C100高強(qiáng)混凝土的配合比設(shè)計

張文海，賈會杰，崔志忱，李沛

（1.中交一航局第一工程有限公司，天津 300456；2.中交天津港灣工程研究院有限公司，天津 300222）

0 引言

一般認(rèn)為，強(qiáng)度等級不低于C50的混凝土即為高強(qiáng)混凝土[1]，但在JGJ/T 281—2012《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》[2]中明確規(guī)定，強(qiáng)度等級不低于C60的混凝土為高強(qiáng)混凝土?；炷僚浜媳?，是指單位體積的混凝土中各組成材料的質(zhì)量比例?；炷僚浜媳仍O(shè)計的最終目的就是使各組成材料相互搭配并被拌制成滿足特定工程需要的混凝土，且經(jīng)濟(jì)和實(shí)用[3]。

現(xiàn)行的設(shè)計規(guī)范，如GB 50010—2010《混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范》[4]和CECS 104：99《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》[5]，混凝土強(qiáng)度等級最高已經(jīng)達(dá)到C80。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，近年來，高強(qiáng)混凝土及其應(yīng)用技術(shù)迅速發(fā)展并逐步成熟，在我國已被應(yīng)用于高層建筑、大跨度橋梁、海上石油平臺等工程中，C100高強(qiáng)混凝土已經(jīng)由試驗室研究走向大型工程的應(yīng)用[6-7]?！陡邚?qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，對高強(qiáng)混凝土的原材料控制、性能要求、配合比設(shè)計、施工和質(zhì)量檢驗做了較全面和系統(tǒng)的規(guī)定，使得C100高強(qiáng)混凝土的應(yīng)用有章可循。

本文中，為滿足某重大工程的設(shè)計需要，研究配制C100高強(qiáng)混凝土，使其不僅滿足高強(qiáng)度要求，同時具備良好的工作性能，相關(guān)成果可為高強(qiáng)混凝土在實(shí)際工程中的應(yīng)用積累寶貴經(jīng)驗。

1 指標(biāo)要求和技術(shù)路線

1.1 指標(biāo)要求

《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中對C100高強(qiáng)混凝土的工作性能和強(qiáng)度規(guī)定如下：1）工作性能：坍落度逸220 mm；擴(kuò)展度逸500 mm；坍落度經(jīng)時損失臆10 mm/h；不離析，不泌水，凝結(jié)時間滿足施工要求。2）強(qiáng)度：28 d混凝土配制強(qiáng)度逸115 MPa，力學(xué)性能試驗方法符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[8]的規(guī)定。

1.2 技術(shù)路線

運(yùn)用現(xiàn)行國內(nèi)外普遍使用的Mehta和Aitcin經(jīng)典混凝土配合比設(shè)計方法[9]，使用市場上易購買且供應(yīng)和質(zhì)量穩(wěn)定的原材料，不改變現(xiàn)有生產(chǎn)工藝，利用相容的高性能減水劑和高性能礦物摻合料，優(yōu)化和優(yōu)選混凝土配合比設(shè)計參數(shù)，設(shè)計配制出工作性能和強(qiáng)度均合格，且相對經(jīng)濟(jì)的C100高強(qiáng)混凝土。

2 原材料選擇

2.1 水泥

配制高強(qiáng)混凝土，應(yīng)采用礦物組成合理、細(xì)度合格的高強(qiáng)度水泥。從理論上講，若能振搗密實(shí)，用42.5級普通水泥是有可能配制出C100高強(qiáng)混凝土的[1]。為保證強(qiáng)度，《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，配置C80及以上強(qiáng)度等級的混凝土?xí)r，水泥28 d膠砂強(qiáng)度不宜低于50 MPa。在此選用P.O 52.5水泥，其檢驗結(jié)果如表1。

表1 P.O 52.5水泥檢驗結(jié)果Table1 Test results of P.O 52.5 cement

2.2 礦物摻合料

高強(qiáng)混凝土一般水泥用量高，而高水泥用量易引起高水化熱。因此，如技術(shù)可行，應(yīng)減少水泥用量，并使用高性能礦物摻合料代替，盡量降低因水化熱帶來的負(fù)面影響。此外，礦物摻合料可以通過改善水泥基材的化學(xué)組成，改善混凝土的工作性，增加其后期強(qiáng)度。在此，選用降黏型高性能摻合料，其檢驗結(jié)果如表2。

