淺談高性能混凝土配合比設計

【摘 要】 隨著科學的不斷發展，混凝土其用途也越來越廣泛，已經滲入當今社會的各個領域。特別是高性能混凝土多應用于建設工程的重要結構部位，如何能夠保證高性能混凝土滿足施工要求是我們的一項重要工作，本文對高性能混凝土配合比設計中應該注意的幾個問題進行了分析，并提出相應的施工控制措施。

【關鍵詞】 高性能混凝土、配合比設計、施工控制

區別于傳統混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩定性等許多優良特性，應用于重要結構主要包括：橋基，承臺，橋臺，墩身，預制梁，現澆梁、主梁接縫混凝土、涵基涵身混凝土、房屋建筑及路基支擋結構混凝土、防撞墻等。在工程安全使用期、經濟合理性、環境條件的適應性等方面產生了明顯的效益，被認為是今后混凝土技術的發展方向，現從配合比設計的幾個重要的方面進行一些簡單探討：

1、高性能混凝土配合比設計計算基礎

由于高性能混凝土更突出了耐久性，且在某種條件下要求有更高的工作性能，因此配制高性能混凝土時，要求配制人員必須具備必要的專業知識，并且充分了解原材料各組分的性能、相互作用及對混凝土性能的影響。而對于高性能混凝土目前沒有固定的方法，大都是已經驗為主的半定量設計方法。本文應用混凝土體積模型建立混凝土用水量和砂率的計算公式，再結合水膠比定則，可以全面的確定高性能混凝土中各組分用量，再結合實際經驗可以更好更方便地實現高性能混凝土的配合比計算。

混凝土配合比設計是混凝土材料科學中最基本而又最重要的問題。根據混凝土強度與水灰比關系。有：

該式為混凝土配合比設計的強度基礎。

根據混凝土體積模型1）混凝土各組成部分具有體積可加性2）石的空隙由砂漿來填充3）砂漿中的砂的空隙由水泥漿來填充4）膠凝材料的空隙由水和空氣隙來填充5）膠凝材料為水泥，粉煤灰等膠凝材料（表1）。

根據混凝土體積模型每方混凝土中令Vw+Va+Vc+Vf=Vm，Va+Vc+Vf+Vs=Vsm（2）其中Vw、Va、Vc、Vf、Vs 、Vg分別表示混凝土中水、空氣、水泥、細摻料、砂和石的體積含量。

根據美國Mehta 和Aitcin 教授在對高性能混凝土進行了大量研究后認為：要使高性能混凝土同時達到最高的施工和易性和強度以及尺寸穩定性膠凝材料漿體體積宜為混凝土體積的35%左右。我們取Vm：（Vs+Vg）=35：65這一事實確立了高性能混凝土配合比設計中膠凝材料漿體體積和骨料體積的定量關系。

假設細摻料加入量為水泥的x%

由（2）可得：

W=Vm-Vc-Vf-Va 其中A、B為回歸系數表1-3給出了A、B的取值。

其中，為水泥，細摻料的密度。

公式中系數的大小與細摻料的摻入量有關（表2）。

公式（3）（4）（5）表明高性能混凝土用水量取決于強度和水膠比，混凝土強度越高，水膠比越小，則用水量越少；礦物細摻料的品種和摻入量影響混凝土的用水量；引氣量越大，則混凝土用水量越少。

砂率的確定：根據混凝土體積模型觀點（2）石的空隙由砂漿來填充 當單位體積的混凝土中，石的間隙剛好被砂漿填滿時，有砂漿的體積為

Vsm=1000）（6）

其中、分別為石的表觀密度和堆積密度。

砂率：

其中 、分別砂和石的密度。

由于砂石表觀密度相差不大近視 =公式可以（7）簡化為

SP=x100% （8）

公式（7）、（8）表明混凝土砂率隨混凝土用水量的增加而增加，隨膠凝材料的用量增加而減小。根據高性能混凝土體積相關觀點我們可以取Vm=350l/，集料體積Vs+Vg=650l/，。這樣公式（8）可以簡化為：

高性能混凝土由于其高的強度和耐久性、和易性。原材宜使用標準稠度低，強度等級不低于42.5的普通和中熱硅酸鹽水泥。細骨料宜選用級配良好，細度模數為2.6到3.2的中粗砂。粗骨料宜選用質地堅硬，級配良好，針片狀少，空隙率小的碎石，壓碎指標不大于10%，骨料的最大粒徑不宜大于25mm 外加劑應與水泥匹塌落度損失小的高效減水劑，減水率不宜小于20%，最好大于25%其他細摻料應符合國家相關規定。

2、混凝土配合比設計計算步驟

（1） 配制強度：

（2） 水膠比：

（3） 用水量：W=

（4） 膠凝材料用量：，

F=為細摻料的加入量

（5） 砂率及集料用量：砂率SP== x100% S=

（6） 外加劑：外加劑應與水泥匹塌落度損失小的高效減水劑加入量應保證混凝土有很好的和易性加入量宜為5%-12%

（7） 配合比調整和試配：當采用3 個不同的配合比進行混凝土強度試驗時，其中一個為基準配合比，另外兩個配合比水灰比，宜教基準配合比分別增加和減少0.02～0.03。配合比確定后還應用該配合比進行不少于6次的重復試驗進行驗證。

3、對配合比設計的討論

在以上混凝土配合比設計中，配制強度，水膠比，用水量，膠凝材料的組成與用量，砂率以及粗細骨料的用量都可以用公式計算確定，這樣可以減少配制時對經驗的依賴和減少尋找時間。當然在計算種涉及幾個參數的取值問題比如水泥漿體體積和骨料體積，這些取值都有比較成熟的研究成果。與傳統比較科學性和定量化大大方便試驗人員。

4、在實際操作中容易存在的問題

不少施工單位在配合比設計時純粹是為了達到設計強度，按規范要求或以往經驗進行一組配合比設計，試配后強度達到要求就算完成了；若達不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，很少有人從材料調配、經濟效益、混凝土工作質量等方面綜合考慮。水泥用量過多，往往導致混凝土收縮裂縫的產生和徐變增大，而且也相應的增加了成本。

5、相應的措施

在規范要求允許的條件下，試驗室應配制不同的配合比，從經濟、工作性能、質量等方面綜合考慮擇優選用，并應針對不同施工部位、不同評定方法給予適當調整，盡量避免凡是同一強度均使用一個配合比的做法，試驗室還應收集每次配合比及施工情況的詳細數據，并注意對這些數據進行統計分析，以便得出本試驗室的水灰比、用水量、砂率、水泥用量范圍及σ數值，日積月累，就能成為一個很可觀、很寶貴的參考資料，對以后的施工將會起到不可估量的作用。

6、結束語

綜上所述，高性能混凝土由于其優良的性質，近年來倍受關注，這不僅是一種技術性能很好的混凝土，而且是一種綠色混凝土，是可持續發展的，但是要體現它的高性能不只是一個優質的配合比，更主要的是看施工企業是怎么去實際操作，從各個環節上作到科學，合理施工。

參考文獻

[1] 《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55）

[2] 高性能混凝土及施工工藝

[3] 現代混凝土配合比設計-全計算法

[4] 于明秀.高性能混凝土在公路橋梁建設中的應用淺析[J].中小企業管理與科技.2010（31）：168-168

[5] 祁績，楊文龍.高性能混凝土在建筑工程中的應用[J].黑龍江科技信息.2010（17）：228-228