C90高强高性能混凝土创新研发报告

张守明，孙强，赵培午，刘洋，刘珍珍

（日照市百顺混凝土有限公司，山东 日照 276823）

随着社会不断的进步与发展，我国现代化建筑工程向高层、超高层、大跨度及超大型的趋势发展，建筑工程对混凝土的结构强度、性能的要求越来越高。多年来混凝土技术的不断提升与发展，高性能减水剂与高活性掺合料不断得到开发与应用，为常规工艺生产条件下配制高强高性能混凝土提供了技术条件。

目前山东省内在建项目绿地山东国金中心（ICF）428 米第一高楼，使用混凝土的最高强度等级为 C70（部分使用），大部分为 C60 混凝土，C60 混凝土在日照地区多项目已经应用；而海韵广场、日照中心 C80混凝土的初步设计使用要求打破了山东省内最高混凝土强度等级的使用。在此需求情况下各个混凝土企业为能制备出 C80 高强混凝土为荣誉从而展开了如火如荼的试验。因此，集团经理下达设计任务，成立“C90 高强高性能混凝土”专项小组，项目小组在负责人的领导与安排下，落实专家技术人员、材料、试验实体，进行配合比设计及试验且应符合生产要求。百顺混凝土试验室团队顶着压力，勇于挑战困难敢于战胜困难的决心开始进行了研发试验。我们在进行试验的过程中也平行的为生产实体项目进行筹划准备，最终取得了可喜的成果，下面将对 C90 高强高性能混凝土的相关技术与研究过程作一些介绍。

1 C90 高强高性能混凝土设计的技术要求

C90 高强高性能混凝土是在超高层、繁华地段、人车流量较大且有高峰禁行期的工况下使用，要求混凝土的工作性能优异，有大流动性、保坍性、低黏度，有良好的和易性易于泵送、浇筑、施工，且能保持体积稳定性及使用寿命的长久性。要求如下：

（1）满足高抗渗抗冻等级的要求、抵抗高介质侵蚀溶蚀的性能，因海韵广场、日照中心处一线沿海位置，高等级的抗渗性能指标是反映高强高性能混凝土耐久性的重要指标，因此要求混凝土有极高的密实性，减少有害气泡的危害。

（2）满足高体积稳定性，控制好因前期的水化温升和收缩而引起开裂的风险及高弹性模量、低收缩、低徐变等指标。

（3）满足良好的施工性能，即施工要求的大流态且高黏聚性，要克服混凝土的黏度大、高层泵送困难、泵送阻力大等难题，要求达到符合自密实要求的功能状态。

（4）具有高强、高韧性，即满足工程结构强度或特殊使用环境的要求。

（5）易本地取材，经济合理，降低成本。

C90 高强高性能混凝土，研发要求目标必须从原材、配合比设计、生产过程质量控制、运输、泵送与施工工艺、养护条件等各方面综合考虑。首先必须严格筛选原材，其次科学优化配合比设计，在满足设计要求的情况下，尽力减少水泥用量。结合工程实际情况掺用矿物超细粉，为了满足设计和施工性能的要求，应优选高效能减水剂及确定合理的掺量，制定合理科学的工艺方法，加强过程中的质量控制，统一思想意识，以此满足C90 高强高性能混凝土的使用要求。

2 优选原材

2.1 细集料

本着就地取材不进行二次加工降低成本的前提下，优先选用河砂，多次到日照水库与诸城、莒县选取河砂，试验结果显示砂含石较多（风化颗粒强度低），细度及含泥量不理想。在苦寻无果的情况下，转变思路，向优质精品机制砂方向探索。目前大多数人因思维定势及对机制砂的偏见，都偏向于在中低强度等级混凝土中应用，对精品机制砂在高强高性能混凝土的研究和应用较少，由此本试验也对精品机制砂在 C90 高强高性能混凝土的研发进行了可行性研究。初定标准：细集料选用细度模数为 2.6～3.2 的中粗砂，石粉含量不应高于 6%，且亚加蓝试验必须合格，粒型良好针片状不大于8%，含水率稳定在 3%～5%。经过大量试验最终选定精品机制砂细度模数为 3.0 的Ⅱ区中砂，石粉含量5%，亚加蓝试验合格，粒型经过整形，含水稳定。

