高標(biāo)號(hào)混凝土性能開發(fā)與應(yīng)用研究

袁 帥

(山水集團(tuán)魯西運(yùn)營區(qū)，山東 濟(jì)南 250000)

1 高標(biāo)號(hào)配合比原材料技術(shù)指標(biāo)

高標(biāo)號(hào)混凝土原材料指標(biāo)是在此論文中配制和生產(chǎn)混凝土的原材料驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)，超出或低于標(biāo)準(zhǔn)范圍的原材料將不適用于配制和生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)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(chǎn)的P.O42.5水泥，本水泥在適應(yīng)性方面較為穩(wěn)定，每批次之間的適應(yīng)性波動(dòng)不大。強(qiáng)度方面也較為穩(wěn)定，適合配制和生產(chǎn)高標(biāo)號(hào)混凝土，具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如下(表1)。

表1 水泥驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

1.1.2 礦粉

礦粉采用魯新、魯碧等大型礦粉生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的S95級(jí)礦粉，必須具有型式檢驗(yàn)報(bào)告、產(chǎn)品合格證等相關(guān)產(chǎn)品資料才能允許入廠使用，具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如下(表2)。

表2 礦粉驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

1.1.3 粉煤灰

粉煤灰采用黃臺(tái)、石橫、聊城、德州等大型電廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰，必須具有型式檢驗(yàn)報(bào)告、產(chǎn)品合格證等相關(guān)產(chǎn)品資料才能允許入廠使用，具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如下(表3)。

表3 粉煤灰驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

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(chǎn)的5～25mm連續(xù)級(jí)配石子，粒徑較好，石粉含量低，針片狀含量低，具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)的細(xì)度模數(shù)2.6-3.5的風(fēng)選人工砂，質(zhì)量穩(wěn)定產(chǎn)量大，石粉和泥塊含量低。具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)的聚羧酸減水劑，具體型號(hào)分為減水型PC，減水保坍型PC-XM，保坍型BTC三種復(fù)配而成，根據(jù)工藝不同采用不同的復(fù)配方式。具體驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)如下(表6)。

表4 石子驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

表5 人工砂驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

表6 減水劑驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)

2 高標(biāo)號(hào)混凝土設(shè)計(jì)

就目前商混市場來看，高標(biāo)號(hào)混凝土是現(xiàn)在以致未來發(fā)展的大趨勢(shì)，高強(qiáng)度多性能是未來商混必須具備的產(chǎn)品特性。本文就目前常用的三種高強(qiáng)混凝土，即：高標(biāo)號(hào)大體積混凝土、高標(biāo)號(hào)主體混凝土、高標(biāo)號(hào)長距離泵送混凝土，以配合比設(shè)計(jì)和外加劑復(fù)配兩方面入手，結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)成功案例進(jìn)行分析。

2.1 高標(biāo)號(hào)大體積混凝土

高標(biāo)號(hào)大體積混凝土，主要用于高層建筑、大型鋼結(jié)構(gòu)建筑、大型設(shè)備等要求混凝土厚度深，強(qiáng)度高的基礎(chǔ)部位。

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

2.1.1 配合比設(shè)計(jì)思路

由于大體積混凝土具有體積大、厚度深的特點(diǎn)，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)要考慮水泥水化產(chǎn)生大量水化熱的問題，水化熱較大會(huì)在混凝土內(nèi)部向外產(chǎn)生爆裂，從而破壞整個(gè)混凝土構(gòu)造件。為了降低水化熱產(chǎn)生的影響，在設(shè)計(jì)配合比時(shí)可以減少水泥用量，增加礦粉和粉煤灰用量。強(qiáng)度方面內(nèi)控指標(biāo)以7d達(dá)到65%，28d達(dá)到100%～110%，60d進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定，達(dá)到120%。以C60混凝土為例，具體試驗(yàn)配合比如下(表7)。

