内蒙古地区C60高性能混凝土的研究与应用

陈桂玲，张旭升

（1. 鄂尔多斯市世正工贸有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 010321；2. 内蒙古第三电力建设工程有限责任公司，内蒙古 包头 014030）

0 引言

随着高层建筑技术的发展，高强度混凝土的应用越来越广泛。高强混凝土以强度为首要指标，重在满足一般环境条件下结构对强度等级的要求，其耐久性比普通混凝土高，但远未及高性能混凝土。包头地区属于寒冷地区，温度变化较大，对混凝土的耐久性及施工过程中的工作性能要求较高。对于 C60 高性能混凝土尚未展开系统的研究和开发，从生产到施工都存在较大的难度。本研究属于“绿色高性能混凝土关键技术研究”和“利用地方材料开发应用绿色混凝土”项目，通过利用掺合料、外加剂优化配合比等手段，成功配制 C60 高性能混凝土，对提升和发展包头市混凝土技术水平有重要的经济与社会意义。

1 混凝土配合比设计的主要指导方针

1.1 水胶比

为保证混凝土的强度和耐久性，宜将水灰比控制在0.25～0.27 之间。

1.2 胶凝材料用量

充足的水泥浆包裹在骨料外，不但能在骨料之间充分润滑保证混凝土的和易性，还为混凝土强度提供了积极的贡献。为保证混凝土不离析、不泌水，以及具有足够的强度，C60 混凝土的胶凝材料总量宜控制在 560～580kg/m3，在保证混凝土强度的基础上宜取下限值。

1.3 砂率

在试验砂率范围内，混凝土和易性随砂率的增加而改善，为保证混凝土满足泵送需要，宜将砂率控制在39%～42% 之间。

1.4 矿物掺合料掺量

试配过程中粉煤灰掺量基本都控制在 10% 左右，从现场试配情况来看该掺量基本可有效地保证拌合物的工作性能，并不会对混凝土强度造成过多的负面影响。实际应用中粉煤灰掺量控制在 10% 左右。

1.5 化学外加剂掺量

在试验所用的各种化学外加剂中，综合考虑其减水效果，对混凝土和易性、凝结时间、强度等的影响，使用聚羧酸减水剂，掺量控制在 1.5%～3%。

2 试验原材料与试验方法

2.1 试验原材料

（1）水泥：水泥为西水 P·O42.5 级水泥。主要技术指标见表 1。

（2）粗骨料：粗骨料采用最大粒径 31.5mm、16.0mm 的两种连续级配的碎石按比例混合而成。采用混合级配骨料的技术有利于获得最佳级配，提高混凝土的各项性能。主要技术指标见表 2。

根据《规范》规定，需进行临床试验审批的第三类医疗器械，需在临床试验前获得批准。所有临床试验需按规定向省级食品药品监督管理局提交备案。

（3）细骨料：细骨料采用Ⅱ区中砂，细度模数3.0。

（4）粉煤灰：粉煤灰采用达旗电厂Ⅱ级粉煤灰，主要技术指标见表 3。

（5）磨细矿渣粉：采用包钢冶金渣公司 S75 级磨细矿渣粉，主要技术指标见表 4。

表1 水泥性能指标

表2 碎石技术指标

（6）外加剂：外加剂采用聚羧酸减水剂，主要技术指标如表 5。

表3 粉煤灰技术指标

表4 矿粉技术指标

表5 聚羧酸减水剂技术指标

2.2 C60 高性能混凝土的试配

2.2.1 配制强度计算

混凝土的配制强度按下式计算：

式中：

fcu,o——混凝土的试配强度，MPa；

fcu,k——混凝土的立方体抗压强度标准值，MPa。

混凝土的设计强度等级 C60，试配强度：

f28=60×1.15=69(MPa)2.2.2 混凝土配合比确定

根据以上几方面的技术要求及试验原材料的技术指标确定 C60 高性能混凝土试配配合比，试配时，采用三个不同的配合比。除基准配合比（A1）之外，其余两个配合比的水灰比较基准配合比的水灰比分别增加0.02（A2）和减少 0.02（A3），用水量和基准配合比相同，砂率分别增加或减少 1%。

表6 C60 高性能混凝土试配配合比

2.2.3 试配情况及结果

为符合实际情况，模拟现场环境，让室内温度和料温保持一致。混凝土搅拌采用机械搅拌，搅拌时间 3 分钟。从工作性能测定来看拌合物的和易性良好保水性能优良。强度测试采用 100mm×100mm×100mm 的典型试模，三个配合比分别成型了 100 组试块。

各龄期的抗压强度值、坍落度见表 7。

表7 试配混凝土的抗压强度值及坍落度

图1 混凝土抗压强度

从强度值来看，基准配合比 A1 3d 强度达到 C60的 60.8%，28d 强度达到 121%。A3 配合比混凝土 3d、28d 强度都高于其它两组。从工作性能结果来看，基准配合比的混凝土坍落度可达到 220mm 以上，并且 2h 内坍落度损失小于 30mm，无离析泌水，可满足现场泵送要求。A2 配合比混凝土坍落度高于其它两组，但强度、保水性稍差。通过以上数据分析，同时考虑为试验的变异系数留有一定的富余系数以及从成本等方面考虑，定 A2 为基准配合比作为施工配合比最为合理。

2.2.4 基准配合比混凝土的其他性能

（1）抗折强度：C60 高性能混凝土两组抗折强度试验结果见表 8。

（2）劈拉强度：劈拉试验进行了两组试验，试验结果见表 9。

（3）收缩：按 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性和耐久性试验方法标准》进行收缩试验的阶段性试验结果见表 10。

表8 混凝土抗折强度

表9 混凝土劈拉强度

表10 混凝土收缩性能试验结果

图2 混凝土收缩试验结果

3 C60 高性能混凝土的工程应用

通过试验研究，本项目的成果在中建二局承建的包头市万达广场 3#、4# 楼的施工中得到成功的应用。混凝土采用泵送施工，出厂检测坍落度控制在 (230±30)mm，交货检验坍落度实测 (200±30)mm。混凝土在浇筑的过程中工作性能完全满足，拆模后外观光洁、平整，强度完全达到设计要求。搅拌站及现场分不同龄期共取 300 多组试块，具体验收时，所采用的 3d、7d、28d 强度统计结果见表 11。

表11 C60 高性能混凝土取样强度统计结果

包头市质检站的现场取样、28d 标养试块抗压强度试验结果也完全满足设计要求。工程验收时，主体结构验收满足规范要求。该工程至今已投入使用，C60 混凝土所浇筑的竖向和水平结构没有发生开裂现象。按照GB/T 107—2010《混凝土强度检验评定标准》进行评定完全达到 C60 混凝土的要求。

4 创新点

（1）C60 高性能混凝土通过对组成材料的优化创新，以混凝土耐久性作为主要设计指标。通过提高混凝土的抗渗性、抗冻性、抗侵蚀等，使结构安全并延长使用寿命。

（2）粗骨料采用最大粒径 31.5mm、16.0mm 两种连续级配的碎石按比例混合而成。采用混合级配骨料的技术获得最佳级配，提高混凝土性能。

（3）充分发挥化学外加剂和矿物外加剂的双重效能。

5 结论

通过研究和应用结果表明，使用 P·O42.5 普通硅酸盐水泥、S75 级磨细矿渣粉、Ⅱ级粉煤灰、机制碎石（5～31.5mm）、天然Ⅱ区中砂、高效减水剂，采用常规的生产工艺，即可生产出 28d 强度达到 69MPa 以上，能够满足泵送 30m 以上的 C60 高性能混凝土。