摘要：本文介紹了針對河北省重點工程--燕都大酒店設(shè)計采用的高性能混凝士的技術(shù)和施工要求，用石家莊地區(qū)525' 普通硅酸鹽水泥、當(dāng)?shù)爻Ｓ玫纳笆?，配制C60、C65級高強流態(tài)混凝士的試驗研究結(jié)果。在燕都大酒店工程的梁、樓板、墻板和柱子等結(jié)構(gòu)部位使用高強流態(tài)混凝土約3萬m³。對高溫季節(jié)施工時高強流態(tài)混凝士的塌落度經(jīng)時損失控制，冬季施工時與高強混凝士相適應(yīng)的防凍劑選擇進行了討論。提出高強流態(tài)混凝士配合比設(shè)計時，應(yīng)充分考慮各組分的體積比例，特別是水泥漿的體積比例，以獲得良好的和易性，力學(xué)性能和體積穩(wěn)定性。

　　一． 前言

　　混凝土材料一直向著輕質(zhì)、高強、高耐久方向發(fā)展。本世紀八十年代，日本東京岡村甫教授等提出了高性能混凝士的概念，并研究出工作性好，施工時只需輕微振搗或免振的自密實混凝士，從而保證混凝土具有良好的物理力學(xué)性能和長期耐久性。此后，高性能混凝士受到了各國混凝土材料研工作者和建筑施工界的高度重視，被稱為是跨世紀的建筑材料。

　　對于高性能混凝土的理解，由于各國研究的方向不同，所謂的"高性能"含義也盡不相同，但其基本內(nèi)容包括良好工作性、高強度，高耐久性和耐腐獨性，好的體積穩(wěn)定性等。便如美國ACI規(guī)定高性能混凝土的抗壓強度要大于55Mpa，且具有較高的耐化學(xué)腐獨性； 加拿大對大摻量粉煤灰高性能混凝土及其應(yīng)用研究較多；日本則更重視好的工作性和耐久性。目前，從我國高性能混凝土的研究與應(yīng)用來看，高性能主要體現(xiàn)在良好的工作性和高強度方面。例如具有代表性的工程深圳國貿(mào)大夏采用的C60流態(tài)泵送混凝土，"八.五"重點工程北京西安站也采用了C60泵送混凝土，用量達4000m³。上海、沈陽等地也都有成功使用高強泵送混凝土的實例。C60級高強流態(tài)混凝土仍處在研究與試用階段，加之我國地域廣闊、各地原材料及施工管理水平相差很大，很多問題需要從理論和實踐上進行不斷研究。

　　二． 工程概況

　　燕都大酒店是河北省重點工程，該工程結(jié)構(gòu)設(shè)計跨度大，混凝土強度等級高，基礎(chǔ)以上至+4760m以下梁、板、柱混凝土強度均為C60，各樓層后澆帶混凝土強度設(shè)計等級為C65，整下工程C60混凝土用量超過3萬m³。地下部分工程中C60鋼盤混凝土柱由于設(shè)計承重較大，設(shè)計鋼盤綁扎密集，且按照施工組織要求，采用定型柱模，柱子模板一次支成，中間不留施工洞口，因而要求C60級新拌混凝土具有很好的和易性和自密實性。施工時采用國產(chǎn)"中聯(lián)版"混凝土輸送泵進行混凝土泵送施工，要求C60 級新拌混凝土具有很好流動性和流動性保持能力，在90min內(nèi)混凝土塌落度基本上不損失。為保證C60高強大流態(tài)混凝土施工的順利進行，中建一局六公司與武漢大學(xué)北京研究生療聯(lián)合成立了高性能混凝土課題研究組結(jié)合石家莊地區(qū)原材料特點及施工管理水平，進行了大量實驗室和現(xiàn)場模擬研究，取得了良好的結(jié)果。為今后河北省推廣應(yīng)用高性能混凝土提供了經(jīng)驗和示范作用。

　　三． 原材料

　　1． 水泥

　　選用質(zhì)量穩(wěn)定的回轉(zhuǎn)窯生產(chǎn)的525普通硅酸鹽水泥，綜合運輸、質(zhì)量、生產(chǎn)和成本等因素，選用下述3種水泥作為試驗用水泥和施工備選水泥。

　　C1：冀東525R普通硅酸鹽水泥

　　C2：邯鄲525R普通硅酸鹽水泥

　　C3：石家莊市水泥廠525普通硅酸鹽水泥

　　上述3種水泥的化學(xué)成分、膠砂強度列表1、2。

　　2． 砂

　　選用石家莊市本地正定產(chǎn)河砂，細度模數(shù)為2.6-2.9，含泥量0.8%，表現(xiàn)密度ds=2.62g/cm³，吸水率2%，松散容量Ys=1510kg/m³。

