C80高强高性能混凝土生产技术控制的研究与应用

徐昊，虞孝伟

（1. 上海市中民防建设工程质量监督检测中心，上海 200232；2. 吴江公兴混凝土有限公司，江苏 215221）

C80高强高性能混凝土生产技术控制的研究与应用

徐昊1，虞孝伟2

（1. 上海市中民防建设工程质量监督检测中心，上海 200232；2. 吴江公兴混凝土有限公司，江苏 215221）

本文针对上海卢湾 107、108 地块工程对于 C80 高强高性能混凝土的特殊要求，从原材料方面进行了一系列比较，通过多次试验进行了验证，最终以常规原材料确定最适宜的配合比，并在实际生产中得到了很好的应用。

高强高性能混凝土；配合比；应用

0 引言

高强高性能混凝土是伴随着建筑工程日益提高的施工要求和使用要求而产生发展的。近年来，随着现代建筑物的高层化、大跨化、轻量化、地下化以及使用环境的严酷化，对混凝土的强度和耐久性提出了更高的要求，使得高强高性能混凝土迅速发展。

高强高性能混凝土技术是国家建设部建筑新技术促进应用办公室向全国建筑业推广的 10 项新技术中的其中一项技术。它是一项新型的高技术混凝土，这项技术在国外早已大量应用于建筑业中。我国在该项技术研究方面起步较晚，到20 世纪 90 年代，高强高性能混凝土的研究刚刚起步。到 90年代末，国家建设部提出在建筑业推广应用高强高性能混凝土技术。上海的 C80 高强高性能商品混凝土的研制和使用始于 20 世纪 90 年代，并在明天广场、新上海国际大厦、华师大综合楼等工程中进行过多次小规模的使用。

卢湾 107、108 地块地处上海闹市区淮海路新天地，为两栋 24 层 99.9 米高的酒店。采用钢筋混凝土结构，其中 4～22层结构使用 C80 高强高性能混凝土。总共使用 C80 混凝土5057m3，是上海首次对 C80 高强高性能混凝土的大规模使用。该工程北面为淮海路商圈，南面为新天地娱乐休闲区，具有道路交通复杂、现场施工区域小、施工泵送高度高等特点。我们针对工程特点，对高强高性能混凝土的材料选择、配比确定和现场试验进行了探讨和研究。

1 原材料的选择

本次研究工作是 C80 混凝土在混凝土搅拌站的拌制和应用。本着混凝土成本切实可行、材料使用符合搅拌站生产和运输的需要，满足工程施工的可操作性，保证产品到场后具有良好工作性的原则。本次决定采用常规原材料进行配制，不掺加硅粉等特殊材料来提升混凝土强度；确保产品符合设计要求，不追求混凝土的超高性能。本次研究工作首先是对于原材料品种选择方面做了比较性试验，在基本确定原材料品种之后，再通过配合比的多次调整，以改善混凝土在各方面的工作性能。比较性试验处于研究工作的最初期，在个别项目上对现有的相应规程做了一定的突破。采用控制变量法，分别对所对比的变量项目进行试验，并以混凝土强度与拌合物宏观状态作为取舍依据。

1.1 P·O42.5 与 P·Ⅱ52.5 对 C80 混凝土的影响

文献表明，在配制高强高性能混凝土时，多采用纯硅52.5水泥，但考虑到 C80 高强混凝土的水泥用量相对较多，有较多水泥在混凝土中只起到填充作用，故选用强度相对较高的 P·O42.5 水泥与 P·Ⅱ52.5 水泥进行混凝土对比试验（水泥性能检验报告见表 1），观察混凝土的各项技术性能，特别是混凝土的耐久性和长期性能，增加 C80 混凝土配制时的选择面。通过对 P·O 42.5 与 P·Ⅱ52.5 进行了多次试验比较（试验数据见表 2），两种水泥都能达到设计的要求，但P·Ⅱ52.5 略高一点。从安全储备角度考虑，为了确保混凝土的质量，优先选择 P·Ⅱ52.5 水泥。

