高性能混凝土的配制与应用

高广鑫

摘要：介绍佛山一环路佛开立交桥主桥箱梁C50早强、大流动度高性能泵送混凝土的配制和应用效果，包括对原材料特别是外加剂的合理选用，并对试验结果进行分析，以选择最优配合比，达到预期的应用效果。

关键词：C50高性能混凝土配合比配制试验

0 引言

混凝土是当代建筑业中最主要的结构材料之一，也是用量最大的人造建筑材料。随着现代桥梁建设的不断扩大，早强、大流动度高性能泵送混凝土的应用已越来越广。为满足佛开立交桥工程主桥箱梁混凝土施工要求，达到经济合理的工程效益，我们利用本地区的原材料进行C50早强、大流动度高性能泵送混凝土进行配制，取得了较好的应用效果。

1 箱梁C50混凝土的技术要求和原材料的选择

为满足设计要求和预应力张拉施工的需要，箱梁C50混凝土要求3d强度达到设计强度等级的95%以上，4d强度不少于100%设计强度等级，特别地要求各龄期的混凝土弹性模量要随强度的增长而同步增长；要求混凝土适宜于夏、冬两季远距离泵送，初凝时间不少于6h，终凝时间不大于11h，具有良好的可泵性，较小的泌水率，坍落度在140～180mm之间，坍落度经时损失小；由于腹板钢筋较密，要求混凝土具有良好的流动性，便于振捣密实，还要求混凝土具有良好的保水性和粘聚性，避免泌水离析而使箱梁混凝土不均匀；另外考虑到粉煤灰在大跨径后张预应力结构的应用还没有规范可循，掺入粉煤灰的混凝土早期强度低、不利于张拉施工，对混凝土收缩和徐变的影响不确定等，箱梁混凝土不能掺入粉煤灰。

为保证C50箱梁混凝土满足上述性能要求，又要取得较好的经济效益，混凝土原材料的选用需要认真筛选，其中外加剂和粗骨料的性能是关键的因素。外加剂应具有25%以上的减水率，同时具有缓凝、保塑和早强作用。粗骨料除其本征强度和含泥量符合规范要求外，其级配是配制高性能混凝土的重要因素。

原材料选择如下：

1.1 水泥 考虑到大流动度高性能泵送混凝土的特点，选用质量稳定、早期强度较高、活性较好的广州珠江水泥厂生产的金羊牌42.5R普通硅酸盐水泥。该水泥的密度为3.10g/cm3，比表面积为372m2/kg，3d抗折和抗压强度分别达到5.2MPa和33.2MPa，28d抗折和抗压强度分别达到8.1MPa和51.0MPa。

1.2 细骨料 为了减少大流动度高性能混凝土的单位用水量，有利于新拌混凝土的和易性和混凝土硬化后的性能，细骨料选用级配良好的西江河砂，细度模数在2.6～2.9之间，含泥量0.1%～0.6%，2.5mm筛孔的累计筛余不得大于15%，0.315mm筛孔的累计筛余宜在85%～92%范围内，筛分曲线符合Ⅱ区中砂。

1.3 粗骨料 大流动度高性能泵送混凝土，可泵性是其关键的性能之一，宜选用级配良好、质地坚硬的碎石。通过试验筛选，选用了高明石场的花岗岩碎石，为4.75～19mm连续级配，含泥量为≤1.0%，泥块含量≤0.5%，压碎指标为≤12%，针片状含量≤5%。

1.4 水 采用西江水，PH值，不溶物，可溶物，氧化物，硫酸盐等指标均符合JGJ63-89《混凝土拌合水标准》中的要求。

1.5 外加剂 大流动度高性能泵送混凝土的水灰比较小，流动性大。为方便施工，还要求混凝土坍落度经时损失较小，这主要靠高效减水剂来调节。为满足C50箱梁混凝土上述的技术经济要求，外加剂应具有25%以上的减水率，同时具有缓凝、保塑和早强作用，外加剂中的缓凝成分用来调整坍落度的经时损失和初凝时间，弥补因高效减水成分引起的坍落度损失过快和初凝时间过早的缺点。为了达到上述要求，选用了广州建筑宝JZB-4型、广州中正力恒DF—FDNH型、广州新科H-FDN200型和江门强力QL-3型共四种高效减水剂来进行试拌比较。主要从新拌混凝土的和易性、坍落度经时损失、硬化后混凝土性能等几方面考虑，经试验比较后选用广州新科的H-FDN200型缓凝高效减水剂。

2 混凝土试配及结果分析

2.1 配合比设计 早强、大流动度高性能泵送混凝土的设计比较困难，在于它受多种因素的影响，需要进行多次试配，来获得最佳配合比，以满足设计和施工的要求。根据《公路桥涵施工技术规范(JTJ041-2000)》的规定，混凝土水泥用量不宜大于500kg/m3。配制时采用绝对体积法进行配合比设计。C50大流动度高性能混凝土的配制强度为59.9MPa，出料坍落度控制在140～180mm，设计的配合比因素水平见表1。

