C60高强混凝土配比设计优化及质量控制措施分析

某住宅小区配套学校工程，结构形式为钢筋混凝土框–剪结构。负1层至地上4层墙、柱等主要承重构件设计混凝土强度等级为C60，坍落度为180～220mm，混凝土浇筑方式为汽车泵送，初步统计共需C60混凝土约5000m3，混凝土拌和站距施工现场约5km，运输时间约30min。本工程混凝土技术要求如下：（1）保坍。由于C60混凝土坍落度损失较大，混凝土配合比设计时应充分考虑坍落度损失问题；（2）性能稳定性。主要包括强度、工作性能两个方面，C60混凝土对材料、环境及施工工艺较为敏感，必须高度关注；（3）降粘。为保证C60混凝土工作性能，便于浇筑施工，混凝土出厂坍落度应为240mm，其损失速率为10mm/h。对于保坍、降粘这2方面的控制，主要通过优化配合比设计实施控制。

选择性能优良的水泥、矿粉、外加剂、水等原材料，合理调整水胶比、砂率、粉煤灰等级有效提高混凝土强度及性能，并通过强化混凝土生产、浇筑、养护等各环节质量控制，实现混凝土质量稳定性控制。

2.1原材料

（1）水泥：采用P·O42.5水泥，标准稠度用水量为28.3%，比表面积为361m2/kg，3d、28d抗折强度依次为6.1MPa、9.6MPa，抗压强度依次为30.2MPa、51.2MPa，初、终凝时间分别为181min、267min，通过标准试验检测其安定性满足要求。    

（2）矿粉：采用S95矿粉，比表面积433m2/kg，7d、28d活性指数分别为84%和102%，流动度比为100%。

（3）粉煤灰：采用F类Ⅰ级粉煤灰，细度为9.8%，用水量比93%，烧失量1.07%。

（4）砂石：选用人工砂，细度模数为2.7，石粉含量为4.2%，MB值0.75；5~25mm连续级配碎石，压碎值为4.5%，含泥量为0.2%。

（5）外加剂：采用AN4000标准聚羧酸系高性能减水剂，其减水率为28%。

（6）水：普通饮用水。

2.2配合比

按照JGJ55-2011《混凝土配合比设计规程》相关要求实施配合比设计。经混凝土试拌配合比及相关检测数据，采用配合比为水泥426kg/m3、粉煤灰53kg/m3、矿粉53kg/m3、砂689kg/m3、石1033kg/m3、外加剂10.60kg/m3、水胶比为0.31、水156kg/m3；最终检测28d抗压强度为78.30MPa，达到了设计要求，作为工程实际应用理论配合比。

按照最新实施的混凝土拌合物性能检测标准，对混凝土拌合物实施检测；并结合混凝土力学性能检测标准，对混凝土强度实施检测。混凝土试件规格为100mm×100mm×100mm，通过具体试验得出换算系数为0.95。

3.1水胶比对混凝土抗压强度的影响

采用确定的理论配合比，对水胶比为0.33、0.31、0.29这3种条件下的混凝土抗压强度进行检测，先后实施6次平行检验，得到3种水胶比条件下混凝土28d标准抗压强度，具体检测结果为：1）水胶比0.33时，28d抗压强度值为68.70MPa，极差12.20，标准差为3.30；2）水胶比0.31时，28d抗压强度值为79.20MPa，极差11.40，标准差为3.20；3）水胶比0.29时，28d抗压强度值为85.20MPa，极差10.10，标准差为3.10。通过以上检测结果能够看出：特定条件下，降低水胶比，可显著提升混凝土抗压强度，保证结构承载性能。

3.2砂率对混凝土性能的影响

根据确定的理论配合比，对砂率分别为37%、40%、43%、45%条件下的混凝土抗压强度及工作性能进行检测，先后连续实施6次平行检验，得到不同砂率混凝土28d标准抗压强度及工作性能检测结果，具体见表1。

由表1可知：特定条件下，砂率越大，混凝土28d抗压强度越低；最佳砂率为40%，该条件下混凝土坍落度损失小、流动性强便于施工。    

3.3粉煤灰级别对混凝土性能的影响

根据确定的理论配合比，选用Ⅰ级、Ⅱ级粉煤灰进行拌和，先后连续6次进行平行检验，得到两种粉煤灰级别条件下混凝土28d标准抗压强度及工作性能试验数据，具体见表2。

由表2可知：Ⅰ级粉煤灰拌制的混凝土强度高、流动性大、坍落度损失小，便于施工。

4.1生产过程的质量控制

（1）原材料质量控制。C60混凝土强度及性能受材料及外界因素影响较大，混凝土生产过程中应严格控制原材料质量，确保满足相关标准要求，防止混凝土质量不达标。原材料进场时应进行严格检查。

