优化C60 高性能泵送混凝土的配合比设计

朱浩亮

深圳市利建混凝土有限公司横岗分公司

摘要：在高层结构、大跨度结构、剪力墙、高速公路桥梁的上部结构（如预应力预制组合箱梁、预制T型梁等）设计中，基本采用C60左右的混凝土，而且有时需泵送施工。我们要确定C60高性能泵送混凝土配合比，首先需要找到与具体性能指标相符的原材料，然后依照正交设计和单项分析得出最佳配合比方案;再通过不小于10次的重复性试验来确定最佳配合比。

关键词：C60 高性能泵送混凝土;配合比设计;优化措施

本文在预先确定C60 高性能泵送混凝土的设计要求后，再充分利用具有深圳地方特色的建筑材料，把混凝土的水胶比、外加剂掺量、掺和料掺量确定为因素，坍落度、扩展度、强度作为考核指标，引入了多指标等水平的正交设计方法进行配合比的优化设计;最后再通过重复性试验对混凝土的塌落度、收缩率、强度、塌落度损失、抗渗等级、泌水率比等指标进行验证，结果证明该优化设计可较好地达到预期的要求 高性能混凝土的配合比设计显得比较重要，尤其是泵送混凝土对和易性等要求比较高，因此在本次配合比设计中，要达到下列五个要求：①新拌混凝土的流动性要好，其中要求坍落度为（200±20）mm、扩展度≥550mm，并能保持塌落度经时2.0h损失小于30mm;②新拌混凝土要有较好的流动性、扩展度，只允许混凝土产生微量泌水、分层，不能有离析现象存在;③硬化后混凝土具有较高的强度，混凝土28d抗压强度≥设计的强度等级1.15倍;④硬化后混凝土具有较好的耐久性，用抗渗标号表示要求P≥12;⑤具有较小的收缩值，以减少体积收缩裂缝。

一、原材料的选定

混凝土是一种地方性建筑材料，只有充分利用本地特色的材料才能使之具有实际的应用前景。因此，有必要对本地原材料的品质﹑性能有一个比较客观全面的认识，经过初步筛选，再根据经济、优质、因地制宜的原则，找出适合于C60 高性能泵送混凝土的原材料。

根据深圳地材情况，经反复对比，采用下列材料：水泥采用PⅡ42.5，矿粉S95，煤灰采用一级灰，砂采用深圳本地淡化海砂，碎石为5—25连续级配碎石，外加剂采用聚羧酸高效减水剂。各材料的主要性能试验数据均符合现行国家标准要求。我们选定了表 1所列的原材料。

表1

二、正交设计

由于确定了原材料，我们排除了同类原材料不同厂家而造成对C60 高性能泵送混凝土性能的影响，仅需要考虑砂率、水胶比、外加剂掺量、掺和料掺量，以及由它们造成对混凝土坍落度、扩展度、收缩率、强度、坍落度损失、分层泌水的影响;但是，情况依然比较复杂，于是我们引入了多指标等水平正交设计。正交设计具有均衡分散性、整齐可比性的特点，是一种科学的试验方案。其计算分析简单，能以最少试验得出合理的、客观的结论。采用正交设计中的L9（34）试验方案，把坍落度、扩展度、强度作为考核指标，又把水胶比、外加剂掺量、掺和料掺量确定为因素，空列用来计算误差。

对于没有列入正交设计的指标，我们将利用正交设计得出的配合比方案进行考核。如果没有达到这些指标的要求，再对配合比进行适当调整。

根据以上情况，只需作9次试验就可直接比较正交设计中考核指标的大小，再通过计算以进一步弄清各因素对考核指标影响的主、次关系，确定配合比方案。

从正交设计L9（34）表的极差和值大小可以看出：

（一）影响塌落度的因素主次顺序是C>A>B，并且各因素较好的水平是因素C取水平C3，因素A取水平A2或A3，因素B取水平B1。

（二）影响扩展度的因素主次顺序是A=B>C，并且各因素较好的水平是因素A取水平A2，因素B取水平B1，因素C取水平C2。

（三）影响28d抗压强度的因素主次顺序是B>A>C，并且各因素较好的水平是因素B取B1水平，因素A取水平A2，因素C取水平C2。

根据极差分析得出较好的组合条件是A2B1C3，而通过计算可能得出的较好条件是A2B2C2，但是A2B2C2和A2B1C3不在9次试验之内，考虑到选择B1抗压强度过高会造成胶凝材料不必要的浪费，如果选择B2则也可以满足C60混凝土抗压强度要求。利用A2B2C2和A2B2C3进行平行试验，主要对分层、泌水进行比较试验，我们发现A2B2C2配合比微量分層、泌水现象，而A2B2C3配合比由于减水剂掺量过多造成泌水离析，因此得出的最佳配合比是A2B2C2。

通过综合分析，我们得到了最佳配合比，为验证试验的精度，又进行了重复试验，具体如下：

1、按照最佳配合比进行重复试验，发现坍落度变化控制在（200±20）mm以内。见图1。

2、

图1混凝土坍落度变化示意图

3、混凝土收缩率的对比试验。见表4。

表4混凝土收缩率

注：1表示不掺减水剂、掺和料，水灰比0.36配合比。

2表示A2B2C2（掺2.4%减水剂、40%掺和料、水胶比0.32）配合比。

表4说明，混凝土掺减水剂与掺和料后，可以有效减少胶凝材料增加带来的体积收缩。

4、按照最佳配合比进行重复试验，获得十次混凝土强度直方图。

5、对各项技术指标进行统计检查：利用得到了最佳配合比方案，同时对各项技术指标进行考核。本次配合比设计完全达到预期的目标。但是这个配合比在今后工程应用中，应该根据原材料情况、施工具体要求，以及现场条件、环境条件等因素进行适当调整。同时，由于 高性能混凝土是一门复杂的技术，本次配合比的设计又涉及一些商业信息，故不提供具体的配合比数据。

三、结语：

C60泵送混凝土，对原材料的整体级配要求更严格。在保证原材料各自的级配优良的前提下，应考虑粗细集料混合料甚至其与胶凝材料的整体级配。因此，选择砂率时，可按砂石混合料最大堆积密度来确定。同时掺入磨细矿物掺合料以改善水泥的级配。在低水胶比情况下，应限制石子的最大粒径，以利提高混凝土强度。另外，较小的石子最大粒径，容易使石子颗粒与砂颗粒形成连续的颗粒分布群，有利于骨料强度的发挥。

参考文献：

[1]张君.建筑材料[M].北京：清华大学出版社，2007.

[2]蒲心成.超 高性能高性能混凝土[M].重庆：重庆大学出版社，2004.