高性能混凝土配合比設計及問題

陳躍欣 劉勇軍 陽樹良 曾波

摘 要：國民經濟體飛速發展帶動了我國建筑行業的進步。高性能混凝土作為一種新型混凝土材料，具有良好的技術性能，被建筑行業認為是進入21世紀以來混凝土技術的核心技術，并已經廣泛應用于各個領域。該文對高性能混凝土配合比設計方法進行了探討，并對存在的問題進行了初步分析。

關鍵詞：高性能混凝土；配合比設計；粗細集料

中圖分類號：TU528 文獻標志碼：A

0 前言

1998年美國混凝土學會 （ACI）提出了高性能混凝土定義。2000年5月中國高強與高性能混凝土委員會將高性能混凝土定義為以耐久性和可持續發展為基本要求并適合工業化生產施工的混凝土。相對于一般混凝土，高性能混凝土具有高耐久性、大流動性、水灰比低等特點。通常的混凝土配合比設計方法已不適用，現階段一般都是基于各自試驗的基礎上進行配合比設計的方法。

1 高性能混凝土配合比設計的基本思路

高性能混凝土與傳統混凝土技術相比差異較大，在設計高性能混凝土配合比時，不可套用普通混凝土配合比設計方法，應根據高性能混凝土的特點，結合試驗來考慮配合比設計。

1.1 高性能混凝土的集漿比

清華大學吳中偉教授提出了密實體積法則，即混凝土是以石子作為骨架，砂子充實石子間的縫隙，再灌入漿體填充砂子與石子間的縫隙。水、凝膠材料、砂子、石子密實之后體積的總和共同組成了混凝土的體積。在砂石材料級配良好能形成骨架密實型情況下，認為是合理的集漿比，能保證良好的工作性能的同時有效地提高混凝土耐久性和強度。

1.2 高性能混凝土的膠凝材料選用

混凝土中膠凝材料一般是指水泥和摻合料，單純使用水泥，不摻用摻合料時，不能具有高性能混凝土的品質。混凝土中摻高質量的摻合料和適量的外加劑的雙摻技術，是制作高性能混凝土的重要技術手段之一。

（1）水泥材料：水泥的品種很多，不同品種的水泥各種性能也不盡相同。高性能混凝土通常有高強度要求，對水泥自身的強度不能太低，一般選取強度等級為42.5級及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，也可根據高性能混凝土的特殊性能要求選擇其他品種的水泥。

（2）摻合料：主要是指優質粉煤灰、磨細礦渣物、硅灰等。高品質的粉煤灰形態多數是空心微珠玻璃球，使摻用粉煤灰的混凝土施工需要的流動性、黏聚性等工作性良好，同時使硬化的干縮變形較小。粉煤灰中活性摻合料具有與水泥水化生成的氫氧化鈣反應的特性，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣膠凝體，不僅改善了混凝土的耐久性，而且提高了混凝土的強度。磨細礦渣的成分與水泥接近，屬于具有自水化硬化的性能的活性摻和料，摻用磨細礦渣的混凝土具有更高的抗化學及電化腐蝕耐久性，且水化熱較低。

1.3 高性能混凝土配比的用水

水灰比低是高性能混凝土的特點之一，用水量應根據減水劑的效果經試驗試拌綜合確定，且水質需達到國家飲用水標準，水中不應有油脂和泡沫，也不應有明顯的顏色和異味，嚴禁將未經處理的海水用于混凝土的拌制。

1.4 高性能混凝土配比的粗細集料

在混凝土組成材料中的粗細集料對混凝土起骨架作用，其中小顆粒集料填充大顆粒的空隙，集料的質量在一定程度上影響了混凝土的質量。高性能混凝土對集料的要求也就更高。

（1）粗集料：宜采用質地堅硬、潔凈、級配合理、粒形良好、吸水率小、空隙率小的碎石。最大粒徑不宜超過26.5 mm，碎石含泥量控制在0.5 %之下，泥塊含量低于0.25 %，壓碎值指標不大于18 %，堅固性宜小于8%，空隙率應小于40 %，吸水率小于2 %。其他的技術要求要與國家現行的標準規范相符。

