淺談高性能水泥混凝土的配制及應用

孫敏婷

摘 要：混凝土材料一直在向著優質、高性能的方向發展。優質高性能的材料應該具備高強、性優、質輕和良好環境相容性四大主要特征。論文首先探討了高性能混凝土配制過程中材料選取原則及選取方法，主要包括的水泥的強度、石子的尺寸、砂子的類型、外加劑的選擇及其他品種等，并以橋梁施工用承臺為依托，基于當地材料配制出了滿足要求的高性能混凝土。

關鍵詞：高性能水泥混凝土配制

高性能混凝土是具有高強度、高耐久、高流動性等多方面優越性能的新型混凝土。在配置過程，分兩步循序漸進：最初，理論配置著手，到一定階段，活學活用，就可以形成自己的一套經驗公式配置。理論配置一般屬于保守估計，材料會有一定的浪費，本著從節約水泥，經濟合理并且又能保證混凝土良好的工作性（流動性，可塑性，穩定性以及易密性）兩方面考慮，經驗配置可以大大地優化配置過程與材料。

1 原材料的選擇

1.1水泥

水泥選擇參照國標，部標等規范標準所規定的項目:水泥是混凝土材料中的膠結材料，水泥的標號對所配制的混凝土強度有重要影響，根據相應的配合比選用適宜用的水泥類型。

配制高強度混凝土在選擇水泥時應注意它與可能選用的高效減水劑之間的相容性，一般所選用的水泥應該是42.5級以上的且質量穩定的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，最好采用純硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥的強度因礦物組分而異，而且其礦物成分的水化反應也受各種因素的影響，即使水泥品種相同，早期養護溫度不同，強度的發展也不同。如在反應初期提高溫度，可以加速水化反應，但由于水泥粒子表面被析出的硅酸鈣水化物C-S-H包裹著，妨礙水泥粒子內部的進一步水化，后期強度受到影響。高細度水泥能獲得早期強度，但后期強度很少增加，且水化熱嚴重混凝土容易裂縫。所以單純增加細度并不合適。此外還需要在適當的溫度與濕度下養護。

1.2骨料

（1）粗骨料

首先，考慮到混凝土和易性等因素，要注意選擇適宜的骨料最大粒徑、級配等。配制高強度、高性能實混凝土時，當使用卵石時最大粒徑應不超過25mm，當使用碎石時最大粒徑應不超過20mm，且針片狀顆粒含量要少。

保證骨料本身應有的濕度和溫度。當遇酷暑炎熱天氣氣溫>35℃以上，現場堆積粗骨料由于太陽暴曬，石子水分會由飽和面干狀態蒸發到干燥狀態，本身石子含水率降為很低以至于忽略不計，就需要灑水保濕。當氣溫低于5℃時，石子無需含有太多的含水量，主要因為考慮到石料中水凝結成冰的緣故。

（2）細骨料

對于細骨料來說，主要考慮砂率對混凝土工作性的影響。砂率大時，可能無法保證高性能混凝土拌合物的流動性，因為細集料在重力作用下的相對運動能力不如粗集料，過量使用將降低澆筑時填充的沖力;砂率過小，新拌高性能混凝土容易發生離析現象。因此，配制混凝土時，選擇合適的砂率應從混凝土流動性和粘聚性綜合平衡考慮。同時應嚴格控制砂中粉細顆粒的含量和石子的含泥量。

1.3外加劑

外加劑是新興的混凝土配套項目，并且外加劑屬于一種活性極大的材料，摻入的外加劑需根據不同的外加劑特性進行選擇。

（1）減水劑

減水劑應選擇高效減水劑，要求減水率高，質量穩定，并且與水泥有較好的適應性。目前采用較多有萘系高效減水劑、脂肪族高效減水劑和聚梭酸系高效減水劑等。

（2）緩凝劑

緩凝劑是能延緩混凝土凝結硬化時間，是目前控制自密實混凝土拌合物坍落度損失最有效的方法之一。目前常用的緩凝劑有葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸等。

（3）引氣劑

引氣劑是一種表面活性劑，由于表面的活性作用，降低了水的表面張力及表面能，使水溶液形成眾多表面時所需的功減少。由于表面活性劑定向吸附在氣泡表面，形成了單分子吸附膜，使液面堅固而不易破裂。加入混凝土中的引氣劑能夠產生均勻、穩定、封閉、互不連通的微小氣泡，避免了毛細管道的形成，緩和了自由水受凍結所產生的膨脹應力，因此可改善混凝土的耐久性。

總之，由于外加劑品種繁多，性能差異，運用外加劑時，根據混凝土的性能要求，施工工藝，現場氣候條件結合混凝土原材料性能及對水泥適應性因素，通過試驗及技術經濟分析，確定其品種以及摻量。

1.4水

用于配制柔模泵送混凝土的拌合水的質量要求與普通混凝土相同，即不得影響混凝土的和易性及凝結時間；不得有損于混凝土強度發展；不得降低混凝土的耐久性；不得污染混凝土表面。柔模泵送混凝土的拌合用水與常規混凝土一樣，按行業標準《混凝土拌合用水標準》的規定執行即可。

