高性能混凝土配合比設(shè)計及其存在的問題

莫梅鮮

摘要：文章通過高性能混凝土定義、原材料選擇和配比設(shè)計等方面做簡述，以優(yōu)化高性能混凝土配比設(shè)計流程。

關(guān)鍵詞：建筑工程；混凝土配比；設(shè)計分析

通過不同材料的科學(xué)配比，提高混凝土材料質(zhì)量，提高企業(yè)經(jīng)濟效益，是設(shè)計單位的研究重點。高性能混凝土配比設(shè)計的核心環(huán)節(jié)是材料結(jié)構(gòu)參數(shù)的確定和設(shè)計。

1 高性能混凝土配比設(shè)計要點

（1）配比設(shè)計思路。

原材料和混合料的設(shè)計比重是影響高性能混凝土配置的主要因素。若只需考慮材料強度和耐久性能的話，選擇合適的水泥石和一定骨料強度就可以，但一般還需考慮混凝土體積穩(wěn)定性、抗裂性、環(huán)保性等綜合因素，所以通過配料設(shè)計配比優(yōu)化高性能混凝土的思路是：

為了優(yōu)化高性能混凝土抗裂性、體積穩(wěn)定性，提高水泥石強度和耐久性，通過加入優(yōu)質(zhì)水泥、高效減水劑、優(yōu)質(zhì)礦物材料如硅粉、優(yōu)質(zhì)煤炭粉、礦渣粉、沸石粉、高嶺土礦粉等對混凝土性能進行優(yōu)化[1]。而改善骨料級配并對骨料粒徑進行選擇可以達到減少骨料與水泥石間空氣的作用，比通過改善水泥和骨料自身粘結(jié)強度可以提高水泥與骨料界面黏結(jié)強度和耐久性。高強度、骨料的使用可以優(yōu)化混凝土強度。此外，通過水溶性好的外加劑、摻入優(yōu)質(zhì)礦物摻合料并對坍塌度損失進行控制可以提高混凝土的工作性。

（2）原材料選擇。

①凝膠材料。

水泥和礦物摻合料是主要凝膠材料。水泥的型號和規(guī)格直接影響混凝土材料的強度。根據(jù)水泥成分、細度和粒徑等參數(shù)進行選擇，有時也需要考慮水泥與其他材料的相溶性和用水量等改善材料性能。目前使用的礦物摻合料主要有硅粉、優(yōu)質(zhì)煤炭粉、礦渣粉、沸石粉、高嶺土礦粉等，這類礦物材料的加入能使混凝土材料的性能顯著提高，會使高性能混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，并消除普通混凝土具有的隱患。

②骨料。

骨料硬度、粘結(jié)度等性能對高性能混凝土的強度、彈性模量、抗裂性等具有較大影響，也是高性能混凝土中使用率最高的材料，因此，根據(jù)建筑工程可以使用人工或天然骨料的類型較多，需要選擇合適的骨料，確定配比，優(yōu)化混凝土性能。表1為高性能混凝土骨料不同強度等級下的最大粒徑對照表。

③外加劑。

為保證高性能混凝土優(yōu)良性能，不同類型的外加劑如抗?jié)B劑、減水劑會對新拌合的混凝土強度、耐久性提升效果顯著。外加劑會提高其他混合材料與水泥的粘結(jié)性，并通過添加減水劑降低拌合用水量，提高材料整體性能，外加劑的摻量要通過試驗確定實際配比關(guān)系，以降低施工成本，并提高拌合質(zhì)量。

2 確定配比參數(shù)

（1）凝膠材料漿體體積。

水、水泥以及礦物摻合料拌合后的混凝土體積之比一般用VG表示，由于混合料的體積之比對混凝土的抗裂性和體積穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。尤其在 配合C60C100超高性能混凝土?xí)r，選擇合適的骨料，其值應(yīng)低于35%。

（2）水膠比控制。

水膠比要通過試驗確定，水灰比一般為2：5時才能完全水化。高性能混凝土配比設(shè)計時，應(yīng)注意膠結(jié)料的用量，若大量使用會影響混凝土的性質(zhì)，不及加大投入成本，也會降低混凝土的穩(wěn)定性，一般水和膠結(jié)料二者配比處于較低水平。嚴格控制水膠比可參考表2 數(shù)據(jù)。

為了保證混凝土強度，國內(nèi)學(xué)者借鑒多種水膠比和混凝土強度總結(jié)出描述公式，混凝土的強度在澆筑28天后測試，用fe28描述，混凝土含水量（C）和水泥強度（R）[3]，以及經(jīng)驗系數(shù)用K1，K2表示，則28天后強度為：fe28=K1RC（CW-K2）。

（3）水和水泥用量。

建筑施工時水泥用量一般為每立方米使用量在330～450KG，高性能混凝土拌合中用水量需要根據(jù)摻合料、減水劑的使用情況進行確定。用水量混凝土強度成反比，通過試驗可以確定二者關(guān)系。表3為高性能材料單位用水量。

（4）摻合料配比和高效減水劑。

高性能混凝土中使用的煤炭粉、硅粉等礦物質(zhì)混合料要根據(jù)工程施工情況進行試驗，一般粉煤灰重量比為15%～30%，硅粉重量比為5%～15%，由礦物質(zhì)摻合料構(gòu)成的膠結(jié)料是影響混凝土抗壓性能的主要因素，使用活性較高的火山原材料會顯著提高混凝土強度，煤炭粉和爐渣的應(yīng)用最初會降低強度，后期階段混凝土強度會明顯提升。因此，不同材料的配比需要試驗調(diào)控，最大限度的降低投入成本，提高施工效益[2]。

混凝土拌合中加入硅粉需要使用較多的減水劑，一般用量為0.5%～2%。

（5）砂率。

砂率是對混凝土的流動性和硬度有直接影響，需要結(jié)合凝膠材料的用量試驗確定砂的添加量。經(jīng)過試驗，砂用量的詳見表4。

如果高性能混凝土需要滿足泵送條件，砂率需要提高003.

在高性能混凝土配比設(shè)計中，若以粗細骨料的密實系數(shù)為切入點，根據(jù)骨料的分析，達到高流態(tài)、抗壓強度要求。

3 結(jié)語

建筑工程項目建設(shè)中，為了保證高性能混凝土各性能指標(biāo)的滿足建筑需要，主要從抗裂性、耐久性、體積穩(wěn)定性等方面進行考慮，從原材料、外加劑和各種摻合料的選擇、配比進行多種試驗，確定適當(dāng)?shù)呐浔冉Y(jié)構(gòu)，達到最終綜合性能優(yōu)化。設(shè)計過程要借鑒通過實驗的材料配比，減少試驗次數(shù)，提高成功率。

參考文獻：

[1]徐立斌，董藝，陳尚偉.超高性能混凝土的配合比設(shè)計研究[J].混凝土，2015，（1）：7274，82.

[2]徐川.高性能混凝土配比設(shè)計研究[J].建材世界，2015，（2）：3134.