对高强混凝土材料及施工工艺的探讨

摘　要：对高强混凝土的技术特点、组成材料和施工工艺进行探讨，并结合工程实例对控制要点进行了具体的分析和阐述。

关键词：高强混凝土；材料；施工工艺　　　　

　　近年来，受工业化、城市化和人口增长对工程建设的需要所驱使，混凝土技术得到了迅速发展。自20 世纪90 年代起，通过使用高效减水剂和矿物掺和料(粉煤灰、硅粉等) ，大幅度降低了混凝土的水灰比，使混凝土强度大大提高，由此产生了高强混凝土，并在施工中得到越来越广泛的应用。

1 　高强混凝土的技术特点

    高强混凝土是指用常规的水泥、砂石为原料，使用一般的制作工艺，主要依靠高效减水剂或同时掺入一定数量的矿物材料，使新拌混凝土具有良好的工作性，在硬化后具有高强性能，强度等级在C60～C100 之间的水泥混凝土。

    与普通混凝土相比，高强混凝土具有以下特点：

    (1) 强度高，变形小，适用于大跨、重载、高耸结构

    (2) 耐久性和抗渗、抗冻性好，能承受恶劣环境条件考验

    (3)能减小截面尺寸，大大降低结构自重和提高结构刚度。

    高强混凝土的配置技术要求较高，对水泥、砂、石和外掺剂、掺加料均有较严格的要求，且环境温度、拌和工艺、运输、浇筑、养护等因素对其质量均有影响，施工需有相应的质量管理水平。

2 　高强混凝土配制的材料要求

2. 1 　高效减水剂

    强度等级超过C60 的高强混凝土，水灰比已经很低(强度80MPa 的混凝土水灰比小于0. 3) 且对强度非常敏感，混凝土流动性和坍落度主要依靠减水剂来调节，所以，高效减水剂的使用对配制高强混凝土有着至关重要的作用，主要有：

(1) 在保证混凝土工作性及水泥用量不变的条件下，可大幅度减少用水量。

(2) 在保证混凝土用水量及水泥用量不变的条件下，可增大混凝土拌和物的流动性。

    当前施工中，一般选用非引气性高效减水剂，如国产的UF、KNF、FDN、SN、SM 等，用量一般掌握在水泥用量的0. 8 %～2. 0 %左右。

2. 2 　水泥

    配制高强混凝土时，水泥用量一般在450 ─550 kg/ m3 之间，水泥中铝酸三钙[ 3CaO·Al2O3 ]的含量小于8 %为好， 其细度适中即可。配制C60 等级及以上的高强混凝土，应至少采用普硅42. 5 号、硅酸盐42. 5 号水泥或更高标号的水泥配制。

2. 3 　骨料

    骨料的性质与混凝土性质密切相关，骨料的强度、孔结构、颗粒形状和尺寸、骨料的弹性模量等都直接影响该混凝土的相关性质。大体上，混凝土强度上限随石料的强度成正比例提高。因此在配制高强混凝土时，对骨料的选择和要求是比较严格的，目前，粗骨料多采用坚固石灰岩(抗压强度100～ 120MPa) 和花岗岩(抗压强度120～140MPa) ;颗粒大小宜选用小粒径骨料，粒度分布应尽可能达到密实填充，这是因为小粒径的粗骨料与水泥浆接触界面相对狭窄，过渡层更窄，其间不易形成大的缺陷。国外一般认为其最大粒径不宜超过10 mm ，我国现行规范规定不超过31. 5 mm ，通常取20 ～25 mm。细骨料应选用洁净的、颗位接近圆形的天然中粗河砂， 细度模数2. 6～3. 2 为好;同时，砂的级配应当好，大于5 mm 和小于0. 31 mm 的数量宜少，否则级配较差，使得成型的混凝土强度偏低。最好0. 6 mm ，累计筛余大于70 % ，0. 315 mm 累计筛余达到90 % ，0. 15 mm 累计筛余率达98 % ，此外，天然砂较人工砂需水量小，对硬化后期混凝土强度的增长有利。

