淺談高性能混凝土配合比設計

羅忠湘

摘要：本文介紹了高性能混凝土的概念、與普通混凝土的區別，重點闡述了高性能混凝土配合比設計的原則、參數的確定及注意事項，為高性能混凝土配合比設計及質量控制提供參考。

關鍵詞：高性能混凝土；配合比設計

1 概述

在以往混凝土施工過程中，片面地強調混凝土強度，追求混凝土早強、快強，分別采取了一些措施，如采用高標號水泥、無限制增加水泥用量、采用過細水泥、對原材料中的有害物質控制不嚴，再加上環境變化、資源日益枯竭等一系列因素，造成了混凝土耐久性變差，使用不到幾年就出現混凝土開裂、被侵蝕，混凝土遭到破壞，嚴重影響使用，因此近年來混凝土的耐久性引起了各方的高度重視，而采用高性能混凝土能夠較好地解決這些問題，目前高性能混凝土已得廣泛用于鐵路、市政、房建等工程中，較好地保證了混凝土的耐久性。

高性能混凝土是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土，是以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途的要求，在混凝土中摻入一定量的礦物摻合料和高性能復合外加劑，取用較低的水膠比和較少的水泥用量，在施工時采取嚴格的質量控制措施，制備滿足力學性能、耐久性能、工作性能以及經濟合理性的混凝土。下面就高性能混凝土配合比設計的原則、各參數的確定和注意事項進行簡單闡述。

2 高性能混凝土配合比設計原則

選用優質的原材料，控制原材料當中的有害物質含量。盡量使用較低的水膠比。使用高效減水劑，盡可能減少用水量，適當引氣。限制膠凝材料總量，摻加足夠量的礦物摻合料，盡量減少水泥用量。控制混凝土中的堿含量、氯離子含量。

3 高性能混凝土配合比設計各參數的確定

3.1 混凝土強度等級的確定。混凝土強度等級根據設計圖紙確定，且應符合混凝土結構耐久性設計規定中關于不同環境條件下混凝土結構最低強度等級之規定。

3.2 石子最大粒徑的確定。碎石最大公稱粒徑不宜超過混凝土保護層厚度的2/3且不得超過鋼筋最小間距的3/4。配合比設計前應仔細了解設計圖紙中規定的鋼筋最小間距和最小混凝土保護層厚度，以確定配合比所采用的碎石最大公稱粒徑。一般情況下，非梁體混凝土采用5～31.5mm的連續級配碎石，梁體混凝土則采用5～20mm或5～25mm連續級配碎石。

3.3 設計坍落度的確定。混凝土的坍落度宜根據施工工藝、澆注方法、鋼筋最小間距確定。高性能混凝土采用泵送施工較多，要求流動性好且不易離析、不泌水，考慮到施工現場混凝土坍落度損失及炎熱天氣的施工，泵送混凝土一般設計坍落度為160～200mm，非泵送混凝土坍落度可以選擇120～160mm，水下混凝土坍落度為180～220mm。

3.4 試配強度的確定。試配強度按照《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55）計算；水下混凝土配合比設計時，試配強度應乘以一個1.1～1.15的保證系數。

3.5 水膠比的確定。在以往按《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55）設計的混凝土配合比方法中，首先是按混凝土強度等級計算水灰比，得到的水膠比往往較大。而現在按耐久性要求的設計方法中，為保證高性能混凝土的耐久性，需要按照混凝土結構耐久性設計規定中關于混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量的規定進行校核，并重新選擇水膠比。過大的水膠比特別不利于使用礦物摻合料混凝土的內部微結構發展，同時影響混凝土的耐久性與強度。與硅酸鹽水泥相比，粉煤灰對水膠比更為敏感。只有在低水膠比的前提下，粉煤灰的作用才能得以充分發揮。并且經試驗證明，當水膠比小于0.4以下時，水膠比的少許降低會使混凝土強度有較大的提高。

3.6 用水量及膠凝材料用量的確定。用水量應根據外加劑的減水率及摻量、設計坍落度、石子最大粒徑來確定。由于高性能混凝土對原材料有嚴格要求（例如：外加劑減水率最低要求不小于20%，實際一般都在25%以上，砂石級配良好、含泥量少、吸水率低，粉煤灰需水量比小等），所以高性能混凝土用水量往往較低，一般在140～160kg/m3，以達到增加混凝土密實性、保證混凝土力學性能和耐久性能的目的。

根據用水量及水膠比，可計算出每方膠凝材料用量，按照規定，C30及以下混凝土的膠凝材料總量不宜高于400 kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450 kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3。同時還應符合混凝土結構耐久性設計規定中關于混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量的規定。

3.7 外加劑摻量的確定。外加劑摻量與外加劑減水率、設計坍落度以及實際使用材料的需水量有關，參考廠家推薦摻量，并通過混凝土試拌效果確定，根據經驗，聚羧酸鹽系高性能復合減水劑的摻量一般為膠凝材料總量的0.8～1.2%（C30～C50混凝土）。

