C80高強(qiáng)高性能混凝土的研制及應(yīng)用

　　隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，高效減水劑和高活性的混凝土摻和料不斷得到開(kāi)發(fā)與應(yīng)用以及工程結(jié)構(gòu)向大跨度、高層、超高層及超大型發(fā)展的需要，混凝土強(qiáng)度、性能不斷提高，特別是越來(lái)越多的大跨橋梁、高層建筑、地下、水下建筑工程的修建和使用，使高強(qiáng)和高性能化的混凝土已逐漸成為主要的工程結(jié)構(gòu)材料。由于工程建設(shè)的范圍與規(guī)模不斷擴(kuò)大，要求混凝土具有高強(qiáng)、高體積穩(wěn)定性、高彈性模量、高密實(shí)度、低滲透性、耐化學(xué)腐蝕性及高耐久性并具有高工作性等特性。因此，高強(qiáng)高性能混凝土在工程建設(shè)中將占據(jù)主要地位。

　　現(xiàn)就南方某地下工程C80高強(qiáng)高性能混凝土的研制與應(yīng)用作如下簡(jiǎn)述。

　　1.C80高強(qiáng)高性能混凝土的研制

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，它是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，在嚴(yán)格的質(zhì)量管理?xiàng)l件下制成的。除了水泥、水、集料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物質(zhì)超細(xì)粉與高效外加劑。它是重點(diǎn)保證耐久性、工作性、各種力學(xué)性能、適用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)合理性的一種新材料。

　　1.1 C80高強(qiáng)高性能混凝土的技術(shù)要求

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土是在嚴(yán)酷環(huán)境下使用的，要求易于泵送、澆筑、搗實(shí)，不離析，能長(zhǎng)期保持高強(qiáng)、高韌性與體積穩(wěn)定性，且使用壽命長(zhǎng)。因此它必須具有工程設(shè)計(jì)和施工所要求的優(yōu)異的綜合技術(shù)特性，具體如下：

　?。?）具有高抗?jié)B性和高抗介質(zhì)侵蝕能力。高抗?jié)B性是高耐久性的關(guān)鍵。

　?。?）具有高體積穩(wěn)定性，即低干縮、低徐變、低溫度應(yīng)變率和高彈性模量。

　?。?）高強(qiáng)、超早強(qiáng)，即滿足工程結(jié)構(gòu)或構(gòu)件較高要求的承載能力。

　?。?）具有良好的施工性，即滿足施工要求的高流動(dòng)性、高黏聚性，坍落度損失小，泵送后易于振搗，甚至免振達(dá)到自密實(shí)。

　?。?）經(jīng)濟(jì)合理，應(yīng)利于節(jié)約資源、能源及環(huán)境保護(hù)。

　　1.2 C80高強(qiáng)高性能混凝土的研制技術(shù)途徑

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土作為一種新型高技術(shù)混凝土，它的研制要求我們必須從原材料，配合比，施工工藝與質(zhì)量控制等方面綜合考慮。首先必須優(yōu)先選用優(yōu)質(zhì)原材料。其次在配合比研制時(shí)，在滿足設(shè)計(jì)要求的情況下，盡可能降低水泥用量并限制水泥漿體的體積；根據(jù)工程的具體情況摻用一種及一種以上礦物質(zhì)超細(xì)粉摻和料；在滿足流動(dòng)度的前提下，通過(guò)優(yōu)選高效減水劑的品種與劑量，盡可能降低混凝土的水膠比。第三是正確選擇施工方法，合理設(shè)計(jì)施工工藝并強(qiáng)化質(zhì)量控制意識(shí)與措施，以保證C80高強(qiáng)高性能混凝土滿足工程結(jié)構(gòu)的需要。

　　1.3 原材料的優(yōu)選與配合比設(shè)計(jì)

　　1.3.1 原材料的優(yōu)選

　　（1）水泥。配制C80高強(qiáng)高性能混凝土宜選用52.5及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，在選用硅酸鹽水泥時(shí)還需考慮硅酸鹽水泥的礦物組成和細(xì)度。

