C70高强混凝土配制技术初探

文摘 2024-12-13 07:00 河南

1引言

近年来，世界各地建筑正在比谁更有“高度”，中国各大城市的摩天大楼兴建呈现爆发的趋势，在城市或区域中心建设摩天大楼项目建造地标性建筑已经成为普遍现象。据预计至2022年，中国摩天大楼总量将达1300座，为美国的2.5倍之多，其中规划建设的高度超过400m的超高层建筑也不在少数，进一步催生了各地对优质C70强度等级及以上高强混凝土的强烈需求。就广佛地区而言，在混凝土原材料方面，质量稳定的优质Ⅰ级粉煤灰较难获取，砂石材料价格也一路飙升；从搅拌站角度考虑，C70及以上强度等级混凝土的需求量相对较少，一般不单独采购价格较高的硅灰及砂石材料，而更多地使用现有材料以及价格相对硅灰较低的微珠粉进行生产，因此对混凝土配制及外加剂应用技术提出了更高的要求。

为满足以常规材料配制C70大流动性混凝土的需求，本文研究了含气量、水胶比、胶凝材料用量、砂率等因素对C70混凝土工作性能和抗压强度的影响，并配制出了坍落度筒倒流时间小于15s、1.5h倒流扩展度损失不超过30mm且抗压强度符合要求的C70高强泵送混凝土。

2原材料及试验方法

2.1胶凝材料

水泥：广州市珠江水泥有限公司生产的粤秀P·O42.5R水泥，其物理性能指标见表1。

矿粉：首钢S95级磨细矿渣，28d活性指数103％。微珠粉：广东某搅拌站现用材料，需水量比90％，28d活性指数112％。

2.2集料

砂：广东某搅拌站现用河砂，经测试级配合格，细度模数为2.6，含泥量小于0.6％。

石子：广东某搅拌站现用花岗岩碎石，经测试粒径5～25mm，表观密度2690kg/m³。

2.3外加剂

广东科之杰新材料有限公司生产的Point-S聚羧酸系高性能减水剂，混凝土减水率≥30％。

2.4水

普通自来水。

2.5混凝土配合比

本研究所用混凝土配合比设计容重为2470kg/m³，胶凝材料质量分数组成为：水泥71％，矿粉22％，微珠粉7％，水胶比、胶凝材料用量和砂率等参数视研究需要而定。

2.6试验方法

根据GB/T50081要求，进行混凝土的搅拌、成型、养护和强度测试，试件规格为边长100mm的立方体，3块为一组，搅拌时间3min，将坍落度筒倒置并装满拌合物后提起至约30cm高，用秒表测试拌合物倒流时间，用钢直尺测量倒流后的拌合物扩展度平均值；根据GB/T50080要求，测试拌合物表观密度和含气量，将拌合物置于带盖的圆筒内静置至离加水时间1.5h后测试工作性能。

3试验结果与分析

3.1含气量对C70混凝土性能的影响

本节控制胶凝材料用量560kg/m³，水胶比0.24，砂率40％，调整外加剂掺量使混凝土流动性至合适，主要是使混凝土不离析或抓底，初始倒流扩展度达到580～620mm，研究外加剂中引气组分用量的影响。

由表2可知，随混凝土中引气组分由0～4‰变化，为了达到接近的倒流扩展度，外加剂用量先降低后升高，倒流时间先缩短后延长，二者表现出较好的相关性，说明含气量的适当提高有助于改善混凝土流动性及降低外加剂掺量，但过高的含气量(当前混凝土中约4％以上)使混凝土变得更加粘稠，初始及1.5h损失后的流动性均明显变差；随混凝土含气量由0.3％提高至5.1％，混凝土包裹性逐渐变好，28d抗压强度呈现逐渐下降趋势，经计算，含气量升高1％，混凝土28d抗压强度平均下降3.5MPa：综合外加剂掺量、混凝土流动性及28d抗压强度等多因素考虑，引气组分2‰为当前实验中的最优点，后续试验以外加剂引气组分2‰进行。

3.2胶凝材料用量对C70混凝土性能的影响

本节控制水胶比0.24、砂率40％，与上节类似，调整外加剂掺量使混凝土流动性至合适，研究胶凝材料用量对混凝土状态的影响，试验结果如表3。

由表3可以看出，随胶凝材料总量降低，混凝土的包裹性逐渐变差，外加剂的掺量需不断提高，混凝土的流动性损失呈逐渐增大趋势，由1.5h的倒流扩展度损失20mm增大至80mm，倒流时间损失也呈增大趋势，其主要原因在于随胶凝材料总量下降，混凝土单位用水量下降，而用于润湿砂石集料表面的用水量不变，故实际水泥浆中的水胶比下降，需要提高减水率使自由水进一步增加才能达到更大的流动性，随着水泥水化反应消耗更多自由水，实际水泥浆中水胶比较低的组别表现为流动性损失更大。不同胶凝材料用量下的混凝土28d强度均可达到C70强度等级要求，其中胶凝材料用量最高的组别强度最低，其容重最轻而含气量正常，说明水泥浆的容重较小，即与水泥浆中实际水胶比较高相关。

