對高強混凝土材料及施工工藝的探討

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摘　要：對高強混凝土的技術特點、組成材料和施工工藝進行探討，并結(jié)合工程實例對控制要點進行了具體的分析和闡述。

關鍵詞：高強混凝土；材料；施工工藝　　　　

近年來，受工業(yè)化、城市化和人口增長對工程建設的需要所驅(qū)使，混凝土技術得到了迅速發(fā)展。自20 世紀90 年代起，通過使用高效減水劑和礦物摻和料(粉煤灰、硅粉等) ，大幅度降低了混凝土的水灰比，使混凝土強度大大提高，由此產(chǎn)生了高強混凝土，并在施工中得到越來越廣泛的應用。

1 　高強混凝土的技術特點

高強混凝土是指用常規(guī)的水泥、砂石為原料，使用一般的制作工藝，主要依靠高效減水劑或同時摻入一定數(shù)量的礦物材料，使新拌混凝土具有良好的工作性，在硬化后具有高強性能，強度等級在C60～C100 之間的水泥混凝土。

與普通混凝土相比，高強混凝土具有以下特點：

(1) 強度高，變形小，適用于大跨、重載、高聳結(jié)構(gòu)

(2) 耐久性和抗?jié)B、抗凍性好，能承受惡劣環(huán)境條件考驗

(3)能減小截面尺寸，大大降低結(jié)構(gòu)自重和提高結(jié)構(gòu)剛度。

高強混凝土的配置技術要求較高，對水泥、砂、石和外摻劑、摻加料均有較嚴格的要求，且環(huán)境溫度、拌和工藝、運輸、澆筑、養(yǎng)護等因素對其質(zhì)量均有影響，施工需有相應的質(zhì)量管理水平。

2 　高強混凝土配制的材料要求

2. 1 　高效減水劑

強度等級超過C60 的高強混凝土，水灰比已經(jīng)很低(強度80MPa 的混凝土水灰比小于0. 3) 且對強度非常敏感，混凝土流動性和坍落度主要依靠減水劑來調(diào)節(jié)，所以，高效減水劑的使用對配制高強混凝土有著至關重要的作用，主要有：

(1) 在保證混凝土工作性及水泥用量不變的條件下，可大幅度減少用水量。

(2) 在保證混凝土用水量及水泥用量不變的條件下，可增大混凝土拌和物的流動性。

當前施工中，一般選用非引氣性高效減水劑，如國產(chǎn)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

配制高強混凝土時，水泥用量一般在450 ─550 kg/ m3 之間，水泥中鋁酸三鈣[ 3CaO·Al2O3 ]的含量小于8 %為好， 其細度適中即可。配制C60 等級及以上的高強混凝土，應至少采用普硅42. 5 號、硅酸鹽42. 5 號水泥或更高標號的水泥配制。

2. 3 　骨料

骨料的性質(zhì)與混凝土性質(zhì)密切相關，骨料的強度、孔結(jié)構(gòu)、顆粒形狀和尺寸、骨料的彈性模量等都直接影響該混凝土的相關性質(zhì)。大體上，混凝土強度上限隨石料的強度成正比例提高。因此在配制高強混凝土時，對骨料的選擇和要求是比較嚴格的，目前，粗骨料多采用堅固石灰?guī)r(抗壓強度100～ 120MPa) 和花崗巖(抗壓強度120～140MPa) ;顆粒大小宜選用小粒徑骨料，粒度分布應盡可能達到密實填充，這是因為小粒徑的粗骨料與水泥漿接觸界面相對狹窄，過渡層更窄，其間不易形成大的缺陷。國外一般認為其最大粒徑不宜超過10 mm ，我國現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定不超過31. 5 mm ，通常取20 ～25 mm。細骨料應選用潔凈的、顆位接近圓形的天然中粗河砂， 細度模數(shù)2. 6～3. 2 為好;同時，砂的級配應當好，大于5 mm 和小于0. 31 mm 的數(shù)量宜少，否則級配較差，使得成型的混凝土強度偏低。最好0. 6 mm ，累計篩余大于70 % ，0. 315 mm 累計篩余達到90 % ，0. 15 mm 累計篩余率達98 % ，此外，天然砂較人工砂需水量小，對硬化后期混凝土強度的增長有利。