2.2 粗集料

要求质地坚硬、级配良好、界面条件较好的机制碎石，针片状含量低，石子粒径 5～20mm，含泥量小于0.5%，吸水率低。最终选定莒县玄武岩石子，压碎指标5.5%，且满足以上要求。

2.3 水泥

选取日照中联、山水 P·O52.5 水泥，经过对比试验最终选取日照山水 P·O52.5 水泥，各项指标检验符合要求。

2.4 矿物掺合料

配制高性能混凝土，依靠单一品种掺合料无法满足要求，因此选择两种或两种以上掺合料复合的方案。本次试验选用的掺合料有粉煤灰、矿粉和硅灰三种矿物掺合料，充分发挥这三种材料的填充效应、微集料效应、火山灰效应，三种掺合料相互补充，效应叠加。最终选定日照钢厂 S95 级矿渣粉、日照华能电厂Ⅰ级粉煤灰和北京汉江硅灰。

2.5 减水剂

高性能混凝土要求合理的低水胶比，因此选用高效减水剂是实现高强度和高耐久性必不可少的技术措施之一。高效能减水剂减水率高，可达 25% 以上，更要注重混凝土的强度与和易性的平衡，既要保证混凝土的含气量不能太高，又要保证混凝土良好的扩展度，应与水泥有良好的适应性，经时损失小，降低混凝土黏性等要求。经过试验对比最终选用日照海景建材减水剂。

3 配合比设计及试验

高强混凝土配合比设计符合 JGJ 55—2011《普通混凝土配合比设计规程》及 JGJ/T 281—2011《高强混凝土应用技术规程》的相关规定，并应满足施工及设计的要求。

当设计强度等级≥C60时，配制强度应按下式计算：fcu,o≥1.15fcu,k

配制强度：fcu,o≥1.15fcu,k=1.15×90=103.5(MPa)

（1）水胶比、胶凝材料用量和砂率可参考相应标准规范要求，并应经试配最终确定。

（2）外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，应通过试配确定；矿物掺合料掺量宜为 25%～40%；硅灰掺量不宜大于 10%。

（3）水泥用量不宜大于 500kg/m3。

依据上述标准为指导，经过大量反复的试验。最终确定 C90 高强高性能配合比，如表 1 所示。

表1 C90 混凝土配合比

对经两个月对实体浇筑留置的试块进行抗压强度试验，然后使用高强回弹仪对试验墙体（图 1）强度进行检测，强度结果见表 2。由表 2 数据可见，满足预期设计配制强度指标的 103.5MPa 的要求。

图1 C90 混凝土试验墙

表2 C90 抗压强度

4 C90 高强混凝土的性能

4.1 拌合物性能

为了满足设计和施工性能，C90 高强混凝土除具有足够高的强度以外，同时具有良好的可操作性，满足实际泵送要求。本试验对混凝土的拌合物进行了坍落度、排空时间和 3.5h 内的坍落度损失试验。试验结果表明：C90 高强高性能混凝土的初始坍落度达到260mm，在 3h 内坍落度损失在 20mm 以内，排空时间6～8s，扩展度 600～650mm，具有大的流动性与保塑性，具有良好的可操作性，满足泵送施工要求。

4.2 混凝土力学性能

C90 高强高性能混凝土的早期强度发展较快，28d及 60d 相对放缓，但增长较为匀速。由于 C90 混凝土强度高，试件制作的初始缺陷及拌合物分布的不确定性、随机性、不均匀性以及试验过程中的误差，在对混凝土试块进行抗压强度检测时试块强度出现不均匀、偏差大的现象，说明高强混凝土的离散性大。对试块进行劈裂抗拉强度试验，C90 混凝土的劈裂抗拉强度为 5.9MPa，为抗压强度的 1/18，比普混凝土的拉压比1/10 低得多，说明了高强混凝土的脆性比普通混凝土高。