（2）細集料：宜選用取潔凈、級配良好、空隙小、吸水率低的天然中粗河砂，細度模數在2.6～3.2，含泥量要低于2.0 %，泥塊含量要低于0.5 %，有害物質含量等其他的技術要求要與國家現行的標準規范相符。

1.5 高性能混凝土的外加劑

高性能混凝土一般需要用高效減水劑或者高性能減水劑，通過較高的減水率來達到較低的水灰比，通過一定的引氣性提高混凝土的耐久性和工作性能。現階段主要用的外加劑是以聚羧酸系等高性能減水劑。外加劑的質量應符合國家或行業的相關標準要求。外加劑摻量應根據工程的施工和使用要求、當地原材料、施工氣溫和環境條件等因素，結合試配綜合確定。

2 高性能混凝土配合比的設計方法與步驟

高性能混凝土的配合比應根據原材料、設計強度等級、耐久性以及施工的工作性能要求，通過計算、試配和調整等步驟綜合確定。

（1）根據結構物設計要求和施工工藝要求，計算其混凝土的配制強度和水膠比，并對照相關規范能否符合要求，并確定各參數。

（2）計算用水量、膠凝材料，摻合料和水泥用量。

（3） 根據粗骨料的技術指標、混凝土拌合物性能和施工要求確定砂率。粗集料空隙率和砂的粗細程度對砂率的影響較大。

（4）粗、細集料的用量確定。粗集料一般是多種單粒級配或連續級配通過一定的摻配比例組成需要的連續級配，并能使粗集料的空隙率最小。

（5） 配合比的試配調整確定。混凝土配合比應在計算的配合比的基礎上進行試拌，通過調整配合比的一些參數使混凝土的工作性能符合設計要求，確定外加劑的摻量和適用性，在試配的基礎上進行強度試驗，繪制強度和膠水比的線性關系圖或插值確定大于配制強度對象的水膠比，并進行相關耐久性試驗驗證，最終確定配合比。

3 高性能混凝土設計存在的問題

3.1 粉煤灰等摻合料的質量和摻量的難以控制

高性能的混凝土的耐久性一般是通過粉煤灰等摻合料加來實現。混凝土耐久性差的主要原因是單純水泥水化硬化后會產生氫氧化鈣和水化鋁酸鈣，在水的作用下會造成軟水侵蝕，導致混凝土的孔隙增大。粉煤灰的等活性摻合料具有于水泥水化生產的氫氧化鈣反應的特性，減少或者消除氫氧化鈣等的損害。摻合料中活性成分的質量和摻量就決定了混凝土中有害成分減少的程度，因此應嚴格控制摻合料的質量和通過大量的試驗來選擇合適的摻量。

3.2 引氣成分對混凝土外觀質量的影響

外加劑中引氣成分的存在，使大量微小的氣泡發布在混凝土中，改善了混凝土的和易性，阻斷了毛細通道提高了混凝土的耐久性。但是氣體的引入也會使混凝土模板接觸面的質量難以控制，因此應對外加劑的引氣成分通過多次試驗來確定。

4 結語

該文對高性能混凝土配合比設計的一些思路做了初步的分析，對高性能混凝土的配合比設計方法及步驟進行了簡要的闡述。對其存在的一些問題進行了分析并提供了一些解決的思路。高性能混凝土將在更多更廣的領域應用，其設計方法也將越來越成熟。

參考文獻

[1]繆昌文.高性能混凝土在建筑工程中的應用[J].混凝土與水泥制品，2000（5）：3-4.

[2]郭志華.高性能混凝土配合比設計及其存在的問題[J].四川水泥，2018（4）：83.

[3]段連旭，宋少民.高性能混凝土在地鐵工程中的應用研究[J].混凝土世界，2017（5）：95-102.

[4]程振坤.高性能混凝土配合比優化分析[J].江西建材，2016（7）：90-93.

[5]王海蘭，鄭彥軍.路面高性能混凝土配合比設計參數研究[J].公路，2015，60（9）：83-88.