徐昊，虞孝偉

（1. 上海市中民防建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，上海 200232；2. 吳江公興混凝土有限公司，江蘇 215221）

C80高強(qiáng)高性能混凝土生產(chǎn)技術(shù)控制的研究與應(yīng)用

徐昊1，虞孝偉2

（1. 上海市中民防建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，上海 200232；2. 吳江公興混凝土有限公司，江蘇 215221）

本文針對上海盧灣 107、108 地塊工程對于 C80 高強(qiáng)高性能混凝土的特殊要求，從原材料方面進(jìn)行了一系列比較，通過多次試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，最終以常規(guī)原材料確定最適宜的配合比，并在實(shí)際生產(chǎn)中得到了很好的應(yīng)用。

高強(qiáng)高性能混凝土；配合比；應(yīng)用

0 引言

高強(qiáng)高性能混凝土是伴隨著建筑工程日益提高的施工要求和使用要求而產(chǎn)生發(fā)展的。近年來，隨著現(xiàn)代建筑物的高層化、大跨化、輕量化、地下化以及使用環(huán)境的嚴(yán)酷化，對混凝土的強(qiáng)度和耐久性提出了更高的要求，使得高強(qiáng)高性能混凝土迅速發(fā)展。

高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)是國家建設(shè)部建筑新技術(shù)促進(jìn)應(yīng)用辦公室向全國建筑業(yè)推廣的 10 項(xiàng)新技術(shù)中的其中一項(xiàng)技術(shù)。它是一項(xiàng)新型的高技術(shù)混凝土，這項(xiàng)技術(shù)在國外早已大量應(yīng)用于建筑業(yè)中。我國在該項(xiàng)技術(shù)研究方面起步較晚，到20 世紀(jì) 90 年代，高強(qiáng)高性能混凝土的研究剛剛起步。到 90年代末，國家建設(shè)部提出在建筑業(yè)推廣應(yīng)用高強(qiáng)高性能混凝土技術(shù)。上海的 C80 高強(qiáng)高性能商品混凝土的研制和使用始于 20 世紀(jì) 90 年代，并在明天廣場、新上海國際大廈、華師大綜合樓等工程中進(jìn)行過多次小規(guī)模的使用。

盧灣 107、108 地塊地處上海鬧市區(qū)淮海路新天地，為兩棟 24 層 99.9 米高的酒店。采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，其中 4～22層結(jié)構(gòu)使用 C80 高強(qiáng)高性能混凝土?？偣彩褂?C80 混凝土5057m3，是上海首次對 C80 高強(qiáng)高性能混凝土的大規(guī)模使用。該工程北面為淮海路商圈，南面為新天地娛樂休閑區(qū)，具有道路交通復(fù)雜、現(xiàn)場施工區(qū)域小、施工泵送高度高等特點(diǎn)。我們針對工程特點(diǎn)，對高強(qiáng)高性能混凝土的材料選擇、配比確定和現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行了探討和研究。

1 原材料的選擇

本次研究工作是 C80 混凝土在混凝土攪拌站的拌制和應(yīng)用。本著混凝土成本切實(shí)可行、材料使用符合攪拌站生產(chǎn)和運(yùn)輸?shù)男枰?，滿足工程施工的可操作性，保證產(chǎn)品到場后具有良好工作性的原則。本次決定采用常規(guī)原材料進(jìn)行配制，不摻加硅粉等特殊材料來提升混凝土強(qiáng)度；確保產(chǎn)品符合設(shè)計(jì)要求，不追求混凝土的超高性能。本次研究工作首先是對于原材料品種選擇方面做了比較性試驗(yàn)，在基本確定原材料品種之后，再通過配合比的多次調(diào)整，以改善混凝土在各方面的工作性能。比較性試驗(yàn)處于研究工作的最初期，在個(gè)別項(xiàng)目上對現(xiàn)有的相應(yīng)規(guī)程做了一定的突破。采用控制變量法，分別對所對比的變量項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，并以混凝土強(qiáng)度與拌合物宏觀狀態(tài)作為取舍依據(jù)。