2. 4 　摻合料

在高強混凝土中摻加粉煤灰可提高混凝土拌合物工作度，減少用水量，使混凝土中空隙減小，提高其強度和抗?jié)B性，另外，也可減少混凝土本身的收縮，施工中對粉煤灰要求其燒失量小于5 % ，Mg 含量小于5 % ，SO2 小于5 % ，摻量一般為水泥重的10 %～30 %。

2. 5 　拌合水

水中不應含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害雜質(zhì)，一般來說PH > 4 的水即可使用。水的用量有嚴格限制，一般控制水灰比(W/ C) 小于0. 35 ，對強度80MPa 的混凝土其水灰比小于0. 3 。

3 　拌和要求

高強混凝土施工宜采用強制拌和方式，并運用二次投料法拌和，同時使用電子計量和自動上料設備，確保拌合物的均勻性和滿足設計配合比要求。

4 　施工的環(huán)境氣候和時間

高強混凝土拌合物粘度大、凝結(jié)硬化快，受環(huán)境氣候影響敏感，坍落度損失快，提高施工難度，所以選擇適宜溫度條件和控制施工時間是十分必要的措施。

5 　實際應用

在省內(nèi)一座互通式立交橋20 m 邊跨的施工中采用了預應力高強混凝土空心板結(jié)構(gòu)。該預應力高強度空心板長20 m ，寬2 m ，高0. 65 m ，設計混凝土強度等級為C80 ，預制施工于2001 年5 月16 日開始，6 月16 日結(jié)束。

5. 1 　施工所用材料

水泥：采用42. 5 號普通硅酸鹽水泥，水灰比為0. 289 ;

細骨料：選用質(zhì)地堅實級配良好的信陽河砂，細度模數(shù)2. 6 ，砂率為0. 28 ，過篩后用水沖洗;

粗骨料：選用質(zhì)地堅實級配良好的0. 5～1 cm和1～2 cm 石灰?guī)r碎石，最大粒徑不超過2 cm ，針片狀顆粒不超過5 %。

摻合料：選用1 級粉煤灰。

減水劑：選用FDN 型高效減水劑。

5. 2 　拌和工藝

(1) 施工中選用了如下配合比，如表1 。

表1 　配合比

(2) 采用J S500 強制式拌合機，配用電子計量的自動上料機，用水量采用以秒計的自動加水器計量，并扣除減水劑溶液和砂石料中的含水量。配料方法采用二次投料工藝： 第一次投料：投入經(jīng)計量的碎石和砂，噴淋式灑水W1 = 70 %W ，攪拌1. 5 min。第二次投料：在攪拌機轉(zhuǎn)動條件下投入經(jīng)計量的水泥和粉煤灰，噴淋灑水W2 = 30 %W ，攪拌1. 5 min ，使各種原材料混合均勻，其后，投入高效減水劑溶液，攪拌不少于30 s。自開始投入骨料到卸混凝土拌合物，歷時約4 min。

(3) 控制混凝土施工溫度和時間

①夏季施工混凝土澆筑時間安排在夜間，施工溫度控制在18 - 28 ℃。

②控制每盤混凝土攪拌、運輸、澆筑、振搗時間在23 min 之內(nèi)，不超過混凝土初凝時間。

③每槽3 塊空心板連續(xù)施工，縮短第一、三塊空心板混凝土澆筑間隔時間，便于控制鋼絞線放張時對拱度的影響。

表2 　混凝土試件抗壓強度

④認真做好坍落度的控制

設計坍落度為120 mm 至150 mm ，實際坍落度超出設計范圍±30 mm 以外的混凝土禁止使用，按此管理辦法，曾作廢3 盤不合格的混凝土，糾正了坍落度偏大現(xiàn)象。

(4) 混凝土試件強度統(tǒng)計與強度檢驗評定

監(jiān)理抽檢混凝土試件抗壓強度如表2 。從第1 槽到第10 槽，混凝土生產(chǎn)條件保持一致性，根據(jù)《公路工程質(zhì)量檢驗評定標準》的規(guī)定，采用數(shù)理統(tǒng)計方法評定混凝土強度，結(jié)論為評定合格。

參考文獻：

[ 1 ] 　J TJ053 - 94. 公路工程水泥混凝土試驗規(guī)程[ S] .

[ 2 ] 　J TJ071 - 98. 公路工程質(zhì)量檢驗評定標準[ S] .

[3 ] 　張應立. 現(xiàn)代混凝土配合比設計手冊[M] . 北京：人民交通出版社，2002.