高強(qiáng)混凝土工程的質(zhì)量控制

上海建工四建集團(tuán)有限公司 上海 201103

高強(qiáng)混凝土通常是指強(qiáng)度等級(jí)不低于C60的混凝土。與普通混凝土相比，高強(qiáng)混凝土不僅可以減小混凝土結(jié)構(gòu)尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，因此在超高層建筑中廣泛使用。然而，影響高強(qiáng)混凝土質(zhì)量的因素很多，從原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)、拌制、運(yùn)輸、泵送到澆筑、養(yǎng)護(hù)，所有環(huán)節(jié)都必須采取專門的措施。

1 高強(qiáng)混凝土質(zhì)量概述[1-8]

高強(qiáng)混凝土的成品質(zhì)量與混凝土配比和施工工藝密切相關(guān)，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，應(yīng)特別注重混凝土的施工性能，混凝土應(yīng)易于泵送與澆筑，澆筑質(zhì)量應(yīng)均勻密實(shí)，混凝土流動(dòng)性與抗離析性能應(yīng)進(jìn)行合理的平衡。

根據(jù)多年來的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)歸納，影響高強(qiáng)混凝土質(zhì)量的主要因素主要有以下幾個(gè)方面：

（a）配合比設(shè)計(jì)及原材料。如混凝土膠凝材料、骨料的級(jí)配、砂率、水灰比、外摻料、外加劑等；

（b）生產(chǎn)環(huán)節(jié)。如投料順序、攪拌量、攪拌時(shí)間等；

（c）施工環(huán)節(jié)。如混凝土的運(yùn)輸、泵送、澆搗、養(yǎng)護(hù)等。

除上述因素以外，對(duì)高強(qiáng)混凝土的檢測(cè)技術(shù)也影響到高強(qiáng)混凝土質(zhì)量的評(píng)判。為了保證高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量，總包單位必須事先對(duì)高強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)商進(jìn)行考察，并參與高強(qiáng)混凝土的生產(chǎn)、使用全過程控制。

2 高強(qiáng)混凝土原材料和配合比控制

2.1 原材料

2.1.1 膠凝材料

高強(qiáng)混凝土的配制一般采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于42.5級(jí)。應(yīng)優(yōu)先采用回轉(zhuǎn)生產(chǎn)的水泥，水泥貯存不宜超過3 個(gè)月。

作為膠凝材料的組成部分，礦物摻合料的質(zhì)量同樣十分重要。高強(qiáng)混凝土常用的外摻料為粉煤灰、磨細(xì)天然沸石巖、磨細(xì)礦渣和硅粉等。例如，在南京紫峰大廈工程的C70高強(qiáng)混凝土配制中，我們選擇了南京市場(chǎng)質(zhì)量穩(wěn)定品質(zhì)最優(yōu)的梅寶S95礦粉和華能電廠的一級(jí)粉煤灰作為摻合料。

2.1.2 骨料

骨料的選擇對(duì)高強(qiáng)混凝土質(zhì)量影響很大。骨料自身的強(qiáng)度、顆粒形狀和含泥量對(duì)高強(qiáng)混凝土的材料性能和強(qiáng)度至關(guān)重要。由于粗骨料石子中含有天然紋理和缺陷，因此選用較小粒徑的粗骨料，高強(qiáng)混凝土所采用的粗骨料粒徑不宜大于25 mm。我們?cè)?07、108項(xiàng)目的C80混凝土配制以及在南京紫峰大廈C70混凝土配制時(shí)選用的都是粒徑5～20 mm的石子。

此外，骨料的級(jí)配優(yōu)劣對(duì)高強(qiáng)混凝土的工作性影響很大，必須嚴(yán)格控制。由于混凝土是地方性材料，例如在廣東地區(qū)粗骨料的質(zhì)量較好，而在有的區(qū)域就較差，因此為了保證高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量，首先要選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，例如我們?cè)谀暇┰嚺銫70混凝土?xí)r，經(jīng)過比選我們沒有采用當(dāng)?shù)仄毡槭褂玫氖沂V，而是選擇了鎮(zhèn)江茅迪的玄武巖石料。

2.1.3 外加劑

外加劑是配制高強(qiáng)混凝土十分重要的原材料，隨著外加劑技術(shù)的發(fā)展，聚羧酸系外加劑為高強(qiáng)、高性能混凝土的生產(chǎn)提供了可能。外加劑的品種選擇和摻量控制須通過試配來確定。

