［摘要］根据工程设计特点结合当地原材料情况，采用机制砂配制C50高性能混凝土，并通过优化配合比设计及合理的施工方案，成功解决了该转换层的施工难点。
1 工程概况
郑州市白庙劳教所高层住宅工程位于大铺路与文化路交叉口路东，该工程地下一层地上二十八层，是一座集办公、购物、民宅为一体的综合性大楼。本工程三层以下为框架-剪力墙结构，三层以上为剪力墙结构，转换层层高为6m，上部为二十五层的民用住宅，转换层面积1736.99m2，民用住宅面积每层749.25m2，该现浇板厚度为20cm，框架主梁平均高度2m，单根梁自重达220t，本工程转换层部分是以框支梁的形式转换的。结构梁设计上最大梁载面尺寸为：1400mm×2200、板厚为200mm，设计混凝土强度等级为C50，混凝土入泵坍落度（200±20）mm。本工程的施工难点在于结构梁配筋密集，钢筋最大间距不超过25mm（见图1），且属于大体积结构，泵送距离折合水平距离达到200m。因此要求入泵混凝土必须具有良好的流动性、和易性，同时粗骨料的最大粒径必须能通过钢筋间隙。由于受自然条件的限制郑州市周边的河砂资源含卵石率均在20%以上，大的颗粒无法通过钢筋间隙，河砂作细骨料不能满足施工要求。通过综合因素分析决定利用机制砂配制C50高性能混凝土。设计思路为:细骨料为荥阳碎石水洗机制砂，粗骨料为新密5～16mm碎石，因碎石机制砂经水洗后0.315mm颗粒被水冲走，颗粒级配不连续，适当掺入特细砂来改善细骨粒颗粒级配，以利于改善混凝土工作性。
图1 现场钢筋配置
2 原材料情况
2.1 水泥
采用辉县孟电水泥有限公司生产的P.O42.5级水泥，其物理性能见表1。
表1 P.O42.5级水泥的物理性能指标
| 比表面积(m2/kg) | 标准稠度用水量(%) | 安定性 | 凝结时间(min) | 抗折强度(MPa) | 抗压强度(MPa) |
| 初凝 | 终凝 | 3d | 28d | 3d | 28d |
| 369 | 26.3 | 合格 | 142 | 206 | 5.9 | 8.4 | 27.1 | 49.6 |
2.2 粉煤灰
采用郑州裕中热电厂F类II级粉煤灰，其主要性能指标见表2。
表2 F类II级粉煤灰主要性能指标
| 细度(%)（0.045mm方孔筛余） | 需水量比(%) | 烧失量(%) | 含水量(%) | 三氧化硫含量(%) |
| 15 | 100 | 3.21 | 0.2 | 2.14 |
2.3 矿粉
采用济源国泰微粉有限公司生产的S95级矿粉，其主要性能指标见表3。
表3 S95矿粉的主要性能指标
| 比表面积(m2/kg) | 密度(g/cm3) | 烧失量(%) | 含水量(%) | SO3(%) | 流动度比(%) | 活性指数(%) |
| 7d | 28d |
| 430 | 2.89 | 0.23 | 0.10 | 0.28 | 101 | 78.9 | 103.6 |
2.4 外加剂
采用河南新星建材有限公司生产的FN-S2缓凝高效减水剂，其主要性能指标见表4。
表4 FN-S2缓凝高效减水剂的主要性能指标
| pH值 | 净浆流动度(mm) | 减水率(%) | 含气量(%) | 28d抗压强度比(%) |
| 8.0 | 210 | 23 | 2.0 | 123 |
2.5 细骨料
采用荥阳碎石水洗机制砂，主要性能指标见表5。
表5 机制砂主要性能指标
| 表观密度(kg/m3) | 亚甲蓝试验 | 石粉含量(%) | 细度模数 | 泥块含量(%) |
| 2710 | 合格 | 2.4 | 3.1 | 0.6 |
2.6 粗骨料
采用新密5～16mm碎石，主要性能指标见表6。
表6 粗骨料主要性能指标
| 表观密度(kg/m3) | 堆积密度(kg/m3) | 针片状含量(%) | 含泥量(%) | 泥块含量（%） | 压碎值(%) | 空隙率(%) |
| 2790 | 1590 | 5 | 0.4 | 0.2 | 8.4 | 43 |
2.7 特细砂
采用中牟县弓马庄水洗砂，主要性能指标见表7。
表7 特细砂主要性能指标
| 表观密度(kg/m3) | 堆积密度(kg/m3) | 含泥量（%） | 泥块含量（%） | 细度模数 |
| 2590 | 1450 | 0.7 | 0.3 | 1.1 |
3 混凝土配合比设计
3.1 设计指标
根据该工程转换层的设计特点及施工现场的实际情况，确定混凝土的设计性能指标，见表8。
表8 混凝土设计指标
| 强度等级 | 混凝土工作性 | 28d强度(MPa) |
