高性能混凝土在框架结构中的应用研究

胡聪 孙国庆

【摘要】随着建筑行业的工业化转型，现阶段增强了对高性能混凝土产品的研发设计与实验研究，扩大了高性能混凝土使用范围，提升了建筑工程质量。本文以此为出发点，结合某框架筒体结构建筑工程，讨论了高性能混凝土应用中的工作度、配合比设计、施工应用等内容。

【关键词】高性能混凝土;框架结构;应用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2021.28.085

以某建筑工程为例，建筑总面积为2.95万m2，设计方案采用框架筒体结构。在混凝土工程中采用高性能混凝土，强度等级分别为C50、C60。由于该项目属于框架结构中的高性能混凝土施工，所以，对于原材料质量控制、配合比设计、混合料运输、搅拌泵送浇筑，以及浇筑后的保养等要求相对较高。通过细化指标、合理设计、精细化管理，积累了一些应用经验。具体分析如下：

1、高性能混凝土工作度的选择

首先，对施工场地与搅拌站之间的距离进行了信息分析，确定总距离为11.3km。采用常规运输方案，需要经过40min才能将高性能混凝土送到施工现场。其次，根据对该路段的交通状况分析，并计算现场施工操作时间，预计要60min才能完成。同时，混凝土浇筑采用泵送方式，要求在入模时，将塌落度控制在140mm以上。通过综合分析后，确定制作混凝土的配比设计相关参数范围：（1）以C60作为设计中的强度等级;（2）出厂（搅拌站）时的高性能混凝土坍落度应该控制在200mm以上;（3）进场混凝土坍落度应该控制在160mm到180mm范围以内。

2、高性能混凝土配合比设计

2.1严格筛选原材料

首先，在选择水泥时，以普通硅酸盐水泥为准（PO42.5标准;生产企业：内蒙乌兰水泥厂）。相关参数如下：（1）细度为0.08mm，筛余量（方孔筛）为3.7%;（2）标准稠度为24.5%;（3）初凝与终凝分别为1：44、3：19;（4）以3d为标准，其抗压、抗折性能分别为22.8、4.5。以28d为标准，对应数据为47.2、7.9。

其次，粗骨料以反击破叶麻岩为准（生产企业：包头市西水泉石料厂），相关参数如下：（1）粒径最大值25mm;（2）含泥量为1.2%;（3）压碎值为9.7%;（4）堆积密度为1517kg/m3。细骨料为中砂，细度模数与含泥量分别为3.0和1.9%。

第三，选用S75级矿渣微粉作为矿渣粉。粉煤灰为电厂生产的II级料，相关参数如下：（1）细度45mm;（2）筛余量为18%;（3）相对密度为2.2g/cm3。按照要求需水量为105，选用深井饮用水。

第四，选用含固量为14%的聚羧酸作为外加剂，其中，引气量为2%到3%，减少率范围在20%到25%。

2.2配制高性能混凝土

第一，考虑到单位体积内的骨料在水泥高用量条件下会相应减少，并增加裂缝风险。所以，将其用量范围控制在450kg到500kg以内。

第二，为了控制高性能混凝土强度，本次配合比设计中结合泵送需求，增加了高效减少剂，从而将水胶比控制在与进场坍落度范围相一致的范围之内，设计值小于0.3。

第三，通过实验分析，不同的骨料参数下，混凝土强度会发生相应的变化。同时，砂率也会受到影响。所以，在实验室试验后，最后选用了中粗骨料，以5mm到25mm为范围选用连续级配石子。砂率范围控制在39%到41%范围以内。15%到20%的水泥用量由矿渣粉与粉煤灰进行代替。正交试验中以3组配合比为准进行实验，并进行复验，最后确定选用以下配合比方案：（1）水胶比：0.32;（2）胶：1;（3）砂：1.03;（4）石：1.85;（5）外加剂：3.4%;（6）胶料总量：540;（7）7d强度：47.6;（8）28d强度：69.4。

第四，混凝土性能检验结果表明，在大气温度为12℃时，在0、30min、60min、90min的坍落度分别为210mm、205mm、195mm、185mm。符合高性能混凝土应用时，等级强度大于C50后，坍落度大于180mm的要求。平均密度为2510kg/m3。对干缩试件（规格：100mm×100×515mm）进行3d标准养护后，转移到20℃左右的常温环境下，对其1d、3d、7d、14d、28d的龄期进行测定，结果表明其收缩值分别为每米-0.425mm、-1.064mm、-0.851mm、-0.431mm、-0.001mm。其中，3d时的处于微膨胀最高值，28d时处于最低值。通过这种微膨胀状态，有利于提高混凝土产品的密度，并改善其抗渗性。同时，对其碳化深度进行检验，结果表明，在28d时，其碳化深度为0.5mm，说明不容易碳化。

3、高性能混凝土施工应用

在施工准备阶段，先对地下一层墙体柱板进行检查，确定钢筋绑扎、模板施工等符合工艺标准后，采用一次性浇筑方案进行施工。本项目的组织设计中，以项目经理领导，成立了高性能混凝土质量控制小组。并开展了动员大会，对浇筑施工技术专题相关的内容进行了讲解。进入高强砼浇筑施工作业现场后，先進行了清理工作，复核了浇筑要领。确定柱墙浇筑用量为450m3。