2.2 配合比設(shè)計(jì)

2.2.1 膠凝材料的比例確定

一個(gè)好的配合比中，膠凝材料構(gòu)成的體系也應(yīng)符合最緊密堆積理論。從參與水化情況來看，復(fù)合體系的粒徑分布應(yīng)該在工作性與充分發(fā)揮活性之間有一個(gè)最佳平衡點(diǎn)。水泥、粉煤灰、礦粉、硅粉分別以不同的質(zhì)量分?jǐn)?shù)復(fù)合組成復(fù)合膠凝體系，測(cè)定其需水量、強(qiáng)度等物理性能指標(biāo)，從而發(fā)現(xiàn)它們的最佳匹配關(guān)系。在選定水泥牌號(hào)的基礎(chǔ)上，要對(duì)不同比例的膠凝材料用同摻量的外加劑進(jìn)行凈漿流動(dòng)度比較。

2.2.2 水灰（膠）比確定

較普通混凝土而言，高強(qiáng)混凝土的配制一般需要較高的水泥用量和較低的用水量，但也并非水灰比越低越好。根據(jù)我們?cè)诙鄠€(gè)工程中的經(jīng)驗(yàn)表明，高強(qiáng)混凝土的水灰比一般控制在0.25～0.4，具體情況要根據(jù)強(qiáng)度等級(jí)、外加劑的減水性能、混凝土的流動(dòng)性需求等因素而定。當(dāng)使用液體外加劑時(shí)，外加劑的用水量應(yīng)考慮在水灰比中。

2.2.3 砂率

砂率一般在所要求的混凝土性能的范圍內(nèi)取最小值。高強(qiáng)混凝土的砂率比普通混凝土小，一般為26%～32%，當(dāng)然，如果配制大坍落度或流態(tài)高強(qiáng)混凝土，則應(yīng)選擇較大的砂率，可達(dá)32%～40%。

2.3 混凝土的試配

高強(qiáng)混凝土在生產(chǎn)前要經(jīng)過試配確定配合比，畢竟小試的研究與實(shí)際的大規(guī)模生產(chǎn)有很大的不同，如何將將小試的配比、混凝土狀態(tài)應(yīng)用到拌站的實(shí)際生產(chǎn)中，直至應(yīng)用于工地現(xiàn)場(chǎng)，都需要參與各方摸索一些經(jīng)驗(yàn)數(shù)值。

我們?cè)谀暇┡渲艭70混凝土?xí)r，進(jìn)行了3 次中試。為了模擬實(shí)際施工情況，第一次中試我們制作了2 根柱的試驗(yàn)。在28 d齡期時(shí)，對(duì)柱進(jìn)行了鉆芯取樣，結(jié)果3 個(gè)芯樣強(qiáng)度分別為：62.8 MPa、62.8 MPa、56.2 MPa，代表值為56.2 MPa。

綜合各齡期強(qiáng)度數(shù)據(jù)看，強(qiáng)度發(fā)展情況基本正常，28 d標(biāo)養(yǎng)試塊強(qiáng)度及同條件養(yǎng)護(hù)試塊強(qiáng)度均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，但是富余量較小，考慮到C70混凝土施工跨越冬夏，還需要進(jìn)一步對(duì)配比進(jìn)行調(diào)整。于是，決定將石子更換為原定的備選材料玄武巖，適當(dāng)減弱外加劑的引氣作用，延長(zhǎng)振搗時(shí)間，采用電腦控制自動(dòng)計(jì)量和投料。同時(shí)，考慮增加強(qiáng)度儲(chǔ)備，在保持膠凝材料總量不變的前提下，適當(dāng)增加其中水泥用量，并將外加劑摻加比例進(jìn)行了調(diào)整，再進(jìn)行第二次中試。