1.1 P·O42.5 與 P·Ⅱ52.5 對 C80 混凝土的影響

文獻(xiàn)表明，在配制高強(qiáng)高性能混凝土?xí)r，多采用純硅52.5水泥，但考慮到 C80 高強(qiáng)混凝土的水泥用量相對較多，有較多水泥在混凝土中只起到填充作用，故選用強(qiáng)度相對較高的 P·O42.5 水泥與 P·Ⅱ52.5 水泥進(jìn)行混凝土對比試驗(yàn)（水泥性能檢驗(yàn)報(bào)告見表 1），觀察混凝土的各項(xiàng)技術(shù)性能，特別是混凝土的耐久性和長期性能，增加 C80 混凝土配制時(shí)的選擇面。通過對 P·O 42.5 與 P·Ⅱ52.5 進(jìn)行了多次試驗(yàn)比較（試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表 2），兩種水泥都能達(dá)到設(shè)計(jì)的要求，但P·Ⅱ52.5 略高一點(diǎn)。從安全儲備角度考慮，為了確?；炷恋馁|(zhì)量，優(yōu)先選擇 P·Ⅱ52.5 水泥。

表 1 水泥的物理力學(xué)性能

表 2 P·O42.5 與 P·Ⅱ52.5 對 C80 強(qiáng)度的影響

1.2 不同細(xì)度模數(shù)黃砂的應(yīng)用比較

黃砂的細(xì)度模數(shù)對混凝土的質(zhì)量影響比較大，在普通混凝土中當(dāng)黃砂的其他指標(biāo)保持一定的前提下，細(xì)度模數(shù)越小，單位需水量越大，會導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度的降低。通過對細(xì)度模數(shù)不同的黃砂做了多次試驗(yàn)，我們發(fā)現(xiàn)這種規(guī)律在高強(qiáng)混凝土中也同樣存在，在理想狀態(tài)下，混凝土的強(qiáng)度隨黃砂細(xì)度模數(shù)的增大而提高?？紤]到實(shí)際生產(chǎn)中細(xì)度模數(shù)過大的黃砂（如細(xì)度模數(shù)＞2.9）所拌制的混凝土可泵性較差，會影響混凝土質(zhì)量，故生產(chǎn) C80 混凝土的黃砂細(xì)度模數(shù)最佳選擇范圍為 2.6～2.9。

1.3 5～20mm 碎石針片狀含量對混凝土強(qiáng)度的影響

粗骨料是混凝土拌合物的骨架，在一定程度上，粗骨料的好壞將決定混凝土強(qiáng)度的高低。考慮到混凝土拌合物必須要有良好的流動(dòng)性和泵送性，所以選擇粒徑尺寸為 5～20mm的碎石。拌制 C80 高強(qiáng)高性能混凝土對粗骨料不僅要求質(zhì)地均勻，立方體抗壓強(qiáng)度高，含泥量、泥塊含量要少，對于其針片狀含量也有非常高的要求。由于當(dāng)前的碎石生產(chǎn)工藝，當(dāng)碎石顆粒達(dá)到 20mm 時(shí)，針片狀含量大幅提高，故考慮在嚴(yán)格控制碎石其它指標(biāo)的前提下，所采用的碎石壓碎指標(biāo)控制在 6% 以內(nèi)。本次試驗(yàn)和生產(chǎn)所使用的碎石都是專門生產(chǎn)采購，專倉堆放，杜絕風(fēng)化顆粒的混入，且碎石出廠前都經(jīng)過嚴(yán)格的沖洗，確保含泥量控制在 1% 以下。在試配過程中我們可以發(fā)現(xiàn)對于同一礦山出產(chǎn)的碎石，當(dāng)針片狀含量不同時(shí)對混凝土強(qiáng)度的影響也比較大（見表 3），故當(dāng)碎石的針片狀含量不超過 6% 時(shí)，所拌制的 C80 混凝土其強(qiáng)度是有保證的。1.4 粉煤灰、礦渣粉摻量對 C80 混凝土的影響