在浇筑施工阶段，先用同成份的砂浆对泵管进行了湿润处理，并配置了备用减水剂，预防不同浇筑阶段坍落度不达标时，能够通过添加减水剂进行及时处理。具体浇筑方法，以分层浇筑为准。每层浇筑厚度控制在50cm到60cm范围之内。设备采用拖式泵、混凝土布料机，用泵管进行连接。以一个浇筑段为单元，摆放布料机。按照浇筑顺序，从基础一直浇筑到剪力墙、柱、梁，直到与梁板顶面通高时停止作业。振捣作业时，按照泵送形成的自然坡度，完成均匀振捣，要求以“快插慢拔”、“行列式”、“交错式”进行操作。振捣插棒间距控制在40cm到50cm范围，每点振捣时间控制在15s到30s之间。

在养护阶段，首先根据水泥用量（475kg）、中柱尺寸（1200×1200mm），预测裂缝风险。再按照混凝土最高水化热温升计算公式Tmax=Mc×Q/（C×p）进行计算，其中，C=0.96，p=2400，Q=461，Mc=475kg，代入公式结果为95.04℃。再根据不同龄期的水化热温升值计算结果（3d、6d、9d时温度分别为39.92℃、29.46℃、18.06℃），加上施工作业时的温度25℃，可以得到3d、6d、9d时的混凝土内部中心温度分别为64.92℃、54.46℃、43.06℃。此时，以模板施工方式为准，针对每一组合钢模板进行保温养护，主要通过加保温层的办法。测温孔设置，以三根断面最大柱为准。拆模后的养护主要以塑料薄膜覆盖、包裹、喷洒养护液为主，养护时间共计14d。

4、高性能混凝土应用中的注意事项

从应用经验看，虽然高性能混凝土在框架结构中的应用环节，已经证实了它的自密实性、工作性、高耐久性、体积稳定性，以及较长的使用寿命。但是，在实际应用环节，若要较好的发挥出高性能混凝土的此类特征中具备的功能及作用，使其在应用后产出综合效益。仍然需要对其应用环节的诸项技术质量进行全要素分析，进而在完善技术质量控制指标的条件下，保障其比较优势的有效发挥。具体注意事项如下：

首先，高性能混凝土的造价相对较高、管理要求较多，按照一般的市场价格与应用经验看，比普通混凝土的造价高1/2左右。而且，对于原材料的质量要求也表明，应该将其中的水泥、集料粒径、掺料、外加剂等进行严格控制。例如，在本项目中，就按照质量体系管理标准，严格对上述原材料的构成要素进行了严格筛选与实验室试验。这种细化原材料质量控制指标的办法，可以较好的控制高性能混凝土成本投入，保障在高价格下的高性能优势。

其次，在高性能混凝土使用过程中，施工早期不能排除因混凝土收缩导致开裂的问题。现阶段，对于高性能混凝土的研究成果表明，在水胶比方面，高性能混凝土本身即低于常规混凝土。因而，在预防施工早期开裂问题时，应该在水胶比优势的基础上，进一步利用细掺料、超塑化剂之类的辅助性材料，增加高性能混凝土的性能优势。另一方面，施工早期混凝土开裂主要由收缩引发，而收缩的原因来自蒸发与水化。此时，需要按照实验室试验方法，对试块内的相对温度进行检测。待证实其干缩性满足需求时，再进行配料应用。例如，水胶比为0.26的高性能混凝土中，添加硅灰（10%）、萘系超塑化剂（1.8%）后，在3个月、6个月、1年中的相对湿度百分比呈现为持续降低状态，分别达到了75%、72%、69%。但是，在6个月时的总收缩率往往不大于常规混凝土。因而，应该按照施工后不同阶段的水化情况及收缩率，加强对高性能混凝土的早期养护。尤其是自收缩方面，水胶比越小、自收缩越大。在这种条件下，加强“自养护”相对重要。建议在高性能混凝土的养护环节，从掺入料与外加剂方面，做好试验检测，确保在添加适量的粉煤灰与膨胀剂，以及保水外加剂的条件下，提高高性能混凝土的自养护能力。

除以上造价控制与开裂预防方面的注意事项外，当前在高性能混凝土配合比环节，已经从工程質量检测的角度，配套设置了性能评价方案。因而，在针对原材料性能实施单一化评定的同时，应该借助软件开发技术，开发一些能够对其耐久性、其它性能进行全面检测评定方案。

结语：

总之，通过使用配套性的综合措施后，本项目中的高性能混凝土应用比较成功。也为后续的高性能混凝土在框架结构中的应用积累了一些有效经验。建议在后续的高性能混凝土应用过程中，尽可能在配合比设计环节，加强对砂率的实验研究，尽可能根据不同砂率下的粗骨料使用量、坍落度等进行细致分析，提高配合比设计时的精准度等。

参考文献：

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