高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化與質(zhì)量控制措施

何彩云

（中國(guó)水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

一、高性能混凝土的特性

高性能混凝土是針對(duì)工程具體要求，尤其是對(duì)特定要求而制作的混凝土。例如：針對(duì)典型腐蝕環(huán)境條件需采用相應(yīng)耐久性能要求而制作的混凝土；又如針對(duì)鋼筋密集的結(jié)構(gòu)部位而采用免振搗的自密實(shí)性能要求制作的混凝土等；同時(shí)也可以針對(duì)常規(guī)情況但對(duì)混凝土有較高技術(shù)性能要求的情況，等等。

高性能混凝土具有的性能：易于振搗，不易離析，早期強(qiáng)度高，力學(xué)性能高，體積穩(wěn)定性好，抗碳化、抗凍性、抗?jié)B性、抗氯離子滲透等耐久性性能高，概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價(jià)。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長(zhǎng)混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價(jià)。但同時(shí)也要正確認(rèn)識(shí)到：

（一）高性能混凝土的特性是針對(duì)具體應(yīng)用和環(huán)境而開發(fā)的。

（二）高性能混凝土制備技術(shù)應(yīng)該注意克服追求高早強(qiáng)的傾向，這對(duì)混凝土的體積穩(wěn)定性意義重大。

（三）流動(dòng)性不可作為高性能混凝土的指標(biāo)，需根據(jù)工程特點(diǎn)注意拌合物的工作性。

高性能混凝土應(yīng)加入足夠的礦物細(xì)摻料，且前提是水膠比較低，不可說只要加入"礦物細(xì)摻料"就是高性能混凝土。

（四）C30-C50中等強(qiáng)度混凝土應(yīng)"壽命優(yōu)先，強(qiáng)度適宜"的混凝土配合比設(shè)計(jì)思路。

（五）混凝土高性能化的發(fā)展重點(diǎn)應(yīng)該是:混凝土的長(zhǎng)期性和耐久性。

二、實(shí)現(xiàn)高性能混凝土質(zhì)量的前提

（一）混凝土拌合站要求

1.為了能夠保證高性能混凝土的質(zhì)量，應(yīng)采用預(yù)拌混凝土生產(chǎn)方式。預(yù)拌混凝土生產(chǎn)方式是當(dāng)今混凝土的主流生產(chǎn)方式，具有集成化和現(xiàn)代化的特點(diǎn)，有利于綠色化生產(chǎn)。高性能混凝土比普通混凝土生產(chǎn)工序管理嚴(yán)格，其生產(chǎn)設(shè)備應(yīng)滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土攪拌站（樓）》GB/T10171要求，另一方面要加強(qiáng)每一道工序的管理，嚴(yán)格按照工序?qū)嵤┑牧鞒踢M(jìn)行操作，保證混凝土生產(chǎn)質(zhì)量。在整個(gè)高性能混凝土配比的過程中，需要通過相關(guān)的監(jiān)督制度以及監(jiān)控系統(tǒng)，嚴(yán)格的監(jiān)控每一個(gè)生產(chǎn)流程，保證所有的人都能夠按照相關(guān)的規(guī)章制度辦事，嚴(yán)格按照每一道工序，遵守每一個(gè)配比環(huán)節(jié)，保證高性能混凝土的質(zhì)量。

2.對(duì)于混凝土拌合站機(jī)組也有一定的技術(shù)要求。拌制高性能混凝土應(yīng)采用臥軸式、行星式、或者逆流式強(qiáng)制攪拌機(jī)拌制。混凝土拌合站，具有電子自動(dòng)計(jì)量裝置，計(jì)量偏差自動(dòng)調(diào)整，自動(dòng)存儲(chǔ)機(jī)密碼鎖定功能，確保計(jì)量精度滿足要求。根據(jù)混凝土配合比設(shè)計(jì)要求，設(shè)置好粉料罐和外加劑儲(chǔ)料罐，粉料罐一般應(yīng)在4個(gè)以上，滿足儲(chǔ)料需要，外加劑設(shè)置在2個(gè)以上，考慮引氣劑與高性級(jí)減水劑兩種；骨料堆場(chǎng)有防雨、防揚(yáng)塵設(shè)施，按照配比情況設(shè)置骨料倉(cāng)，宜在5個(gè)以上，分為合格倉(cāng)和待檢倉(cāng)，建議采用輕鋼結(jié)構(gòu)搭設(shè)。施工現(xiàn)場(chǎng)的場(chǎng)地面積以及整個(gè)原材料是否有足夠的空間進(jìn)行儲(chǔ)藏，廠房的各項(xiàng)布置要布局合理，各項(xiàng)原材料尤其是一些粉料罐要嚴(yán)格地做好標(biāo)識(shí)。

