高性能混凝土配合比設計及性能測試

劉玲 重慶科創職業學院

1 前言

傳統普通混凝土在實際施工中限制較大，容易影響工程結構的耐久性，影響施工質量，還加大了施工人員的工作量。為有效提高混凝土質量，高性能混凝土在建筑工程中使用范圍越來越廣。配合比的科學合理設計有利于充分發揮高性能混凝土效能，但是通過社會實際調研發現，實際操作過程中存在著許多問題。

2 高性能混凝土配合比要求

高性能混凝土配合比設計需要平衡混凝土流動性和抗離析性，因此在設計中需遵循四項設計原則：（1）強度要求，針對不同的建筑工程，對高性能混凝土的強度要求不同，如C50～C80為高強高性能混凝土，對其耐久性和抗壓性要求更高。（2）和易性要求，高性能混凝土配置后需要具有流動性、粘聚性以及高性能性，澆灌后能夠自動流入建筑材料中，有效保障簡直質量。（3）耐久性要求，由于建筑工程需保證其建筑質量和使用年限，對高性能混凝土耐久性要求較高，而高性能混凝土耐久性主要取決于水泥、骨料、外加劑的配合比，需處理好原材料配比關系。（4）經濟性要求，高性能混凝土配比中需在保障其使用質量情況下，降低水泥、外加劑使用量，提高混凝土經濟效益。

3 高性能混凝土設計方法分類

3.1 全計算法與改進全計算法

全計算法是由陳建奎教授提出，是一種定量的高性能混凝土配合比設計方法，其計算依據是根據高性能混凝土含砂率情況和立方米用水量的計算公式以全計算法計算，所得出的含砂率較低，并不能滿足目前建筑工程高性能混凝土需求，因此，針對高性能混凝土需求，對全計算法進行改進，采用固定砂石體積含量計算法，并保留用水量計算公式急性計算，能夠定量計算高性能混凝土各項原材料配比量，計算操作簡單，能夠應用于建筑工程中。

3.2 固定砂石體積法

固定砂石體積法是在保證混凝土強度的基礎上，進行原材料配合比設計，在設計中提高混凝土的工作性能，觀察混凝土設計原則，以粗骨料和細骨料的體積含量作為混凝土流動性的重要因素，首先對高性能混凝土中的粗骨料、細骨料用量進行計算，得出砂用量以及砂漿用量，在對用水量和凝漿材料總量進行計算，得出摻和劑和外加劑的實際用量。

3.3 骨料比表面積法

骨料比表面積法是在原材料的骨料確定上采用此方法，并設計砂漿量計算模型，在計算中需詳細研究富余砂漿量和骨料比表面積，根據粗骨料、細骨料的孔隙率情況，由此計算出骨料用量情況，由于計算量較為復雜，實際應用范圍較窄。

4 高性能混凝土的配合比設計以及存在的問題

4.1 雙摻控制中的問題

礦物摻合料作為高性能混凝土材料的重要組成，摻入量合理性會決定混凝土凝固時間，通常情況下，摻入量與混凝土凝固時間往往是呈正比的，但通常我們會發現雙摻或多摻問題經常會出現在高性能混凝土配合比設計中，從而導致混凝土強度和混凝土凝結的時間延長，影響到工程進度。其次，如果摻入量高于規定量，那么混凝土的凝固時間就會超過原來規定的時間，進而影響交工時間，施工成本也會隨之增加。而如果摻入量過多，還會加大混凝土裂縫現象，對建筑物穩定性和安全性構成一定的威脅，由此我們可以看出，摻合料配比合理性對混凝土性能的影響是十分重要的。也就是說施工人員還需要從綜合因素上來考慮影響到摻合配料比的要素，比如施工環境等因素也是絕對不能夠忽略的影響因素。如采用高標號硅酸鹽水泥，一般可將活性礦物摻合料總摻量適當提升，如在冬季進行施工，則需要選擇非緩凝型的減水劑，活性礦物摻合料的總摻量也需要適當降低。

4.2 設計規范當中存在的問題

首先是盲目配比，有些設計人員并不會根據圖紙要求來進行操作，往往會忽視細節，做工粗糙。其次，就是沒有深入了解建筑工程的施工工藝，忽視了外加劑摻合量。再者是對水泥混凝土配合比的錯誤計算。部分設計人員不能對不同指標之間的問題進行掌握，而獲取正確的計算結果，在設計水泥混凝土配合比過程中是必須的步驟。所以在此建議設計人員在進行設計時，有以下幾個基本要求可以參考：（1）混合的難度系數較低。混凝土拌合物在操作過程中需要易于混合才有利于施工。（2）強度等級。混凝土結構設計要求強度等級。（3）使用年限長。耐久性好，防熱抗凍。（4）盡量節約水泥和降低成本。

5 高性能混凝土性能

5.1 干縮性能

鑒于路面混凝土使用環境較為復雜，在長期運營過程中會持續受到各種荷載的作用，導致混凝土結構性能逐漸降低。抵抗性能可通過耐久性進行評價，本文將通過混凝土的干縮性能等對其耐久性進行評價。隨著齡期的不斷上升，配合比不同的高性能路面混凝土干縮率逐漸增加，其主要的干縮時間段在前14d，超過14d之后的干縮率增長量較小。前期水泥具有較大的反應速率，增加了水泥內部的水化熱，從而導致干燥程度增強，干縮率變化速率有所上升。相比于基準混凝土而言，摻入粉煤灰之后的混凝土具有較小干縮率。隨著粉煤灰摻量的不斷提高，其干縮率有所下降。