| 坍落度(mm) | 经时损失(mm/h) | 倒坍落度筒时间(s) | 和易性 |
| C50 | 220±20 | ≤30 | ≤15 | 良好 | ≥65 |
3.2 正交试验
为使混凝土配合比满足设计的强度等级和耐久性要求，确定影响混凝土性能的各因素之间的最佳组合，减少试验次数，并做到经济合理，采用正交设计试验方法安排试配，影响高性能混凝土性能指标的因素有许多方面，在施工工艺、养护条件一定的情况下，在试配中只考虑原材料情况，我们选择三个主要的影响因子：水胶比、矿粉掺量、特细砂掺量。各因子在可能的取值范围内取三个不同水平，见表9所示。采用L934正交表安排试验，计算出每个试验号的混凝土配合比。配合比设计按照JGJ55-2000《普通混凝土配合比设计规程》及CECS207：2006《高性能混凝土应用技术规程》标准进行设计。试配中选择混凝土强度和混凝土的工作性作为考核指标，在取得最佳组合条件后，验证混凝土其它设计指标是否满足要求。试配方案及结果见表10，试验每立方米材料用量见表11。
表9 因子水平表
| 水平 | 因子 |
| A水胶比 | B矿粉掺量(%) | C细砂掺量(%) |
| 1 | 0.32 | 20 | 20 |
| 2 | 0.35 | 25 | 30 |
| 3 | 0.38 | 30 | 40 |
表10 试配方案及结果
| 试验编号 | 因素 | 考核指标 |
| A水胶比 | B矿粉掺量(%) | C特细砂掺量(%) | 坍落度(mm) | 损失(mm/h) | 倒坍落度筒时间(s) | 和易性 | 28d强度(MPa) |
| 1 | 1(0.32) | 1(20) | 1(20) | 230 | 30 | 9 | 良好 | 68.1 |
| 2 | 1(0.32) | 2(25) | 2(30) | 215 | 20 | 10 | 良好 | 64.7 |
| 3 | 1(0.32) | 3(30) | 3(40) | 190 | 40 | 17 | 粘 | 61.3 |
| 4 | 2(0.35) | 1(20) | 1(20) | 220 | 30 | 8 | 良好 | 64.5 |
| 5 | 2(0.35) | 2(25) | 2(30) | 220 | 20 | 7 | 良好 | 62.9 |
| 6 | 2(0.35) | 3(30) | 3(40) | 195 | 40 | 18 | 粘 | 58.7 |
| 7 | 3(0.38) | 1(20) | 1(20) | 235 | 40 | 7 | 良好 | 56.2 |
| 8 | 3(0.38) | 2(25) | 2(30) | - | - | - | 离析 | 57.4 |
| 9 | 3(0.38) | 3(30) | 3(40) | - | - | - | 离析 | 49.9 |
表11 混凝土材料用量 kg/m3
| 试验编号 | 水泥 | 粉煤灰 | 矿粉 | 水 | 机制砂 | 特细砂 | 碎石 | 外加剂 |
| 1 | 376 | 60 | 109 | 175 | 540 | 135 | 1013 | 12.0 |
| 2 | 349 | 60 | 136 | 175 | 472 | 203 | 1013 | 12.0 |
| 3 | 321 | 60 | 164 | 175 | 405 | 270 | 1013 | 12.0 |
| 4 | 340 | 60 | 100 | 175 | 582 | 146 | 1006 | 11.0 |
| 5 | 315 | 60 | 125 | 175 | 510 | 218 | 1006 | 11.0 |
| 6 | 290 | 60 | 150 | 175 | 437 | 291 | 1006 | 11.0 |
| 7 | 308 | 60 | 92 | 175 | 618 | 154 | 1003 | 10.1 |
| 8 | 285 | 60 | 115 | 175 | 540 | 232 | 1003 | 10.1 |
| 9 | 262 | 60 | 138 | 175 | 463 | 309 | 1003 | 10.1 |
根据该工程特点及实际质量控制经验，考虑到原材料的质量波动，C50高性能混凝土28d抗压强度在65MPa以上，现场实际施工混凝土强度才有保证。1#配比工作性良好（图2）且强度满足设计要求，决定将1#配比用于生产。
图2
图3
图4
图5
4 混凝土生产施工质量控制
为保证现场施工的混凝土质量，我们在生产施工混凝土过程中采取如下措施：