3.現(xiàn)行混凝土施工提倡綠色施工，高性能混凝土綠色生產(chǎn)重點(diǎn)是三方面：對(duì)攪拌站的要求、對(duì)綠色生產(chǎn)設(shè)備設(shè)施的要求、對(duì)廢水、廢漿、廢棄新拌混凝土處理和再生利用設(shè)備施的要求。要求正常生產(chǎn)時(shí)段PM2.5廠界平均濃度不大于75毫克每立方米，嚴(yán)格控制廢水、廢漿、廢棄新拌混凝土和廢棄混凝土的排放，廢水、廢漿、廢棄新拌混凝土要達(dá)到零排放。

（二）嚴(yán)格控制原材料質(zhì)量

混凝土原材料是制備高性能混凝土的關(guān)鍵因素。原材料應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定外，各項(xiàng)出廠檢驗(yàn)報(bào)告齊全，還應(yīng)通過試驗(yàn)人員檢測(cè)合格后方能使用，各種原材料要有明確的標(biāo)識(shí)，標(biāo)明名稱、品種、生產(chǎn)廠家和日期。原料的選擇應(yīng)注意以下幾方面：

1.水泥的品種和標(biāo)號(hào)

原則上說，配制高性能混凝土應(yīng)盡可能采用C3A含量低、強(qiáng)度等級(jí)高的水泥。但考慮生產(chǎn)成本等因素，不同強(qiáng)度和性能要求的高性能混凝土可選用不同標(biāo)號(hào)及不同品種的水泥。水泥應(yīng)選擇42.5MPa以上，堿含量應(yīng)小于0.6%。嚴(yán)寒地區(qū)抗凍要求的混凝土宜采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，有硫酸鹽侵蝕的，應(yīng)采用抗硫酸鹽水泥。另外，水泥強(qiáng)度等級(jí)的選擇還與所采用的減水劑和活性超細(xì)粉的種類、品質(zhì)及施工工藝有一定關(guān)系，應(yīng)與其他材料有適應(yīng)性。

2.集料

高性能混凝土強(qiáng)度和耐久性提高的主要原因之一是集料與硬化水泥漿體界面得到了改善和強(qiáng)化。因此，集料的強(qiáng)度和表面性能及集料的級(jí)配對(duì)高性能混凝土性能的影響比對(duì)普通混凝土的更大。碎石應(yīng)為連續(xù)級(jí)配，松散堆積空隙充不大于45%；人工砂應(yīng)注意石粉含量不大于10%，MB值應(yīng)小于1.4；采用天然砂宜為Ⅱ區(qū)中砂。

3.混合材料

用于高性能混凝土的粉煤灰宜為Ⅱ級(jí)粉煤灰，礦渣粉應(yīng)滿足S95級(jí)以上，硅粉sio2含量不小于85%。

4.外加劑

生產(chǎn)高性能混凝土應(yīng)采用高效減水劑，不降低水膠比。外加劑要與水泥滿足相容性要求因奈系減水劑保坍性能差，建議采用高性能減水劑。生產(chǎn)中應(yīng)注意，外加劑的濃度是否與樣品送檢時(shí)保持一致，否則要及時(shí)調(diào)整用量。

（三）現(xiàn)場(chǎng)施工管理

高性能混凝土不但在原材料、配合比、制備方面要求嚴(yán)格，在施工過程中也要嚴(yán)格控制。混凝土生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格測(cè)定砂、粗骨料的含水率，應(yīng)及時(shí)根據(jù)含水量的變化，調(diào)整配合比。

嚴(yán)格控制各項(xiàng)原材料的稱量誤差，誤差要小于普通混凝土要求。拌合時(shí)間要大于普通混凝土攪拌時(shí)間。高性能混凝土攪拌宜采用二次投料法，時(shí)間不少于3min；混凝土運(yùn)輸時(shí)間不宜超過120分鐘，嚴(yán)禁在運(yùn)輸過程中加水。養(yǎng)護(hù)過程要注意更嚴(yán)格的保溫和保濕。因?yàn)楦咝阅芑炷了嘤昧枯^大，且水泥中C3S含量較高，因此水化熱相對(duì)較高。