　　3． 石子

　　試驗選用兩個石廠的石子，都是單粒徑級配碎石，粒徑為10-20mm，視比重dg=2.65g/cm³，松散容重Yg=1400kg/m³，石子粒形較好，針片狀含量低。石子的壓碎指標7%。

　　4． 泵送劑

　　選用北京創(chuàng)之星技術(shù)發(fā)展集團生產(chǎn)的TOP403 高強泵送劑和石家莊本地產(chǎn)HF-3 泵送劑。主要成分都是B-萘磺酸鹽甲醛縮合物，要求縮合度為9-11，塑化效果好，引氣量低，塌落度損失小，增強效果明顯。

　　5．摻和料

　　用純水泥，特別是邯鄲525R普通硅酸鹽水泥配制高強混凝土?xí)r，新拌混凝土黏度大，和易性差，塌落度損失不易控制，水化放熱集中。為綜合改善新拌混凝土的和易性和硬化混凝土的體積穩(wěn)定性，試驗采用了內(nèi)蒙赤峰電廠的I級粉煤灰，涿州通達建筑材料廠的磨細礦渣，比表面積為4500cm³/g，以及湖北產(chǎn)硅灰，其化學(xué)成分如表4所示。

　　四． 試驗結(jié)果與討論

　　1． 水泥品種的選擇

　　水泥作為膠結(jié)材料，由于其化學(xué)和礦物成分不同，對于混凝土硬化前的可施工性和硬化后的物理力學(xué)性能及耐久性有重要影響。所以，水泥質(zhì)量的好壞是決定混凝土能否達到高強、高性能的差鍵。冀東525普通硅酸鹽水泥是北方地區(qū)在配制高強混凝土?xí)r經(jīng)常采用的質(zhì)量較好的水泥，用它配制C60級大流態(tài)混凝土質(zhì)量較易控制和保證。但由于價格較貴和運輸問題，施工單位希望采用本地的邯鄲水泥廠的525普通硅酸鹽水泥，或石家莊水泥廠產(chǎn)普通525硅酸鹽水泥。

　　從配制高性能混凝土角度選用水泥，除要求水泥具有較高的膠砂強度以外，更重要的是要求水泥礦物組成中C3A和C4AF含量不能太高，堿含量要盡量低。上述幾種水泥配制混凝土試驗結(jié)果如表4。結(jié)果表明，3種水泥強度指標都能滿足要求，同樣條件下C3表現(xiàn)出更好的工作性。

　　2． 新拌混凝土和易性和塌落度損失

　　泵送混凝土的塌落度損失問題是一直困擾工程施工的重要問題目前，雖然有一些措施控制新拌混凝土的塌落度損失，但由于我國水泥品種復(fù)雜，加上不同廠家的水泥的化學(xué)和礦物組成有較大區(qū)別，還沒有一個統(tǒng)一有效的方法解決各種塌落度損失問題。采用高效減水劑與緩凝劑復(fù)合是實用可行的控制塌落度方法，選擇適當(dāng)緩凝劑的品種與摻量是解決問題的關(guān)鍵。選擇緩凝劑的類型應(yīng)以水泥的礦物成分和石膏的性質(zhì)為依據(jù)。我們通過選擇合適縮合度的減水組分與特殊的緩凝組分，并采用了優(yōu)質(zhì)摻和料，有效地控制的塌落的損失。部分試驗結(jié)果如表5。

　　燕都大酒店工程混凝土泵送全部采用國產(chǎn)中聯(lián)片泵，C60混凝土塌落度損失快堵泵現(xiàn)象，有時，混凝土出機后3小時入泵，仍能順利泵送。泵送過程中，混凝土混合物均勻穩(wěn)定、流動性好，無離析分層現(xiàn)象，最大泵送壓力不超過20-21Mpa左右。從現(xiàn)場泵送效果來看，C60混凝土完全可以用國產(chǎn)輸送示進行泵送。

　　3． 高性能混凝土配合比設(shè)計問題

　　近幾年大流態(tài)高強混凝土的研究不斷深入，應(yīng)用范圍逐漸擴大，C50-C60級大流態(tài)高強混凝土的配合比已悄是神秘的技術(shù)。在有關(guān)高強混凝土的文獻中，多數(shù)是在試驗基礎(chǔ)上提出高強混凝土的配合比設(shè)計原則和各種原材料的用量范圍，還沒有一種統(tǒng)一的適用于各種材料的方法。一個設(shè)計合理使用效果也好的配合比在另一個地區(qū)或另一個工程中可能完全不適用。綜合我國經(jīng)常采用的高強、高性能混凝土設(shè)計方法和ACI提出的高強混凝土設(shè)計方法，在設(shè)計高性能混凝土?xí)r，以下幾點引起注意和進一步研究。