表 3 不同針片狀含量的碎石對 C80 強(qiáng)度的影響

在 C80 高強(qiáng)高性能混凝土中使用?；郀t礦渣（礦渣粉）和粉煤灰這兩種活性摻合料的雙摻技術(shù)，對于混凝土的多種性能有改良作用。首先使用適量活性摻合料替代混凝土中的部分水泥，將減少 C80 混凝土中的水泥比例，從一定程度上降低了水泥水化熱的產(chǎn)生；其次摻加礦渣粉和粉煤灰的雙摻對于 C80 混凝土拌合物粘性的改善、坍落度經(jīng)時(shí)損失的緩解有較大的作用；最后摻加活性摻合料對于 C80 混凝土的耐久性也有顯著的改善作用（礦渣粉的性能指標(biāo)見表 4，粉煤灰的性能指標(biāo)見表 5）。本次試驗(yàn)根據(jù)工程實(shí)際對混凝土拌合物的需求，著重解決活性摻合料摻量與混凝土拌合物粘稠性的關(guān)系。拌合物性能狀態(tài)以“倒錐”流動(dòng)時(shí)間為依據(jù)，即＞50s 為粘稠，40～50s 為偏稠，30～40s 為松，20～30s 為偏松，＜20s 為過松。詳細(xì)數(shù)據(jù)見表 6。試驗(yàn)表明：當(dāng)不摻加礦渣粉時(shí)，混凝土拌合物表現(xiàn)出過好的保水性，無泌水，拌合物形狀粘稠，可泵性差，制作試塊也非常困難；當(dāng)活性摻合料的摻量達(dá)到膠凝材料總量的 20% 后，拌合物的粘稠度有了很大的改觀，保水性良好，可泵性也有所改善；隨著摻量增加到 25%，各項(xiàng)性能持續(xù)改善，基本無泌水；當(dāng)摻量達(dá)到和超過 30% 時(shí)，混凝土拌合物表現(xiàn)出保水性開始變差，泌水開始增多，部分混凝土泌水過多導(dǎo)致可泵性下降嚴(yán)重。因此在配制 C80 高強(qiáng)高性能混凝土?xí)r，礦渣粉和粉煤灰的摻量占膠凝材料總量的 25% 左右比較適宜。1.5 聚羧酸系新型外加劑在 C80 高強(qiáng)高性能混凝土中的應(yīng)用1.5.1 外加劑的技術(shù)指標(biāo)

表 4 礦渣粉的性能指標(biāo) %

表 5 粉煤灰的物化性能指標(biāo) %

表 6 不同活性摻合料摻量對C80 拌合物性狀和強(qiáng)度的影響

根據(jù)目前上海市高強(qiáng)高性能混凝土的發(fā)展現(xiàn)狀，我們選取聚羧酸鹽外加劑作為配制 C80 混凝土的首選外加劑。選用上海麥斯特建工有限公司生產(chǎn)的 SP-8 型外加劑，性能指標(biāo)如表 7。

表 7 外加劑性能指標(biāo)

1.5.2 聚羧酸鹽外加劑與水泥的相容性問題

我們曾專門針對適應(yīng)性問題對多種水泥進(jìn)行了適應(yīng)性試驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)各種水泥與外加劑之間的適應(yīng)性差異比較大，部分水泥拌制成的混凝土其坍落度和擴(kuò)展度的經(jīng)時(shí)損失非常小，但也有部分水泥拌制成的混凝土其坍落度和擴(kuò)展度的經(jīng)時(shí)損失超過初始值的一半以上。且當(dāng)水泥品種相同時(shí)，如更換不同廠家的聚羧酸鹽外加劑進(jìn)行混凝土拌制，其混凝土拌合物的性能差別也較大。這主要是由于聚羧酸鹽外加劑的分子結(jié)構(gòu)、分子鏈長短等的差異較大，其與水泥顆粒表面的吸附狀態(tài)也不相同，所以造成減水塑化效果的巨大差異。為了防止形成誤導(dǎo)，我們不列出試驗(yàn)的水泥廠家和詳細(xì)數(shù)據(jù)，但明確在拌制 C80 高強(qiáng)高性能混凝土前，必須進(jìn)行水泥與外加劑的適應(yīng)性試驗(yàn)，在取得最佳配對后要在今后的生產(chǎn)中確保水泥和外加劑的成分不變。

1.5.3 外加劑摻量對拌合物的影響

由于高強(qiáng)高性能混凝土有較高的可泵性要求，故需要調(diào)整外加劑摻量，提高混凝土的流動(dòng)度，降低混凝土的黏度，改善混凝土和易性。通過表 8 可知，當(dāng)摻量達(dá)到膠凝材料的2.3% 時(shí)，混凝土的和易性與強(qiáng)度均比較理想。

