C60高强混凝土配合比的优化设计

C60高强混凝土配合比的优化设计

沈杰

（广东宏晖混凝土有限公司，广州 510000）

摘要：文章以广州黄埔区凤尾村复建住宅工程为背景，对C60高强混凝土的配合比进行详细研究。通过科学的原材料选择和配合比设计，确保了混凝土性能的优越表现。通过我们的实验验证，得到的混凝土不仅在和易性上表现优越，而且在抗压强度等力学性能方面具备出色的表现。最后针对C60微膨胀混凝土的养护要求，提出了详尽的措施，以确保混凝土充分发挥其膨胀效应，提高其耐久性和抗压强度。通过本文的研究，对于类似工程的混凝土设计与施工提供了有益的经验和指导。

关键词：C60高强混凝土；配合比设计；实验设计

1 引言

C60高强混凝土，作为混凝土等级的一种，具有卓越的抗压强度、耐久性和工作性能。其在大跨度桥梁、高层建筑和其他重要工程中的广泛应用，对于提升我国基础设施的整体质量具有积极的意义[1]。混凝土的性能直接受配合比的影响，而C60高强混凝土的配合比设计则成为提高工程质量和性能的关键环节。通过精心设计和优化混凝土的组成部分，可以实现对混凝土强度、耐久性和施工性能的综合优化。广州黄埔区凤尾村复建住宅（ZSCB-C1-1地块）总承包工程作为其中的代表项目，由于施工工艺和混凝土性能的复杂性，对C60高强混凝土的配合比设计提出了更高的要求。因此，本论文旨在通过深入研究C60高强混凝土的配合比设计，探讨不同原材料及掺合料的选择、水胶比的优化以及添加剂的应用，以实现C60高强混凝土的性能最大化。

2 工程概况

广州黄埔区凤尾村复建住宅（ZSCB-C1-1地块）总承包工程位于广州市黄埔区中，项目供应混凝土总计70000m³，且C60高强混凝土方量较多，采用现浇混凝土施工工艺。而与传统预拌混凝土相比，现浇混凝土对坍落度的控制和易性的要求更为严格，对施工流程的合理安排也提出了更高的挑战。同时也需要我们设计优化C60高强混凝土的配合比来确保凝土到场和易性，控制好混凝土坍落度的损失。

3 混凝土技术要求和原材料选择

3.1 技术要求

为保证新拌混凝土具有较好的工作性能，防止产生泌水、分层、离析等问题，提出新拌混凝土坍落度要求为180±20mm且60min内坍落度不大于30mm。另外，对于混凝土制品在保持其体积稳定性的情况下，对其21d内的膨胀率提出了更高的要求。最终，在保证其28d抗压强度不低于1.15的设计强度的前提下，大幅提升其强度。

3.2 原材料选择

（1）水泥：本试验选择台泥（英德）水泥有限公司产P·II硅酸盐水泥，强度等级为42.5R。

（2）粗细集料：选用广州市顺兴石场有限公司以及清远市清城区源潭益成原料加工厂产的砂作为细集料，细度模数都为2.7，表观密度都为2630千克每立方米，堆积密度分别为1540和1480千克每立方米。粗集料还是选择广州市顺兴石场生产的5~25mm的碎石，针片状颗粒含量5%，表观密度2650千克每立方米，含泥量0.3%，堆积密度1460千克每立方米。

（3）减水剂：考虑到C60级别的混凝土通常需要更高的流动性，减水剂在提高坍落度的同时，必须维持混凝土的整体强度，确保不损害其力学性能。还要适用于不同的温度和湿度条件，能够有效抑制混凝土的早期凝结[2]。高强高性能混凝土中应用最广泛的减水剂其减水率一般在25%以上。因此，我们选用LS-JS型减水剂，其减水率高达27%。

（4）粉煤灰和矿渣：粉煤灰和矿渣在C60混凝土中的选用需具备稳定的化学成分、适度的细度和活性，确保其在混凝土中的使用不引起有害的化学反应。高硅酸含量有助于提高混凝土的强度和耐久性，而活性氧化钙含量应保持较低，以防止在潮湿条件下引起膨胀，保持混凝土的流动性。故此次的实验我们使用的粉煤灰是F类II级，矿粉为S95。

（5）膨胀剂：微膨胀混凝土是将一种特殊的膨胀剂加入到普通混凝土中，使其在水化时发生一定程度的膨胀。膨胀剂的化学成分含有钙、铝、硫等元素的复杂化合物，在混凝土水化过程中，膨胀剂能够与水泥中的钙离子发生化学反应，产生一定的膨胀力，补偿混凝土的收缩。膨胀剂性能指标见下表1。

表1 膨胀剂性能指标

此次实验我们选用HEA型膨胀剂，HEA型膨胀剂在水泥水化过程中与水泥水化产物结合，生成大量的矿物微膨胀晶体[3]。这种微膨润晶形貌不仅可以减少静水压下的渗透性，还可以起到阻隔、阻断毛细管道的作用，从而改善混凝土的密实度。另外，使用高HEA防裂膨胀剂，可以在混凝土内部生成一层特殊的憎水性涂料，这种憎水膜的存在减少了混凝土中湿气的传输，有效地减缓了水分的渗透过程。通过降低水分的迁移，HEA型抗裂膨胀剂有助于提高混凝土对有害物质的耐腐蚀性和耐久性。

