C高性能混凝土配合比设计和施工控制技术

C高性能混凝土配合比

设计和施工控制技术 Hessen was revised in January 2021

C50高性能混凝土配合比设计和施工控制技术

肖希新屈文强

随着社会经济的发展，山区经济建设也随社会大潮而突飞猛进，山区高速公路的修建也是日新月异，质量要求也越来越高。面对中国就样一个多山国家，面对这样一个前景广阔的市场，我们深深感到这是路桥人的一种机遇，也是一种挑战!

混凝土是现代土建工程中最主要的建筑材料，据估计，我国每年的混凝土年用量达5亿立方米以上。近几年来，随着工程发展的需要，在大高度，大跨度，大荷载等方面，混凝土发展呈现出由高强混凝土（HSC）向高性能混凝土（HPC）发展趋势。这主要是因为高强度混凝土本身存在的缺点不符合和不能满足工程的需要，其主要缺点包括：（1）脆性，易于开裂和突然破坏；（2）由于水灰比小带来的工作性（流动性，可泵性，均匀性等）差；（3）单位水泥用量大带来的稳定性和经济性问题；（4）由于体积稳定性差（收缩，膨胀）带来的耐久性问题。而高性能混凝土则克服了以上缺点，具有易于浇注，捣实而不离析，高超的、能长期保持的力学性能，高早期强度，高韧性，体积稳定，在严寒环境中使用寿命长等优点。因此即使在不良的结构细节和施工条件下，高性能混凝土也能增强混凝土结构的可靠性。

高性能混凝土与高强度混凝土相比，从单一重视强度到工作性，耐久性与强度并重，还可根据工程要求，突出一二种性能，而这靠传统的组分，普通的拌合，浇注与养护方法是不可能配制出的。高强高性能混凝土是混凝土技术的一个重要发展方向，它适应现代工程结构向大跨、高耸、重载发展和承受恶劣环境条件的需要，符合现代施工技术采用工业化生产（工厂预拌混

凝土，工厂预制构件）的要求。然而，虽然目前高强高性能混凝土试验室的配制已达到一定的水平，但在实际工程中应用的却并不是太广，究其原因主要有三点：一是各地水泥差异比较大，与外加剂之间的相融性、可掺性不一；二是施工现场与试验室环境相差太大，三是高强高性能混凝土在用料和配制技术上与低强混凝土之间存在根本差异。考虑到以上原因及C50高性能混凝土对本项目的特殊意义，我部认为研究C50高性能混凝土的配合比设计并对施工技术进行总结，不仅能解决工程项目的就地取材的难题，对以后进行类似桥梁项目的施工也能提供一定的技术支撑和保障，而且具有较大的推广前景和重要的经济价值并为工程设计人员提供参考和可资遵循意见。

一、C50高性能混凝土配合比设计

1、水泥混凝土的形成原理及优缺点

水泥混凝土强度形成原理

水泥混凝土是由水泥及粗、细集料和水按适当比例拌合，在需要时掺加适宜的外加剂、掺合料等配制而成。其中水泥起胶凝和填充作用，集料起骨架和密实作用，水泥与水发生化学反应而生成具有胶凝作用的水化物（主要是3Cao·2SiO2·3H2O胶体），将集料颗粒紧密粘结在一起，经过一定凝结、硬化后形成的人造石材。

水泥混凝土的优点

混凝土具有许多优点，可以根据不同的而要求配制不同性能的混凝土；在凝结前具有良好的可塑性，可以浇筑成各种形状和大小的构件或结构物；与钢筋有牢固的粘结力，能制作钢筋混凝土结构和构件；硬化后有比较高的强度和良好耐久性；其粗、细集料可以就地取材，便于降低成本。

