C60高性能混凝土配合比设计及其工作性能

卢 伟

（江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏 南京 21000）

C60高性能混凝土配合比设计及其工作性能

卢 伟

（江苏苏博特新材料股份有限公司，江苏 南京 21000）

近年来，国内外对于制备高性能混凝土已进行了很多研究，也提出了较多方法，但高性能混凝土组分复杂，诸多因素相互影响，难以制定一个统一的标准或规律能一劳永逸的设计制备高性能混凝土。本文根据杭州某搅拌站现场材料、外加剂及提供的初始配合比，以此为基础，通过混凝土工作性能及强度这两方面来系统讨论C60高强度高性能混凝土的设计与制备。

高性能混凝土 C60 工作性能 强度

高性能混凝土(High-performance Concrete，简写为HPC)是一种复合矿物外加剂及掺合料的体积稳定性好、具有高耐久性、高强度与高工作性能的混凝土。HPC一般具有的特点：(1)在新拌阶段具有高工作性，即高流动度、可泵性，或自密实、免振捣的性能。(2)在水化、硬化早期和服役过程中具有高体积稳定性，即具有高弹模、低收缩、低徐变和低温度应变的特性。(3)在硬化后具有足够的强度和低渗透性满足工程所需的力学性能和耐久性[1-3]。

由于高强度高性能混凝土应具有高工作性、高强度和高耐久性等特性，所以配制HPC 对原材料的质量、性能的要求较为严格。

水泥的性能要求：⑴采用不低于525#普通硅酸盐水泥；⑵C3A 含量＜5%，碱含量≤0.7%，需水量小；⑶强度有较大富余系数。

对矿物细掺料的性能要求：⑴细度≤20%(0.045mm 方孔筛余)，有一定的活性；⑵需水量比≤105%，能改善拌合物的流动性；⑶化学成分和性能稳定。

对骨料的性能要求⑴质量应符合砂石标准、洁净，针片状少；⑵颗粒级配好，粗骨料应是连续级配；⑶吸水率低，否则将降低强度和耐久性；⑷无碱骨料反应；⑸粗骨料强度压碎指标≤12%，针片状含量≤15%[4-6]。

另配制高性能混凝土的关键之一是选择与水泥相容性好的外加剂。外加剂与水泥的适应性较好时表现为：新拌混凝土工作性能得到明显的改善；根据需要能有效控制混凝土凝结时间；坍落度损失小；混凝土密实性好，各龄期强度有较大的提高；混凝土各耐久性指标有较大提高[7]。

然而在现实生产中，由于资源短缺、管理不严、偷工减料等现象严重，造成混凝土原材料质量良莠不齐，很难满足配制高性能混凝土要求，本文根据杭州某搅拌站所提供的原材料及初始配合比，进行了C60混凝土的适配试验，从混凝土工作性能及28d强度这两方面进行综合评价。

1. 原材料及初始配合比

1.1 原材料

水泥：应选用强度较高、水化热低、C3A含量低、标准稠度用水量低的水泥。试配时，采用金锋P.O42.5普通硅酸盐水泥，其细度、初终凝时间、抗压强度、抗折强度、安定性等指标均满足要求。

粉煤灰：舟山某厂家生产的I级F类粉煤灰。细度为9.5%、烧失量3.0%、需水量比94%。

矿粉：采用然金提供的S95级矿渣微粉，比表面积为420m2/kg，活性指数7d为76%、28d为97%，烧失量为0.8%。

砂子：制备高性能混凝土最好采用含泥量不超过2%的河砂，然而试配时采用的是细度模数为2.9的机制砂。

石子：应采用级配要求稳定，压碎值、含泥量、针片状含量均优于规范要求。但试配时采用粒径为20～25mm单级配石灰岩。

外加剂：采用江苏某外加剂公司生产的JM-VIII与JM-IX缓凝高效减水剂。1.2混凝土初始配合比

C60高强混凝土的初始配合比如表1所示。

表1 C60混凝土初始配合比

其初始配合比的总胶材用量为580kg/m3，粉煤灰掺量为31%，矿粉掺量为10.3%，水胶比为31%，砂率38%，容重2430kg/m3。

2. 试验过程

2.1 净浆试验

在正式试配混凝土之前进行了净浆相关试验，目的在于验证掺入掺合料对浆体流动性的影响，从而根据净浆扩展度试验结果适当的调整掺合料的掺入比例。具体试验结果如表2所示。采用JM-VIII外加剂，掺量2.2%，用水量87g。