　　水泥的主要成分C3S，C2S和C3A對(duì)混凝土的性能影響較大，C3S對(duì)混凝土的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均有貢獻(xiàn)；C2S水化較慢，通常只對(duì)后期強(qiáng)度有利；C3A的水化速度最快，但C3A的含量引起水泥與高效減水劑的相互適應(yīng)問(wèn)題，C3A含量高于8%時(shí)，混凝土的流動(dòng)度損失較快，不利于混凝土的泵送與振搗。高細(xì)度的水泥早期強(qiáng)度較高，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較少，且早期產(chǎn)生的水化熱較高。因此，在選用水泥時(shí)，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況，綜合考慮凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度、變形性和耐久性等方面的特殊要求，本著經(jīng)濟(jì)合理的原則，宜優(yōu)先選用C3S含量高，C3A含量低于8%的硅酸鹽水泥。在保證強(qiáng)度的前提下，還需滿足質(zhì)量穩(wěn)定、需水量低、流動(dòng)性好、活性較高等要求。

　?。?）細(xì)集料。宜優(yōu)先選用細(xì)度模數(shù)中等偏粗（控制在2.7～3.1），質(zhì)地堅(jiān)硬、粒形良好的天然河砂。對(duì)0.315mm篩孔的通過(guò)量不應(yīng)少于15%，對(duì)0.16mm篩孔的通過(guò)量不應(yīng)少于5%，含泥量不應(yīng)大于1%（不含泥塊）。另外，細(xì)集料應(yīng)具有良好的級(jí)配，且云母含量按質(zhì)量計(jì)不宜大于1%；輕物質(zhì)含量按質(zhì)量計(jì)不宜大于1%；硫化物及硫酸鹽含量（按SO₃質(zhì)量計(jì)）不宜大于0.5%；有機(jī)質(zhì)含量按比色法評(píng)介，顏色不應(yīng)深于標(biāo)準(zhǔn)色。

　　（3）粗集料。粗集料的性能對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土的性能有較大影響，其中最主要的是集料的強(qiáng)度與界面的黏結(jié)力，以及骨料的物理性能和化學(xué)成分。粗集料的顆粒強(qiáng)度、針片狀顆粒含量、含泥量及最大粒徑等也是高強(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度和性能的控制因素。

　　粗骨料的強(qiáng)度對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土的強(qiáng)度影響很大，因此應(yīng)選用質(zhì)地堅(jiān)硬未風(fēng)化的巖石，骨料母材的抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.3倍，宜優(yōu)先選用致密的輝綠巖、玄武巖、火成巖、花崗巖、大理石等。

　　粗骨料針片狀顆粒含量不應(yīng)大于5%，壓碎指標(biāo)值不應(yīng)大于7%，表觀密度應(yīng)大于2650kg/m³，堆積密度應(yīng)大于1450 kg/m³，吸水率應(yīng)小于1.0%。

　　粗骨料的最大粒徑不應(yīng)大于25mm；含泥量不應(yīng)大于0.5%，不含泥塊。粗骨料中不得混入風(fēng)化和軟弱顆粒，且粗骨料應(yīng)具有良好的顆粒級(jí)配。

　　對(duì)于C80高強(qiáng)高性能混凝土，由于碎石的界面黏結(jié)力優(yōu)于卵石混凝土，所以配制C80高強(qiáng)高性能混凝土宜優(yōu)先選用碎石。

　　由于堿集料反應(yīng)對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土有巨大的破壞作用，所以應(yīng)盡量選擇無(wú)堿活性的骨料，且骨料中不含有機(jī)質(zhì)、硫化物和硫酸鹽等雜質(zhì)。

　?。?）外加劑。新型高效減水劑是配制C80高強(qiáng)高性能混凝土的必需組分。新型高效減水劑對(duì)膠凝材料的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅降低混凝土的單方用水量，不僅能增加混凝土拌和物的流動(dòng)性，保持混凝土坍落度損失功能好，而且能大幅度地提高混凝土的強(qiáng)度和彈性模量，對(duì)減少徐變，提高混凝土的耐久性也非常有利。

　　在選擇高效減水劑時(shí)，既要考慮到工程特點(diǎn)、施工條件、耐久性要求，也要考慮到高效減水劑的種類、用量、混凝土強(qiáng)度與水泥的適應(yīng)性等。對(duì)于C80高強(qiáng)高性能混凝土考慮到混凝土拌和物的坍落度損失及現(xiàn)場(chǎng)施工是否便利，可采用與緩凝劑復(fù)合的高效減水劑。另外，所選用的高效減水劑的減水率不宜小于18%。