4.3 耐久性

4.3.1 收缩性

混凝土的收缩性是指混凝土在凝结硬化过程中，由于外界因素及自身水化产生的变形，强度越高收缩越大，且收缩绝大部分发生在早期。在混凝土中掺入多种矿物掺合料，可大大提高混凝土的密实性，从而保证混凝土的高强度，而且具有良好的体积稳定性，前提时必须控制好混凝土的温度及湿度。由于高强混凝土水分蒸发快，浇筑后应及时覆膜，否则表面易起壳及出现龟裂。本次浇筑的试验墙柱前三天由于水化释放出大量热量模板有明显的热感，墙体中心最高达 84℃ 并在第三天逐渐降温，第四五天温度回归正常，建议延长拆模时间，拆模养护至两周，未发现一条裂缝。

4.3.2 抗渗性

混凝土的抗渗性能是反映混凝土耐久性的重要指标之一，高强高性能混凝土具有良好的密实性，从而具有高抗渗性，满足自防水功能。本次试验表明 C90 高强高性能混凝土抗渗等级达到 P30 以上。

4.3.3 抗冻性

混凝土的抗冻性是指试块在吸水饱和后，承受反复冻融循环、抵抗冰冻涨缩的能力，它是评定混凝土耐久性的重要指标。高强高性能混凝土水胶比小、高强度、结构密实，所以抗冻性能好，从而具有良好的耐久性。经过 350 次冻融循环后，失重率为 0。

4.3.4 混凝土碳化试验

暴漏在大气中的混凝土，混凝土在水化过程中产生的 Ca(OH)2与空气中的 CO2产生反应生成不溶于水的 CaCO3，使混凝土的碱度降低，这种现象称为中性化，又称碳化。当 pH 小于 10 时，钢筋表层的钝化膜被破坏，钢筋开始锈蚀。生锈后钢筋的体积比原来钢筋的体积膨胀约 2.5 倍，在周围混凝土中产生膨胀压力，因此导致混凝土开裂，此时钢筋的粘结力降低，混凝土保护层开始剥落，钢筋断面出现缺陷，严重影响混凝土的耐久性。本试验对混凝土的试验实体进行试验，测得28d、60d、90d、180d 混凝土的碳化深度均为 0，试验结果表明 C90 混凝土具有较高的密实性，所以有很高的抗碳化能力。

5 创新点

（1）此次联合相关专家，通过混凝土配合比设计及大量试验，设计出了 C90 精品机制砂高强混凝土，并研究了不同形态的原材料及不同石粉含量（3%、5%、7%）对机制砂的混凝土强度、工作性能和收缩的影响。适量的石粉可以提高精品机制砂混凝土的和易性，改善其工作性能状态，从强度及工作性方面考虑，建议配制高强精品机制砂混凝土时，可以将石粉含量放宽至 5%。机制砂中含有一定量的石粉对精品机制砂混凝土是有益的，机制砂石粉含量并不是越少越好，在这过程中不仅可以减少机制砂生产过程的石粉损耗量，节约资源，减少污染，还节约了生产成本。

（2）此次 C90 高强高性能混凝土的研发通过了各个环节的考验，满足项目设计的需要，并突破日照市无C80 以上的高强高性能混凝土生产技术的现状，为完善高强高性能混凝土生产应用积累了丰厚的经验，填补了本地区在这个领域的一项技术空白。高强高性能混凝土混凝土刚度大、耐久性好、可以适应恶劣环境，大大延长混凝土结构的使用寿命，满足超高层建筑的需求，适用于大跨度的铁路、大桥与等，不仅可以减少混凝土用量，减轻结构自重，还可以大幅增加结构使用空间，社会效益非常可观。