　?。?）以假定容重法設(shè)計高性能混凝土配合比時，應(yīng)反向計算各組材料的體積之和（包括含空氣體積）是否為1m³，如超出或不足應(yīng)加以修正。特別是在采用摻合料（粉煤灰、礦渣和硅灰）等取代水泥后，由于摻和量的比重與水泥不同，取代后膠結(jié)材的體積發(fā)生變化，此時，應(yīng)根據(jù)膠結(jié)材體積之變化調(diào)整砂子用量以保持總體積不變。

　　（2）為保證新拌混凝土具有良好的和易性、硬化混凝土的強度與耐久性，設(shè)計基礎(chǔ)配合比時應(yīng)計算混凝土中水泥漿體積分數(shù)。水泥漿體積過大（>400L）， 新拌混凝土雖流動性好，但易產(chǎn)生離析，硬化混凝土體積變形大；水泥漿體積過?。?lt;310L）造成新拌混凝土和易性變差。表5中混凝土配比用體積表示時見表6，水泥漿體積Vp=Vc+VFA+VSO+VSF+Fa，砂漿體積Vm=Vp+Vs 石子空隙體積Vk=G ×(1-Yg/dg)/Yg。砂漿撥開系數(shù)K=Vm/Vk。水泥漿體積約為350L，石子撥開系數(shù)在1.5-1.8之間，與美國P. K. Mehta教授提出的水泥漿與骨料體積比應(yīng)與35：65相一致。

　?。?）高性能混凝土設(shè)計是以絕干狀態(tài)原材料為基礎(chǔ)，實際加水量等于計算拌和水扣除砂、石全部含水量。由于不同砂石含水狀態(tài)和吸水率不同，相同配合比采用不同原材料時，新攔混凝土的和易性和硬化混凝土強度會表現(xiàn)出明顯區(qū)別?？紤]到砂石內(nèi)部的水分對新拌混凝土的流動性無任何貢獻，所以，扣除砂石含水時應(yīng)只扣除其飽和面干以外的含水。實際上，美國、日本等國家的混凝土配合比設(shè)計都是以飽和面干狀態(tài)為準。兩種扣除拌和水的方法的結(jié)果使水灰比相差0.02-0.04之多，對低水灰比（≤0.35）混凝土而言，這對流動性和強度的影響都是不可忽略的。

　　4． 高性能混凝土冬季施工用防凍劑

　　高強流態(tài)混凝土在冬季施工時應(yīng)如何考慮防止凍害，保證混凝土質(zhì)量是個新問題。高強混凝土的特點是早強、高強，常混下C60級混凝土3天強度可達40-60Mpa，而且新拌混凝土的水灰比低，游離水分少，不象普通混凝土那樣容易受到凍害，因此，普通混凝土用防凍劑不宜用于高強混凝土。

　　常用混凝土防凍濟（防凍泵送劑）含有較多鹽，如亞硝酸鈉、硫酸鈉等，這些鹽在防止新拌混凝土受到凍害的同時，堿帶入混凝土中，容易引起堿集料反應(yīng)。另外，作為防凍組分的鹽對混凝土的后期強度有不利影響，鹽越多后期強度下降約大，見表7。

　　在燕都大酒店C60混凝土冬季施工中，使用的防凍泵送劑中只有適量的防凍組分，保證了混凝土冬季施工質(zhì)量，又保證高強混凝土后期強度正常發(fā)展，也消除了發(fā)生堿集反應(yīng)的隱患。結(jié)果見表8。

　　五． 結(jié)論

　　1． 針對燕都大酒店高強高性能混凝土試驗研究結(jié)果與工程實踐表明，石家莊地區(qū)的原材料完全可以配制出質(zhì)量穩(wěn)定的C60級高強流態(tài)混土。消除了設(shè)計、施工單位對C60大流動性混凝土使用的疑慮，為今后本地區(qū)使用高強流態(tài)混凝土起到模范和促進作用。

　　2． 燕都大酒店工程C60級高強、高性能混凝土成功地應(yīng)用在結(jié)構(gòu)的柱、梁、樓板、墻板、突破了以前高強混凝土用于梁、柱等小截面構(gòu)件的局限，表明C60級高強流態(tài)混凝土能夠在結(jié)構(gòu)上廣泛使用。

　　3．采用優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細礦渣或硅灰配制高性能混凝土，有利于新拌混凝土的和易性，容易控制混土，有利于新拌混凝土的和易性，容易控制混凝土的塌落度損失，改善硬化混凝土的體積穩(wěn)定性。冬季施工應(yīng)采用高強混凝土專用的凍泵送劑。

　　4．高強高性能混凝土的施工必須有一套嚴格完整的質(zhì)量保質(zhì)體系。首次使用C60級大流動性混凝土的施工單位最好與有關(guān)科研單位合作以保質(zhì)施工質(zhì)量。