C60清水混凝土配合比设计优化研究

C60清水混凝土配合比设计优化研究

江妮

上海城业管桩构件有限公司

摘要：清水混凝土顾名思义就是清近于水的混凝土，自身体现出一种返璞归真，回归自然的美。清水混凝土看似简单却又繁琐，必须通过苛刻的原材料选定，合理的配比优化，至高的模板工艺，细节的施工把握、精良的后期养护，才能做到清水混凝土表面光滑整洁、色泽均匀、浑然天成的观感效果。本文结合项目实例，对采用何种材料与C60清水配比设计优化进行了重点研究。结果表明：不同比例的掺合料对胶砂强度和净浆流动度都有较大影响；合理的砂率级配不仅可以增加砂石的紧密度，还可以使混凝土越发密实，流动性好，浇筑出来的样板墙也美观；高性能聚羧酸外加剂的合理掺量不仅减少混凝土的坍落度损失，而且改善了混凝土和易性，能够保证C60的扩展度始终保持在650±30MM。本文旨在为相关研究与应用提供参考。

关键词：C60、清水混凝土；配比设计优化；强度；扩展度

前言

清水混凝土早在上个世纪，就有人提出了这个概念。很多建筑师觉得材料自身呈现的特质，越发体现建筑的情感。国外建筑设计比较著名的有巴黎史前博物馆、日本国家大剧院。中国的香港汇丰银行，上海东方明珠也是典型的实例。近几年清水混凝土的应用更加普及了，很多的建筑设计采用清水混凝土，在上海就有保利大剧院，西岸龙美术馆，同济大学的汽车学院等等，这说明清水混凝土已经处于齐头并进的发展阶段。随着社会的进步，各项专业技术能力提升，清水混凝土的发展前景也越来越好。

1项目概况与关键技术难点

康力电梯测试塔工程总投资2.4亿人民币，总用地面积10263.35m2，总建筑面积25961m2，整体高度为288m。在康力电梯测试塔工程中，由于混凝土强度等级高、钢筋密集、浇筑深度高、超高层泵送等以上诸多因素要求混凝土具有较高的流动性，和易性好，且设计采用的是C60清水混凝土。如何根据选定的原材料因地制宜进行配合比设计，是该项目最为关注的关键技术。

C60清水混凝土有两大技术难点。第一就是根据行业标准《清水混凝土应用技术规程》JGJ169中当钢筋混凝土施工缝最大间距无法达到国家标准《混凝土结构设计规范》GB50010的规定时，清水混凝土标号不宜高于C40，而本文研究设计标号为C60，需充分考虑胶凝材料用量多、水化热过高会造成大概率的裂缝可能性。第二C60清水混凝土，自身有着粘聚性强，不宜泵送的特点，而本工程需要超高层泵送，对混凝土的硬性指标强度有一定的影响。综合以上两大难点，须权衡利弊，严谨的设计优化配合比。

2原材料的选定

1）水泥的选用是整个工程的重中之重，选用的水泥不仅需要强度稳定高、标准稠度用水量小，而且要与外加剂的匹配性好。本工程拟选用嘉善南方水泥厂生产的P.052.5普通硅酸盐水泥，要求采用同一批熟料，助磨剂、混合材和石膏的品种及掺量稳定不变。其主要技术参数见下表1。

表1水泥各项技术指标

4）粉煤灰采用F类Ⅰ级灰，要求质量稳定，灰质固定，颜色一致。本工程拟采用上海宝钢提供的低钙灰。主要技术指标如下表4。

表4粉煤灰各项技术指标

6）外加剂采用高减水率，与胶凝材料匹配性良好，坍损小的高性能外加剂。本工程拟采用江苏苏博特提供的PCA-I减水剂。主要技术指标如下表6。

表6外加剂各项技术指标

7）水为生活饮用水。

3C60清水混凝土配合比设计

3.1计算理论配合比

1）配制试配强度，根据fcu.o=1.15fcu.k，得出fcu.o=69Mpa。

2）根据以往经验，并通过试验确定选定水胶比为0.30适配。

3）计算用水量，结合外加剂的高减水率，还有以往的经验，来确定用水量mwo=150kg/m3。

4）计算胶凝材料用量分别为mbo=mwo/（W/B）=500kg/m3，

5）外加剂的掺量依照厂家推荐掺量?a=1.0%~1.2%。

6）根据高强混凝土配合设计要求，矿物掺合料掺量范围大致在30%~40%，具体掺量通过试验确定最优的方案。

7）砂率的选定，参考超高层泵送经验，假定砂率?s=48%。具体经试验适配确定。

8）粗、细骨料用量采用质量法进行计算，根据公式?s=mso/（mso+mgo）×100%，mfo+mco+mgo+mso+mwo=mcp，mcp=2380kg/m3；分别计算出mso=813，mgo=881；

