高性能粉煤灰混凝土配制技术

摘　要：简要介绍国内外配制和应用高性能粉煤灰混凝土的经验， 提出在选材、 配比、 施工方面应该注意的问题。
关键词：高性能混凝土　粉煤灰　配制技术
分类号：TU528.2　文献标识码：B
文章编号：1005-8249(2000)01-0064-03 ▲

　　使用高性能混凝土，可以满足各种高、大、新、特工程的需要，大幅度降低原材料消耗和工程成本。国家建设部已将开发利用高性能混凝土列为当前建筑业10项新技术之一，要求在近期内较普遍地推广应用。
　　最近笔者研究了近百家研制应用高性能粉煤灰混凝土的经验，他们的共同作法是注意抓好原材料选择、配合比设计和现场施工三大环节，科学、严谨地作好每一项具体工作。

1　原材料选择

　　配制高性能砼，应选用好的或比较好的原材料。
　　水泥　　水泥是砼的主要胶凝材料。当前，我国配制高性能砼，多数使用525号普通水泥，用其配制的砼，最高抗压强度可达100MPa(不是C100)。如果配制C100砼，则需要使用625号或更高标号的水泥。配制C60以下砼，也有使用425号普通水泥或矿渣水泥的。
　　掺合料　　配制高性能砼，大都要使用活性掺合料，既作次胶凝材料取代部分水泥，又作功能组分改善和提高砼性能。当前，我国使用的掺合料主要有硅粉、超细矿渣和粉煤灰等。粉煤灰材料易得，价格低廉，性能又不错，因此，应用得较为普遍。配制高性能砼应该选用经过分选或磨细的Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰和高钙粉煤灰，也有一些单位如中建四局科研所利用细度较小(符合Ⅱ级灰标准)、含碳量偏高的粉煤灰成功配制了抗压强度达70MPa以上的高性能砼。有些单位以粉煤灰为主料，配以少量硅粉、超细矿渣制成的超细复合掺合料，效果更好。
　　细集料　　多用河中砂。没有河中砂，经过试验也可使用粗砂、细砂、山砂或人工砂。砂的含泥量一般应小于1%，泥块含量小于0.5%。其它有害物质含量须符合有关技术标准的规定。
　　粗集料　　粗集料约占砼的50%，其质量对高性能砼影响非常明显。国内外多用质地坚硬、粒形较好的碎石。其立方体抗压强度大于砼抗压强度的1.5倍，压碎指数多在8.5%以下，(砼强度低于60MPa的，也可适当放宽)；石子最大粒径多为20～25mm，都是连续级配；针、片状颗粒含量低于6%；石子含泥量应小于1%；其它有害物质含量须符合有关技术标准规定，不应使用可能导致碱-集料反应的活性集料，必须使用时要有可靠的技术保证措施。关于石子表面特征对砼性能的影响，有的资料^［1］显示，卵石表面光滑，与砂浆粘结力较差，用其配制的砼，抗压强度有一定下降，对抗拉强度和弹性模量影响更大；也有一些试验和根据我国现行规范及同济大学的经验公式^［2］计算结果，使用卵石与碎石，对砼强度影响不大。孰优孰劣，尚需结合当地材源，通过试验确定。
　　外加剂　　大多采用高性能复合外加剂，既能增强减水，又能保证新鲜砼具有必需的和易性和保塑性，还要使硬化后的砼有足够的耐久性。国外一些单位研制使用的超塑化剂性能较好。我国一些单位研制的高效减水剂等，有的减水率等于或大于25%，可使砼的水灰比降低0.25左右。
　　水　　应使用洁净的饮用水。

