高性能混凝土的配制與應(yīng)用

高廣鑫

摘要：介紹佛山一環(huán)路佛開立交橋主橋箱梁C50早強、大流動度高性能泵送混凝土的配制和應(yīng)用效果，包括對原材料特別是外加劑的合理選用，并對試驗結(jié)果進行分析，以選擇最優(yōu)配合比，達到預(yù)期的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：C50高性能混凝土配合比配制試驗

0 引言

混凝土是當(dāng)代建筑業(yè)中最主要的結(jié)構(gòu)材料之一，也是用量最大的人造建筑材料。隨著現(xiàn)代橋梁建設(shè)的不斷擴大，早強、大流動度高性能泵送混凝土的應(yīng)用已越來越廣。為滿足佛開立交橋工程主橋箱梁混凝土施工要求，達到經(jīng)濟合理的工程效益，我們利用本地區(qū)的原材料進行C50早強、大流動度高性能泵送混凝土進行配制，取得了較好的應(yīng)用效果。

1 箱梁C50混凝土的技術(shù)要求和原材料的選擇

為滿足設(shè)計要求和預(yù)應(yīng)力張拉施工的需要，箱梁C50混凝土要求3d強度達到設(shè)計強度等級的95%以上，4d強度不少于100%設(shè)計強度等級，特別地要求各齡期的混凝土彈性模量要隨強度的增長而同步增長；要求混凝土適宜于夏、冬兩季遠距離泵送，初凝時間不少于6h，終凝時間不大于11h，具有良好的可泵性，較小的泌水率，坍落度在140～180mm之間，坍落度經(jīng)時損失??；由于腹板鋼筋較密，要求混凝土具有良好的流動性，便于振搗密實，還要求混凝土具有良好的保水性和粘聚性，避免泌水離析而使箱梁混凝土不均勻；另外考慮到粉煤灰在大跨徑后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的應(yīng)用還沒有規(guī)范可循，摻入粉煤灰的混凝土早期強度低、不利于張拉施工，對混凝土收縮和徐變的影響不確定等，箱梁混凝土不能摻入粉煤灰。

為保證C50箱梁混凝土滿足上述性能要求，又要取得較好的經(jīng)濟效益，混凝土原材料的選用需要認真篩選，其中外加劑和粗骨料的性能是關(guān)鍵的因素。外加劑應(yīng)具有25%以上的減水率，同時具有緩凝、保塑和早強作用。粗骨料除其本征強度和含泥量符合規(guī)范要求外，其級配是配制高性能混凝土的重要因素。

原材料選擇如下：

1.1 水泥 考慮到大流動度高性能泵送混凝土的特點，選用質(zhì)量穩(wěn)定、早期強度較高、活性較好的廣州珠江水泥廠生產(chǎn)的金羊牌42.5R普通硅酸鹽水泥。該水泥的密度為3.10g/cm3，比表面積為372m2/kg，3d抗折和抗壓強度分別達到5.2MPa和33.2MPa，28d抗折和抗壓強度分別達到8.1MPa和51.0MPa。

1.2 細骨料 為了減少大流動度高性能混凝土的單位用水量，有利于新拌混凝土的和易性和混凝土硬化后的性能，細骨料選用級配良好的西江河砂，細度模數(shù)在2.6～2.9之間，含泥量0.1%～0.6%，2.5mm篩孔的累計篩余不得大于15%，0.315mm篩孔的累計篩余宜在85%～92%范圍內(nèi)，篩分曲線符合Ⅱ區(qū)中砂。

1.3 粗骨料 大流動度高性能泵送混凝土，可泵性是其關(guān)鍵的性能之一，宜選用級配良好、質(zhì)地堅硬的碎石。通過試驗篩選，選用了高明石場的花崗巖碎石，為4.75～19mm連續(xù)級配，含泥量為≤1.0%，泥塊含量≤0.5%，壓碎指標(biāo)為≤12%，針片狀含量≤5%。