1）水泥主要检查温度、比表面积。

2）粉煤灰主要检测细度、色泽、烧失量等指标。

3）矿粉主要检测比表面积、色泽、温度。

4）外加剂主要检测减水率、含气量及坍落度等指标。

5）砂主要检测级配、纯度、细度模数等。

6）碎石主要检测级配、含泥量、压碎值等指标，以确保所有指标符合要求。对于C60混凝土原材料应单独存放、专料专用。    

（2）配合比控制。技术人员应根据混凝土配合比料单对生产配合比实施校核。

（3）开盘鉴定。混凝土拌制前试验检测人员应对砂石含水量进行测定，技术人员应对生产配合比实施优化，确定施工配合比，并科学控制水胶比。

（4）拌和质量控制。严格控制拌和时间、温度等各项指标，确保满足规范要求，且应保证拌和站运行状态良好。

（5）出厂检测。混凝土出厂时，应逐车检测坍落度等指标，确保性能良好。

（6）现场检测。混凝土生产厂家应安排专业技术人员跟车进行检查，各车应配备不少于20kg相同类型的减水剂，方便进行坍落度调整；混凝土放料前，应快速旋转罐体60s，确保混凝土均匀性。

4.2混凝土浇筑过程的质量控制

（1）混凝土浇筑前，应对钢筋、模板实施全面检查，确保达到混凝土浇筑条件，保证混凝土浇筑质量。

1）严格按照设计要求对钢筋、预埋件实施检测，确保位置、数量、型号、间距等相关指标符合规范及设计要求。

2）模板工程检查主要针对模板位置、拼缝、垂直度、平整度、稳定性等进行检查，确保满足施工规范要求。

（2）混凝土浇筑前应提前24h与混凝土拌和站沟通，提报混凝土浇筑计划及方量，并进行书面技术交底，明确混凝土浇筑施工要点，严禁私自加水，确保混凝土坍落度满足要求。    

（3）混凝土浇筑应均匀、连续进行，中途停顿时间不能过长。若必须停止时，应按照规范要求设置施工缝。混凝土浇筑过程中应及时进行振捣，并采用托板进行收面抹压，防止产生干缩变形；同时外检人员应加强与拌和站联系，确保混凝土供应及时，确保不断车、不压车等现象，避免混凝土等待时间过长形成冷缝。

（4）混凝土振捣采用插入式振动棒进行振捣作业，振捣密实度高、速度快、效果好。而针对密封性较高的门窗周边振捣，应采用人工敲击、插捣等方式进行振捣，以有效避免造成破坏。

（5）实行质量验收及样板先行制度。为有效提升混凝土施工质量，应严格执行工序验收及样板先行制度，严格控制各道施工工序，强化施工过程质量控制，坚决做到完成一项验收一项，针对施工质量不达标的工序坚决予以返工处理，以保证施工质量。

（6）混凝土浇筑过程中，应严格控制混凝土温度，防止内外温差过大，造成混凝土开裂，影响结构强度和承载性能。混凝土浇筑完成后及时采用塑料薄膜进行覆盖，防止水分散失过快，并起到保温作用，防止混凝土产生干缩裂缝。混凝土浇筑完成后，若产生裂缝应根据裂缝程度科学采取修复措施。

（7）坍落度是评价混凝土质量和性能的重要指标，直接决定混凝土工作性能，因此施工中应进行严格控制，确保坍落度满足要求；同时，应严格混凝土运输过程中，为防止混凝土坍落度损失过大，应保持混凝土运输车罐体始终处于滚动状态，防止混凝土产生离析；混凝土运至现场后，泵送前应快速旋转罐体，确保混凝土搅拌均匀后再进行卸料，若现场检测坍落度不达标，应加入适量减水剂，搅拌均匀后再进行卸料，禁止私自加水。    

（8）混凝土浇筑完成后，应及时进行抹压收面，以有效提高混凝土抗裂能力，防止产生裂缝。同时混凝土收面时，应严格控制表面平整度，全面提升工程建设质量。

4.3混凝土浇筑后期养护质量控制

C60高强混凝土由于水泥用量较大，内部水化反应强烈，温度上升较快，导致水分大量散失，为有效控制混凝土内外温差，避免混凝土开裂，混凝土浇筑完成后应及时进行养护。

当建筑结构墙、柱混凝土达到一定强度后，方可进行模板拆除作业，拆模后及时采用毛毡、棉被进行覆盖，并进行浇水养护，确保棉被始终处于湿润状态；顶板浇筑完成后及时采用满铺塑料薄膜、毛毡方式进行覆盖并洒水养护，养护时间至少为14d，以达到最佳养护效果。

综上所述，混凝土质量是保证建筑工程施工质量的根本，优化混凝土配合比设计，加强混凝土生产、浇筑、养护等各环节质量控制，能有效提升建筑工程整体施工质量，以延长使用年限。结合某小区配套学校项目施工实践，对C60高强混凝土配合比设计优化及质量控制展开综合分析，具体结论如下。

（1）利用试拌确定的混凝土配合比进行混凝土生产、施工，通过试验检测证明，混凝土拌合物相关性能符合施工标准要求。混凝土结构施工完成后，外观质量、色泽满足标准要求。    

混凝土试件标养28d后其强度达到设计值的128%~142%，同养28d后强度均超过71.1MPa，建筑结构强度满足设计要求。

（2）特定条件下，降低水胶比，可显著提升混凝土抗压强度，保证结构承载性能。

（3）特定条件下，砂率越大，混凝土28d抗压强度越低；最佳砂率为40%，该条件下混凝土坍落度损失小，流动性好，便于施工。

（4）Ⅰ级粉煤灰拌制的混凝土强度较高，流动性大，坍落度损失小，施工更方便。

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