（3）水：自来水。

4 配合比设计

由于C60微膨胀混凝土的水灰比小，其流动性能是影响其性能的一个重要因素。当混凝土强度等级为C60或更高时，随着水胶比的降低，其分散性逐渐增加。在标准养护环境中C60等级的混凝土，必须达到60MPa以上的抗压强度，或每平方毫米能够承受60N以上的压力。

4.1 确定水胶比

水胶比是指混凝土中水的质量与水泥浆中固体部分（水泥和掺合料）质量之间的比例。根据《高强混凝土结构设计与施工指南》的规定，混凝土的施工配制强度必须不低于设计强度的1.15倍[4]。所以，从现行规范中可推知，配制后的混凝土强度应不低于69兆帕。在实验中，我们采用了0.28～0.32的范围内的水胶比。

4.2 确定掺合料用量

本实验采用硅酸盐水泥，其中粉煤灰掺量为10%，矿渣粉掺量为15%。根据厂家提供的指示，我们选择HEA型膨胀剂，并确定其掺量为6%。试验过程中，我们采用外掺法进行操作。

为了确定每立方米混凝土的用水量，我们首先计算了掺量。根据碎石和砂的样品情况，我们查阅相关表格并确定了用水量为217kg[5]。经试验，因加入减水剂，其减水率为32%。在此基础上，选择调整为217×（1-32%)=148千克/立方米的用水量。每立方混凝土浇注料的数量见下表2。

表2 混凝土拌和物用量

4.3 确定砂率

根据所用到的碎石及砂样品的情况，我们将砂率初步暂定为37%。

4.4 粗细集料和膨胀剂的掺量

粗细集料的质量我们依据质量法来进行计算，我们假定此次试验当中水泥混凝土的表观密度为2450kg/m³，则有：（1）粗集料的质量(kg/m³)=表观密度(mcp)×1000×最大粒径(mm)÷1000；（2）细集料的质量(kg/m³)=表观密度(mcp)×1000×最大粒径(mm)÷1000-粗集料的质量(kg/m³)

通过以上公式，得到粗、细骨料的质量密度为647kg/m³、1102kg/m³。在此基础上，根据表2中的数据，计算出了每立方混凝土的标准配合比，见下表3。

表3 所得配合比

4.5 配合比的调整及确定

按照标准配合比（W/B=0.27）的比值，以标准配合比水胶比限值为±0.02，使之与标准配合比的用水量相同。试配砂率为±1%。结果表明，在不同水胶比条件下，其7天及28天的抗压强度随水胶比的增加而呈线性减小的趋势（见下图1）。

图1 混凝土抗压强度与水胶比关系曲线

5 C60混凝土的养护要求

为了确保C60高强混凝土的最佳性能，必须安排进行充分的湿养护，并在整个施工过程中维持适当的环境温度，若环境温度降至5℃以下，必须采取保温措施[6]。夏季气温较高时，为防止混凝土受到强烈的太阳暴晒和暴雨的影响，必须对砂石进行遮光。普通气温下，覆盖浇筑4h以内的混凝土，8-12h后，即可进行浇水养护。拆除模板后，必须进行适当的水分和养护，以保证混凝土的湿度和半湿态。养护时间不得少于14天，并由专人及时检测限制膨胀率。

6 结语

本研究以广州黄埔区凤尾村复建住宅工程为背景，对C60高强混凝土的配合比设计和性能进行了深入研究，并取得了显著成果。通过科学筛选水泥、粗细集料、减水剂、粉煤灰、矿渣等原材料，结合合理的配合比设计，成功优化了混凝土的流动性、易性，并在抗压强度方面取得了理想的实验效果。此次的设计方案不仅提升了混凝土的整体性能，且在实际工程施工中取得了良好的应用效果。最后，通过明确的养护要求，确保C60微膨胀混凝土在施工后能够充分发挥其性能，提高了混凝土的耐久性和抗裂性。

参考文献

[1] 佘希寿.Application and Research of Concrete Mixing Ratio Optimization Design Technology[D].湖北工业大学,2017.

[2] 王怀义.高性能混凝土配合比的几点思考[J].混凝土世界,2016,(07):98-101.

[3] 王爱彬,刘彦哲,张常军.混凝土配合比的试配及原材料的选取[J].江西建材,2014,(12):259-262.

[4] 黄舜杰.混凝土外加剂配合比的设计分析[J].混凝土,2013,(02):133-135.

[5] 黄勇.C60钢纤维泵送混凝土双掺配合比设计及工程应用[J].混凝土与水泥制品,2012,(09):65-67.DOI:10.19761/j.1000-4637.2012.09.019

[6] 时建刚,吴光蓉,孟勇军.高强超轻质混凝土配合比设计与应用[J].施工技术,2009,38(08):79-81.