表 1 水泥的物理力学性能

表 2 P·O42.5 与 P·Ⅱ52.5 对 C80 强度的影响

1.2 不同细度模数黄砂的应用比较

黄砂的细度模数对混凝土的质量影响比较大，在普通混凝土中当黄砂的其他指标保持一定的前提下，细度模数越小，单位需水量越大，会导致混凝土强度的降低。通过对细度模数不同的黄砂做了多次试验，我们发现这种规律在高强混凝土中也同样存在，在理想状态下，混凝土的强度随黄砂细度模数的增大而提高。考虑到实际生产中细度模数过大的黄砂（如细度模数＞2.9）所拌制的混凝土可泵性较差，会影响混凝土质量，故生产 C80 混凝土的黄砂细度模数最佳选择范围为 2.6～2.9。

1.3 5～20mm 碎石针片状含量对混凝土强度的影响

粗骨料是混凝土拌合物的骨架，在一定程度上，粗骨料的好坏将决定混凝土强度的高低。考虑到混凝土拌合物必须要有良好的流动性和泵送性，所以选择粒径尺寸为 5～20mm的碎石。拌制 C80 高强高性能混凝土对粗骨料不仅要求质地均匀，立方体抗压强度高，含泥量、泥块含量要少，对于其针片状含量也有非常高的要求。由于当前的碎石生产工艺，当碎石颗粒达到 20mm 时，针片状含量大幅提高，故考虑在严格控制碎石其它指标的前提下，所采用的碎石压碎指标控制在 6% 以内。本次试验和生产所使用的碎石都是专门生产采购，专仓堆放，杜绝风化颗粒的混入，且碎石出厂前都经过严格的冲洗，确保含泥量控制在 1% 以下。在试配过程中我们可以发现对于同一矿山出产的碎石，当针片状含量不同时对混凝土强度的影响也比较大（见表 3），故当碎石的针片状含量不超过 6% 时，所拌制的 C80 混凝土其强度是有保证的。1.4 粉煤灰、矿渣粉掺量对 C80 混凝土的影响

表 3 不同针片状含量的碎石对 C80 强度的影响

在 C80 高强高性能混凝土中使用粒化高炉矿渣（矿渣粉）和粉煤灰这两种活性掺合料的双掺技术，对于混凝土的多种性能有改良作用。首先使用适量活性掺合料替代混凝土中的部分水泥，将减少 C80 混凝土中的水泥比例，从一定程度上降低了水泥水化热的产生；其次掺加矿渣粉和粉煤灰的双掺对于 C80 混凝土拌合物粘性的改善、坍落度经时损失的缓解有较大的作用；最后掺加活性掺合料对于 C80 混凝土的耐久性也有显著的改善作用（矿渣粉的性能指标见表 4，粉煤灰的性能指标见表 5）。本次试验根据工程实际对混凝土拌合物的需求，着重解决活性掺合料掺量与混凝土拌合物粘稠性的关系。拌合物性能状态以“倒锥”流动时间为依据，即＞50s 为粘稠，40～50s 为偏稠，30～40s 为松，20～30s 为偏松，＜20s 为过松。详细数据见表 6。试验表明：当不掺加矿渣粉时，混凝土拌合物表现出过好的保水性，无泌水，拌合物形状粘稠，可泵性差，制作试块也非常困难；当活性掺合料的掺量达到胶凝材料总量的 20% 后，拌合物的粘稠度有了很大的改观，保水性良好，可泵性也有所改善；随着掺量增加到 25%，各项性能持续改善，基本无泌水；当掺量达到和超过 30% 时，混凝土拌合物表现出保水性开始变差，泌水开始增多，部分混凝土泌水过多导致可泵性下降严重。因此在配制 C80 高强高性能混凝土时，矿渣粉和粉煤灰的掺量占胶凝材料总量的 25% 左右比较适宜。1.5 聚羧酸系新型外加剂在 C80 高强高性能混凝土中的应用1.5.1 外加剂的技术指标

