C60高强萘系高效减水剂混凝土配合比及其工程应用

郭玉起，甄广常，张法博，张炳振，王洪政

（1.河北工程技术高等专科学校 土木工程系，河北 沧州 061001；2.南皮县建设监理有限责任公司，河北 沧州 061500；3.河北大元建业集团股份有限责任公司，河北 沧州 061000；4.沧州市建设工程质量监督站，河北 沧州 061001）

近年来，随着我国社会经济的快速增长和城镇化建设速度的加快，带动了高层建筑的发展，所需要的高强度、高性能混凝土越来越普遍。所谓高强度混凝土是一种新型的高技术混凝土，是在提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料制成的强度等级在C60以上的混凝土。

现以沧州市某工程为例，分析高强萘系高效减水剂混凝土的配合比及其工程应用。该工程所用混凝土的强度等级为C60，坍落度为180±20 mm，施工方法为泵送。

1 高强混凝土对原材料的技术要求

高强混凝土对原材料的技术性能要求很高。《高强混凝土结构技术规程》（CECS 104：99）中规定：高强混凝土宜选用强度等级不低于52.5级的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥；细骨料宜选用质地坚硬级配良好的河砂或人工砂，其细度模数不宜小于2.6，含泥量不应大于1.5%；粗骨料颗粒中针、片状颗粒含量不宜大于5%，不得混入风化颗粒，含泥量不应大于0.5%，最大粒径不宜大于25 mm；高强混凝土掺合料粉煤灰一般应选用Ⅰ级灰，磨细矿渣粉的比表面积大于400 c m2／g；需水量比不大于105%；烧失量不大于5%。［1］

2 原材料选用

针对工程混凝土配合比设计的目标，高强混凝土原材料包括水泥、粗细骨料、粉煤灰、矿粉及外加剂等。

2.1 水泥

水泥选用某水泥公司生产的52.5级普通硅酸盐水泥，其技术指标见表1。

表1 52.5级普通硅酸盐水泥技术指标表

2.2 细骨料（砂子）

细骨料选用河北某市的河砂，细度模数为2.8，含泥量为1.0%、泥块含量为0的水洗砂，颗粒级配合格，砂率为36%，其技术指标详见表2。

表2 砂子技术指标表

2.3 粗骨料

粗骨料性能对高强混凝土的抗压强度及弹性模量起到决定性的制约作用。如果粗骨料强度不足，其他提高混凝土强度的手段将不起任何作用。粗骨料的最大粒径与混凝土构件的尺寸、钢筋间距、泵送条件等因素有关。通常情况下，对于级配良好的粗骨料，最大粒径愈大，越能节约水泥并对强度、变形有利；但最大粒径愈大，颗粒的强度越低且均匀性越差。为避免混凝土在泵送过程中堵管，碎石的粒经应小于输送管径的最大不能超过施工中用直径100 mm管输送混凝土，适用于5～25 mm的碎石。根据料源情况，选用河北某市生产的碎石，并采用5～10 mm和10～20 mm二级级配，其技术指标见表3、表4。

表3 5～10 mm碎石的技术指标表

表4 10～20 mm碎石的技术指标表

2.4 粉煤灰

粉煤灰的形态效应及微集料效应使得混凝土的流动性增大、保塑性增强、可泵性好。由于粉煤灰的活性效应，使水泥与高效减水剂的相容性得到改善，高效减水剂含碱所造成的副作用可转化为有利的碱激发作用带来正效应。同时使用几种矿物掺合料可达到更好的效果，获得所谓的“超迭效应”［2］。C60泵送混凝土水胶比低，更有利于超迭效应的发挥。该工程选用某公司生产的Ⅰ级粉煤灰，其技术指标见表5。

表5 粉煤灰的技术指标表

2.5 矿粉

矿粉一方面促进“超迭效应”的发挥，另一方面改善了胶凝材料的颗粒级配和混凝土拌合物的工作性，提高混凝土后期强度与结构的耐久性。该工程选用河北某公司生产的S95级矿渣粉，技术指标见表6。

表6 矿粉的技术指标表

2.6 外加剂

外加剂选用天津市某厂生产的高效减水剂，其技术指标详见表7。

表7 高效减水剂的技术指标表

2.7 拌合水

拌合水采用地下深井水，各项技术指标均能满足《混凝土用水标准》（JGJ 63－2006）的要求。

3 配合比的选择

在精选上述原材料的基础上，经过对多组试验成果的分析、比较，筛选出两组方案，其中一组方案为萘系高效减水剂，另一组方案为聚羧酸高效减水剂，各方案的混凝土配合比及技术性能详见表8。

表8 混凝土配合比及其技术性能表

方案1：强度等级为52.5级普通硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰与萘系高效减水剂配制，水胶比为0.30。

方案2：强度等级为52.5级普通硅酸盐水泥、矿粉、粉煤灰与聚羧酸高效减水剂配制，水胶比为0.30。

聚羧酸高效减水剂配制混凝土时，外加剂掺量小，减水率高，坍落度损失小，混凝土强度提高大。但对原材料要求严格，特别是砂子的含泥量和石子的石粉含量较高时，外加剂掺量提高，而混凝土拌合物和易性差，易产生分层和离析。上述方案2配合比中其他材料不变，外加剂由萘系高效减水剂改为聚羧酸高效减水剂，掺量由2.5%改为1.5%，由于碎石中的石粉超标，混凝土拌合物抓底，上面泌水，产生分层，无法泵送。

经试验比较，方案1与方案2从抗压强度和耐久性方面都能满足要求，但方案2中聚羧酸高效减水剂对砂石料的要求非常严格，尤其是砂子的含泥量和石子的石粉含量。同时聚羧酸高效减水剂价格较高，经综合分析决定选用方案1。

4 现场试验及效果

为了保证混凝土质量，正式生产前进行模拟生产试验。在施工现场，浇筑2根试验柱，检验混凝土拌合物的和易性和强度。经现场实测坍落度为225 mm，扩展度为570 mm×600 mm，按施工条件进行养护，28 d钻芯3个，其抗压强度平均值为65.6 MPa。监理方提出在此基础上要再适当提高强度，因此对配合比进行了适当调整，增加水泥10 kg，减少砂子10 kg。

按调整后的配合比再次试验，混凝土拌合物和易性良好，实测坍落度为220 mm，扩展度为580 mm×600 mm，实测28 d的抗压强度平均值为72.8 MPa。

按调整后的配合比正式生产2 700 m3，留置27组试件，测其平均抗压强度为70.3 MPa，均方差为4.1 MPa，强度保证率和合格率均为100%。

5 结束语

利用粉煤灰、矿粉和萘系高效减水剂的“超迭效应”，成功配制了C60高强高性能混凝土，通过试验和工程现场实际应用，混凝土的施工和易性和硬化后的强度满足工程要求。

C60高强高性能混凝土的生产必须具有优质稳定的原材料，与水泥相适应的高效减水剂以及适合工程要求的配合比。

［1］ CECS 104：99，高强混凝土结构技术规程［S］.

［2］ 涂正红.“三掺”技术在C60泵送混凝土中的应用［J］.交通科技，2007（2）：99－101.

［3］ JGJ 55－2011，普通混凝土配合比设计规程［S］.

［4］ GB／T 50080－2002，普通混凝土拌合物性能试验方法标准［S］.

［5］ GB 50204－2002，混凝土结构工程施工质量验收规程：2011版［S］.