高性能混凝土配比設計研究

徐 川

(邯鄲市順達混凝土有限公司，邯鄲 056000)

高性能混凝土配比設計研究

徐 川

(邯鄲市順達混凝土有限公司，邯鄲 056000)

該文主要對高性能混凝土的配比設計進行闡述，分析了實現(xiàn)高性能混凝土的性能指標的配比要點，并對高性能混凝土配比設計參數(shù)與其強度之間的關(guān)系進行了研究，論述了密實系數(shù)法下的高性能混凝土配比設計研究。

高性能混凝土； 配比設計； 設計參數(shù)

在社會經(jīng)濟高速發(fā)展的過程中，建筑工程領(lǐng)域也獲得了突飛猛進的發(fā)展，極大地促進了建筑材料行業(yè)的進步。在現(xiàn)代化工程施工過程中，應用的一種重要材料就是高性能混凝土，該建筑材料憑借著優(yōu)質(zhì)的性能，在建筑領(lǐng)域占據(jù)著極其重要的地位。隨著人們對建筑工程要求的提高，建筑企業(yè)當前面臨的主要問題就是在降低混凝土施工資金投入的基礎(chǔ)上，通過科學、優(yōu)化的高性能混凝土配比方案，提高混凝土的質(zhì)量，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟效益。該文通過對高性能混凝土配比設計的研究，從而探索出配比設計方案，為相關(guān)的研究提供參考意見。

1 高性能混凝土配比設計概述

同普通混凝土存在明顯的不同，高性能混凝土在構(gòu)成成分方面相對復雜，在性能方面具有明顯的優(yōu)勢，這就需要研制出更加合理的配比方法。由于普通混凝土在原材料選用和配合比例方面的限制較小，只需要根據(jù)建筑工程的實際狀況及設計方案進行即可，然而受到外界場地和原材料選取等因素的影響，很難保證混凝土配比達到規(guī)范的標準要求，影響了混凝土的性能，可能會導致一些建筑工程質(zhì)量問題[1]。對于普通混凝土的配比設計原則來說，配比設計的經(jīng)濟性是其考慮的主要方面，其次才是原材料的使用。

強度大、耐久性良好、穩(wěn)定性高、適用范圍極廣是高性能混凝土最顯著的特征。在進行配比設計的過程中，一方面要考慮到配比設計的經(jīng)濟性，盡可能地降低成本投入，達到混凝土的性能指標，提高工程的施工質(zhì)量；另一方面更要嚴格地控制水灰比，合理地應用高效減水劑，為保障高性能混凝土在工作性、耐久性及強度等方面的要求，還需要對混凝土的流動性進行合理的調(diào)整，高效應用粉煤灰、磨細礦渣粉、硅灰粉等礦物摻和料。

2 實現(xiàn)高性能混凝土的性能指標的配比要點

在對高性能混凝土進行配比設計的過程中，參考的幾項重要指標就是耐久性、強度和穩(wěn)定性。高性能混凝土所應用的原材料對于整個工程施工質(zhì)量的保證意義重大，其中水、骨料、礦物摻和料、高效減水劑和水泥是高性能混凝土施工的主要原材料，要嚴格按照施工材料標準控制原材料的質(zhì)量。同時，還需要提高檢測工作人員的專業(yè)素質(zhì)，準確地了解各個成分在原材料中所占的比例，嚴格按照規(guī)定進行管理，做好基礎(chǔ)性保障工作[2]。

實現(xiàn)高性能混凝土的性能指標的配比要點如下：

1)高效減水劑的應用。高性能混凝土的強度指標主要是依靠高效減水劑的使用才實現(xiàn)的，該原料的使用可以使拌合用水量減少，但對水泥的使用量不會產(chǎn)生影響，確保了混凝土的易和性。在實際配比過程中應將高效減水劑控制在約0.8%～1.5%的膠結(jié)料含量，在達到一定標準后即使添加再多也不會使混凝土發(fā)生較大的變化，合理的用量可以減少成本，取得有效的配比結(jié)果[3]。

2)水灰比的控制。高性能混凝土配比設計時，避免出現(xiàn)大量使用膠結(jié)料的現(xiàn)象，否則會干擾混凝土的性能，使其穩(wěn)定性下降，增大成本投入，要將水和膠結(jié)料二者的應用含量比控制在一個相對較低的水平。

3)礦物摻和料的使用。在高性能混凝土配比過程中添加一定量的礦物摻和料，可以有效地改善混凝土的耐久性、強度和抗?jié)B性能，降低了因溫度變化而產(chǎn)生裂縫的質(zhì)量問題的發(fā)生幾率，提高了混凝土在不同環(huán)境下的適用性，提升混凝土澆筑過程中的性能。