表 4 矿渣粉的性能指标 %

表 5 粉煤灰的物化性能指标 %

表 6 不同活性掺合料掺量对C80 拌合物性状和强度的影响

根据目前上海市高强高性能混凝土的发展现状，我们选取聚羧酸盐外加剂作为配制 C80 混凝土的首选外加剂。选用上海麦斯特建工有限公司生产的 SP-8 型外加剂，性能指标如表 7。

表 7 外加剂性能指标

1.5.2 聚羧酸盐外加剂与水泥的相容性问题

我们曾专门针对适应性问题对多种水泥进行了适应性试验，结果发现各种水泥与外加剂之间的适应性差异比较大，部分水泥拌制成的混凝土其坍落度和扩展度的经时损失非常小，但也有部分水泥拌制成的混凝土其坍落度和扩展度的经时损失超过初始值的一半以上。且当水泥品种相同时，如更换不同厂家的聚羧酸盐外加剂进行混凝土拌制，其混凝土拌合物的性能差别也较大。这主要是由于聚羧酸盐外加剂的分子结构、分子链长短等的差异较大，其与水泥颗粒表面的吸附状态也不相同，所以造成减水塑化效果的巨大差异。为了防止形成误导，我们不列出试验的水泥厂家和详细数据，但明确在拌制 C80 高强高性能混凝土前，必须进行水泥与外加剂的适应性试验，在取得最佳配对后要在今后的生产中确保水泥和外加剂的成分不变。

1.5.3 外加剂掺量对拌合物的影响

由于高强高性能混凝土有较高的可泵性要求，故需要调整外加剂掺量，提高混凝土的流动度，降低混凝土的黏度，改善混凝土和易性。通过表 8 可知，当掺量达到胶凝材料的2.3% 时，混凝土的和易性与强度均比较理想。

表 8 不同外加剂掺量对混凝土拌合物的影响

2 确定混凝土原材料和配合比

通过原材料的比较选择，确定的试验配合比和力学性能如表 9 所示。

表 9 基准配合比

3 中试及相关数据采集

3.1 C80 混凝土的中试

配合比试验完成后，我们先后组织了 3 次混凝土现场中试，进行混凝土立柱浇捣试验，针对混凝土在实际浇捣中的状况对混凝土级配进行优化，使之更加适合实际生产。混凝土先后使用了汽车泵和固定泵进行了不同高度的泵送任务，获得成功。最后一次中试结果见表 10，测温见图 1。从混凝土强度、扩展度、温差等各方面指标看，均已经达到设计要求。立柱拆模后表面良好，无肉眼可见的裂缝。

表 10 混凝土中试结果

图 1 C80 立柱温度—时间曲线

3.2 中试的相关性能测试

期间，我们还针对 C80 高强高性能混凝土的其它相关性能：收缩、实体钻芯取样和弹性模量进行了试验。详见表 9。

为验证 C80 混凝土的抗高温能力，特制作一批混凝土抗压试块，经过 60 天养护后，分别在高温炉中进行升温灼烧试验。将试块放入高温炉，在设定温度中灼烧 30 分钟，然后取出自然降温到室温后进行抗压试验。设定温度从 100℃ 开始，以 100℃为增加单位逐级增加直至试验试块在高温中爆裂破坏为止。试验结果见图 2。

图 2 混凝土抗高温性能

试验证明，C80 混凝土有一定的抗高温能力，但到温度达到足够高度时（超过 800℃）混凝土爆裂，强度急剧下降，造成结构破坏无法修补，在使用时要注意。

4 工程实际应用及质量控制

与普通混凝土相比，C80 高强高性能混凝土的生产和施工并不需要特殊的工艺。但在各个环节的控制上需要更加严格的管理。为了确保该工程混凝土的顺利供应，我们专门成立了 C80 混凝土施工的管理工作小组，统筹协调各部门的工作，并制订了相应的质量控制措施：