1.4 水 采用西江水，PH值，不溶物，可溶物，氧化物，硫酸鹽等指標(biāo)均符合JGJ63-89《混凝土拌合水標(biāo)準》中的要求。

1.5 外加劑 大流動度高性能泵送混凝土的水灰比較小，流動性大。為方便施工，還要求混凝土坍落度經(jīng)時損失較小，這主要靠高效減水劑來調(diào)節(jié)。為滿足C50箱梁混凝土上述的技術(shù)經(jīng)濟要求，外加劑應(yīng)具有25%以上的減水率，同時具有緩凝、保塑和早強作用，外加劑中的緩凝成分用來調(diào)整坍落度的經(jīng)時損失和初凝時間，彌補因高效減水成分引起的坍落度損失過快和初凝時間過早的缺點。為了達到上述要求，選用了廣州建筑寶JZB-4型、廣州中正力恒DF—FDNH型、廣州新科H-FDN200型和江門強力QL-3型共四種高效減水劑來進行試拌比較。主要從新拌混凝土的和易性、坍落度經(jīng)時損失、硬化后混凝土性能等幾方面考慮，經(jīng)試驗比較后選用廣州新科的H-FDN200型緩凝高效減水劑。

2 混凝土試配及結(jié)果分析

2.1 配合比設(shè)計 早強、大流動度高性能泵送混凝土的設(shè)計比較困難，在于它受多種因素的影響，需要進行多次試配，來獲得最佳配合比，以滿足設(shè)計和施工的要求。根據(jù)《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范(JTJ041-2000)》的規(guī)定，混凝土水泥用量不宜大于500kg/m3。配制時采用絕對體積法進行配合比設(shè)計。C50大流動度高性能混凝土的配制強度為59.9MPa，出料坍落度控制在140～180mm，設(shè)計的配合比因素水平見表1。

2.2 試配 選用更好，更合理的外加劑和更經(jīng)濟合理的混凝土配合比。我們利用四個廠家的外加劑，對10個配合比進行比較試驗，試驗結(jié)果見表2(表2中①為JZB-4型減水劑，②為DF-FDNH型減水劑，③為H-FDN200型減水劑，④為QL-3型減水劑)。

2.3 試配結(jié)果分析 從表3可以得知，外加劑的摻量與性能是影響配合比主要因素，其次是水灰比和單位用水量，最后是砂率。在試配過程中，通過固定水泥、砂、石等原材料的方法，對外加劑的早強、減水率、保塑及緩凝等一系列性能向廠家提出更高要求，并據(jù)此來選擇高性能的外加劑，以配制高性能混凝土。其次就是調(diào)整配合比的水泥用量來獲得更經(jīng)濟合理的配合比。表2中用第1組、2組配合比進行試驗時，其早期強度均達不到要求，則需要調(diào)整外加劑早強成份的作用。而江門強力QL-3型因和易性太差、坍落度損失太大從中剔除；從第3組、4組的配合比試驗可以得知，在調(diào)整水泥用量的同時，外加劑早期強度還不能滿足要求，需要進一步的調(diào)整。調(diào)整后，第5組配合比早期強度滿足了要求，但坍落度偏小，需要增加外加劑的摻量。從第6組配合比可以得知，通過調(diào)整后，建筑寶JZB-3型和新科H-FDN200型兩種外加劑的早期強度滿足了要求，但和易性還需要進一步調(diào)整；而中正DF-FDNH型因早期強度不滿足要求從中剔除。從第7組配合比可以看出，2.5%的外加劑用量過大，造成和易性不能滿足要求，則需要進一步調(diào)整。

在外加劑摻量調(diào)整為2.0%，第8組配合比中的采用新科H-FDN200型外加劑的效果比較理想，滿足了各方面的要求。

經(jīng)過試驗的篩選，表2中的序號24的用新科H-FDN200型外加劑的配比滿足了設(shè)計、施工的要求，達到經(jīng)濟合理的目的，初步?jīng)Q定采用其作為使用的配合比。