2.2 试配 选用更好，更合理的外加剂和更经济合理的混凝土配合比。我们利用四个厂家的外加剂，对10个配合比进行比较试验，试验结果见表2(表2中①为JZB-4型减水剂，②为DF-FDNH型减水剂，③为H-FDN200型减水剂，④为QL-3型减水剂)。

2.3 试配结果分析 从表3可以得知，外加剂的掺量与性能是影响配合比主要因素，其次是水灰比和单位用水量，最后是砂率。在试配过程中，通过固定水泥、砂、石等原材料的方法，对外加剂的早强、减水率、保塑及缓凝等一系列性能向厂家提出更高要求，并据此来选择高性能的外加剂，以配制高性能混凝土。其次就是调整配合比的水泥用量来获得更经济合理的配合比。表2中用第1组、2组配合比进行试验时，其早期强度均达不到要求，则需要调整外加剂早强成份的作用。而江门强力QL-3型因和易性太差、坍落度损失太大从中剔除；从第3组、4组的配合比试验可以得知，在调整水泥用量的同时，外加剂早期强度还不能满足要求，需要进一步的调整。调整后，第5组配合比早期强度满足了要求，但坍落度偏小，需要增加外加剂的掺量。从第6组配合比可以得知，通过调整后，建筑宝JZB-3型和新科H-FDN200型两种外加剂的早期强度满足了要求，但和易性还需要进一步调整；而中正DF-FDNH型因早期强度不满足要求从中剔除。从第7组配合比可以看出，2.5%的外加剂用量过大，造成和易性不能满足要求，则需要进一步调整。

在外加剂掺量调整为2.0%，第8组配合比中的采用新科H-FDN200型外加剂的效果比较理想，满足了各方面的要求。

经过试验的筛选，表2中的序号24的用新科H-FDN200型外加剂的配比满足了设计、施工的要求，达到经济合理的目的，初步决定采用其作为使用的配合比。

2.4 验证试验与结果 为了验证表2中的第24号配合比所用的新科H-FDN200型外加剂在混凝土配合比中的重要性、稳定性以及该配合比的适用性，决定对其进行验证性试验，为此抽取了6批次的该外加剂进行6次的重复性验证试验。

重复验证试验结果表明，外加剂的选用和配合比的设计达到了预期的要求，并且比较经济，能满足设计、施工规范和现场施工的各方面要求。

3 施工应用

3.1 现场试拌 为了确保C50混凝土的正常生产和施工，按配合比对C50混凝土进行了现场试拌。由于混凝土水灰比小，并且掺入了高效减水剂，要求搅拌要充分，以保证混凝土的质量，要求混凝土搅拌时间不得少于90s。试拌时测得初始气温26℃，坍落度为175mm，1h后坍落度为165mm，2h后坍落度为155mm。初凝时间为325min，终凝时间为530min。现场试拌的混凝土强度满足了要求，但和易性存在着一定的问题，其混凝土的粘滞性较大时有泌水现象，影响了混凝土的可泵性。

3.2 配合比优化与验证 为了解决上述情况，经过分析，把外加剂掺量调整为1.7%，水泥用量为445kg/m3，用水量为160kg/m3，水灰比为0.36，砂率为43%，试验结果见表3。

为了证明优化后混凝土配合比的稳定性及其适用性，对其进行了6次的重复性验证试验和一次现场试拌。配合比的优化达到了预期目的，不但比较经济，而且强度和弹性模量同步增长，完全满足了设计、施工规范和现场施工的各方面要求。

3.3 现场应用 根据优化后的C50混凝土配合比进行现场施工，主桥箱梁混凝土共进行了123次浇注，混凝土的施工性能均满足了浇注技术需要求。现在下游幅桥已经合拢，C50混凝土共取样615组，其性能均满足了设计要求，确保消除箱梁顶面可能出现的收缩裂缝。混凝土性能的具体情况见表4。

4 结术语

现在佛山一环路佛开立交桥箱梁已经合拢，通过C50大流动度高性能混凝土的试配与现场施工应用，得出下面的施工体会：①配制大流动度高性能混凝土应掺用减水率大於25%的高效减水剂，并应考虑高效减水剂与水泥的相容性和减水剂的掺量，以保证混凝土坍落度的经时损失小。②通过优选外加剂，解决了延长凝结时间和提高早强这一相矛盾的问题。由于选用的复合型高效减水剂具有缓凝、早强的作用，使得混凝土初凝时间大于6h，3d强度超过了设计强度等级，确保了混凝土早期强度和弹性模量的快速发展，为及时进行预应力张拉和加快工期提供了可靠保证。③选用质量可靠、稳定的高效减水剂，可以优化混凝土配合比，达到经济实用的目的。④严格控制好原材料，是保证高性能混凝土正常生产和质量稳定的必要手段。⑤为了确保混凝土的可泵性，除了合理选用外加剂和砂率外，现场新拌混凝土坍落度的检测应增加抽检频率。正常生产后，应至少1h检测一次。

参考文献：

[1]JGJ 55-2000.普通混凝土配合比设计规程.

[1]JGJ/T 10-95.混凝土泵送施工技术规程.