高强混凝土工程的质量控制

上海建工四建集团有限公司 上海 201103

高强混凝土通常是指强度等级不低于C60的混凝土。与普通混凝土相比，高强混凝土不仅可以减小混凝土结构尺寸，减轻结构自重，因此在超高层建筑中广泛使用。然而，影响高强混凝土质量的因素很多，从原材料选择、配合比设计、拌制、运输、泵送到浇筑、养护，所有环节都必须采取专门的措施。

1 高强混凝土质量概述[1-8]

高强混凝土的成品质量与混凝土配比和施工工艺密切相关，在满足强度要求的前提下，应特别注重混凝土的施工性能，混凝土应易于泵送与浇筑，浇筑质量应均匀密实，混凝土流动性与抗离析性能应进行合理的平衡。

根据多年来的从业经验归纳，影响高强混凝土质量的主要因素主要有以下几个方面：

（a）配合比设计及原材料。如混凝土胶凝材料、骨料的级配、砂率、水灰比、外掺料、外加剂等；

（b）生产环节。如投料顺序、搅拌量、搅拌时间等；

（c）施工环节。如混凝土的运输、泵送、浇捣、养护等。

除上述因素以外，对高强混凝土的检测技术也影响到高强混凝土质量的评判。为了保证高强混凝土的质量，总包单位必须事先对高强混凝土的生产商进行考察，并参与高强混凝土的生产、使用全过程控制。

2 高强混凝土原材料和配合比控制

2.1 原材料

2.1.1 胶凝材料

高强混凝土的配制一般采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥强度等级应不低于42.5级。应优先采用回转生产的水泥，水泥贮存不宜超过3 个月。

作为胶凝材料的组成部分，矿物掺合料的质量同样十分重要。高强混凝土常用的外掺料为粉煤灰、磨细天然沸石岩、磨细矿渣和硅粉等。例如，在南京紫峰大厦工程的C70高强混凝土配制中，我们选择了南京市场质量稳定品质最优的梅宝S95矿粉和华能电厂的一级粉煤灰作为掺合料。

2.1.2 骨料

骨料的选择对高强混凝土质量影响很大。骨料自身的强度、颗粒形状和含泥量对高强混凝土的材料性能和强度至关重要。由于粗骨料石子中含有天然纹理和缺陷，因此选用较小粒径的粗骨料，高强混凝土所采用的粗骨料粒径不宜大于25 mm。我们在107、108项目的C80混凝土配制以及在南京紫峰大厦C70混凝土配制时选用的都是粒径5～20 mm的石子。

此外，骨料的级配优劣对高强混凝土的工作性影响很大，必须严格控制。由于混凝土是地方性材料，例如在广东地区粗骨料的质量较好，而在有的区域就较差，因此为了保证高强混凝土的质量，首先要选择优质的原材料，例如我们在南京试配C70混凝土时，经过比选我们没有采用当地普遍使用的石灰石矿，而是选择了镇江茅迪的玄武岩石料。

2.1.3 外加剂

外加剂是配制高强混凝土十分重要的原材料，随着外加剂技术的发展，聚羧酸系外加剂为高强、高性能混凝土的生产提供了可能。外加剂的品种选择和掺量控制须通过试配来确定。

2.2 配合比设计

2.2.1 胶凝材料的比例确定

一个好的配合比中，胶凝材料构成的体系也应符合最紧密堆积理论。从参与水化情况来看，复合体系的粒径分布应该在工作性与充分发挥活性之间有一个最佳平衡点。水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉分别以不同的质量分数复合组成复合胶凝体系，测定其需水量、强度等物理性能指标，从而发现它们的最佳匹配关系。在选定水泥牌号的基础上，要对不同比例的胶凝材料用同掺量的外加剂进行净浆流动度比较。

2.2.2 水灰（胶）比确定

较普通混凝土而言，高强混凝土的配制一般需要较高的水泥用量和较低的用水量，但也并非水灰比越低越好。根据我们在多个工程中的经验表明，高强混凝土的水灰比一般控制在0.25～0.4，具体情况要根据强度等级、外加剂的减水性能、混凝土的流动性需求等因素而定。当使用液体外加剂时，外加剂的用水量应考虑在水灰比中。

2.2.3 砂率

砂率一般在所要求的混凝土性能的范围内取最小值。高强混凝土的砂率比普通混凝土小，一般为26%～32%，当然，如果配制大坍落度或流态高强混凝土，则应选择较大的砂率，可达32%～40%。

2.3 混凝土的试配

高强混凝土在生产前要经过试配确定配合比，毕竟小试的研究与实际的大规模生产有很大的不同，如何将将小试的配比、混凝土状态应用到拌站的实际生产中，直至应用于工地现场，都需要参与各方摸索一些经验数值。

我们在南京配制C70混凝土时，进行了3 次中试。为了模拟实际施工情况，第一次中试我们制作了2 根柱的试验。在28 d龄期时，对柱进行了钻芯取样，结果3 个芯样强度分别为：62.8 MPa、62.8 MPa、56.2 MPa，代表值为56.2 MPa。

综合各龄期强度数据看，强度发展情况基本正常，28 d标养试块强度及同条件养护试块强度均达到了设计要求，但是富余量较小，考虑到C70混凝土施工跨越冬夏，还需要进一步对配比进行调整。于是，决定将石子更换为原定的备选材料玄武岩，适当减弱外加剂的引气作用，延长振捣时间，采用电脑控制自动计量和投料。同时，考虑增加强度储备，在保持胶凝材料总量不变的前提下，适当增加其中水泥用量，并将外加剂掺加比例进行了调整，再进行第二次中试。