表2 礦物摻合料檢驗結(jié)果Table 2 Test results of mineral admixture

2.3 粗骨料

粗骨料在混凝土組織結(jié)構(gòu)中起主要的骨架作用。對高強(qiáng)混凝土而言，巖石抗壓強(qiáng)度、表觀特征和最大公稱粒徑是選擇粗骨料的3項重要指標(biāo)。《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：1）巖石抗壓強(qiáng)度應(yīng)比混凝土強(qiáng)度等級標(biāo)準(zhǔn)值高30%；2）含泥量不應(yīng)大于0.5%，泥塊含量不應(yīng)大于0.2%；3）針片狀含量不宜大于5%，且不應(yīng)大于8%；4）連續(xù)級配，最大公稱粒徑不宜大于25 mm。在此，選取當(dāng)?shù)仄閹r、花崗巖和玄武巖3種母巖的碎石進(jìn)行對比試驗，檢驗結(jié)果見表3，顯然，麻巖碎石含泥量、針片狀含量和巖石抗壓強(qiáng)度均不滿足要求，不能選用。

表3 粗骨料檢驗結(jié)果Table3 Test resultsof coarse aggregate

2.4 細(xì)骨料

《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：1）配制高強(qiáng)混凝土宜采用細(xì)度模數(shù)為2.6～3.0的域區(qū)中砂；2）含泥量和泥塊含量應(yīng)分別不大于2.0%和0.5%。在此，選用當(dāng)?shù)刂写趾由?，其檢驗結(jié)果如表4。

表4 細(xì)骨料檢驗結(jié)果Table 4 Test results of fine aggregate

2.5 拌合水

拌合水中不得含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)?！陡邚?qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：1）不宜用混凝土攪拌與運(yùn)輸設(shè)備洗刷水；2）不得用未經(jīng)淡化處理的海水。在此，選用自來水作為拌合水。

2.6 外加劑

使用減水劑，降低水灰比，同時保證或改善混凝土的工作性能，提高其強(qiáng)度，已是現(xiàn)在普遍的做法，減水劑在混凝土配制中已必不可少。《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》規(guī)定：1）配制高強(qiáng)混凝土宜采用高性能減水劑，配制C80及以上等級的混凝土，高性能減水劑的減水率不宜小于28%；2）外加劑應(yīng)與水泥和礦物摻合料有良好的適應(yīng)性，并應(yīng)經(jīng)試驗驗證。在此，選用新型聚羧酸高性能減水劑，經(jīng)試驗驗證，與上述水泥和礦物摻合料適應(yīng)性良好，其固含量不低于40%，減水率不低于40%。

此外，為防止混凝土內(nèi)鋼筋銹蝕，設(shè)計要求選用復(fù)合氨基醇類高性能阻銹劑，經(jīng)試驗驗證，亦與上述水泥和礦物摻合料良好適應(yīng)。

3 配合比設(shè)計

3.1 主要影響因素

研究已經(jīng)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(qiáng)度的三大主要因素[7]：1）對工作性能的影響程度中，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(qiáng)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，砂率的影響不顯著。

3.2 參數(shù)確定

高強(qiáng)混凝土配合比應(yīng)經(jīng)試驗確定。《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》也給出了參考值，配制C100高強(qiáng)混凝土?xí)r：1）水膠比0.24～0.26；2）膠凝材料用量550～600 kg/m3，礦物摻合料用量宜為25%～40%；3）砂率35%～42%。

根據(jù)大量試配結(jié)果和上述影響因素分析，最終得到設(shè)計配合比如表5（水膠比0.17、膠凝材料用量650 kg/m3、砂率38%）。

表5 C100高強(qiáng)混凝土配合比Table5 Mix design of C100 high-strength concrete

3.3 拌合物性能檢驗

依據(jù)GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》[10]規(guī)定的試驗方法，按照表5配制的C100高強(qiáng)混凝土拌合物性能檢驗結(jié)果見表6，檢驗結(jié)果顯示，混凝土拌合物工作性能良好，滿足要求。