3.3水胶比对C70混凝土性能的影响

混凝土搅拌站在实际生产高标号混凝土时常希望在保证工作性的前提下，最大限度地降低单位用水量，从而达到保证混凝土强度及降低胶凝材料成本的目的，为研究较低水胶比的实际具体影响，特进行本节实验。

本节控制胶凝材料用量为560kg/m³、砂率40％，选择较低的水胶比(0.22～0.25)进行研究，调整外加剂掺量使混凝土流动性至合适，研究水胶比对混凝土工作性能和强度的影响，实验结果如表4。

由表4可以看出，随水胶比提高，混凝土包裹性逐渐变好，倒流时间基本呈缩短趋势，1.5h的倒流扩展度损失逐渐减小，由100mm减小至30mm。随水胶比提高，混凝土28d抗压强度未按常见规律逐渐降低，而是在水胶比0.24时强度最高，混凝土28d强度高低与拌合物容重大小的相关性较好，分析认为，当水胶比过低时，水泥浆数量较少，不足以填充满砂石间的空隙，包裹性较差，使水泥浆与砂石问的界面粘接更容易出现缺陷，且自由水减少，水泥浆更加粘稠，不容易引入细小稳定的气泡，搅拌过程中形成的有害空洞不容易排出，导致混凝土容重较小且和易性变差，抗压强度降低。综上，混凝土流动性及28d抗压强度在水胶比0.25时均可达到较好的效果，在实际生产中不必过度地降低水胶比，以免超过外加剂减水极限而使混凝土过于黏稠，可以适当提高水胶比或减少胶凝材料用量，以达到改善混凝土流动性和降低综合成本的目的。

3.4砂率对C70混凝土性能的影响

本节控制胶凝材料用量为560kg/m³，水胶比0.24，调整外加剂掺量使混凝土流动性至合适，在保证包裹性合适的情况下研究砂率对混凝土的影响，实验结果如表5。

由表5可以看出，随砂率提高，外加剂掺量需逐渐提高，拌合物的包裹性变好，含气量明显上升，容重大幅减小，初始倒流时间逐渐缩短，倒流扩展度明显减小，拌合物自身受过大的砂率影响变得更加粘稠，其原因为过多的细集料表面需要更多的水进行润湿，从而导致水泥浆中的实际水胶比降低，用水量不足；此时进一步提高外加剂掺量，拌合物出现离析和抓底等现象，说明外加剂掺量已经饱和，唯有通过增加用水量才能提高流动性；随砂率提高，拌合物静置1.5h后的倒流时间及扩展度损失大幅增大，扩展度损失由30mm增大至90mm，砂率44％的组别已经基本丧失了工作性。当砂率在38％～44％之间变化时，混凝土28d抗压强度相差很小，综合外加剂掺量、包裹性、流动性及损失各指标，砂率均为40％时达到最佳，说明砂率即砂石级配存在一最佳值。作者认为在实际生产中，当测试出最佳砂率后，仅需在砂的细度模数变化时对砂率做一定调整，而无需将砂率考虑为影响混凝土工作性及抗压强度的主要因素。

4结论

(1)以生产普通低标号混凝土所用的常规材料配合使用少量微珠粉，可以配制初始及1.5h损失后工作性能均良好、28d抗压强度超过90MPa，60d抗压强度接近100MPa的C70高强泵送混凝土；

(2)为配制出工作性和强度俱佳的高强混凝土，需控制混凝土含气量在一个合适值，含气量过高或过低都会对混凝土流动性有负面影响，含气量提高使高强混凝土抗压强度明显降低；

(3)当混凝土体系的水胶比固定时，增大胶凝材料用量有利于流动性保持，但胶凝材料用量过大时(590kg/m³)反而使混凝土抗压强度降低；固定胶凝材料用量，水胶比在0.22～0.25间变化对混凝土抗压强度影响很小，但随水胶比降低，混凝土流动性变差，浆体变粘稠，且流动性经时损失更大；

(4)砂率对高强混凝土抗压强度影响很小，但过大的砂率会造成混凝土流动性经时损失大幅增大，故在实际生产中砂率应根据混凝土包裹性及流动性损失大小进行合理选择。

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