以水泥代替粉煤灰，可降低水泥用量，從而降低早期水泥的水化反應速率，延遲早期收縮時間，降低混凝土干縮率。對于基準混凝土而言，隨著齡期的不斷增加，在7d～14d 之后，混凝土的干縮率變化速度較為平緩。而對于混凝土中摻入了粉煤灰的試驗組，干縮率隨著齡期的不斷增加而有所增加。其原因在于后期粉煤灰持續進行水化反應，使其干縮率有所上升。對于相同摻量的粉煤灰而言，當其膠凝總量上升時，其干縮率有較為顯著的增加。其主要原因在于增加了膠凝材料，使得漿體含量有所上升。漿體收縮，從而使得混凝土收縮。

5.2 滲透性能

由高性能混凝土抗氯離子滲透性能試驗結果可知，高性能混凝土的抗氯離子滲透能力，隨著粉煤灰的摻入而有所上升。原因在于干燥條件下，水泥水化反應之后，硬化混凝土中含有的多余水分使毛細孔道有所連通，粉煤灰的摻入能夠使其內部毛細孔得到填充，從而使混凝土密實性有所提高，混凝土抗滲透性能有所上升。

隨著抗壓強度的提高，混凝土抗氯離子滲透性能不斷提高，但其并不具備可遵循的規律。一般而言，混凝土的抗壓強度與其抗氯離子滲透性能無正比例關系。混凝土是非勻質材料，其內部孔洞的連通性對于其抗滲能力有較大影響，但其與強度關聯性較小。對于混凝土的抗壓強度而言，其內部孔洞數量的影響較大，但其與滲透性關聯度較小。混凝土抗氯離子滲透性與抗折性能無關聯，除了粗集料強度對高性能混凝土抗折性能有所影響之外，其還與漿體與混凝土粘結能力有關。

6 高性能混凝土配合比設計應對策略

6.1 合理選擇原材料

在進行高性能混凝土的制作過程中，對原材料進行一個正確恰當的選擇是十分至關重要的。原材料的合適恰當關乎到整個工程的成敗。比如對水泥的選擇，對外加劑的選擇，以及在使用過程中對這些原材料的分配。在當今我國市場上，每一種原材料的種類都有很多，所以說原材料的選擇是絕對不能疏忽的環節。

水泥的選用要以穩定、適應性良好為基礎，因而外加劑的選擇就顯得尤為重要。在對外加劑進行選擇的過程中，要結合高性能混凝土的自身特性，合理選擇外加劑。在此之外，對外加劑的作用也要進行全面的了解。減水劑對混凝土的性能發揮著重大影響，是混凝土配制重點考慮的因素。在使用時，要注意外加劑的使用順序，工序不能混亂，為保證摻加質量，在使用外加劑時，每次都應該派專人負責，在操作之前，首先對這些工人們進行專門訓練，認真交待注意事項，從而保證結果無誤。

6.2 合理選擇配比參數

高性能混凝土配合比設計時，應做好注意工作，這是增強高性能混凝土質量、節約工程成本的重要表現。所謂“混凝土配合比”——水泥、砂、石以及水用量之間的比例。在配比時應該充分了解配比的慣用標準，一是以1m3為單位混凝土中各種材料的用量，二則是用單位質量的水泥與各種材料用量的比值及混凝土的水灰比來表示。添加摻合料時，同樣要控制好摻合料的使用量，這對于提高混凝土質量、增強混凝土性能有著不可替代作用。

我們大多時候主要控制的三個參數是：水灰比、單位用水量、砂率。做好這三個參數的控制，高性能混凝土的性能才有保障。混凝土的強度和耐久性受水灰比大小的影響；混凝土拌合物流動性大小要參照用水量；砂率反應砂石的配合關系，混凝土的和易性則受到砂率的影響。水膠比、漿骨比、砂率、高效減水劑摻量均屬于高性能混凝土配合比設計需重點關注的參數。低水膠比能結合高性能混凝土的特點，提高它的使用時長、降低它的滲透性，所以其水膠比一般都控制在0.4 以下。在結合強度等級確定水膠比后，就可以進行強度的調節。

6.3 細化配比環節

高性能混凝土的配比過程要求工作人員注意配比各項事宜，這是保證高性能混凝土質量、降低施工成本的重要內容。配合比在設計以及試配過程中，要對外加劑的品種進行優先選擇，在知道外加劑的基本性能以及工程實際需要的情況下進行合理的選擇，同時還要保證外加劑使用量的合理性，使其與混凝土充分的融合，然后通過混凝土試拌選定外加劑的合適摻量。外加劑摻量的使用量也要根據摻合料類型進行合理選擇，不過這也要看減水劑的最佳用量。大多數情況下，只有減水劑處于最佳用量，整體效果才會比較良好。這對于優化混凝土質量以及提高混凝土性能，減少混凝土裂縫情況有著不可替代作用，從而達到所需的性能和經濟技術要求。

7 結束語

綜上所述，配制性能優良的混凝土是一個系統而又連貫的過程，在進行實際操作過程中，操作者需要有一定的理論知識和相應的實踐經驗。隨著時代的發展，新材料、新工藝的發展更能在節約成本、環保建設以及整體性能上面體現其優勢，在完善高性能混凝土配合比設計的同時，我們更應該把眼光聚焦于更有價值和性價比的新材料、新工藝的發展上。