　?。?）外摻料。優(yōu)質(zhì)粉煤灰中含有大量活性較強(qiáng)的SiO₂和Al₂O₃，摻入混凝土拌和物中能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)₂進(jìn)行二次反應(yīng)，生成穩(wěn)定的水化硅酸鈣凝膠，具有明顯的增強(qiáng)作用。優(yōu)質(zhì)粉煤灰中含有70%以上的球狀玻璃體，這些玻璃體表面光滑、無(wú)棱角、性能穩(wěn)定，在混凝土中起潤(rùn)滑作用，減小了混凝土拌和物之間的摩擦阻力，能顯著改善混凝土拌和料的和易性，提高混凝土拌和物的可泵性。此外，混凝土中摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰還可以降低水化熱、降低混凝土干燥收縮率，有效提高混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、彈性模量等，還可提高混凝土抗硫酸鹽腐蝕性能，抑制堿硅反應(yīng)的膨脹。配制C80高強(qiáng)高性能混凝土應(yīng)采用Ｉ級(jí)粉煤灰，且SiO₂和Al₂O₃的總含量超過(guò)70%。

　　硅粉中含有大量的非晶體球形顆粒SiO2，顆粒極細(xì)、活性較強(qiáng)，摻入到水泥混凝土中，其增強(qiáng)作用表現(xiàn)在：均勻分布于水化產(chǎn)物中，具有良好的微填充效應(yīng)，使混凝土密實(shí)化；對(duì)混凝土早、中期的強(qiáng)度發(fā)展特別有利；使混凝土中游離的Ca(OH)₂減少，原片狀晶體尺寸縮小，在混凝土中的分散度提高；且使混凝土中界面結(jié)構(gòu)得到明顯改善。這些特性導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度和耐久性得到顯著提高。用于C80高強(qiáng)高性能混凝土的硅粉應(yīng)符合下述質(zhì)量指標(biāo)：一是活性無(wú)定形二氧化硅含量不小于90%；二是比表面積（BEF－N2吸附法）不小于18000m2/kg；三是密度在2200kg/m³左右；四是平均粒徑0.1mm～0.2mm。

　　（6）拌和水。配制C80高強(qiáng)高性能混凝土的用水，采用飲用水，水中不得含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)，pH值應(yīng)大于4。

　　1.3.2 原材料的確定

　　根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)材料供應(yīng)情況，配制C80高強(qiáng)高性能混凝土實(shí)際選用原材料如下：

　?。?）水泥。東莞華潤(rùn)pll 52.5，實(shí)測(cè)28d強(qiáng)度不低于60Mpa。

　　（2）粗骨料。選用本地產(chǎn)花崗巖機(jī)械破碎的碎石，5mm～25mm連續(xù)級(jí)配，母材抗壓強(qiáng)度不小于110Mpa。

　?。?）細(xì)骨料。選用藤橋河砂、中砂。細(xì)度模數(shù)2.7～3.0，其他指標(biāo)滿足配制C80高強(qiáng)高性能混凝土的要求。

　　（4）外加劑。選用上海麥斯特產(chǎn)麥斯特SP－8HR超高效緩凝泵送劑。

　?。?）礦物摻和料。粉煤灰采用?？隈R村Ｉ級(jí)粉煤灰；硅粉采用挪威埃肯活性無(wú)定性二氧化硅。

　　（6）采用飲用水。

　　（7）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，粉煤灰（Ｉ級(jí)）摻量控制在10%～30%，硅粉5%～15%（占膠凝材料總量）。

　　1.3.3 C80高強(qiáng)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟（要求配制坍落度在180mm左右）。

　　經(jīng)過(guò)23組試配，篩選配比如下：m（水泥）∶m（砂）∶m（碎石）∶m（水）∶m（減水劑）∶m（粉煤灰）∶m（硅粉）＝1∶1.40∶1.93∶0.25∶0.25∶0.13∶0.053。

　　以該配合比試拌的混凝土拌和物，初凝時(shí)間4.75h，終凝時(shí)間6.75h，坍落度180mm，坍落度損失60min為20mm，抗壓強(qiáng)度R3＝73.2 Mpa，R7＝84.0Mpa，R28＝99.6Mpa。