在28 d齡期時(shí)，對(duì)中試柱進(jìn)行了鉆芯取樣，結(jié)果3 個(gè)芯樣強(qiáng)度分別為82.8 MPa、84.2 MPa、82.3 MPa，代表值為82.3 MPa。由測(cè)試結(jié)果可知，混凝土強(qiáng)度是完全滿足，但是試驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)混凝土黏性較大，凝結(jié)時(shí)間較短，對(duì)高程泵送不利。因此，我們?cè)诨A(chǔ)施工階段，開始對(duì)配合比進(jìn)一步調(diào)整，對(duì)外加劑用量作了適當(dāng)微調(diào)，進(jìn)行了第三次中試。經(jīng)試驗(yàn)，強(qiáng)度和工作性能均較為滿意，最終確定了配合比。

3 高強(qiáng)混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制

3.1 材料的儲(chǔ)存與檢測(cè)

高強(qiáng)混凝土的原材料應(yīng)專倉(cāng)專放，在正式進(jìn)料生產(chǎn)前均應(yīng)有專人負(fù)責(zé)對(duì)筒倉(cāng)內(nèi)部進(jìn)行清理，確保在粉料進(jìn)筒倉(cāng)后不與前一次使用的粉料有混料的可能。

進(jìn)倉(cāng)材料應(yīng)做到100%檢驗(yàn)合格。石料經(jīng)檢驗(yàn)合格后，派專人進(jìn)行清洗，降低石料中的石粉含量，以保證質(zhì)量。水泥入倉(cāng)時(shí)進(jìn)行抽檢，對(duì)水泥溫度也應(yīng)進(jìn)行測(cè)量，控制在70 °C以下。同時(shí)，應(yīng)確保外加劑在儲(chǔ)存過程中不受污染。

每次混凝土拌制前3 h，應(yīng)對(duì)此次所用粗細(xì)骨料進(jìn)行含水率試驗(yàn)，所得數(shù)據(jù)及時(shí)反饋至拌臺(tái)，對(duì)用水量進(jìn)行修正。

3.2 投料及攪拌的控制

圖1為南京紫峰大廈C70混凝土投料及攪拌時(shí)間控制工藝流程。

圖1 高強(qiáng)混凝土投料及攪拌工藝

4 高強(qiáng)混凝土施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制

4.1 高強(qiáng)混凝土生產(chǎn)—運(yùn)輸—澆筑的連續(xù)性問題

通過幾個(gè)工程實(shí)踐總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)新拌混凝土從出料開始在一段時(shí)間里，其表征工作性的重要指標(biāo)——擴(kuò)展度較為恒定，具體的時(shí)間應(yīng)根據(jù)不同的配合比和天氣情況經(jīng)試驗(yàn)確定。所以，我們應(yīng)該將混凝土從生產(chǎn)到澆筑的整個(gè)過程控制在這個(gè)時(shí)間段里。根據(jù)這一特性，我們來確定各種設(shè)備的配置和生產(chǎn)、施工的組織。

首先應(yīng)根據(jù)拌站與澆筑施工地點(diǎn)距離和不同時(shí)段的交通情況，確定運(yùn)輸時(shí)間；然后根據(jù)混凝土生產(chǎn)能力、泵送能力和前面所述的特定時(shí)間段來配置運(yùn)輸車輛。

有條件的情況下應(yīng)安裝GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)，可有效降低復(fù)雜的交通、路況所造成的運(yùn)輸困難。

4.2 高強(qiáng)混凝土的泵送控制

4.2.1 可泵性指標(biāo)

高強(qiáng)混凝土中膠凝材料比重的增加，使混凝土的黏性增加，與泵管管壁間的摩擦力增加，這就使得高層泵送高強(qiáng)混凝土遠(yuǎn)較普通混凝土困難。因此，如何判斷高強(qiáng)混凝土的可泵性非常關(guān)鍵。

對(duì)于普通混凝土來說，保坍性好，塑性大、和易性好，基本就意味著可泵性能良好。但對(duì)于超高強(qiáng)混凝土，由于黏性比普通混凝土大，流變性大易離析，給高程泵送帶來很多難題，所以僅僅用坍落度來控制是不夠的。我們借鑒了國(guó)內(nèi)外的一些超高強(qiáng)度混凝土的施工經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為坍落度只是一個(gè)參考，擴(kuò)展度、黏性指標(biāo)和抗離析性能對(duì)高程泵送影響更大。

我們?cè)谀暇┳戏宕髲B的實(shí)踐表明，擴(kuò)展度可作為高強(qiáng)混凝土可泵性的評(píng)判指標(biāo)，當(dāng)C70高強(qiáng)混凝土擴(kuò)展度在650～750 mm時(shí)，對(duì)應(yīng)的可泵性較好，擴(kuò)展度過大或過小均不利于泵送。