4)骨料的選取和應用。骨料在高性能混凝土所有成分中占有的比例最大，平均1 m3混凝土需要1.5 m3的骨料，所以控制好骨料的質(zhì)量對保證混凝土質(zhì)量非常重要。骨料類型多種多樣，市土建施工建設可以選取的類型較多[4]。人工骨料及天然骨料通常是房屋工程和道路工程施工過程中主要應用的骨料類型。

3 高性能混凝土配比設計參數(shù)與其強度之間的關(guān)系

高性能混凝土對應用原材料、配比含量設計的要求較高，經(jīng)過多年的發(fā)展，廣大研究學者也對其配比設計進行了深入的研究，總結(jié)了大量的經(jīng)驗，基于不同的角度研發(fā)和設計了不同形式的配比設計方案。這些配比設計方案雖然考慮的因素有所不同，但就設計目標、設計原理等基本內(nèi)容具有一致性，力爭在節(jié)約成本投入的基礎(chǔ)上，使配比設計方案更加科學、合理，提升和改善高性能混凝土的質(zhì)量及性能。高性能混凝土和普通混凝土在配比設計時，所遵循的法則大致相同，包括減少水量、密實度最大和水灰比等。

該文在進行高性能混凝土配比設計研究過程中，主要參考的是由陳建奎教授提出的混凝土配合比設計新法(全計算法)進行分析。高性能混凝土的性能同配比設計參數(shù)有直接的關(guān)系，為了保障混凝土在各性能方面的要求，應對混凝土進行相應的實驗室檢測[5]。

3.1 水膠比同混凝土強度的關(guān)系

影響高性能混凝土強度的關(guān)鍵要素就是水膠比，該原料可以從根本上影響水泥漿的質(zhì)量，發(fā)揮著融合骨料、水泥漿兩種原料的重要作用。若將混凝土配置過程中的膠結(jié)料含量、用水量分別用B和W表示，混凝土抗壓強度用fc表示，則水膠比的應用量越大，混凝土強度越差。用公式表示為：φ[1/(W/B)]=fc，其中混凝土應用時間、實驗條件及應用材料的系數(shù)比用φ表示。

無論是高性能混凝土，還是普通混凝土，在配比設計方面的水膠比同混凝土強度關(guān)系相一致，不同之處在于后者的水膠比變化大，前者變化小。因此，通常將高性能混凝土的水膠比控制在0.21～0.5的范圍內(nèi)，足以保證混凝土的抗壓強度[6]。我國借鑒國際上多種水膠比與混凝土強度關(guān)系的研究成果，總結(jié)出了描述二者關(guān)系的公式?；炷翉姸鹊拇_定在混凝土完成澆筑過程28天后，若將其強度用fc28表示，用C、R分別代表混凝土的含水量及水泥強度，經(jīng)驗系數(shù)用K1和K2表示，則歸納公式為：K1RC(C/W-K2) =fc28。

3.2 膠結(jié)料的原料構(gòu)成同混凝土強度的關(guān)系

活性礦物摻合料是構(gòu)成膠結(jié)料的主要成分，從本質(zhì)上看，該原料的使用含量及所應用材料的種類是影響高性能混凝土抗壓性能的主要原因。在配比設計時，要合理地把握膠結(jié)料的原料構(gòu)成情況，在應用活性較高的火山原材料的情況下，可以使高性能混凝土的整體強度得到有效改善；而在應用煤灰、爐渣等原材料的情況下，會使形成初期的混凝土強度減弱，但在后期階段強度又會得到明顯提升，優(yōu)于水泥原料構(gòu)成的混凝土抗壓性能。要想增強高性能混凝土的強度性能，需要調(diào)控原材料種類，并控制使用量的大小，最大限度地降低成本投入，提高經(jīng)濟效益。

4 密實系數(shù)法下的高性能混凝土配比設計研究

在高性能混凝土的配比設計研究中，此研究主要以粗、細骨料的密實系數(shù)作為切入點，結(jié)合密實系數(shù)法的設計思想，將配置原材料中的骨料進行分析和探索，通過高性能混凝土在高流態(tài)、抗壓強度的指標要求，總結(jié)配比設計的具體方法。若將m、δ分別表示混凝土配置過程中的骨料質(zhì)量及包裹層的薄厚程度，D代表骨料堆積而成的球體的直徑大小，配比骨料的堆積、外觀密度用ρ′、ρ表示，p代表骨料堆積存在的空隙比例，則公式6mδ/(ρD)+pm/ρ=V填充即為利用密實系數(shù)法得到的高性能混凝土配比原理[7]。

