探析高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)和應(yīng)用

摘要：高性能混凝土（簡(jiǎn)稱(chēng)HPC）是一種具有良好體積穩(wěn)定性、高耐久性、高強(qiáng)度和高工作性能的混凝土，它是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，包括水泥、水、粗細(xì)集料以及礦物摻合料和高效外加劑配制而成的新型混凝土，具有高質(zhì)量和高耐久性。本文主要談?wù)劯咝阅芑炷僚浜媳仍O(shè)計(jì)原則、影響因素、方法等。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土;配合比;設(shè)計(jì)

1.高性能混凝土的概述及特點(diǎn)

1.1高性能混凝土的概念

高性能混凝土，一般是指高強(qiáng)度、高彈性模量、低滲透性和良好的抵抗外界破壞能力的混凝土。與普通混凝土相比，高性能混凝土具有優(yōu)良的工作性、良好的體積穩(wěn)定性和很高的耐久性，是一種具有廣闊發(fā)展前景的環(huán)保型綠色建筑材料。

1.2高性能混凝土的特點(diǎn)

（1）具有高抗?jié)B能力和相當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，但是高性能混凝土不一定就是高強(qiáng)度的，低和中強(qiáng)度的也可以。

（2）具有良好的工作性是高性能混凝土的又一主要特征。混凝土的拌合物，要求具有比較高的流動(dòng)性，并且在成型的過(guò)程中不離析和不分層，非常易于充滿模型;自密實(shí)混凝土和泵送混凝土都具有非常良好的自密實(shí)性能和可泵性。

（3）高性能混凝土的使用壽命，一般比較長(zhǎng)久。在一些特殊護(hù)理工程中的特殊位置，耐久性才是對(duì)于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行控制的主因素，而不是人們一般認(rèn)為的混凝土的強(qiáng)度。高性能混凝土應(yīng)用的主要目的，就在于它們能使混凝土的結(jié)構(gòu)安全，非常可靠的達(dá)到50～100年以上，這個(gè)作用非常了不起。

（4）具有比較高的體積穩(wěn)定性是高性能混凝土具有的又一重大優(yōu)勢(shì)，這就體現(xiàn)在其硬化初期，混凝土就有著比較低的水化熱，在硬化的后期則收縮變形會(huì)比較小。

2.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

2.1最優(yōu)砂率原則

砂率。主要影響混凝土的工作性。當(dāng)水膠比不同時(shí)，高性能混凝土中的最優(yōu)砂率也有所變化。高性能混凝土的砂率可根據(jù)膠凝材料總量、粗細(xì)骨料的顆粒級(jí)配及混凝土泵送要求等因素來(lái)確定，宜采用37%一44%。

2.2最優(yōu)漿集比原則

混凝土漿集比為水泥漿與集料的比例。HPC的特點(diǎn)是具有較好的工作性能，即要求具有較高的流動(dòng)性，因此高性能混凝土要求有較大的膠凝材料總質(zhì)量。但研究表明，混凝土?xí)S著膠凝材料用量的增加，彈性模量降低，收縮增加。因此，在高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中必須尋找最優(yōu)的漿集比。試驗(yàn)研究表明，當(dāng)采用適宜的集料時(shí)，固體漿集體積比取34：60可以很好地解決混凝土強(qiáng)度、工作性和尺寸穩(wěn)定性之間的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。

2.3最優(yōu)膠凝材料原則

在進(jìn)行配合比參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應(yīng)處在1個(gè)適宜范圍內(nèi)，膠凝材料總量宜為450kg/～600kg/，其中礦物微細(xì)粉用量宜≤膠凝材料總量的40%。（6）高效減水劑摻量。高效減水劑是混凝土實(shí)現(xiàn)大流動(dòng)性的唯一途徑，高效減水劑摻量應(yīng)根據(jù)坍落度要求確定，其最佳摻量一般占膠凝材料質(zhì)量的1%～2%。

3.高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)影響因素

3.1混凝土工作性

1.1流動(dòng)性

流動(dòng)性用坍落度表示，泵送混凝土屬于大流動(dòng)性混凝土。出攪拌機(jī)的混凝土坍落度為T(mén)0，入泵混凝土坍落度為T(mén)1，則ΔT="T0-"T1稱(chēng)為坍落度損失。坍落度損失越小越好，一般需要控制1小時(shí)坍落度損失率不大于20%。

混凝土入泵坍落度與混凝土泵送高度有關(guān)，根據(jù)混凝土的入泵坍落度與坍落度損失，即可算出混凝土初始坍落度T0，即"T0="T1+ΔT。

1.2可泵性

可泵性表示混凝土易于泵送而不產(chǎn)生堵管或分層離析和泌水等性能，可泵性好的混凝土，不但混凝土原材料應(yīng)滿足要求，流動(dòng)性大，而且粘聚性、保水性好。常壓泌水率要小，壓力泌水值一般控制在40-130ml，以70-130ml為好。

3.2配制強(qiáng)度

混凝土的抗壓強(qiáng)度，是結(jié)構(gòu)混凝土最主要的指標(biāo)，必須達(dá)到設(shè)計(jì)要求，混凝土強(qiáng)度等級(jí)保證率不低于95%。但混凝土抗壓強(qiáng)度也不宜過(guò)高，即超標(biāo)太多。如超過(guò)設(shè)計(jì)強(qiáng)度3個(gè)等級(jí)以上，該混凝土不是最佳的混凝土，不僅增加了材料成本，而且還會(huì)使混凝土的膠凝材料用量過(guò)高，從而降低了混凝土的長(zhǎng)期耐久性能。