在28 d龄期时，对中试柱进行了钻芯取样，结果3 个芯样强度分别为82.8 MPa、84.2 MPa、82.3 MPa，代表值为82.3 MPa。由测试结果可知，混凝土强度是完全满足，但是试验时发现混凝土黏性较大，凝结时间较短，对高程泵送不利。因此，我们在基础施工阶段，开始对配合比进一步调整，对外加剂用量作了适当微调，进行了第三次中试。经试验，强度和工作性能均较为满意，最终确定了配合比。

3 高强混凝土生产环节的质量控制

3.1 材料的储存与检测

高强混凝土的原材料应专仓专放，在正式进料生产前均应有专人负责对筒仓内部进行清理，确保在粉料进筒仓后不与前一次使用的粉料有混料的可能。

进仓材料应做到100%检验合格。石料经检验合格后，派专人进行清洗，降低石料中的石粉含量，以保证质量。水泥入仓时进行抽检，对水泥温度也应进行测量，控制在70 °C以下。同时，应确保外加剂在储存过程中不受污染。

每次混凝土拌制前3 h，应对此次所用粗细骨料进行含水率试验，所得数据及时反馈至拌台，对用水量进行修正。

3.2 投料及搅拌的控制

图1为南京紫峰大厦C70混凝土投料及搅拌时间控制工艺流程。

图1 高强混凝土投料及搅拌工艺

4 高强混凝土施工环节的质量控制

4.1 高强混凝土生产—运输—浇筑的连续性问题

通过几个工程实践总结，我们发现新拌混凝土从出料开始在一段时间里，其表征工作性的重要指标——扩展度较为恒定，具体的时间应根据不同的配合比和天气情况经试验确定。所以，我们应该将混凝土从生产到浇筑的整个过程控制在这个时间段里。根据这一特性，我们来确定各种设备的配置和生产、施工的组织。

首先应根据拌站与浇筑施工地点距离和不同时段的交通情况，确定运输时间；然后根据混凝土生产能力、泵送能力和前面所述的特定时间段来配置运输车辆。

有条件的情况下应安装GPS卫星定位系统，可有效降低复杂的交通、路况所造成的运输困难。

4.2 高强混凝土的泵送控制

4.2.1 可泵性指标

高强混凝土中胶凝材料比重的增加，使混凝土的黏性增加，与泵管管壁间的摩擦力增加，这就使得高层泵送高强混凝土远较普通混凝土困难。因此，如何判断高强混凝土的可泵性非常关键。

对于普通混凝土来说，保坍性好，塑性大、和易性好，基本就意味着可泵性能良好。但对于超高强混凝土，由于黏性比普通混凝土大，流变性大易离析，给高程泵送带来很多难题，所以仅仅用坍落度来控制是不够的。我们借鉴了国内外的一些超高强度混凝土的施工经验，认为坍落度只是一个参考，扩展度、黏性指标和抗离析性能对高程泵送影响更大。

我们在南京紫峰大厦的实践表明，扩展度可作为高强混凝土可泵性的评判指标，当C70高强混凝土扩展度在650～750 mm时，对应的可泵性较好，扩展度过大或过小均不利于泵送。

4.2.2 泵送设备及泵管布置

为满足施工现场泵送时混凝土具有理想的扩展度指标，必须严格控制其搅拌时间与运输时间，以保证混凝土规模化生产与现场泵送过程的连续性。同时，高强混凝土的泵送成功，不仅取决于扩展度指标，还与泵送设备的选择、泵管的布置有关：

（a）泵送设备应满足泵送所需的泵压，最好有一定的余量。比如在南京紫峰大厦，我们计算出的最小混凝土出口压力为25 MPa，我们选择了三一重工生产的HBT90C2135泵车，最大输出压力可达35 MPa。

（b）泵管的布置，应设置一定长度的水平管，并在竖向泵管处设置一定数量的缓冲段，靠近泵车处，应设置截止阀，防止意外情况发生。同时，由于高强混凝土泵送时产生的摩擦力较大，因此应选择高强泵管，同时加强泵管的固定。

（c）高强混凝土泵送前应采用砂浆进行润管，润管砂浆一定要保证其保水性。

（d）停泵间隙不能过长，必要时采取反泵方法，使管内混凝土保持流动状态。

（e）起泵应均匀，逐步加大压力。

4.3 高强混凝土的浇捣

高强混凝土由于流动性较好，应适量振捣，使混凝土最终产品具有较高的抗压强度和较佳均匀性。这在107、108项目的12 根试验柱的取芯检验中得到了证实。

由于高强混凝土的流淌性很好，因此选择金属网的材料和固定方式时应十分重视，处理不当会造成界面处大量高强混凝土的浆液流入相应低标号混凝土部分。

不同强度混凝土同时浇筑时，对泵管布置和浇筑流向设计有着较高的要求，不然会由于高强混凝土凝结速度较快而产生冷缝，影响工程质量。

4.4 高强混凝土的养护

高强混凝土早期养护的温度、湿度对强度发展和成品性能影响较大。通过对试验柱的回弹、取芯试验发现，在保温、保湿基础上采取加湿养护，将有利于控制裂缝的产生，且其强度优于采用其他养护方式的混凝土。

因此，高强混凝土浇筑完毕并初凝后，应尽快加以覆盖并浇水养护，浇水次数应能保持混凝土表面湿润，浇水养护时间不少于14 昼夜。

5 结语

目前的高强混凝土技术的发展虽然取得了很多成果，但总体上发展尚不成熟，应在今后的工程实践中不断完善。对于高强混凝土的质量控制，应在材料的选择、生产制备、施工等各个环节进行高度重视，在满足强度要求的前提下，确保混凝土的施工性能。