表7 高標(biāo)號(hào)大體積混凝土配合比

由此數(shù)據(jù)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(jìn)行對(duì)比，較為合適的為二號(hào)配合比和三號(hào)配合比。就強(qiáng)度來看，一號(hào)配比強(qiáng)度較低，并且達(dá)不到內(nèi)控理論指標(biāo)，所以不適合使用。四號(hào)配合比整體強(qiáng)度較高，并且較高的水泥用量會(huì)增加水化熱爆裂的風(fēng)險(xiǎn)，所以第四個(gè)也不適合使用。

混凝土狀態(tài)方面，由于一號(hào)配合比摻入礦粉和粉煤灰較多，和易性較好，出機(jī)坍落度能達(dá)到260mm。二號(hào)和三號(hào)配合比狀態(tài)略微比一號(hào)粘，但是出機(jī)坍落度也能達(dá)到260mm。四號(hào)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(jī)坍落度能達(dá)到245mm。

2.1.2 外加劑復(fù)配

針對(duì)于高標(biāo)號(hào)大體積混凝土的施工特性和性能要求，外加劑應(yīng)具備高減水率、高保坍率、調(diào)節(jié)混凝土粘度等特點(diǎn)，具體外加劑復(fù)配配比如下(表8)。

表8 高標(biāo)號(hào)大體積混凝土外加劑配合比

試驗(yàn)環(huán)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?yàn)榭紤]到前期水化熱較大的因素，所以將混凝土保坍時(shí)間控制在2h左右。以試驗(yàn)結(jié)果來看，一號(hào)配比保坍效果最好，但是會(huì)出現(xiàn)坍落度反大的情況，情況嚴(yán)重時(shí)會(huì)出現(xiàn)板結(jié)離析，對(duì)質(zhì)量產(chǎn)生較大的影響。二號(hào)配比搭配較為合理，基本滿足混凝土技術(shù)要求。三號(hào)配比出機(jī)減水率高，但是保坍時(shí)間略短，不如二號(hào)配合比好。

所以在復(fù)配針對(duì)大體積混凝土的外加劑時(shí)要充分考慮減水劑的性能特性，適當(dāng)?shù)难娱L保坍時(shí)間。

2.2 高標(biāo)號(hào)主體混凝土

高標(biāo)號(hào)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(jié)構(gòu)中。

要求混凝土具有早期強(qiáng)度增長快，流動(dòng)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(biāo)號(hào)混凝土之一。

2.2.1 配合比設(shè)計(jì)思路

試配高標(biāo)號(hào)主體混凝土?xí)r各時(shí)段的強(qiáng)度是首要考慮因素，7d達(dá)到75%，28d進(jìn)行強(qiáng)度評(píng)定，達(dá)到120%。水泥用量應(yīng)在430kg以上，礦粉用量隨之降低，為了后期強(qiáng)度和混凝土狀態(tài)粉煤灰用量應(yīng)不低于礦粉用量。

其次是混凝土狀態(tài)必須和易性要好，因?yàn)楸盟铜h(huán)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(yàn)配合比如下(表9)。

表9 高標(biāo)號(hào)主體混凝土配合比

由此數(shù)據(jù)可見，28d能夠達(dá)到120%的只有第三、四組試配，但是第四組數(shù)據(jù)早期上強(qiáng)度較快，7d就已達(dá)到102%，并且60d幾乎無增長，對(duì)強(qiáng)度走勢(shì)不好把控，所以為適合的配比為第三組。

混凝土狀態(tài)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(diào)整混凝土狀態(tài)。

2.2.2 外加劑復(fù)配

復(fù)配針對(duì)高標(biāo)號(hào)主體混凝土的外加劑時(shí)，要有較高的減水率，并且引氣成分要適當(dāng)增加，因?yàn)橐龤獬煞挚梢越档突炷恋恼扯?，增加泵送性。具體外加劑復(fù)配配比如下(表10)。