（1）确定一个生产拌台为 C80 混凝土的专用生产机组。

（2）拌制高强混凝土使用强制式搅拌机，供应单位在每次 C80 混凝土生产前要对搅拌机进行清洗调整，并作好生产供应前的设备检查、保养维修工作，确保设备的称量精度和搅拌效率。

（3）混凝土从出料到浇捣最长时间不超过 2.5 小时，超过 2.5 小时的做退料处理，混凝土拌机出料温度不宜高于环境温度 10℃，当平均气温低于 5℃时要按照冬季低温施工的要求进行施工与养护。

（4）严格把好原材料质量关，原材料进料质量检测加倍实施。

（5）所需原材料专仓专用，砂、石堆场均铺设混凝土硬地坪，并配备良好的排水设施，认真做好砂、石堆场清理工作，防止砂、石堆场积水影响生产。

（6）砂石含水率应及时测定，每批每日至少检验一次，每次 C80 混凝土生产前 1 小时前增加检测一次，每持续生产6 小时再检测一次；如遇降雨、降雪等状况则应相应增加检验次数，并按测定值调整用水量，保证用水量的准确性。混凝土配料和拌合采用自动计量装置。

（7）每车混凝土均进行坍落度和扩展度测试，合格方可出厂，强度抗压试块每 50m3成型一组。

（8）混凝土浇筑前应再次进行坍落度和扩展度测试，对于超标的混凝土作退料处理。

整个工程共进行了 5057m3的 C80 混凝土的浇注工作。混凝土拌制采用强制式搅拌机。原材料计量全部采用电子秤计量，计量误差在可控范围内。搅拌采用每次拌制 1m3的方式，单次搅拌时间为 2min。混凝土水平运输采用混凝土搅拌车，运输距离 16.5km，运输时间一般为 0.5～1h。混凝土供应采用现场派人协调和 GPS 实时监控相结合的控制方式，确保混凝土在拌制后 1.5h 内泵送完毕。因混凝土从搅拌到浇筑时间较短，现场混凝土流动度、坍落度均在设计范围内，基本上无坍落度损失。由于 C80 高强高性能混凝土为自密实混凝土，故采用辅助振捣的方式，振捣时间也相对较短。混凝土养护采用浇水后包塑料薄膜养护，养护期 14d。整个浇筑由普通混凝土工完成，技术上无特别要求。 最高泵送高度为 92米，泵车稳定泵压在 130～150psi 左右，偶然高压为 200psi。强度统计评定见表 11、图 4。

表 11 混凝土强度评定

5 结论

（1）使用常规原材料能够配制出 C80 高强高性能混凝土。

（2）C80 混凝土所使用的黄砂细度模数不宜小于 2.6。

（3）配制 C80 混凝土需要严格控制碎石的针片状含量。

（4）配制 C80 混凝土的聚羧酸系外加剂对于水泥有较高的适应性要求，在选择水泥时需要做适应性试验。

（5）外加剂与矿渣粉和粉煤灰的双掺能调节混凝土粘稠度，掺加适当比例的矿渣粉和粉煤灰能配制出流动性良好的混凝土。

（6）高强高性能混凝土的耐火性较强，但当温度过高会产生爆裂破坏，对建筑物产生严重影响。

（7）使用常规原材料配制出的 C80 高强高性能混凝土通过测温试验表明其温差满足规范要求。

（8）使用常规原材料配制出的 C80 高强高性能混凝土的收缩性能满足规范要求。

（9）使用常规原材料配制出的 C80 高强高性能混凝土能够泵送到 92 米的高度，且出料性能良好。

（10）C80 高强高性能混凝土和易性良好，在浇筑振捣中无特殊要求，但要防止漏振和过振；浇筑完成后需采用浇水后包塑料薄膜养护。

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［通讯地址］上海市黄浦区复兴中路 593 号 2316 室（200020）

图 4 混凝土强度控制示意图 [C80, 70组]

徐昊（1976—），男，工程硕士，高级工程师，从事混凝土性能和应用研究多年，现负责建设工程质量监督工作。