2、高强高性能混凝土的设计要求及原材料的设计参数

混凝土的设计要求

①混凝土强度等级必须满足《公路桥涵施工技术规范》及施工图纸箱梁、T梁设计要求，28天立方体抗压配制强度达到。

②混凝土在克服远距离运输的条件下较好的满足现场施工的要求，混凝土的塌落度应控制在140mm以上，且新拌混凝土出厂后1h内基本无塌落度损失。

③根据合同工期要求，箱梁、T梁的施工周期应控制在7天左右，每片梁浇注养生5天后必须进行张拉作业，因此混凝土5天张拉强度必须达到设计强度的90℅（45MPa）。

④考虑隆昌地区夏季炎热、冬季寒冷的实际气候条件，混凝土应具有较好的温差适应性能。

原材料的设计参数

集料

混凝土中集料体积大约占混凝土体积的70%，由于所占的体积相当大，所以集料的质量对混凝土的技术性能和生产成本均产生一定的影响，在配制C50高性能混凝土时，对集料的强度、级配、表面特征、颗粒形状、杂质含量、吸水率等，必须认真检验，严格选材，特别对水泥与混凝土强度等级比值的选用关系到水灰比的大小（即每立方米水泥用量）。这样才能配制出满足技术性能要求的高强混凝土，同时又能降低混凝土的生产成本。

a、细集料

砂材质的好坏，对高强混凝土的拌合物和易性的影响比粗集料要大。优先选取级配良好的江砂和河砂比较干净，含泥量少，砂中石英颗粒含量较多，级配一般都能符合要求。山砂一般不能使用，山砂中含泥量较大且含有

较多的风化软弱颗粒。砂的细度模数宜控制在之间。试验中我们发现当砂的细度模数小于时，在同等条件下拌制的混凝土拌合物显得太粘稠，不利于施工中振捣，且细砂在满足相同和易性要求时，增大了水泥用量。这样不但增加了混凝土的成本，而且影响混凝土的技术性能，如混凝土的耐久性、收缩裂缝等;当砂的细度模数在以上时，容易引起新拌混凝土的运输浇筑过程中离析及保水性能差，从而影响混凝土的内在质量及外观质量。C50混凝土细度模数控制在之间最佳。另外还有注意砂中杂质的含量，不如云母、泥的含量过高，不但影响混凝土拌合物的和易性，而且影响混凝土的强度、耐久性，引起混凝土的收缩裂缝等其他性能。含泥量不超过2%，云母含量小于1%。根据以上指标，结合隆昌地区实际情况，项目部决定采用泸州小关门码头的中粗砂，其技术指标见下表：

细集料技术指标

b、粗集料

粗集料的强度、颗粒形状、表面特征、级配、杂质的含量、吸水率对

C50混凝土的强度有着重要影响。

首先，配制C50混凝土对粗集料的强度的选取是十分重要的，高强度的集料才能配制出高强度的混凝土。应选取质地坚硬、洁净的碎石。其强度可用岩石立方体强度或碎石的压碎指标值来测定，岩石的抗压强度应比配制的混凝土强度高50%。一般用碎石压碎指标值来间接判定岩石的强度是否满足要求。碎石的压碎指标值应（小于20%）。

其次，粗集料的颗粒形状、表面特征对C50混凝土的粘结性能有着较大的影响。应选取近似立方体的碎石，其表面粗糙且多棱角，针片状总含量不超过8%.混凝土强度形成过程中最薄弱的环节就是水泥石和集料界面的粘结，只有当集料的表面粗糙、粒径适中，才能提高了混凝土的粘结性能，从而提高了混凝土的抗压强度。

再者，集料的级配也是影响混凝土强度的一项重要因素。集料的级配是指各粒径集料相互搭配所占的比例，其检验的方法是筛分。级配是集料一项重要的技术指标，对混凝土的和易性及强度有着很大的影响。研究表明，最大粒径增大时，石子的总表面积减少，因此包裹其表面的所需的水泥浆体也减少，可节约水泥，且在一定的和易性及水泥用量下可减少用水量而提高强度，但当需配制高强度混凝土（大于C40）时，使用粗集料最大粒径超过时，对强度并没有好处，因为此时由于减少用水量而获得的强度提高被大粒径骨料造成的不均匀性和较少的粘结面积的不利影响所抵消。配制C50混凝土最大粒径不宜超过25mm，因此C50高强度混凝土一般的水泥用量在420-500kg/m3，水泥浆较富余，由于大粒径集料比同重量的小粒径集料表面积要小，其与砂浆的粘结面积相应要小，其粘结力要低，且混凝土的均质性差，所以一般情况下大粒径集料不可能配制出高强高性能混凝土。集料的级配要符合要求且集料的空隙要小，尽量选取体积密度较大者使用。