三、高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化策略

（一）高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化原則

在進(jìn)行高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)過程中必須要遵循幾個(gè)設(shè)計(jì)原則，首先是低用水量，其次低水泥用量，限制膠凝材料用量原則，水泥的用量和配制普通混凝土一樣，水泥用量不僅影響新拌混凝土的和易性，而且影響混凝土的強(qiáng)度，耐久性及收縮變形等一系列性能。水泥用量低，混凝土的強(qiáng)度降低，但水泥用量過高，又會(huì)出現(xiàn)水化熱釋放過高并引起混凝土化學(xué)收縮、干濕變形和蠕變性增加。因此膠凝材料總量范圍需控制在400kg/cm3-600kg/cm3之間，高標(biāo)號(hào)混凝土水膠比不宜大于0.38，進(jìn)而能夠保證混凝土的質(zhì)量。再者需要嚴(yán)格遵守最大用水量原則，在整個(gè)高性能配合混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中，必須要時(shí)刻的關(guān)注整個(gè)配合過程中的用水量和需水量，但是需要控制用水量在一百八十千克每立方米之內(nèi)。三是以礦物摻合料和外加劑為必要條件，采用“雙摻”技術(shù)。在混凝土中摻加外加劑和礦物摻合料，推動(dòng)了混凝土技術(shù)的發(fā)展，也是高性能混凝土的基礎(chǔ)。

（二）高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)策略

大量研究表明，影響混凝土性能(尤其是強(qiáng)度和耐久性)的最主要因素有兩個(gè)方面：

一是混凝土中硬化水泥漿體的孔隙率，孔分布和孔特征；二是混凝土硬化水泥漿體與集料的界面。要想提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性，必須降低混凝土中水泥石的孔隙率，改善孔分布(即盡可能降低有害大孔)，減少開口孔。根據(jù)以上因素，主要從以下幾方面的技術(shù)措施實(shí)施上述途徑：

1.選用優(yōu)質(zhì)的、同時(shí)符合一定要求的水泥和粗細(xì)集料。這是配制高質(zhì)量混凝土的基本條件，更是配制高性能混凝土的必要條件。

2.選用高效減水劑。在滿足新拌混凝土大流動(dòng)度的同時(shí)，降低W／C，使混凝土中水泥石孔隙率降低。

3.選用具有一定潛水硬性的活性超細(xì)粉。如硅灰、稻殼灰、超細(xì)沸石粉、超細(xì)礦渣粉、超細(xì)粉煤灰、超細(xì)石灰石粉等。通過摻用活性超細(xì)粉提高混凝土的性能是目前高性能混凝土研究中最活躍的課題。

四、高性能混凝土配合比質(zhì)量控制措施

（一）礦物摻合料摻量調(diào)整標(biāo)準(zhǔn)

首先，為了能夠控制高性能混凝土配合比的質(zhì)量，必須要對(duì)礦物摻合料摻量進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，符合國(guó)家相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。比如在選擇礦物摻合料的時(shí)候可以選擇雙摻粉煤灰和礦粉。單粉煤灰可以提高混凝土流動(dòng)性能，單摻礦粉能夠增加混凝土的粘稠性和泌水量，但是雙摻粉煤灰和礦粉可以使得二者的實(shí)現(xiàn)想優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，進(jìn)而能夠使得高性能混凝土的質(zhì)量提升，使得混凝土塌落度增加，泌水性能得到改善。對(duì)于粉煤灰摻配的原則，需要適當(dāng)?shù)慕档退z比，最好是小于0.4，水膠比到0.4到0.5的時(shí)候可以通過滿足各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的前提之下，適當(dāng)?shù)脑黾右恍┓勖夯覔搅浚绻z比大于0.5時(shí)候不宜單摻粉煤灰，如果粉煤灰和礦粉活性指數(shù)較低的時(shí)候應(yīng)該要減少摻量，活性指數(shù)較高的時(shí)候應(yīng)該要盡可能的增加其摻量。在整個(gè)礦物摻合料的調(diào)整劑量的過程中必須要加強(qiáng)對(duì)水泥和膠材進(jìn)行粘稠度試驗(yàn)，進(jìn)而了解其需要的用水量，其次要對(duì)比水泥和膠材的流動(dòng)程度，從而也能夠判斷其需要多少的水量，進(jìn)而能夠確定好高性能混合土的配合比。同時(shí)必須要嚴(yán)格地確定好粉煤灰礦粉雙摻配比比例才能夠使得高性能混凝土的質(zhì)量得到相應(yīng)的保證，根據(jù)不同的氣候、施工進(jìn)度等等，都需要適當(dāng)?shù)恼{(diào)整相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。