2. 工程應用

某橋梁施工用承臺，選擇提出配制超流態、超長保塑、高保水、高抗離析、設計強度等級為C25的細石自密實混凝土。

（1）坍落度根據設計標準

控制13±2cm左右，為保證其施工時流動度的要求，建議放置15cm坍落度，最大粒徑考慮到料源地供料31.5cm石子，滿足不超過鋼筋間最小間距3/4的要求。

（2）確定單位用水量

單位用水量的確定，查設計規程JGJ/55－96所定的初始用水量按減水劑的固定減水比率折減用水量，因開工即初，標準仍按未調整過的JTJ/T55-96普通混凝土配合比設計規程。

初始用水量對照標準(表3.0.1)確定W0=220Kg/m3，普通型減水劑NF-4因質量穩定，為其外摻劑.幾組配比對比測試驗算出其減水率β=10%左右，單位用水量W=W0(1-β)=198Kg/m3。

（3）確定其水泥用量

W/C=0.51，求算單位水泥用量M=390kg/m3驗算水泥用量是否符合標準規定，滿足鋼筋混凝土規范最小水泥用量275kg/m3，最大水灰比0.60。

（4）砂率的確定

砂率的確定是一個頗費周折的問題，原因在于砂率選取除按照標準規定外還應考慮實際供應的砂未通過5mm篩孔的篩余量，由于每批來料砂的質量不均勻性，固定的砂率有時會造成拌制的混凝土工作性不良.通常做法，預先設計一個標準配合比，再根據現場情況，調整施工配合比。依照規范JGJ/T55-96中表(3.0.2.1)選取砂率Sp=37%，考慮砂中5mm篩孔篩余量占總量的14%以上，扣除此因素折合成計算式求得Sp=43%.

（5）確定砂石用量

使用體積法求算砂石用量

mc0/ρc+mg0/ρg +ms0/ρs +mw0/ρw +0.01a=1

βs= ms0/( mg0+ms0)

其中： mc0—水泥量390Kg/m3；

mw0—用水量198Kg/m3；

ρg—石子密度2.68g/cm3；

ρs—砂的密度2.65g/cm3；

ρw—水比重1.0g/cm3；

βs—砂率取值43%；

求算得出砂ms=764Kg，石子mg=1013Kg。

（6）確定外加劑摻量

外加劑摻量多少往往根據其特性，摻量范圍大小確定，NF-4摻量1.2～1.8%，因施工期處于氣溫較低的1～2月份，建議摻量1.2%，即390*1.2%=4.68Kg。

驗算完畢后，得出此級配各材料數值mw0=198Kg/m3，mc0 =390Kg/m3，ms=764Kg/m3，mg=1013Kg/m3NF-4外加劑的摻量為水泥用量的1.2%為4.68Kg/m3

試驗室對此級配正式拌制前進行內部試驗，試驗結果:坍落度值14cm，和易性良好，終凝時間7小時，7d、28d強度達到設計要求.同時還應在用水量不變的情況下，基準水灰比增大或減小0.05的系數，配制出的混凝土與基準混凝土進行對比試驗。

（7）摻加粉煤灰

正確合理地在混凝土中摻加粉煤灰，使之摻入混凝土后達到改善混凝土性能、提高工程質量、節省水泥、降低混凝土成本、節約資源的目的。

水泥取代率定為β＝17％超量系數δ＝1.5水泥比重ρ=3.1g/cm3粉煤灰比重ρf=2.2g/cm3砂比重ρs=2.65g/cm3石子比重ρg=2.68g/cm3

水泥：mc＝mc0(1-βc)=390*（1-0.17）＝324 kg/m3

粉煤灰：mf=δc(mc0- mc )=1.5*（390-324）=99 kg/m3

黃砂：ms = ms0-( mc/ρc+ mf/ρf-mc0/ρc)ρs

=764-（324/3.1+99/2.200-390/3.1）*2.65

=701kg

（8）經試配調整出配合比

設計配合比是控制混凝土質量至關重要的環節。①應調整砂率，適當增加砂的數量，以增大砂漿的粘度，同時也應增大砂漿的數量；②優化骨料的級配、選用針片狀含量少、粒形較好的粗骨料；③調整高效減水劑的品種和摻量；④調整礦物摻合料的摻量；⑤采用與混凝土拌合物體系相容性好，對混凝土硬化后性能無不利影響的增稠劑。

該工程中配合比設計如下：

mc : ms : mg0 : mw0 : mf : mjo＝324 : 701 : 1013 : 198 : 99 : 4.68經試驗室拌制結果坍落度16cm，和易性良好，7d強度26.6MPa；28d強度34.5MPa符合設計要求。

綜上所述，說明水泥混凝土的配制過程是理論聯系實際的過程，針對施工現場實際的原料設計配制混凝土，同樣的配比設計，換了另一個工地現場就會不適用。所以在配和比設計中，必須對施工現場的方方面面有一個徹底的了解。

3 結語

通過工程實踐的設計應用，后期強度高，能夠滿足橋梁施工用承臺所要求的強度，說明該設計原則能滿足高性能混凝土的性能要求，工程實際應用也取得了很好的效果，具有較好的實踐指導意義。

參考文獻

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