表 8 不同外加劑摻量對混凝土拌合物的影響

2 確定混凝土原材料和配合比

通過原材料的比較選擇，確定的試驗(yàn)配合比和力學(xué)性能如表 9 所示。

表 9 基準(zhǔn)配合比

3 中試及相關(guān)數(shù)據(jù)采集

3.1 C80 混凝土的中試

配合比試驗(yàn)完成后，我們先后組織了 3 次混凝土現(xiàn)場中試，進(jìn)行混凝土立柱澆搗試驗(yàn)，針對混凝土在實(shí)際澆搗中的狀況對混凝土級配進(jìn)行優(yōu)化，使之更加適合實(shí)際生產(chǎn)?；炷料群笫褂昧似嚤煤凸潭ū眠M(jìn)行了不同高度的泵送任務(wù)，獲得成功。最后一次中試結(jié)果見表 10，測溫見圖 1。從混凝土強(qiáng)度、擴(kuò)展度、溫差等各方面指標(biāo)看，均已經(jīng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。立柱拆模后表面良好，無肉眼可見的裂縫。

表 10 混凝土中試結(jié)果

圖 1 C80 立柱溫度—時(shí)間曲線

3.2 中試的相關(guān)性能測試

期間，我們還針對 C80 高強(qiáng)高性能混凝土的其它相關(guān)性能：收縮、實(shí)體鉆芯取樣和彈性模量進(jìn)行了試驗(yàn)。詳見表 9。

為驗(yàn)證 C80 混凝土的抗高溫能力，特制作一批混凝土抗壓試塊，經(jīng)過 60 天養(yǎng)護(hù)后，分別在高溫爐中進(jìn)行升溫灼燒試驗(yàn)。將試塊放入高溫爐，在設(shè)定溫度中灼燒 30 分鐘，然后取出自然降溫到室溫后進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。設(shè)定溫度從 100℃ 開始，以 100℃為增加單位逐級增加直至試驗(yàn)試塊在高溫中爆裂破壞為止。試驗(yàn)結(jié)果見圖 2。

圖 2 混凝土抗高溫性能

試驗(yàn)證明，C80 混凝土有一定的抗高溫能力，但到溫度達(dá)到足夠高度時(shí)（超過 800℃）混凝土爆裂，強(qiáng)度急劇下降，造成結(jié)構(gòu)破壞無法修補(bǔ)，在使用時(shí)要注意。

4 工程實(shí)際應(yīng)用及質(zhì)量控制

與普通混凝土相比，C80 高強(qiáng)高性能混凝土的生產(chǎn)和施工并不需要特殊的工藝。但在各個(gè)環(huán)節(jié)的控制上需要更加嚴(yán)格的管理。為了確保該工程混凝土的順利供應(yīng)，我們專門成立了 C80 混凝土施工的管理工作小組，統(tǒng)籌協(xié)調(diào)各部門的工作，并制訂了相應(yīng)的質(zhì)量控制措施：

（1）確定一個(gè)生產(chǎn)拌臺為 C80 混凝土的專用生產(chǎn)機(jī)組。

（2）拌制高強(qiáng)混凝土使用強(qiáng)制式攪拌機(jī)，供應(yīng)單位在每次 C80 混凝土生產(chǎn)前要對攪拌機(jī)進(jìn)行清洗調(diào)整，并作好生產(chǎn)供應(yīng)前的設(shè)備檢查、保養(yǎng)維修工作，確保設(shè)備的稱量精度和攪拌效率。

（3）混凝土從出料到澆搗最長時(shí)間不超過 2.5 小時(shí)，超過 2.5 小時(shí)的做退料處理，混凝土拌機(jī)出料溫度不宜高于環(huán)境溫度 10℃，當(dāng)平均氣溫低于 5℃時(shí)要按照冬季低溫施工的要求進(jìn)行施工與養(yǎng)護(hù)。

（4）嚴(yán)格把好原材料質(zhì)量關(guān)，原材料進(jìn)料質(zhì)量檢測加倍實(shí)施。

（5）所需原材料專倉專用，砂、石堆場均鋪設(shè)混凝土硬地坪，并配備良好的排水設(shè)施，認(rèn)真做好砂、石堆場清理工作，防止砂、石堆場積水影響生產(chǎn)。

（6）砂石含水率應(yīng)及時(shí)測定，每批每日至少檢驗(yàn)一次，每次 C80 混凝土生產(chǎn)前 1 小時(shí)前增加檢測一次，每持續(xù)生產(chǎn)6 小時(shí)再檢測一次；如遇降雨、降雪等狀況則應(yīng)相應(yīng)增加檢驗(yàn)次數(shù)，并按測定值調(diào)整用水量，保證用水量的準(zhǔn)確性。混凝土配料和拌合采用自動(dòng)計(jì)量裝置。