（二）砂率選擇分析

為了保證混凝土的粘聚性，砂率最好要選擇35%-44%之間，為了能夠保證高性能混凝土的質(zhì)量，相關(guān)的人員還需要對(duì)砂率進(jìn)行相應(yīng)的選擇，比如采用河砂的時(shí)候應(yīng)該要根據(jù)粗骨料來進(jìn)行相應(yīng)的比例選擇。選用機(jī)制砂的時(shí)候，砂率應(yīng)該要相比于河砂適當(dāng)?shù)奶岣撸绻捎没旌仙暗臅r(shí)候砂率只需要提高1%-3%即可，如果砂率選擇的過程中必須要積極的考慮到細(xì)骨料的粗細(xì)級(jí)配以及粗骨料的粒徑、級(jí)配等等。如果出現(xiàn)了細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)大而粗骨料最大粒徑較小，且級(jí)配較差的時(shí)候應(yīng)該要適當(dāng)提高砂率。通過對(duì)砂率的選擇能夠在整個(gè)高性能混凝土配合的過程中保證其質(zhì)量，進(jìn)而為后續(xù)的工程打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

（三）改善混凝土施工工藝

改善混凝土施工工藝也是制備高性能混凝土的有效途徑之一，目前效果比較顯著的有以下幾種。

1.水泥裹砂混凝土攪拌工藝；

2.采用超聲波振動(dòng)或高頻振動(dòng)密實(shí)；

3.對(duì)澆筑成型的新拌混凝土進(jìn)行真空吸水

（四）經(jīng)濟(jì)價(jià)值對(duì)比分析

在控制好高性能混凝土的質(zhì)量的過程中，也要對(duì)其經(jīng)濟(jì)價(jià)值進(jìn)行相應(yīng)的對(duì)比分析。在對(duì)粉煤灰礦粉進(jìn)行雙摻的時(shí)候，應(yīng)該有充分的考慮兩者的單價(jià)，進(jìn)而了解如果進(jìn)行摻是否會(huì)使得整個(gè)工程的生產(chǎn)成本提高，而如果礦粉的單價(jià)較高的時(shí)候，應(yīng)適當(dāng)?shù)奶岣叻勖夯业膿胶捅龋绻勖夯业膬r(jià)格較高的時(shí)候，應(yīng)適當(dāng)?shù)奶岣叩V粉的摻和量，并且再通過礦粉替代水泥的過程中應(yīng)該要充分的考慮兩者的單價(jià)進(jìn)行對(duì)比，哪一種價(jià)格較高，如果礦粉的價(jià)格較高，那么就可以采用礦粉來代替水泥，如果水泥的價(jià)格較高，那么就可以適當(dāng)?shù)奶岣叩V粉的用量。通過靈活的處理長(zhǎng)，保證用量能夠使得整個(gè)高性能混凝土配合的過程中獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益，以最優(yōu)的成本來獲取較高的利潤(rùn)，進(jìn)而能夠幫助整個(gè)工程實(shí)現(xiàn)高效益的發(fā)展，幫助企業(yè)單位能夠在控制生產(chǎn)成本的過程中保證施工原材料的基本質(zhì)量，進(jìn)而幫助后續(xù)的工程能夠?qū)崿F(xiàn)高效的發(fā)展。

五、小結(jié)

綜上所述，當(dāng)前混凝土已經(jīng)成為了我國(guó)在發(fā)展過程中不可或缺的一種原材料，高性能混凝土因其力學(xué)性能強(qiáng)、耐久性強(qiáng)，成功應(yīng)用在上海金茂大廈及北京西客站等工程，適用于高層、大跨度、大荷載、特殊使用條件和嚴(yán)酷使用環(huán)境以及對(duì)建設(shè)速度、經(jīng)濟(jì)、節(jié)能等有更高要求的工程建設(shè)中。本次通過對(duì)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化與質(zhì)量控制的相關(guān)措施，可簡(jiǎn)單了解如何對(duì)混凝土進(jìn)行高性能配合比設(shè)計(jì)優(yōu)化，從而對(duì)其質(zhì)量采取相應(yīng)的控制措施，保證當(dāng)前混凝土能夠朝著高性能、高質(zhì)量的方向發(fā)展，進(jìn)而為社會(huì)的發(fā)展發(fā)揮其自身的實(shí)際作用。