試論C55高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

劉玉凱

1.C55高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)原則

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)，應(yīng)根據(jù)工程設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、規(guī)程要求，以及混凝土結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度等級(jí)、耐久性、原材料品質(zhì)、工藝方法、環(huán)境因素等綜合依據(jù)為指導(dǎo)，通過(guò)計(jì)算、試配、各種指標(biāo)檢測(cè)后經(jīng)調(diào)整確定。配制成的混凝土應(yīng)能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)，耐久性指標(biāo)和施工工藝等要求。檢驗(yàn)項(xiàng)目符合要求。其配合比設(shè)計(jì)原則：

1.1選擇優(yōu)質(zhì)的原材料。

1.2在滿(mǎn)足工藝性能的前提下，采用盡可能低的水膠比及最優(yōu)的含砂率。

1.3在滿(mǎn)足強(qiáng)度的前提下，膠凝材料的漿體體積（全部膠凝材料與水的體積）占混凝土體積的百分比盡可能小，一般不超過(guò)35%，最好控制在28%～32%之間。

1.4選擇合理的組成材料及其單位用量，以滿(mǎn)足耐久性及特殊性能要求。

1.5摻用效果好，減水率高，流動(dòng)性保持能力強(qiáng)，多功能復(fù)合型混凝土外加劑，以改善和提高混凝土的綜合性能。

1.6選用適應(yīng)的外摻料，如粉煤灰、礦粉、硅粉等，可起到改善混凝土的技術(shù)性能，節(jié)約水泥、降低成本的良好作用。

2.原材料的選擇及技術(shù)要求

高性能混凝土的組成材料，除與普通混凝土相同的組成材料——水泥、砂、石、水等，高效減水劑和超細(xì)礦物摻和料是不可缺少的組分。科學(xué)合理的選擇這些特殊摻合料，是成功配制高性能混凝土的關(guān)鍵。

2.1水泥

水泥的礦物組成和顆粒組成直接影響到水泥水化反應(yīng)的速度，水化熱和水化產(chǎn)物的組成和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，也就直接影響到混凝土的開(kāi)裂機(jī)率，以及混凝土的強(qiáng)度和耐久性。對(duì)于高性能混凝土，需選擇早期強(qiáng)度適中，早期水化熱較低的水泥。為便于控制和調(diào)整外摻料的品種和比例，應(yīng)采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥進(jìn)行配制。

配制高性能混凝土的水泥的技術(shù)要求為：強(qiáng)度等級(jí)為42.5或52.5的質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥》，水泥中鋁酸三鈣（C3A）含量宜控制在6%～12%，氯離子含量應(yīng)低于0.03%，堿含量≤0.6%。

2.2礦物摻和料

在混凝土中摻入礦物外摻料，特別是多元復(fù)合摻入，不僅能改善混凝土的工作性，降低混凝土溫升速度，而且能改善其內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)性，促進(jìn)混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展，并且還能抑制堿——集料反應(yīng)的發(fā)生，從而提高混凝土的安全性和耐久性。礦物外摻料在混凝土中具有許多特殊的功能，是高性能混凝土不可缺少的材料組成。

礦物摻和料包括粉煤灰、磨細(xì)高爐礦碴、硅灰等，其技術(shù)條件應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外摻料》（GB/T18736-2002）的規(guī)定。

2.3高性能混凝土材料品質(zhì)指標(biāo)要求

2.3.1粉煤灰品質(zhì)指標(biāo)

粉煤灰應(yīng)選擇料源固定、品質(zhì)穩(wěn)定、來(lái)自燃煤工藝先進(jìn)電廠(chǎng)的原狀灰，也可采用磨細(xì)灰。

2.3.2磨細(xì)礦碴粉品質(zhì)指標(biāo)

磨細(xì)礦碴粉應(yīng)選用品質(zhì)穩(wěn)定均勻，料原固定的產(chǎn)品。

2.3.3聚羧酸外加劑品質(zhì)指標(biāo)

外加劑應(yīng)具有減水率高、坍落度損失小、適量引氣，能細(xì)化混凝土結(jié)構(gòu)，能明顯改善提高混凝土耐久性能，與水泥有良好的適應(yīng)性等性能。

2.3.4細(xì)骨料品質(zhì)指標(biāo)

細(xì)骨料應(yīng)選擇級(jí)配合理＼質(zhì)地均勻堅(jiān)固的天然中粗河砂，細(xì)度模數(shù)為2.6～3.2，不宜使用機(jī)制砂和山砂，嚴(yán)禁使用海砂。

2.3.5粗骨料品質(zhì)指標(biāo)

粗骨料應(yīng)采用級(jí)配合理、質(zhì)地均勻堅(jiān)固的碎石，也可采用卵碎石或卵石，不宜采用砂巖碎石。粗骨料宜采用二級(jí)配石。粗骨料的最大公稱(chēng)粒徑不大于31.5mm，且不宜超過(guò)鋼筋保護(hù)層厚度的2/3，不得超過(guò)鋼筋最小間距的3/4。配制預(yù)應(yīng)力混凝土，粗骨料最大粒徑不大于25 mm。

2.3.6水泥的品質(zhì)指標(biāo)

水泥的質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

2.3.7拌合水的品質(zhì)指標(biāo)

混凝土拌合用水的質(zhì)量可采用飲用水。

3.高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1概念

設(shè)計(jì)高性能混凝土配合比，應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計(jì)等級(jí)、混凝土耐久性以及侵蝕環(huán)境類(lèi)別，施工工藝對(duì)工作性的要求，原材料品質(zhì)、施工管理水平的要求進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，通過(guò)科學(xué)試配、調(diào)整、檢測(cè)、分析、總結(jié)等步驟確定配合比。配制的混凝土拌合物性能應(yīng)滿(mǎn)足施工和驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)要求外，還必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)強(qiáng)度和耐久性的技術(shù)要求。