3.2配合比优化

结合本工程，配合比设计满足配制强度及其他拌合物性能、长期性能和耐久性能外，综合考虑经济成本，尽量降低成本。根据以上理论配合比设计，首先制定了针对于混凝土强度及工作性能的技术要求，混凝土的扩展度控制在650±30MM范围。配合比设计优化主要思路为：

表7各比例材料掺量数据汇总试验

1）通过试验，研究各比例的掺量，对需水量比，净浆流动度，强度之间的曲线变化，结合现场施工确定粉煤灰与矿粉的最优掺量。各比例的材料掺量试验数据结果如表7，强度分析图如表8。

从以上数据中分析可以得出，不同组成比例的胶凝材料体系表现出的需水量比、净浆流动度、胶砂抗压强度等方面均有所不同。对于C2胶凝材料体系，可以看出需水量比小，强度高，但是流动性不行，不宜泵送，因此得适当加入粉煤灰来调整混凝土的流动性。C3需水量最大，为104%，C3的组成比例为水泥：粉煤灰=70：30，从中可以看出粉煤灰掺30%时，需水量比较大，胶砂抗压强度相对于基准C1偏低，因此粉煤灰掺量宜不宜过高；综合分析C4、C5、C6和C7对比样品的数据，根据线性回归方程与混凝土适配，确定粉煤灰掺12%，矿粉掺24%时。混凝土的和易性最佳，强度最优。这样即可减少水化热，延缓峰值，又能降低成本，经济环保。

表9不同砂率的试验分析

2）通过三种砂率的适配试验，研究砂率与砼流动性及对现场泵送情况的关系。如表9，表10。

综上分析，D1试验强度较高，但是现场泵送压力较大，流动性差，有泌水现象，不宜超高层泵送，浇筑出来的实体气泡较多，不密实，影响美观。D3流动性良好，样板美观，强度偏低，不能采用。D2强度合格，流动性良好，样本美观，适宜超高层泵送。

3）研究分析非常敏感的高性能外加剂的掺量对混凝土坍损影响，到工地的混凝土扩展度可控在650±30MM范围内。如下表11，表12。

表11C60清水高性能混凝土配合比（kg/m3）

综上分析，外加剂掺量为1.0%和1.1%的配合，坍落度损失都较大，如工地上发生一些突发状况，不能及时浇筑混凝土，会造成质量问题。而外加剂调整为1.2%，坍损最小，保坍性优，在工地现场2小时，仍可以保持扩展度在650mm。这样可以预防突发事件，尽可能的规避风险，减少损失。

3.4确定施工配合比

经过对混凝土拌合物性能与力学性能检测数据分析，同时结合以往其他项目清水混凝土配合比的数据，最终配合比确定如下表13。

表13最终配合比确定

4配合比设计分析与总结

1）不同比例的掺合料对胶砂强度和净浆流动度都有较大影响。合理的掺量不仅能增加流动性，能优化孔结构，提高抗渗性能，减慢CL-的扩散速度，抑制碱—集料反应，有效降低混凝土水化热峰值，预防温度裂缝的产生，更能降低混凝土成本，注重节能环保。

2）合理的砂率级配，可以降低混凝土的空隙率，使混凝土更加密实，增加混凝土的流动性，减少孔洞的产生，确保浇筑出来的成品无明显瑕疵。在确保强度的前提下，超高层泵送也能游刃有余。

3）高性能外加剂的掺量，不仅能大大降低用水量，提高砼强度，还能减少坍落度损失，预防风险，保证质量。

4）选择合理的流动性指标，不仅能使施工简易化，而且使混凝土的粘聚性好，不容易离析分层，使混凝土比较均匀，从而使混凝土硬化后的色泽均匀，无明显色差。结合本工程的施工情况，C60的扩展度确定在650±30MM，混凝土的和易性比较好，在轻微的辅助振捣下能很好的填充结构物，满足施工要求，确保施工质量。

5C60清水混凝土的应用前景

清水混凝土在我国还处于发展阶段，属于新潮的建筑品类材料，做清水一定要当成艺术品来做，才能体现清水的价值。康力电梯测试塔工程也于2015年底竣工，此工程用该配合比浇筑的清水混凝土，外观整洁、色泽均匀、混凝土各项指标都达标。本研究为C60清水混凝土配合比设计揭开一层神秘的面纱，让更多的人知道C60清水混凝土，让更多的建筑呈现本身的自然之美。

参考文献

[1]普通混凝土配合比设计规程[S].JGJ55-2011.

[2]清水混凝土应用技术规程[S].JGJ169-2009.

[3]混凝土结构工程施工质量验收规范[S].GB50204-2015.