2. 4 　掺合料

    在高强混凝土中掺加粉煤灰可提高混凝土拌合物工作度，减少用水量，使混凝土中空隙减小，提高其强度和抗渗性，另外，也可减少混凝土本身的收缩，施工中对粉煤灰要求其烧失量小于5 % ，Mg 含量小于5 % ，SO₂ 小于5 % ，掺量一般为水泥重的10 %～30 %。

2. 5 　拌合水

    水中不应含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质，一般来说PH > 4 的水即可使用。水的用量有严格限制，一般控制水灰比(W/ C) 小于0. 35 ，对强度80MPa 的混凝土其水灰比小于0. 3 。

3 　拌和要求

    高强混凝土施工宜采用强制拌和方式，并运用二次投料法拌和，同时使用电子计量和自动上料设备，确保拌合物的均匀性和满足设计配合比要求。

4 　施工的环境气候和时间

    高强混凝土拌合物粘度大、凝结硬化快，受环境气候影响敏感，坍落度损失快，提高施工难度，所以选择适宜温度条件和控制施工时间是十分必要的措施。

5 　实际应用

    在省内一座互通式立交桥20 m 边跨的施工中采用了预应力高强混凝土空心板结构。该预应力高强度空心板长20 m ，宽2 m ，高0. 65 m ，设计混凝土强度等级为C80 ，预制施工于2001 年5 月16 日开始，6 月16 日结束。

5. 1 　施工所用材料

水泥：采用42. 5 号普通硅酸盐水泥，水灰比为0. 289 ;

细骨料：选用质地坚实级配良好的信阳河砂，细度模数2. 6 ，砂率为0. 28 ，过筛后用水冲洗;

粗骨料：选用质地坚实级配良好的0. 5～1 cm和1～2 cm 石灰岩碎石，最大粒径不超过2 cm ，针片状颗粒不超过5 %。

掺合料：选用1 级粉煤灰。

减水剂：选用FDN 型高效减水剂。

5. 2 　拌和工艺

(1) 施工中选用了如下配合比，如表1 。

                                               表1 　配合比

(2) 采用J S500 强制式拌合机，配用电子计量的自动上料机，用水量采用以秒计的自动加水器计量，并扣除减水剂溶液和砂石料中的含水量。配料方法采用二次投料工艺： 第一次投料：投入经计量的碎石和砂，喷淋式洒水W1 = 70 %W ，搅拌1. 5 min。第二次投料：在搅拌机转动条件下投入经计量的水泥和粉煤灰，喷淋洒水W2 = 30 %W ，搅拌1. 5 min ，使各种原材料混合均匀，其后，投入高效减水剂溶液，搅拌不少于30 s。自开始投入骨料到卸混凝土拌合物，历时约4 min。

(3) 控制混凝土施工温度和时间

①夏季施工混凝土浇筑时间安排在夜间，施工温度控制在18 - 28 ℃。

②控制每盘混凝土搅拌、运输、浇筑、振捣时间在23 min 之内，不超过混凝土初凝时间。

③每槽3 块空心板连续施工，缩短第一、三块空心板混凝土浇筑间隔时间，便于控制钢绞线放张时对拱度的影响。

表2 　混凝土试件抗压强度

④认真做好坍落度的控制

    设计坍落度为120 mm 至150 mm ，实际坍落度超出设计范围±30 mm 以外的混凝土禁止使用，按此管理办法，曾作废3 盘不合格的混凝土，纠正了坍落度偏大现象。

(4) 混凝土试件强度统计与强度检验评定

    监理抽检混凝土试件抗压强度如表2 。从第1 槽到第10 槽，混凝土生产条件保持一致性，根据《公路工程质量检验评定标准》的规定，采用数理统计方法评定混凝土强度，结论为评定合格。

参考文献：

[ 1 ] 　J TJ053 - 94. 公路工程水泥混凝土试验规程[ S] .

[ 2 ] 　J TJ071 - 98. 公路工程质量检验评定标准[ S] .

[3 ] 　张应立. 现代混凝土配合比设计手册[M] . 北京：人民交通出版社，2002.