浅谈C100高强混凝土的配置研究

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摘要：高强混凝土是采用普通混凝土的施工工艺、材料，另掺高效复合外加剂和活性掺合料配制而成，本文简要介绍了高强混凝土的特点、原材料要求、配合比设计、施工工艺，并给出用南宁本地的材料成功配制出c100高强混凝土的配合比。

关键词：高强混凝土；原材料；配合比；施工工艺

近些年来，随着建筑技术的发展，建筑物趋向高层化、大型化和大跨度发展，因此，高强混凝土也得到广泛的应用。尽管国际上C100级高强混凝土的配制技术比较成熟，国内在试验室也已经成功配制出C100～C150高强混凝土，但迄今为止，还没有一个普遍认可或通用的高强混凝土配比的设计方法。本文根据南宁本地区原材料的供应情况(主要是砂、石、水泥)，以及其他原材料的市场情况，通过试配和优化、反复修改后确定一个较佳的配合比。

1 高强混凝土的特点

1.1 强度高、节省材料

高强混凝土的抗压强度很高，可使钢筋混凝土柱和拱壳等以受压为主的构件的承载力大幅度提高。在受弯构件中，可降低截面的受压区混凝土高度。从而使构件截面减小，降低结构自重，增加有效使用面积，适用于大跨、重载、高耸等工程结构。

1.2 流动性高、早期强度高

高强混凝土在配制过程中使用高效减水剂等，能同时增加混凝土的坍落度和早强的性能，可采用商品混凝土和泵送等机械化施工工艺。由于高强混凝土具有早期强度高的特点，施工中可以早期拆模，缩短拆模时间，加速模板的周转，缩短施工周期，提高施工速度。

1.3 良好的耐久性

由于高强混凝土的低水灰比(水胶比)，与普通混凝土相比有较高的密实性，抗外部侵蚀能力强，能承受恶劣的环境条件，提高结构的使用寿命。但是，高强混凝土受压时表现出较小的塑性和更大的脆性，随着混凝土等级提高，这一特征越明显。因此，在配制高强度混凝土时，不能单纯地追求抗压强度的高指标，而应兼顾混凝土在工程结构上所需要的其他力学性能指标。

2 原材料要求

2.1水泥

配制高强混凝土用的水泥宜选用标号不低于52.5的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。由于一般的混合水泥已加入一定数量的活性与非活性矿物掺合料，而这些掺合料的数量和质量不一定符合配制高强混凝土的要求，所以最好采用纯硅酸盐水泥，并按要求在配制时加入规定数量的高质量掺合料。水泥进场后，必须进行复验，合格方可使用。

2.2 骨料强度和粒径

骨料包括粗骨料和细骨料。对混凝土强度的影响主要来自于粗骨料，细骨料的影响相对要小些。对于高强混凝土来说，骨料的性能对混凝土的抗压强度起到决定性的制约作用。试验表明应选用坚硬密实的岩石碎石作粗骨料，并且最大粒径通常为20mm，最好在12～15mm。细骨料应该选用洁净的中粗砂，最好是圆形颗粒的天然河砂。细度模数在2.7～3.1左右为宜，容量1420kg/m3左右。空隙率在42%左右。

2.3 超细活性矿物掺和料

超细活性矿物掺和料是高强混凝土中除砂、石、水泥、水、外加剂以外的第六种组分。通常的掺和料有粉煤灰、硅粉和磨细粒化高炉矿渣。它们具有相当高的活性，可以改善混凝土的工作性能和密实性，提高混凝土强度，代替部分水泥，并且掺量一般较大。可以提高混凝土强度，改善混凝土的工作性能和密实性等，对于强度提高而言，硅粉作用效果更为明显。

粉煤灰的作用可使对混凝土不利的Ca(OH)2转换为水化硅酸钙C-S-H组分。而物理作用是指粉煤灰的微集料效应与形态效应，它可以改善集料的级配、流动性及密实性。配制高强混凝土必须选用一级粉煤灰。粉煤灰的掺量为水泥重量的15%～30%。硅粉是电炉生产硅或硅铁合金的副产品，细度极高，比表面积达20～25×103/kg，要比水泥细两个数量级。硅粉中非结晶SiO2含量极高，在混凝土中起活性反应料和填料两种作用，比水泥活性高1～3倍，掺量为水泥重量的5%～15%，一般可取10%。

2.4 高效减水剂

配制高强混凝土应该选用减水率大、增强率高、引气性低的高效减水剂。高效减水剂是在不影响混凝土工作性的前提下，具有大幅度减水和增强作用的外加剂，保持相同流动性情况下一般减水率可达巧15%～30%；目前较为广泛使用的高效减水剂，主要有五种类型:①改性木质素磺酸盐高效减水剂，这类减水剂资源丰富，价格较低，具有一定的缓凝与引气性，可满足泵送，超量则过度缓凝或引气，与水泥有相容性问题。②蔡系高效减水剂。泌水性小，坍落度损失速率快，不缓凝，有时异常，对铝酸盐水泥不适应，早强好，增强好，不能用于耐火混凝土。③密胺树脂系高效减水剂。引气性小，泌水性小；坍落度损失速率较快；不缓凝，无异常，对水泥适应性好，早强较快，增强好；可用于耐火混凝土。④氨基磺酸盐系高效减水剂。无引气性，泌水性小，超掺量易泌水，坍落度损失明显降低，保塑性好；对水泥适应性明显提高，早强更快，增强好。⑤聚羧酸盐系高效减水剂，轻微引气性，泌水性小，坍落度损失最小，保塑性强，轻微缓凝，良好的增强作用，具有抗缩性。后两种为目前较为先进、属于新型高效减水剂，尤以聚梭酸盐系高效减水剂的性能为佳。