2.4 驗證試驗與結(jié)果 為了驗證表2中的第24號配合比所用的新科H-FDN200型外加劑在混凝土配合比中的重要性、穩(wěn)定性以及該配合比的適用性，決定對其進行驗證性試驗，為此抽取了6批次的該外加劑進行6次的重復(fù)性驗證試驗。

重復(fù)驗證試驗結(jié)果表明，外加劑的選用和配合比的設(shè)計達到了預(yù)期的要求，并且比較經(jīng)濟，能滿足設(shè)計、施工規(guī)范和現(xiàn)場施工的各方面要求。

3 施工應(yīng)用

3.1 現(xiàn)場試拌 為了確保C50混凝土的正常生產(chǎn)和施工，按配合比對C50混凝土進行了現(xiàn)場試拌。由于混凝土水灰比小，并且摻入了高效減水劑，要求攪拌要充分，以保證混凝土的質(zhì)量，要求混凝土攪拌時間不得少于90s。試拌時測得初始氣溫26℃，坍落度為175mm，1h后坍落度為165mm，2h后坍落度為155mm。初凝時間為325min，終凝時間為530min?，F(xiàn)場試拌的混凝土強度滿足了要求，但和易性存在著一定的問題，其混凝土的粘滯性較大時有泌水現(xiàn)象，影響了混凝土的可泵性。

3.2 配合比優(yōu)化與驗證 為了解決上述情況，經(jīng)過分析，把外加劑摻量調(diào)整為1.7%，水泥用量為445kg/m3，用水量為160kg/m3，水灰比為0.36，砂率為43%，試驗結(jié)果見表3。

為了證明優(yōu)化后混凝土配合比的穩(wěn)定性及其適用性，對其進行了6次的重復(fù)性驗證試驗和一次現(xiàn)場試拌。配合比的優(yōu)化達到了預(yù)期目的，不但比較經(jīng)濟，而且強度和彈性模量同步增長，完全滿足了設(shè)計、施工規(guī)范和現(xiàn)場施工的各方面要求。

3.3 現(xiàn)場應(yīng)用 根據(jù)優(yōu)化后的C50混凝土配合比進行現(xiàn)場施工，主橋箱梁混凝土共進行了123次澆注，混凝土的施工性能均滿足了澆注技術(shù)需要求?，F(xiàn)在下游幅橋已經(jīng)合攏，C50混凝土共取樣615組，其性能均滿足了設(shè)計要求，確保消除箱梁頂面可能出現(xiàn)的收縮裂縫?；炷列阅艿木唧w情況見表4。

4 結(jié)術(shù)語

現(xiàn)在佛山一環(huán)路佛開立交橋箱梁已經(jīng)合攏，通過C50大流動度高性能混凝土的試配與現(xiàn)場施工應(yīng)用，得出下面的施工體會：①配制大流動度高性能混凝土應(yīng)摻用減水率大於25%的高效減水劑，并應(yīng)考慮高效減水劑與水泥的相容性和減水劑的摻量，以保證混凝土坍落度的經(jīng)時損失小。②通過優(yōu)選外加劑，解決了延長凝結(jié)時間和提高早強這一相矛盾的問題。由于選用的復(fù)合型高效減水劑具有緩凝、早強的作用，使得混凝土初凝時間大于6h，3d強度超過了設(shè)計強度等級，確保了混凝土早期強度和彈性模量的快速發(fā)展，為及時進行預(yù)應(yīng)力張拉和加快工期提供了可靠保證。③選用質(zhì)量可靠、穩(wěn)定的高效減水劑，可以優(yōu)化混凝土配合比，達到經(jīng)濟實用的目的。④嚴格控制好原材料，是保證高性能混凝土正常生產(chǎn)和質(zhì)量穩(wěn)定的必要手段。⑤為了確?；炷恋目杀眯?，除了合理選用外加劑和砂率外，現(xiàn)場新拌混凝土坍落度的檢測應(yīng)增加抽檢頻率。正常生產(chǎn)后，應(yīng)至少1h檢測一次。

參考文獻：

[1]JGJ 55-2000.普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程.

[1]JGJ/T 10-95.混凝土泵送施工技術(shù)規(guī)程.