2　配合比设计

　　试配强度的确定　　高性能砼多用于重要工程，其配制强度应有很高(≥95%)的保证率。美国一些重要工程的试配强度(MPa)为；R_配=(R_标+8.3)×现场条件与试验室条件差异系数(最低为1.1)，其试配强度较设计强度提高约30%^［3］，日本用于重要工程的高强商品砼，R_配=R_标’+T+1.732σ，式中：R_标为订货标号，较设计标号提高一个档次；T为温度调整系数，σ为砼强度标准差^［4］，西欧一些国家如瑞典一些质量控制很好、出厂砼强度达到“免检”水平的预拌厂配出的砼实际强度>配制强度>设计强度，实际强度较设计强度至少高13%，强度等级低的，两者相差60%^［1］。相比之下，我国现行配制强度公式f_cu,o=f_cu,k+1.645σ(GB50204-92)或f_cu,o≥f_cu,k+1.645σ(JGJ/T55-96)给出的试配强度可能偏低。主要原因是对现场条件同试验室条件配制出的砼强度差异没有重视或重视不够。这一差异，国外一些发达国家的有关标准已假定它们的比值为0.75～0.9^［5］；我国上海天地特建材有限公司、水利部小浪底工程等质量控制很严或较好的单位，现场砼与试验室砼的强度比值也分别为0.88、0.85^［6，7］。
　　低用水量与低水胶比　　这是高性能砼设计的一个重要原则。由于高效减水剂的掺入，配制大流动度砼，用水量也多在150kg/m³左右，较普通砼降低15～25%，水胶比也随之下降。水胶比与抗压强度的大体关系是：C40～C50砼，水胶比>0.35；C50～C60砼，水胶比为0.35～0.30；C60～C80砼，水胶比≤0.3；最小为0.24。
　　水泥用量与粉煤灰掺量　　配制C40～C80粉煤灰砼，水泥用量大多在500kg/m³以下，与C20～C40普通砼大体持平，这对改进砼性能与节约水泥有利。减下的水泥由粉煤灰等活性掺合料代替。粉煤灰取代水泥的方法，高钙灰和Ⅰ级灰多为等量取代，Ⅱ级灰多为超量取代。根据国内资料分析，粉煤灰取代水泥率f=5～10%时，砼28天强度多高于或等于基准砼；f=10～20%时，砼28天强度与基准砼相等或稍低；f>25%时，28天强度下降较大。一些需要早强的砼，只要选用相应的外加剂和配制得当，都是可以实现的。目前多数单位取代水泥率为10～15%，一些大体积砼、蒸汽养护砼、需要降低水化热砼、抗碱-集料反应砼和抗硫酸盐类腐蚀砼，粉煤灰取代水泥率都有所提高，有的高达30～50%。
　　砂率　　一般高性能砼砂率为33～40%，大流动度自密实砼高达45～50%。由于部分砂被粉煤灰取代，实际砂率有的大大低于上述范围。
　　胶骨比　　高性能砼是富配合砼，胶凝材料较多而骨料较少。石子用量一般为1000～1100kg/m³，自密实砼只有700～800kg/m³；砂子用量一般为500～600kg/m³。所以砼的胶骨比较之普通砼平均提高约50%，比基准砼也多有提高。这对于改进砼性能是必须的。但是如果胶骨比过高，不仅造成浪费，还会对砼诸多性能带来不利影响。
　　外加剂掺量　　根据使用说明书并通过试验确定。
　　配合比的最后确定　　为了保证砼配合比的科学性、可靠性，经过计算、试配选定的高性能砼配合比，还需要经过多次重复试验证，有的还要通过中试、模拟试验才能确定下来。

3　施工技术与管理

　　一些使用高性能砼历史较久的国外专家、学者、学术团体从调查研究和自身经验中，深深体会到“要生产一种特定的、密实的、均匀优质而又经济的砼，确实需要高超的知识和技能……，认为只要具有操纵铲子，拌和水泥、集料和水的能力的工人，就能制备砼，这种原始方法制备的砼，无论技术上还是经济上都是不可靠的”。(［美］SANDORPOPOVICS)；“有些工程建设时间不长，几年或十几年就出现令人担忧的质量问题”，这些“受耐久性之害的工程，有一半是由于施工上的缺陷(如)不严格执行配合比，不认真浇注、振捣及养护……、钢筋位置不准和折模时造成的”(日本砼工程学会)。我国高性能砼的研制应用起步较晚，但已积累总结了许多经验，并在有关技术规范、规程中作出了规定。90年代以来，一些单位施工的高性能砼，其施工技术和质量控制都已达到相当高的水平，如上海金茂大厦的C50、C60砼，抗压强度标准差分别只有1.08～2.67MPa、2.36～2.96MPa，变异系数最小1.82%，最大4.19%；沈阳和泰大厦C80砼，平均抗压强度89.1MPa，强度标准差4.87MPa，变异系数5.47%。
　　根据经验，高性能砼现场施工应注意以下各点：
　　选用先进的搅拌机械，如强制式或倾卸式搅拌机；
　　要有可靠的计量装置，尽量采用机械上料，计算机计量与管理；
　　对进场原材料严格进行质量检验；
　　各种原材料要按配合比盘盘计量，特别应注意不能在搅拌中或使用时另外加水；
　　要按既定顺序上料，不能随意简化或更改；
　　搅拌时间要比普通砼有较大延长，以搅拌均匀为准；
　　长距离运输应采用搅拌车而不能使用翻斗车；现场运输道路应平整以减少巅簸离析；作好泵送规划与管理；
　　砼从出机到浇筑完毕时间，按有关规定，气温低于25℃时不超过90min，气温高于25℃时不超过60min；
　　作好模板、钢筋的检验及保护；
　　选择适用的振捣器，严格按操作规程办事，做到不漏振、不过振、振捣密实；
　　高性能粉煤灰砼，自然潮湿养护时间不低于14天，蒸汽养护要采用科学的制度，作好炎热、低温时的养护；
　　作好现场试验取样、试样制作、养护和试验工作，真实反映工程砼的性能；
　　作好强度统计及质量验评工作，并对砼施工质量控制水平作出分析评价，总结经验教训，不断提高配制水平。■