3.3混凝土耐久性

近年來(lái)人們對(duì)混凝土耐久性的認(rèn)識(shí)日益提高，國(guó)外各標(biāo)準(zhǔn)中也均把耐久性列為混凝土的最重要指標(biāo)，也就是說(shuō)，不是對(duì)有特殊要求的混凝土才要考慮耐久性，而對(duì)應(yīng)對(duì)所有混凝土都予以考慮。

4.高性能混凝土配合比確定參數(shù)方法

4.1用水量在水灰比一定、原材料一定的情況下，使用滿足工作性的最小加水量（即最小的漿體量），可得到體積穩(wěn)定、高強(qiáng)度的混凝土。因此，用水量根據(jù)混凝土拌合物坍落度的大小和高效減水劑的效果而定，一般wo≯175kg/m。

4.2水膠比。嚴(yán)格控制水膠比是保證高性能混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵之一。低水膠比能降低混凝土的孔隙率并減小孔隙尺寸，通過(guò)混凝土的低滲透性來(lái)保證其耐久性。高性能混凝土的水膠比[（水泥+礦物微細(xì)粉）]一般不大于0.38。

4.3漿集比。水泥漿與骨料（亦稱(chēng)集料）的比例為漿集比。采用適宜的集料時(shí)，固定漿集體積比為35：65時(shí)可以很好地解決強(qiáng)度、工作性和體積穩(wěn)定性之間的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。

4.4砂率砂率。主要影響混凝土的工作性。當(dāng)水膠比不同時(shí)，高性能混凝土中的最優(yōu)砂率也有所變化。高性能混凝土的砂率可根據(jù)膠凝材料總量、粗細(xì)骨料的顆粒級(jí)配及混凝土泵送要求等因素來(lái)確定，宜采用37%一44%。

4.5膠凝材料摻量。在進(jìn)行配合比參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應(yīng)處在1個(gè)適宜范圍內(nèi)，膠凝材料總量宜為450kg/m3～600kg/m3，其中礦物微細(xì)粉用量宜≤膠凝材料總量的40%。

4.6高效減水劑摻量。高效減水劑是混凝土實(shí)現(xiàn)大流動(dòng)性的唯一途徑，高效減水劑摻量應(yīng)根據(jù)坍落度要求確定，其最佳摻量一般占膠凝材料質(zhì)量的1%～2%。

5.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)技術(shù)措施

5.1大量摻用粉煤灰改善混凝土性能

粉煤灰中的玻璃微珠能使水泥砂漿粘度和顆粒之間的摩擦力降低，使水泥顆粒充分分散，在相同稠度下使混凝土用水量減少，提高其和易性。另一方面，由于粉煤灰顆粒較細(xì)，可以起到改善膠凝材料的顆粒級(jí)配的作用，使填充膠凝材料的空隙水量減少，因而也有效的降低了混凝土用水量。粉煤灰摻入高性能混凝土中，在早期基本不參與水化，而只起到填充作用，使混凝土獲得較好的工作性能，而后期大部分粉煤灰顆粒開(kāi)始和水泥水化產(chǎn)物作用，形成大量的填充顆粒，使混凝土強(qiáng)度得以發(fā)展，內(nèi)部結(jié)構(gòu)不斷密實(shí)，從而有效的提高了混凝土的抗?jié)B性。

5.2采用復(fù)摻技術(shù)

“復(fù)摻”是指在混凝土中摻入兩種或兩種以上的細(xì)摻料。“復(fù)摻”利用的化學(xué)機(jī)理是：粉煤灰的化學(xué)活性相對(duì)較低，它對(duì)混凝土早期強(qiáng)度影響較大，尤其是在摻量較高的情況下，影響更大。為了彌補(bǔ)這一缺陷，加人粉煤灰后再?gòu)?fù)合活性較高的超細(xì)礦渣粉，可提高火山灰效應(yīng)，增加體系中微粒間的化學(xué)交互、誘導(dǎo)激發(fā)，從而提高粉體的化學(xué)活性。粉煤灰和礦渣粉復(fù)摻后，在混凝土強(qiáng)度上有一定互補(bǔ)，產(chǎn)生單一混合材所不具有的優(yōu)良效果，發(fā)揮其更大的優(yōu)勢(shì)。“復(fù)摻”料后混凝土具有良好的工作性能和耐久性能，而且有較好的經(jīng)濟(jì)效益。

6.結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高性能混凝土的研究與開(kāi)發(fā)應(yīng)用，對(duì)普通混凝土的技術(shù)性能指標(biāo)有了重大的突破和發(fā)展，對(duì)節(jié)能、工程質(zhì)量、工程經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與勞動(dòng)保護(hù)等方面都具有重大意義。因此，合理的材料配合比設(shè)計(jì)應(yīng)該在符合相關(guān)規(guī)范給出的包括強(qiáng)度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經(jīng)濟(jì)性等要求的前提下，確定各種成分的用量，獲得最經(jīng)濟(jì)和適用的混凝土。

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