表10 高標(biāo)號(hào)主體混凝土外加劑配合比

試驗(yàn)環(huán)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(fù)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?yàn)闇p水率太高，混凝土出機(jī)坍落度較大270mm，但是損失較快半小時(shí)210mm不太適合使用于高標(biāo)號(hào)主體混凝土。第一種方案出機(jī)坍落度255mm，半小時(shí)225mm；第三種方案出機(jī)坍落度245mm，半小時(shí)225mm都能滿足混凝土技術(shù)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(biāo)號(hào)長距離泵送混凝土

高標(biāo)號(hào)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(fā)展的大趨勢(shì)。主要涉及100m以上，超遠(yuǎn)泵送距離的混凝土建筑。

主要特點(diǎn)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(biāo)號(hào)混凝土。

2.3.1 配合比設(shè)計(jì)思路

此類混凝土設(shè)計(jì)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(huì)導(dǎo)致泵損較大，泵入構(gòu)造件的混凝土漿體減少，情況嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致堵管，所以提高砂率為首要考慮。經(jīng)過試配結(jié)果分析，砂率47%以上時(shí)可確保經(jīng)過長距離泵送后的混凝土狀態(tài)。以C60混凝土為例，具體試驗(yàn)配合比如下(表11)。

表11 高標(biāo)號(hào)長距離泵送混凝土配合比

強(qiáng)度方面28d都能達(dá)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(dǎo)致的泵損情況。

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

2.3.2 外加劑復(fù)配

調(diào)整高標(biāo)號(hào)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(tài)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(dǎo)致混凝土板結(jié)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(diào)整小料糊精來調(diào)整混凝土狀態(tài)，確?；炷梁鸵仔?。糊精可以起到改善混凝土狀態(tài)的作用。具體外加劑復(fù)配配比如下(表12)。

試驗(yàn)環(huán)境溫度為25℃，經(jīng)過多次試驗(yàn)，每噸外加劑摻入10kg糊精的狀態(tài)最好，混凝土出機(jī)坍落度270mm，并且沒有明顯的跑漿情況，混凝土整體狀態(tài)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(tài)的效果。摻入15kg的糊精反而使混凝土流動(dòng)性變差，沒法進(jìn)行長距離泵送。

表12 高標(biāo)號(hào)長距離泵送混凝土外加劑配合比

3 結(jié) 論

通過此次系統(tǒng)的對(duì)比試驗(yàn)，對(duì)目前商混市場中常見的混凝土做了全面的對(duì)比概述，得到以下結(jié)論。

1)在配制高標(biāo)號(hào)大體積混凝土?xí)r，要先考慮其施工部位的特性，60d的強(qiáng)度評(píng)定周期，給混凝土足夠長的強(qiáng)度增長時(shí)間，所以在配制時(shí)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(shí)混凝土的損失，保證混凝土入模后的狀態(tài)。

外加劑復(fù)配時(shí)要充分考慮水化熱問題，所以保坍成分適當(dāng)?shù)恼{(diào)高。還要考慮泵送方式多數(shù)情況下以向下居多，而且泵送距離較短，引氣成分可以適當(dāng)?shù)恼{(diào)低，確保施工振搗時(shí)可以將氣泡振出。

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

外加劑復(fù)配時(shí)要適當(dāng)?shù)脑黾泳從×铣煞?，確?；炷猎诟鲿r(shí)間段的損失處在一個(gè)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(biāo)號(hào)長距離泵送混凝土是在主體混凝土的基礎(chǔ)上的一種技術(shù)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(shí)的混凝土狀態(tài)，不能離析和板結(jié)。增大砂率調(diào)整易泵型是主要調(diào)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(tài)。

針對(duì)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(diào)整和易性的主要方向。由于考慮調(diào)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(jié)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(jié)，從而調(diào)節(jié)混凝土的和易性。

最后，本論文僅針對(duì)常溫普通泵送混凝土，不涉及防凍、抗裂、抗凍融、抗?jié)B、早強(qiáng)、耐磨等特殊要求的混凝土技術(shù)。