（1）由于高性能混凝土对原材料要求严格，因此提前备好原材料，对进厂原材料质量严格控制，并派专职试验员对生产过程中的原材料随时检查，对不符合设计要求的原材料坚决停用。
（2）生产开始前，搅拌班按时对计量系统进行校准，并上报生产部。
（3）试验员一天两次测定砂、石含水率。
（4）对每车混凝土进行出厂前检验，凡是工作性不能满足设计要求的必须经调整后方可出厂，确保混凝土出厂时质量均匀、稳定。
（5）混凝土运输到施工现场后，我方技术人员和甲方、监理、及施工单位人员一起对混凝土进行检验，符合要求后才允许入泵浇注。同时我方派一名专职现场调度与施工单位协调沟通，合理安排车辆，确保出厂混凝土在1.5h浇注完毕。
（6）施工单位对进场商品混凝土进行详细记录，混凝土必须在最短的时间内均匀无离析的从搅拌运输车内排出，搅拌车的排料速度和输送泵的送料速度相匹配；混凝土试块的取样应分别从车载混凝土总量的1/4和3/4处获取，并进行相应的坍落度试验。
（7）因主结构梁钢筋密集无法插入振动棒，浇注前事先插入振动套管（图3、4），以便于使主结构梁底部混凝土得到振实。现场采用高频振捣器进行振捣（图5），当混凝土浇注至主梁配筋密集处时，采用二次振捣及二次抹面，确保混凝土密实性。混凝土抹面后立即覆盖，防止风干和日晒失水。终凝后，开始持续保湿养护。施工严格按相关规范进行。
(8)混凝土浇注完毕后立即铺草袋洒水养护，使混凝土表面始终处于湿润状态。养护天数不少于14d。此次浇注过程中混凝土工作性能相当好，流动性与粘聚性均满足施工要求，混凝土入模后具有较好的流动性，易于振捣密实。浇注完毕后混凝土构件表面无泌水现象，浇注工作圆满成功。14d后脱模构件表面光滑明亮，无明显气泡，无孔洞存在（图6、7）。
图6
图7
5 试验结果及评定
5.1 混凝土抗压强度试验
此次转换层浇注共制作了18组28d标养试件，根据GBJ107-87《混凝土强度检测评定标准》进行评定，如表12所示。
表12 混凝土强度评定
| 组数 | 平均值mfcu（MPa） | 标准差sfcu（MPa） | 最小值(MPa) | 评定标准 | 系数 | 评定结果 |
| λ1 | λ2 |
| 18 | 60.5 | 4.26 | 58.4 | mfcu-λ1sfcu≥0.9fcu，k
fcu，min≥λ2fcu，k | 1.65 | 0.85 | 合格 |
5.2 混凝土抗渗试验
试验时制作了两组抗渗试件，其28d抗渗试验结果见表13。
表13 混凝土抗渗性能试验
| 编号 | 最大水压(MPa) | 最大透水高度(mm) |
| 1 | 1.0 | 23 |
| 2 | 1.0 | 45 |
试验证明，机制砂具有优良的抗渗性能，抗渗性能优良说明混凝土内部结构密实，混凝土内部孔隙少，耐久性好，达到高性能混凝土要求。
5.3 混凝土抗碳化性能试验
混凝土抗碳化性能试验，其结果见表14。
表14 混凝土抗碳化性能试验
| 编号 | 使用溶液 | 28d碳化深度(mm) |
| 1 | 1%酚酞溶液 | 0 |
| 2 | 1%酚酞溶液 | 0 |
| 3 | 1%酚酞溶液 | 0.5 |
| 4 | 1%酚酞溶液 | 0 |
混凝土的抗碳化性能强弱取决于CO2气体的扩散速度和CO2与混凝土水化产物的反应，这与混凝土的水灰比、内部密实度及混凝土的环境温湿度条件有直接关系，再次证明机制砂高性能混凝土内部的密实性[7]。
6 结语
（1）机制砂复合适当比例的特细砂能配制出工作性能良好的高性能混凝土。
（2）用机制砂配制高性能混凝土时必须控制好机制砂的石粉含量及细度模数，并选择与水泥适应性良好的高效减水剂，掺入适量的活性掺合料，降低水胶比来获取好的工作性、强度及耐久性。
（3）用正交设计试验方法配制高性能混凝土可以更大程度探索各种因素影响混凝土强度和工作性能的规律，并找出最佳的参数组合。
参考文献
[1] 吴中伟，廉慧珍．高性能混凝土[M]．北京：中国铁道出版社，1999.
[2] 冯乃谦．高性能混凝结构[M]．北京：机械工业出版社，2004.
[3] JGJ55-2000．普通混凝凝土配合比设计规程[S].
[4] CECS207:2006．高性能混凝土应用技术规程[S].
[5] JGJ52-2006．普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准[S].
[6] GBJ107-87，混凝土强度检测评定标准[S].
[7] 武鹏飞，张连英，陈正宇．机制砂在预拌混凝土中的应用研究[J]．混凝土，2007(4):71.