　　2.C80高強(qiáng)高性能混凝土施工工藝與質(zhì)量控制

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土的組分較多，對(duì)性能影響的因素較為復(fù)雜，因而對(duì)施工工藝和質(zhì)量控制有更嚴(yán)格的要求，必須對(duì)C80高強(qiáng)高性能混凝土的外加劑摻量與用水量進(jìn)行嚴(yán)格控制。高強(qiáng)高性能混凝土適宜于商品混凝土攪拌站生產(chǎn)，攪拌站應(yīng)配有計(jì)算機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)，自動(dòng)精確計(jì)量原材料，并能對(duì)原材料品質(zhì)均勻性、配合比參數(shù)的變化等通過(guò)人機(jī)對(duì)話進(jìn)行監(jiān)控與反饋分析。

　　2.1C80高強(qiáng)高性能混凝土的攪拌

　　攪拌時(shí)應(yīng)注意外加劑應(yīng)在加水到一半時(shí)開(kāi)始加入，加入后約20ｓ，攪拌均勻后才可投入粗骨料。全部材料投入攪拌機(jī)后，至少攪拌40ｓ才能出料。

　　2.2 C80高強(qiáng)高性能混凝土的運(yùn)輸

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土采用混凝土攪拌運(yùn)輸車，攪拌運(yùn)輸車應(yīng)保持清潔。裝料前應(yīng)反轉(zhuǎn)倒清筒體內(nèi)積水、積漿。運(yùn)輸過(guò)程中和卸料時(shí)不得往筒體內(nèi)注水，運(yùn)輸結(jié)束后應(yīng)及時(shí)清洗。攪拌運(yùn)輸車在運(yùn)輸過(guò)程中，應(yīng)保持筒體按一定速度旋轉(zhuǎn)。運(yùn)送至澆筑地點(diǎn)給混凝土泵喂料前，應(yīng)中高速旋轉(zhuǎn)攪拌筒，使混凝土拌和均勻，然后卸料。

　　2.3 C80高強(qiáng)高性能混凝土的泵送

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土水灰比小、黏性大、泌水較少，不易離析，泵送阻力大，宜采用固定高壓泵和高壓泵管。混凝土泵送時(shí)速度不宜過(guò)快，過(guò)快對(duì)高強(qiáng)高性能混凝土不利，且混凝土泵和泵管承受壓力較大，易爆管和爆卡。

　　現(xiàn)場(chǎng)施工中，一次最多澆注C80混凝土815.5m³，計(jì)70h。配備2臺(tái)三一重工HBT60C高壓泵，泵送水平距離57m，垂直高度9.5m，泵送壓力最大為20Mpa。

　　2.4 C80高強(qiáng)高性能混凝土的澆筑

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土因漿量較大，黏性較高，流動(dòng)速度慢，不易充盈模腔，相對(duì)普通混凝土，振動(dòng)時(shí)間要加長(zhǎng)，抽拔棒的速度要慢，因此要注意加強(qiáng)對(duì)振搗質(zhì)量的控制。施工中，混凝土采用高頻振動(dòng)器搗固，人員定點(diǎn)定位負(fù)責(zé)，防止漏振。

　　2.5  C80高強(qiáng)高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)

　　C80高強(qiáng)高性能混凝土由于水灰比小，基本不泌水，因此養(yǎng)護(hù)比普通混凝土更為重要。由于一次澆筑時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)早期澆筑的混凝土在混凝土終凝后應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)采取在模板外側(cè)加掛兩層棉被，模板拆除后及時(shí)噴涂養(yǎng)護(hù)液。在混凝土澆筑前埋設(shè)測(cè)溫管，做好混凝土內(nèi)部和表面溫度監(jiān)測(cè)，當(dāng)內(nèi)外溫差超過(guò)25℃應(yīng)及時(shí)采取防范措施。

　　3.結(jié)語(yǔ)

　　工程實(shí)踐表明，在摻用高效減水劑的同時(shí)，使用一種或多種礦物質(zhì)超細(xì)粉，能夠配制出具有良好技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果的嚴(yán)格意義上的高強(qiáng)高性能混凝土。