根據(jù)上述表述，可以將骨料密實系數(shù)e歸納整理成6δ/(ρD)+p/ρ′，其代表每cm3內(nèi)骨料的含量(kg)。結(jié)合以上分析和研究成果，針對配比設計過程中應用的細集料情況進行分析，對高性能混凝土的配比設計方法進行進一步的演變和深化，將δs’和Ds’分別代表水泥漿包裹薄厚程度和細骨料直徑大小，配比過程中應用的水及水泥的外觀密度分別用ρw和ρc代表，配比過程應用的水含量及水泥含量分別用mw及mc表示，ms代表的是砂應用量的大小，則細骨料配比原則可以用es(mc/ρc+mw/ρw)=ms來表示。

根據(jù)以上公式和總結(jié)結(jié)論，結(jié)合實際工程涉及的相關(guān)實驗數(shù)據(jù)，可以對高性能混凝土配比設計過程中的細骨料密實系數(shù)之間的對應關(guān)系進行總結(jié)，選取160 mm的坍落度作為標準，觀察坍落度與混凝土強度的具體狀況，此處混凝土的強度為最終抗壓強度。細骨料密實系數(shù)之間的對應關(guān)系詳見表1。

表1 細骨料密實系數(shù)之間的對應關(guān)系

如果應用粗骨料作為高性能混凝土的配比原材料，采用粒徑最大化的方式進行混凝土密實度的分析時，粗骨料單位立方厘米混凝凝土體積所對應的含量可以通過egms(1/ρs+1/es)=mg來表示。粗骨料密實系數(shù)之間的對應關(guān)系表詳見表2。

表2 粗骨料密實系數(shù)之間的對應關(guān)系

在對高性能混凝土配比設計進行研究分析的過程中，在應用密實系數(shù)法的情況下，應遵循的設計原則包括以下幾點：

1)首先要對混凝土的水灰比標準進行明確。

2)對配比應用的水量進行控制。

3)結(jié)合上述粗、細骨料的密實系數(shù)之間的對應關(guān)系表，查看混凝土強度分別所對應的粗、細骨料密實系數(shù)，并通過相應的公式得配比單位混凝土時所需的粗、細骨料質(zhì)量。

4)得出配置高性能混凝土所應用的原材料種類和相應的含量。

5)通過實驗室和公式檢驗的方法，對混凝土配合比的合理性和科學性進行檢驗，將粗、細骨料質(zhì)量控制作為配比的重中之重，從而滿足混凝土的強度、穩(wěn)定性等性能，指導實際的配比設計操作。

5 結(jié) 語

隨著科學技術(shù)的不斷創(chuàng)新，混凝土技術(shù)也呈現(xiàn)出日益完善的發(fā)展趨勢，高性能混凝土配比設計是保障工程質(zhì)量的一項關(guān)鍵內(nèi)容，對現(xiàn)代工程的進步有非常重要的意義。要想實現(xiàn)高性能混凝土在強度、適用性、耐久性及穩(wěn)定性等性能指標要求，就必須要從根本上確保配比設計的合理性和科學性，做到減少成本投入的同時，優(yōu)化高性能混凝土的質(zhì)量。在對高性能混凝土進行配比設計的過程中，應從骨料、水膠比、活性摻合料及高效減水劑等多個原料的應用角度入手，結(jié)合實際施工要求，滿足施工設計的結(jié)構(gòu)要求，為現(xiàn)代化工程的發(fā)展提供動力。

處在現(xiàn)代化社會中，人們對建筑工程的要求越來越高，這就需要不斷提高混凝土的性能，在這種大背景下，高性能混凝土憑借其優(yōu)質(zhì)的性能受到人們的廣泛重視，成為當前研究的重點內(nèi)容。對于高性能混凝土配比設計方面的研究，要將水膠比和膠結(jié)料的使用擺在重要的位置上，進一步優(yōu)化混凝土的性能。此外，還需要制定出更加標準、統(tǒng)一的配比設計和評價規(guī)范，實現(xiàn)科學配置，推動現(xiàn)代工程領(lǐng)域的進步。

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High Performance Concrete Proportioning Design Research

XU Chuan

(Handan City Shunda Concrete Co, Ltd.，Handan 056000，China)

This article mainly elaborates the proportioning design of high performance concrete, and analyzes the implementation of high performance concrete performance index of the matching points.The design parameters of high performance concrete mix ratio and strength are studied, the relationship between the design parameters and strength is researched.The compaction coefficient method is discussed under the high performance concrete proportioning design research.

high performance concrete; the matching design; design parameters

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.008

2014-11-15.

徐 川(1985-)，技術(shù)員.E-mail:dazhonglwfb@163.com