離泵送混凝土配合比

強度方面28d都能達到120%，但是外加劑摻量方面由原來的3.5%增加到了3.8%，主要考慮因素還是長距離泵送導致的泵損情況。

混凝土狀態方面，提高了0.3%的外加劑坍落度明顯的增大到270mm，幾乎達到了混凝土的極限。

2.3.2 外加劑復配

調整高標號長距離泵送混凝土主要在于外加劑的性能上，增大混凝土的坍落度是目前保證長距離泵送后混凝土狀態較好的方案之一，也是最為常見的方案。但是盲目的提高坍落度很容易導致混凝土板結離析，反而更容易堵管。因此我們借鑒了主體混凝土使用的減水保坍劑加保坍劑的搭配方案，又添加了調整小料糊精來調整混凝土狀態，確保混凝土和易性。糊精可以起到改善混凝土狀態的作用。具體外加劑復配配比如下(表12)。

試驗環境溫度為25℃，經過多次試驗，每噸外加劑摻入10kg糊精的狀態最好，混凝土出機坍落度270mm，并且沒有明顯的跑漿情況，混凝土整體狀態松散不粘。

而摻入5kg的糊精效果不明顯，混凝土有些許離析情況，起不到改善狀態的效果。摻入15kg的糊精反而使混凝土流動性變差，沒法進行長距離泵送。

表12 高標號長距離泵送混凝土外加劑配合比

3 結 論

通過此次系統的對比試驗，對目前商混市場中常見的混凝土做了全面的對比概述，得到以下結論。

1)在配制高標號大體積混凝土時，要先考慮其施工部位的特性，60d的強度評定周期，給混凝土足夠長的強度增長時間，所以在配制時可以盡量降低水泥用量，從而降低水化熱。而泵送距離較近也能降低泵送時混凝土的損失，保證混凝土入模后的狀態。

外加劑復配時要充分考慮水化熱問題，所以保坍成分適當的調高。還要考慮泵送方式多數情況下以向下居多，而且泵送距離較短，引氣成分可以適當的調低，確保施工振搗時可以將氣泡振出。

2)高標號主體混凝土是目前在用量最大的一類混凝土，強度增長率、期齡強度、混凝土狀態、泵送方式、泵送環境等都是主要考慮因素。增加水泥用量是控制強度增長率和期齡強度的主要因素，砂率的增大是調整混凝土狀態，適應多種泵送方式和泵送環境的主要方向。

外加劑復配時要適當的增加緩凝小料成分，確?；炷猎诟鲿r間段的損失處在一個合理的范圍。增加減水率，在不離析的情況下增加漿體，保證泵送性。引氣成分的增加則是降低混凝土粘度，提高混凝土和易性和泵送性。

3)高標號長距離泵送混凝土是在主體混凝土的基礎上的一種技術延伸，控制思路和主體混凝土相同。但要著重考慮長距離泵送時的混凝土狀態，不能離析和板結。增大砂率調整易泵型是主要調整方向。增加外加劑摻量，加大提漿率，保證泵送后混凝土狀態。

針對長距離泵送混凝土，首先要考慮和易性問題，引氣成分和保坍小料則是調整和易性的主要方向。由于考慮調整砂率和增加外加劑摻量來控制泵損問題，防止離析和板結是要解決的主要因素之一。增加糊精可以很好的抑制離析和板結，從而調節混凝土的和易性。

最后，本論文僅針對常溫普通泵送混凝土，不涉及防凍、抗裂、抗凍融、抗滲、早強、耐磨等特殊要求的混凝土技術。