C60高強(qiáng)混凝土配合比設(shè)計(jì)研究

解嵩

（德州潤(rùn)德混凝土有限公司，山東德州253025）

1 引言

某大廈的C60高強(qiáng)混凝土施工中，施工方要求混凝土具有高強(qiáng)度、高密實(shí)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(qiáng)混凝土各種要求，本文對(duì)C60混凝土進(jìn)行了配合比設(shè)計(jì)。

高強(qiáng)混凝土是指以普通硅酸鹽水泥、砂石為原材料，經(jīng)過(guò)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(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C60及其以上。C60高強(qiáng)混凝土已經(jīng)大規(guī)模地在工程建筑中使用。目前，國(guó)際上研究高強(qiáng)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(guò)雙摻的方式進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)，滿足設(shè)計(jì)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(chǎn)的P·O42.5水泥，該水泥中3Ca O·Al2O3含量低，水化熱較低，質(zhì)量穩(wěn)定，適合配制高強(qiáng)混凝土。其性能指標(biāo)如表1所示。

表1 水泥性能指標(biāo)

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(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，有利于提高混凝土和易性和密實(shí)性，進(jìn)而提高強(qiáng)度，有利于混凝土后期強(qiáng)度提高。結(jié)合本地材料特性，選用山東華能德州電力實(shí)業(yè)公司出產(chǎn)的Ⅰ級(jí)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(biāo)%

表3 礦粉性能指標(biāo)

2.3 中砂

選用河北正定生產(chǎn)的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.6~3.0，適合混凝土泵送，質(zhì)量穩(wěn)定。其性能指標(biāo)為：表觀密度2630kg/m3；細(xì)度模數(shù)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(chǎn)的5~25mm連續(xù)級(jí)配碎石，其表面粗糙、多棱角，這樣可以提高混凝土的黏結(jié)性能，進(jìn)而提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，其性能指標(biāo)為：表觀密度2690/（kg/m3）；壓碎指標(biāo)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(biāo)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(shè)計(jì)

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(qiáng)度的2大主要因素[2]：（1）對(duì)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(duì)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，砂率影響不顯著。

合理的混凝土配合比，既要能滿足混凝土的強(qiáng)度又要保證混凝土的黏聚性和流動(dòng)性，還要便于施工。依據(jù)JGJ 55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》[1]，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差取6MPa，強(qiáng)度保證率取95%，則C60混凝土配制強(qiáng)度為71.8MPa。Ⅰ級(jí)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(diào)整0.01。膠凝材料總量定于500~530kg，混凝土容重約為2430kg/m3。經(jīng)計(jì)算得出表4共計(jì)6個(gè)配合比。

表4 C60混凝土配合比kg/m3

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)表4中的C60混凝土配合比設(shè)計(jì)，進(jìn)行混凝土試配，結(jié)果如表5所示。

表5 C60混凝土試配結(jié)果

根據(jù)試配結(jié)果，6組試驗(yàn)坍落度損失、擴(kuò)展度、和易性都能滿足施工要求。根據(jù)抗壓強(qiáng)度結(jié)果得知：4、5、6三組試配符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求，根據(jù)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》要求，對(duì)于C60以上混凝土配合比應(yīng)進(jìn)行不少于6次的重復(fù)性試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，其平均值不應(yīng)低于配制強(qiáng)度[2]。對(duì)4、5、6三組配合比進(jìn)行重復(fù)性試驗(yàn)，結(jié)果均符合配合比設(shè)計(jì)要求。但5、6兩個(gè)配合比水泥用量較大，水化熱較大會(huì)增加裂縫以及坍落度損失的風(fēng)險(xiǎn)，故建議排除5和6兩個(gè)配合比，采用4號(hào)配合比進(jìn)行C60混凝土生產(chǎn)。在其他材料不變的條件下，選用4號(hào)配合比，用不同砂率進(jìn)行混凝土對(duì)比試驗(yàn)。結(jié)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(kuò)展度隨之減小，說(shuō)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(yàn)顯示混凝土含氣量差異不大，黏性也未見(jiàn)明顯變化；混凝土的28d抗壓強(qiáng)度在砂率47%時(shí)稍小，其他都在波動(dòng)范圍之內(nèi)。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(jié)語(yǔ)

綜上所述，得出以下結(jié)論：

1）運(yùn)用現(xiàn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)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(jì)參數(shù)，配制出高強(qiáng)混凝土是可以實(shí)現(xiàn)的。

2）科學(xué)合理地?fù)郊痈咝p水劑、Ⅰ級(jí)粉煤灰和S95礦粉，完全可以配制出大流動(dòng)性的C60高強(qiáng)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(jié)約水泥，滿足混凝土性能的同時(shí)，可以降低生產(chǎn)成本。

3）從混凝土配合比設(shè)計(jì)到混凝土工程質(zhì)量驗(yàn)收，混凝土的生產(chǎn)、運(yùn)輸、澆筑和養(yǎng)護(hù)各個(gè)環(huán)節(jié)均需要按照相關(guān)要求有效把控。