表2 净浆试验结果

粉煤灰：60矿粉：60

由净浆试验结果可知，粉煤灰的掺入降低了浆体的流动性，需水量增加，粘度增加，而矿粉的掺入反而显著降低用水量、浆体亦不稠。故对粉煤灰重新进行了需水量比试验，试验发现，其实际需水量比为106%，与厂家提供的94%需水量比有较大出入，根本达不到I级粉煤灰的标准。所以在设计混凝土配合比时，应注意粉煤灰掺量不宜过高，可适当提高矿粉掺量、降低粉煤灰掺量。

2.2 第一次混凝土试配

根据净浆试验，混凝土配合比中胶材部分的比例有所改动，降低粉煤灰掺量至10.3%，提高矿粉掺量至20.7%。其余水胶比、砂率、容重均保持不变。外加剂采用JM-VIII，掺量为2.2%，具体配比见表3所示。

表3 第一次试配C60混凝土配合比

根据以上配比，进行了第一组混凝土试拌试验。试验结果显示：混凝土和易性较差，流速慢，接近流不动，混凝土略显干涩，于是在搅拌后的混凝土上添加少量外加剂进行人工搅拌后，混凝土便有较好的流动性，故初步判定为外加剂减水不够。但由于石子粒型较差、级配不合理，导致浆体很难将石子包裹住，故石子外露较多。

2.3 第二次混凝土试配

根据第一次试配情况，适当的对配合比进行了调整，保持砂率不变的情况下，降低了砂石用量，容重降低至2388kg/m3，从而增加了浆骨比。外加剂采用JM-IX，掺量为2.2%，具体配合比见表4。

表4 第二次试配C60混凝土配合比

图1 第二次试配新拌混凝土状态

图1为新拌混凝土状态，由图可看出，混凝土出锅后，流动性较好，流速亦较快，测得坍落度为22.5cm，扩展度为55cm×57cm，其工作性能已符合相关要求。相比第一次试配试验，其包裹性已经改善很多，但从坍落度测试亦可看出，中间石子堆积较多，“帽子”较高，坍落度外圈存在跑浆现象，包裹性仍然较差。

2.4 第三次混凝土试配

根据前两组试配试验，对混凝土配比进行了最后一次调整，胶材总量及比例不变，容重仍为2388kg/m3，砂率提高至40%，并掺入了部分细砂，石子中也掺入了15%的瓜子片，用以改善石子级配。外加剂采用JM-IX，掺量为2.2%。具体配比见表5所示。

表5 第三次混凝土配比

图2 第三次试配新拌混凝土状态

图2为第三次新拌混凝土状态，由图可看出，此次混凝土拌合物状态较之第二组，其包裹性明显较好，流动性、和易性都符合相关要求。测得其坍落度为23.0cm，扩展度为60cm×60cm，均符合工作性要求，坍落度测试时，其中间无石子堆积，并未出现“帽子型”，坍落度外圈也无跑浆现象，整体状态较优。

3. 学性能

混凝土强度试验采用两个配合比，分别为第二、第三次C60混凝土试配配合比，测试其3d、7d、28d强度。具体数据如图3所示。

图3 不同龄期的抗压强度值

根据图3可知，无论是3d、7d还是28d强度，三次试配配比的强度都优于二次试配配比的强度。对于混凝土而言，高密实度就等于高强度，砂率的提高，细砂的掺入以及石子级配的调整，一定程度上有效的降低了骨料之间的空隙率，使骨料之间能更有效的紧密堆积，从而使混凝土整体的均匀性得到很大的改善，强度也自然增长较大。

4. 结论

高性能混凝土的制备离不开矿物掺合料的掺入以及高性能外加剂的运用，优良的配合比设计是制备高性能混凝土的技术先要，优质的原材料是制备高性能混凝土的物质基础。此次试验采用浙江当地地材，通过多次试配，成功制备出工作性能、力学性能均符合高性能混凝土要求的C60高强度混凝土，以期为浙江当地高性能混凝土的制备及其发展提供相应的科研数据。

[1]贺东青，任志刚.高性能混凝土配合比设计方法研究综述[J].国外建材科技，2006,27（4）：32-34.

[2]王瑞燕，田文玉，熊出华.高性能混凝土配合比设计方法研究[J].重庆交通大学学报,200827(2):252-254.

[3]马保国，何永佳，吕林女.高性能混凝土配合比设计[J].武汉理工大学学报，2002,24（7）：14-16.

[4]刘启辉，易康荣.C60高性能混凝土的配比设计及现场配制技术[J].广东：水泥与混凝土，2007（8）：37-38.

[5]朱健芳.C60高性能混凝土配合比的设计和应用[J].中国西部科技，2008,07（32）17-18.

[6]朱红娟，朱文通，罗思欣.C60高性能混凝土配合比设计[J].公路交通技术，2009，（04）：45-17.

[7]张国防，姚建林.高效减水剂及粉煤灰在高强高性能混凝土中的应用[J].2008.

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1007-6344（2015）11-0031-02