3.1.1最小和最大總膠凝材料控制

高性能混凝土最小和最大總膠凝材料應(yīng)根據(jù)根據(jù)環(huán)境類(lèi)別、侵蝕類(lèi)別及強(qiáng)度等級(jí)確定。通常情況下，C30以下混凝土的膠凝材料總量不宜低于280kg/m3和高于400kg/m3；C35～C40混凝土不宜低于320 kg/m3和高于450kg/m3；C50及以上混凝土不宜低于360kg/m3和高于500kg/m3。

3.1.2礦物摻合料的確定

為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的工作性能和抗裂性能，混凝土中宜適量摻加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦碴粉或硅灰等礦物摻合料。不同的礦物摻合料應(yīng)根據(jù)混凝土的性能要求通過(guò)試驗(yàn)確定。礦物摻合料總量應(yīng)控制在膠凝材料總量的25%～45%之間。粉煤灰摻量超過(guò)30%時(shí)，其水膠比不得大于0.45，有凍融環(huán)境粉煤灰摻量不宜大于30%；礦碴粉的摻量宜為25%以下；灰質(zhì)活性指數(shù)大于95%為宜。其技術(shù)指標(biāo)符合要求。

3.1.3高性能外加劑的確定

高性能混凝土中，必須適量摻加高性能復(fù)合外加劑，優(yōu)先選用聚羧酸高效復(fù)合減水劑，其摻量應(yīng)根據(jù)性能試驗(yàn)確定。技術(shù)指標(biāo)應(yīng)符合要求。

3.2配合比設(shè)計(jì)技術(shù)要求

3.2.1掌握工程結(jié)構(gòu)類(lèi)型及設(shè)計(jì)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，環(huán)境類(lèi)別及環(huán)境作用等級(jí)。

3.2.2水膠比盡量控制在0.28～0.35之間。

3.2.3根據(jù)工藝、結(jié)構(gòu)、氣候等情況，確定混凝土坍落度和擴(kuò)散度，確?；炷凉ぷ餍粤己?。

3.2.4確保施工需要?；炷?天抗壓強(qiáng)度<12Mpa，3～7在達(dá)設(shè)計(jì)85%以上，彈模強(qiáng)度達(dá)80%以上。56天達(dá)設(shè)計(jì)強(qiáng)度110%以上。

3.2.5耐久性指標(biāo)滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。當(dāng)設(shè)計(jì)對(duì)混凝土的耐久性指標(biāo)無(wú)具體要求時(shí)，應(yīng)按《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》附錄G要求確定。

3.3凝土配合比正交設(shè)計(jì)法

正交設(shè)計(jì)是用正交表來(lái)安排與分析多因素試驗(yàn)的，因此首先必需了解正交表的構(gòu)造和使用方法。

正交表是利用“均衡分散性”與“整齊可比性”兩條正交線(xiàn)原理，挑選出具有代表性的試驗(yàn)點(diǎn)，排列成有規(guī)律的表格即正交表。

4.配合比現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證和優(yōu)化

4.1現(xiàn)場(chǎng)配合比驗(yàn)證

現(xiàn)場(chǎng)配合比驗(yàn)證是指在生產(chǎn)線(xiàn)上對(duì)配合比進(jìn)行施工前的驗(yàn)證，驗(yàn)證指標(biāo)必須根據(jù)設(shè)計(jì)、驗(yàn)收評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)和工藝性能指標(biāo)進(jìn)行，檢測(cè)這些指標(biāo)是否與室內(nèi)設(shè)計(jì)檢測(cè)指標(biāo)相符，若差異過(guò)大，要進(jìn)行分析，并進(jìn)行最終調(diào)整，只有通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證合格的配合比，才能投入施工生產(chǎn)。

4.2配合比優(yōu)化

配合比的優(yōu)化原則：必須在符合設(shè)計(jì)規(guī)程，滿(mǎn)足施工規(guī)范，達(dá)到評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，有利工藝性能的基礎(chǔ)上進(jìn)行。

5.結(jié)果總結(jié)

5.1高性能混凝土采用粉煤灰、礦粉高摻量技術(shù)，是配制高性能耐久性混凝土的先進(jìn)技術(shù)，總膠凝材料的比例組成是配合比設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。

5.2高性能減水劑，特別是聚羧酸不僅減水率高，而且混凝土坍落度保持性好，對(duì)大計(jì)量的外摻料混凝土有較好的激發(fā)作用。

5.3在有彈模要求的橋梁及有凍融要求的混凝土施工中，粉煤灰的摻量不宜過(guò)高，宜在15%之內(nèi)。

5.4砂率對(duì)混凝土彈模影響較大，在滿(mǎn)足工作性的條件下，應(yīng)盡量降低為宜。

5.5坍落度對(duì)于高性能混凝土的工作性，經(jīng)測(cè)試已經(jīng)不敏感，宜采用擴(kuò)展度和粘度進(jìn)行控制。

5.6平板抗裂性能試驗(yàn)對(duì)于高性能混凝土，已經(jīng)不敏感。圓環(huán)抗裂試驗(yàn)與實(shí)際結(jié)構(gòu)差異較大，不能真正反映不同體積、不同結(jié)構(gòu)、不同環(huán)境、不同溫度混凝土抗裂性的真實(shí)性。

5.7高性能混凝土具有較好的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)和社會(huì)效益，是混凝土發(fā)展的新區(qū)域。