3 配合比的设计

高强混凝土的配合比必须满足混凝土的强度，耐久性要求以及施工工艺要求的和易性，可泵性，凝结时间、控制坍落度损失等。通过试配确定，并应通过现坍试验合格后，才能正式使用。高强混凝土配制通常采用“硅酸盐水泥+超塑化剂+活性超细矿物掺合料”这一方法。首先设定胶凝材料用量、水胶比、含砂率，然后用容重法计算出砂石的数量，最后在试验过程中通过调整高效减水剂的品种和掺量使拌合物的工作性满足要求。

3.1 C100高强混凝土的试配

(1)C100高强混凝土配合比设计。根据《高强混凝土结构设计与施工指南》给出的标准差估计公式可得：σ=3.2+0.025fcu=3.2+0.025×100=5.7MPa，因此，试配前高强混凝土的标准差按5～6MPa估计，那么试配混凝土的目标强度为fcu,m=fcu,k+l.645σ=108-110MPa。试配时，留置7d和28d试块，同时考虑到高强混凝土早强特点，7d强度达不到80MPa，即调整配合比，着手进行下一组混凝土试配工作。

(2)本试验实际配置配合比。试验初期所用水泥为南宁华润水泥厂生产的 P.O 52.5硅酸盐水泥，外加剂采用南宁能博公司生产的聚羧酸高效减水剂和硅粉，粗骨料石子选用南宁武鸣生产材料，细骨料采用钦州河砂，并且为过筛去除泥块的中粗砂，粗骨料石子的颗粒和粒径经过精挑细选，为5～2Omm连续级配的石灰岩碎石,并且经过水洗晒干，没有使用粉煤灰。试配初期，混凝土强度始终徘徊在90MPa上下。观看试块破坏现象发现，粗骨料基本上全部被劈裂，后重新进行调整配合比得到了满足强度要求的配合比4，见表1所示。此配比高效减水剂用量为水泥掺量的4.06%，水胶比W/B=0.16，砂率SP=0.50，具有良好的和易性，坍落度为230mm可满足强度要求和施工要求。

表1高强混凝土的配合比设计

4 高强混凝土的施工工艺

4.1 高强混凝土的拌制。（1）投料顺序及搅拌工艺：高强混凝土具体拌制工序为:砂+石子+水泥+硅粉(或粉煤灰)干拌（搅拌1分钟）90%的水+减水剂（搅拌2分钟）10%的水（搅拌4～5分钟）。（2）严格控制施工配合比，原材科按重量计，要设置灵活，准确的磅秤，坚持车车过秤。（3）高强混凝土搅拌时，应准确控制用水量，应仔细测定砂石中的含水量并从用水量中扣除，不得随意加水。（4）高效减水剂可用粉剂，也可制成溶液加入，并在实际加水时扣除溶液用水，加入采用后掺法。（5）保证拌合均匀，采用强制式搅拌机拌和，特别注意确保搅拌时间充分。

4.2 高强混凝土运输与浇筑。由于高强混凝土坍落度损失快，必须在尽可能短的时间内施工完毕，这就要求在施工过程中精心指挥，有严密的施工组织，从搅拌、运输、浇筑几个工序之间要协调作业，各个环节要紧扣，保证1个小时内完成。同时密实性对混凝土的强度至关重要，在施工过程中为保证混凝土的密实性，要采用高频震捣器。根据结构截面尺寸分层浇筑，分层震捣。

4.3高强混凝土的养护。为避免高强混凝土因早期失水而降低强度及由于内外温差过大造成表裂缝，要加强施工阶段养护。高强混凝土浇筑完毕后，在8小时内浇水养护。浇水次数应维持混凝土结构表面湿润状态，浇水养护日期不得少于14d。如果浇注时间在冬季，则要延长拆模时间，采取保温措施，不得遭受冻害损失。

5结语

（1）高强混凝土应选用质量稳定、强度等级不低于52.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,每立方米混凝土中的胶凝材料总用量500～700kg，水泥含量过高，由此产生过高的水化热，可能会抵消水泥对强度的贡献，另外也易引起开裂问题。

（2）为了达到高强度,混凝土的水灰比一般要在0.4左右,这样可使水泥石具有足够的密实度。高效减水剂是高强混凝土不可缺少的组分, 是降低混凝土水灰比的必须材料, 掺量为胶凝材料总重的0.8%～2%。

（3）超细矿物质掺合料是高强混凝土的功能组分之一。其可以调整水泥颗粒级配,起到增密、增塑、减水和火山灰效应，改善骨料界面效应，提高混凝土的强度。硅粉和天然沸石粉的适宜掺量约10%，磨细矿渣约25%，粉煤灰约32%。

（4）混凝土随粗骨料最大粒径、针片状颗粒含量和含泥量的减少混凝土强度会增大。配制高强混凝土的粗骨料最大粒径不应大于25mm，针片状颗粒含量不应大于5.0%，含泥量不应大于0.5%，每立方米混凝土中的粗骨料用量1050～1100kg。

（5）细集料中的含泥量、泥块和颗粒较细都会加大混凝土的用水量和高效减水剂的用量，加大混凝土干缩，降低混凝土的强度。细集料的细度模数宜大于2.6,含泥量不应大于2.0%,砂率在34%～39%。砂率较低，将会引起混凝土流动性的降低。

（6）减水剂的含量明显过高对强度不一定有利，尽管产品使用说明中为有利。减水剂的品种和掺量对拌合物的流动性起决定性影响。坍落度受外界温度、湿度、风速等因素的影响较大。

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