4.2.2 泵送設(shè)備及泵管布置

為滿足施工現(xiàn)場(chǎng)泵送時(shí)混凝土具有理想的擴(kuò)展度指標(biāo)，必須嚴(yán)格控制其攪拌時(shí)間與運(yùn)輸時(shí)間，以保證混凝土規(guī)模化生產(chǎn)與現(xiàn)場(chǎng)泵送過程的連續(xù)性。同時(shí)，高強(qiáng)混凝土的泵送成功，不僅取決于擴(kuò)展度指標(biāo)，還與泵送設(shè)備的選擇、泵管的布置有關(guān)：

（a）泵送設(shè)備應(yīng)滿足泵送所需的泵壓，最好有一定的余量。比如在南京紫峰大廈，我們計(jì)算出的最小混凝土出口壓力為25 MPa，我們選擇了三一重工生產(chǎn)的HBT90C2135泵車，最大輸出壓力可達(dá)35 MPa。

（b）泵管的布置，應(yīng)設(shè)置一定長(zhǎng)度的水平管，并在豎向泵管處設(shè)置一定數(shù)量的緩沖段，靠近泵車處，應(yīng)設(shè)置截止閥，防止意外情況發(fā)生。同時(shí)，由于高強(qiáng)混凝土泵送時(shí)產(chǎn)生的摩擦力較大，因此應(yīng)選擇高強(qiáng)泵管，同時(shí)加強(qiáng)泵管的固定。

（c）高強(qiáng)混凝土泵送前應(yīng)采用砂漿進(jìn)行潤(rùn)管，潤(rùn)管砂漿一定要保證其保水性。

（d）停泵間隙不能過長(zhǎng)，必要時(shí)采取反泵方法，使管內(nèi)混凝土保持流動(dòng)狀態(tài)。

（e）起泵應(yīng)均勻，逐步加大壓力。

4.3 高強(qiáng)混凝土的澆搗

高強(qiáng)混凝土由于流動(dòng)性較好，應(yīng)適量振搗，使混凝土最終產(chǎn)品具有較高的抗壓強(qiáng)度和較佳均勻性。這在107、108項(xiàng)目的12 根試驗(yàn)柱的取芯檢驗(yàn)中得到了證實(shí)。

由于高強(qiáng)混凝土的流淌性很好，因此選擇金屬網(wǎng)的材料和固定方式時(shí)應(yīng)十分重視，處理不當(dāng)會(huì)造成界面處大量高強(qiáng)混凝土的漿液流入相應(yīng)低標(biāo)號(hào)混凝土部分。

不同強(qiáng)度混凝土同時(shí)澆筑時(shí)，對(duì)泵管布置和澆筑流向設(shè)計(jì)有著較高的要求，不然會(huì)由于高強(qiáng)混凝土凝結(jié)速度較快而產(chǎn)生冷縫，影響工程質(zhì)量。

4.4 高強(qiáng)混凝土的養(yǎng)護(hù)

高強(qiáng)混凝土早期養(yǎng)護(hù)的溫度、濕度對(duì)強(qiáng)度發(fā)展和成品性能影響較大。通過對(duì)試驗(yàn)柱的回彈、取芯試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在保溫、保濕基礎(chǔ)上采取加濕養(yǎng)護(hù)，將有利于控制裂縫的產(chǎn)生，且其強(qiáng)度優(yōu)于采用其他養(yǎng)護(hù)方式的混凝土。

因此，高強(qiáng)混凝土澆筑完畢并初凝后，應(yīng)盡快加以覆蓋并澆水養(yǎng)護(hù)，澆水次數(shù)應(yīng)能保持混凝土表面濕潤(rùn)，澆水養(yǎng)護(hù)時(shí)間不少于14 晝夜。

5 結(jié)語(yǔ)

目前的高強(qiáng)混凝土技術(shù)的發(fā)展雖然取得了很多成果，但總體上發(fā)展尚不成熟，應(yīng)在今后的工程實(shí)踐中不斷完善。對(duì)于高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量控制，應(yīng)在材料的選擇、生產(chǎn)制備、施工等各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行高度重視，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，確保混凝土的施工性能。