3.8 礦物摻合料摻量的確定。一般情況下，礦物摻合料摻量不宜小于膠凝材料總量的20%，當混凝土中粉煤灰摻量大于30%時，混凝土的水膠比不宜大于0.45。預應力混凝土以及處于凍融環境中的混凝土的粉煤灰的摻量不宜大于30%。設計時，盡可能減少混凝土膠凝材料中的水泥用量，一是可以減少水泥水化熱引起的混凝土開裂傾向，保證混凝土的耐久性，二是減少水泥用量，增加礦物摻合料用量，有利于增強混凝土的和易性，利于施工，三是可以降低成本。

3.9 混凝土表觀密度的假定。混凝土表觀密度一般在2320～2400 kg/m3之間選定。應注意的是，室內混凝土配合比設計時，測定混凝土表觀密度應在測完混凝土30分鐘坍落度損失后再進行，這樣測出來的混凝土表觀密度與施工現場情況比較接近。

3.10 砂率的選擇。砂率根據石子最大粒徑、水膠比以及施工工藝（澆注方法）確定。泵送混凝土及水下混凝土砂率宜比普通混凝土砂率提高3～4%。根據以往經驗來看，高性能混凝土的砂率一般在36～43%之間。endprint

以上參數確定后，則可按照《普通混凝土配合比設計規程》計算出配合比中各材料用量，確定初步配合比。

4 高性能混凝土配合比設計過程中應注意的問題

4.1 高性能混凝土配合比設計時，除執行《普通混凝土配合比設計規程》，還應執行混凝土結構耐久性設計相關規定。

4.2 配合比設計前，應通過了解設計圖紙要求、查詢當地氣象資料、取環境水進行水質分析等途徑，確定混凝土結構所處的環境類別和作用等級。

配合比設計時，應根據混凝土結構所處的環境類別和作用等級、設計使用年限級別來校核并確定混凝土配合比的最低強度等級、最大水膠比、最小膠凝材料用量以及耐久性指標。

4.3 當化學侵蝕介質為硫酸鹽時，混凝土的膠凝材料還應滿足有關規定，且膠凝材料的抗蝕系數不得小于0.8。

4.4 當骨料的堿—硅酸反應砂漿棒膨脹率在0.10～0.20%時，混凝土的堿含量應滿足規定；當骨料的堿—硅酸反應砂漿棒膨脹率在0.20～0.30%時，除了混凝土的堿含量應滿足規定外，還應在混凝土中摻加具有明顯抑制效能的礦物摻合料和外加劑，并通過試驗證明抑制有效。

4.5 初步配合比確定后，應核算單方混凝土的總堿含量及氯離子含量是否滿足要求。否則應重新選擇原材料或調整計算的配合比，直至滿足要求為止。高性能混凝土最大堿含量干燥環境要求不大于3.5 kg/m3，潮濕環境不大于3.0. kg/m3。鋼筋混凝土結構的混凝土氯離子總含量不應超過膠凝材料總量的0.10%，預應力混凝土結構的混凝土氯離子總含量不應超過膠凝材料總量的0.06%。

4.6 混凝土的入模含氣量要滿足要求。無抗凍要求的混凝土含氣量不應小于2%，當混凝土有抗凍要求時，混凝土含氣量應根據抗凍等級的要求經試驗確定。梁體混凝土的含氣量一般要求在2～4%。

4.7 試配所使用的原材料應與工程中實際的材料相同，其攪拌方法宜與生產時使用的方法相同。特別是砂石料，如果配合比選定時采用經清洗的砂石料，則配合比用水量肯定較低，但如果在施工時砂石料含泥量過大，則會造成混凝土用水量增加，不僅與配合比嚴重不符，還會造成混凝土強度和耐久性降低。另外要注意，試配時選用的外加劑減水率、粉煤灰的需水量比要與施工時的材料相同。

4.8 配制高性能混凝土所用高效減水劑與水泥的適應性是否良好很關鍵，因此，配合比試配時，外加劑生產廠家的技術人員必須到現場進行調配，發現問題及時調整。

4.9 配合比設計完成并在未開工之前，應到拌合站試拌，檢測混凝土拌合物的各項指標，當存在與室內配合比試拌時不相符現象時，應對配合比進行調整、優化。

配合比使用過程中，當原材料變化、環境變化顯著時，應當對配合比進行調整、優化。如砂細度模數變化（變粗或變細）、砂石含泥量變大及級配變差、外加劑減水率變明顯、粉煤灰變粗及需水量加大、天氣變化（炎熱或寒冷）等，都要對配合比進行調整或重新設計配合比。

5 結束語：

性能優良的高性能混凝土可以保證混凝土的力學性能、耐久性、工作性以及經濟性，但高性能混凝土很“嬌貴”，對環境變化、材料變化、計量偏差、攪拌時間等十分敏感，因此，除保證原材料符合要求外，混凝土配合比設計環節就顯得特別關鍵，我們應當引起高度重視，考慮各種因素的影響，對配合比各參數進行精心設計與反復試配，以保證高性能混凝土質量，使混凝土真正達到高性能、高耐久性，實現建筑工程的百年大計。

參考文獻：

[1]陸天增.高性能混凝土應用技術規程（CECS207-2006）.

[2]許國森.談談商品混凝土的生產質量控制[J].廣東建材，2012（11）：41-43.endprint