（7）每車混凝土均進(jìn)行坍落度和擴(kuò)展度測試，合格方可出廠，強(qiáng)度抗壓試塊每 50m3成型一組。

（8）混凝土澆筑前應(yīng)再次進(jìn)行坍落度和擴(kuò)展度測試，對于超標(biāo)的混凝土作退料處理。

整個(gè)工程共進(jìn)行了 5057m3的 C80 混凝土的澆注工作?；炷涟柚撇捎脧?qiáng)制式攪拌機(jī)。原材料計(jì)量全部采用電子秤計(jì)量，計(jì)量誤差在可控范圍內(nèi)。攪拌采用每次拌制 1m3的方式，單次攪拌時(shí)間為 2min?；炷了竭\(yùn)輸采用混凝土攪拌車，運(yùn)輸距離 16.5km，運(yùn)輸時(shí)間一般為 0.5～1h?；炷凉?yīng)采用現(xiàn)場派人協(xié)調(diào)和 GPS 實(shí)時(shí)監(jiān)控相結(jié)合的控制方式，確?；炷猎诎柚坪?1.5h 內(nèi)泵送完畢。因混凝土從攪拌到澆筑時(shí)間較短，現(xiàn)場混凝土流動(dòng)度、坍落度均在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)，基本上無坍落度損失。由于 C80 高強(qiáng)高性能混凝土為自密實(shí)混凝土，故采用輔助振搗的方式，振搗時(shí)間也相對較短。混凝土養(yǎng)護(hù)采用澆水后包塑料薄膜養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)期 14d。整個(gè)澆筑由普通混凝土工完成，技術(shù)上無特別要求。 最高泵送高度為 92米，泵車穩(wěn)定泵壓在 130～150psi 左右，偶然高壓為 200psi。強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)評定見表 11、圖 4。

表 11 混凝土強(qiáng)度評定

5 結(jié)論

（1）使用常規(guī)原材料能夠配制出 C80 高強(qiáng)高性能混凝土。

（2）C80 混凝土所使用的黃砂細(xì)度模數(shù)不宜小于 2.6。

（3）配制 C80 混凝土需要嚴(yán)格控制碎石的針片狀含量。

（4）配制 C80 混凝土的聚羧酸系外加劑對于水泥有較高的適應(yīng)性要求，在選擇水泥時(shí)需要做適應(yīng)性試驗(yàn)。

（5）外加劑與礦渣粉和粉煤灰的雙摻能調(diào)節(jié)混凝土粘稠度，摻加適當(dāng)比例的礦渣粉和粉煤灰能配制出流動(dòng)性良好的混凝土。

（6）高強(qiáng)高性能混凝土的耐火性較強(qiáng)，但當(dāng)溫度過高會產(chǎn)生爆裂破壞，對建筑物產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

（7）使用常規(guī)原材料配制出的 C80 高強(qiáng)高性能混凝土通過測溫試驗(yàn)表明其溫差滿足規(guī)范要求。

（8）使用常規(guī)原材料配制出的 C80 高強(qiáng)高性能混凝土的收縮性能滿足規(guī)范要求。

（9）使用常規(guī)原材料配制出的 C80 高強(qiáng)高性能混凝土能夠泵送到 92 米的高度，且出料性能良好。

（10）C80 高強(qiáng)高性能混凝土和易性良好，在澆筑振搗中無特殊要求，但要防止漏振和過振；澆筑完成后需采用澆水后包塑料薄膜養(yǎng)護(hù)。

[1] 蒲心誠．超高強(qiáng)混凝土的研究與應(yīng)用[J]．混凝土，1993(2): 8-16．

[2] 吳中偉，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中國鐵道出版社，1999．

[3] 馮乃謙. 高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用[J]. 施工技術(shù)，2003, 32 (4) : 126．

[4] 劉崇熙，汪在芹，李珍．高性能混凝土若干理論問題[J]．混凝土，2003 (6) : 326．

[5] 繆昌文．高性能混凝土在建筑工程中的應(yīng)用[J]．混凝土與水泥制品，2000, 27 (5) : 324．

[6] 黃土元．高性能混凝土發(fā)展的問題與思考[J]．混凝土，2003 (7) : 329．

[7] 朱清江．高強(qiáng)高性能混凝土研制及應(yīng)用[M]．北京：中國建工出版社，1999．

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圖 4 混凝土強(qiáng)度控制示意圖 [C80, 70組]

徐昊（1976—），男，工程碩士，高級工程師，從事混凝土性能和應(yīng)用研究多年，現(xiàn)負(fù)責(zé)建設(shè)工程質(zhì)量監(jiān)督工作。