表6 混凝土拌合物性能檢驗結(jié)果Table 6 Performance test resultsof concrete mixture

3.4 強(qiáng)度性能檢驗

依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》規(guī)定的試驗方法，以上述兩種母巖的碎石各成型并養(yǎng)護(hù)3組共計6組標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，測試各組試塊7 d、28 d和60 d的抗壓強(qiáng)度，試驗結(jié)果見表7。檢驗結(jié)果顯示，本文選用的原來材料質(zhì)量穩(wěn)定，按照表5設(shè)計的配合比其28 d抗壓強(qiáng)度均能滿足逸115 MPa。最終，根據(jù)運(yùn)距和經(jīng)濟(jì)性綜合比較，選定玄武巖母巖的碎石為粗骨料。

表7 抗壓強(qiáng)度檢驗結(jié)果Table7 Test results of compressivestrength

4 結(jié)語

本文配合比設(shè)計已通過專家論證，且已成功應(yīng)用于中交一航局承攬的某項重大工程中，所配制的C100高強(qiáng)混凝土不僅工作性能滿足施工要求，強(qiáng)度亦符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)驗收要求，工程質(zhì)量得以保證。通過此項工程實(shí)踐，主要得到如下經(jīng)驗和結(jié)論：

1）運(yùn)用現(xiàn)行混凝土配合比設(shè)計方法，不改變現(xiàn)有混凝土制備工藝，選擇符合要求且質(zhì)量穩(wěn)定的原材料，充分發(fā)揮礦物摻合料和減水劑的改善作用，優(yōu)化和優(yōu)選配合比設(shè)計參數(shù)，配制出高強(qiáng)混凝土是可以實(shí)現(xiàn)的；

2）本文中的水膠比、膠凝材料用量和砂率，3個關(guān)鍵參數(shù)的選取是以《高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》中給出的參考值為依據(jù)的，但最終水膠比和膠凝材料用量均不在給出的參考范圍內(nèi)，本次工程實(shí)踐豐富了C100高強(qiáng)混凝土的配制經(jīng)驗；

3）從配合比設(shè)計到混凝土工程質(zhì)量驗收，混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)各個環(huán)節(jié)均需按照相關(guān)要求有效把控。

[1] 張應(yīng)力.現(xiàn)代混凝土配合比設(shè)計手冊[M].2版.北京：人民交通出版社，2002.ZHANG Ying-li.Modern concrete mix design manual[M].2nd ed.Beijing:China Communications Press,2002.

[2]JGJ/T 281—2012，高強(qiáng)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程[S].JGJ/T 281—2012,Technical specification for application of high strength concrete[S].

[3] 吳中偉，廉慧珍.高性能混凝土 [M].北京：中國鐵道出版社，1999.WU Zhong-wei,LIAN Hui-zhen.High performance concrete[M].Beijing:Chinese Railway Publishing House,1999.

[4]GB 50010—2010，混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].GB 50010—2010,Codefor design of concretestructures[S].

[5]CECS104：99，高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].CECS 104：99,Technical specification for high-strength concrete structures[S].

[6]劉洋.基于全計算法配制C100高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度、工作性研究[D].重慶：重慶交通大學(xué)，2014.LIUYang.Study on strength and workability of C100 high-strength concretebased onfull calculationmethod[D].Chongqing:Chongqing Jiaotong University,2014.

[7] 路來軍，朱效榮，高興燕，等.C100高性能混凝土的研究與應(yīng)用[J].混凝土，2003（7）：43-47，65.LU Lai-jun,ZHU Xiao-rong,GAO Xin-yan,et al.The research and application of C100 high performance concrete[J].Concrete,2003(7):43-47,65.

[8]GB/T 50081—2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].GB/T 50081—2002,Standard for test method of mechanical propertieson ordinary concrete[S].

[9] MEHTA P K，AIETCIN Pierre-Claude C.Principles underlying production of high performanceconcrete[J].Cement,Concreteand Aggregates,1990,12(2):70-78.

[10]GB/T 50080—2016，普通混凝土拌合物性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)[S].GB/T 50080—2016,Standard for test method of performance on ordinary fresh concrete[S].