淺談高性能水泥混凝土的配制及應(yīng)用

孫敏婷

摘 要：混凝土材料一直在向著優(yōu)質(zhì)、高性能的方向發(fā)展。優(yōu)質(zhì)高性能的材料應(yīng)該具備高強、性優(yōu)、質(zhì)輕和良好環(huán)境相容性四大主要特征。論文首先探討了高性能混凝土配制過程中材料選取原則及選取方法，主要包括的水泥的強度、石子的尺寸、砂子的類型、外加劑的選擇及其他品種等，并以橋梁施工用承臺為依托，基于當(dāng)?shù)夭牧吓渲瞥隽藵M足要求的高性能混凝土。

關(guān)鍵詞：高性能水泥混凝土配制

高性能混凝土是具有高強度、高耐久、高流動性等多方面優(yōu)越性能的新型混凝土。在配置過程，分兩步循序漸進(jìn)：最初，理論配置著手，到一定階段，活學(xué)活用，就可以形成自己的一套經(jīng)驗公式配置。理論配置一般屬于保守估計，材料會有一定的浪費，本著從節(jié)約水泥，經(jīng)濟合理并且又能保證混凝土良好的工作性（流動性，可塑性，穩(wěn)定性以及易密性）兩方面考慮，經(jīng)驗配置可以大大地優(yōu)化配置過程與材料。

1 原材料的選擇

1.1水泥

水泥選擇參照國標(biāo)，部標(biāo)等規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的項目:水泥是混凝土材料中的膠結(jié)材料，水泥的標(biāo)號對所配制的混凝土強度有重要影響，根據(jù)相應(yīng)的配合比選用適宜用的水泥類型。

配制高強度混凝土在選擇水泥時應(yīng)注意它與可能選用的高效減水劑之間的相容性，一般所選用的水泥應(yīng)該是42.5級以上的且質(zhì)量穩(wěn)定的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，最好采用純硅酸鹽水泥。硅酸鹽水泥的強度因礦物組分而異，而且其礦物成分的水化反應(yīng)也受各種因素的影響，即使水泥品種相同，早期養(yǎng)護溫度不同，強度的發(fā)展也不同。如在反應(yīng)初期提高溫度，可以加速水化反應(yīng)，但由于水泥粒子表面被析出的硅酸鈣水化物C-S-H包裹著，妨礙水泥粒子內(nèi)部的進(jìn)一步水化，后期強度受到影響。高細(xì)度水泥能獲得早期強度，但后期強度很少增加，且水化熱嚴(yán)重混凝土容易裂縫。所以單純增加細(xì)度并不合適。此外還需要在適當(dāng)?shù)臏囟扰c濕度下養(yǎng)護。

1.2骨料

（1）粗骨料

首先，考慮到混凝土和易性等因素，要注意選擇適宜的骨料最大粒徑、級配等。配制高強度、高性能實混凝土?xí)r，當(dāng)使用卵石時最大粒徑應(yīng)不超過25mm，當(dāng)使用碎石時最大粒徑應(yīng)不超過20mm，且針片狀顆粒含量要少。

保證骨料本身應(yīng)有的濕度和溫度。當(dāng)遇酷暑炎熱天氣氣溫>35℃以上，現(xiàn)場堆積粗骨料由于太陽暴曬，石子水分會由飽和面干狀態(tài)蒸發(fā)到干燥狀態(tài)，本身石子含水率降為很低以至于忽略不計，就需要灑水保濕。當(dāng)氣溫低于5℃時，石子無需含有太多的含水量，主要因為考慮到石料中水凝結(jié)成冰的緣故。

（2）細(xì)骨料

對于細(xì)骨料來說，主要考慮砂率對混凝土工作性的影響。砂率大時，可能無法保證高性能混凝土拌合物的流動性，因為細(xì)集料在重力作用下的相對運動能力不如粗集料，過量使用將降低澆筑時填充的沖力;砂率過小，新拌高性能混凝土容易發(fā)生離析現(xiàn)象。因此，配制混凝土?xí)r，選擇合適的砂率應(yīng)從混凝土流動性和粘聚性綜合平衡考慮。同時應(yīng)嚴(yán)格控制砂中粉細(xì)顆粒的含量和石子的含泥量。

1.3外加劑

外加劑是新興的混凝土配套項目，并且外加劑屬于一種活性極大的材料，摻入的外加劑需根據(jù)不同的外加劑特性進(jìn)行選擇。

（1）減水劑

減水劑應(yīng)選擇高效減水劑，要求減水率高，質(zhì)量穩(wěn)定，并且與水泥有較好的適應(yīng)性。目前采用較多有萘系高效減水劑、脂肪族高效減水劑和聚梭酸系高效減水劑等。

（2）緩凝劑

緩凝劑是能延緩混凝土凝結(jié)硬化時間，是目前控制自密實混凝土拌合物坍落度損失最有效的方法之一。目前常用的緩凝劑有葡萄糖酸鈉、三聚磷酸鈉、檸檬酸等。

（3）引氣劑

引氣劑是一種表面活性劑，由于表面的活性作用，降低了水的表面張力及表面能，使水溶液形成眾多表面時所需的功減少。由于表面活性劑定向吸附在氣泡表面，形成了單分子吸附膜，使液面堅固而不易破裂。加入混凝土中的引氣劑能夠產(chǎn)生均勻、穩(wěn)定、封閉、互不連通的微小氣泡，避免了毛細(xì)管道的形成，緩和了自由水受凍結(jié)所產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力，因此可改善混凝土的耐久性。

總之，由于外加劑品種繁多，性能差異，運用外加劑時，根據(jù)混凝土的性能要求，施工工藝，現(xiàn)場氣候條件結(jié)合混凝土原材料性能及對水泥適應(yīng)性因素，通過試驗及技術(shù)經(jīng)濟分析，確定其品種以及摻量。

1.4水

用于配制柔模泵送混凝土的拌合水的質(zhì)量要求與普通混凝土相同，即不得影響混凝土的和易性及凝結(jié)時間；不得有損于混凝土強度發(fā)展；不得降低混凝土的耐久性；不得污染混凝土表面。柔模泵送混凝土的拌合用水與常規(guī)混凝土一樣，按行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《混凝土拌合用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定執(zhí)行即可。

2. 工程應(yīng)用

某橋梁施工用承臺，選擇提出配制超流態(tài)、超長保塑、高保水、高抗離析、設(shè)計強度等級為C25的細(xì)石自密實混凝土。

（1）坍落度根據(jù)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

控制13±2cm左右，為保證其施工時流動度的要求，建議放置15cm坍落度，最大粒徑考慮到料源地供料31.5cm石子，滿足不超過鋼筋間最小間距3/4的要求。

（2）確定單位用水量

單位用水量的確定，查設(shè)計規(guī)程JGJ/55－96所定的初始用水量按減水劑的固定減水比率折減用水量，因開工即初，標(biāo)準(zhǔn)仍按未調(diào)整過的JTJ/T55-96普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程。

初始用水量對照標(biāo)準(zhǔn)(表3.0.1)確定W0=220Kg/m3，普通型減水劑NF-4因質(zhì)量穩(wěn)定，為其外摻劑.幾組配比對比測試驗算出其減水率β=10%左右，單位用水量W=W0(1-β)=198Kg/m3。

（3）確定其水泥用量

W/C=0.51，求算單位水泥用量M=390kg/m3驗算水泥用量是否符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，滿足鋼筋混凝土規(guī)范最小水泥用量275kg/m3，最大水灰比0.60。

（4）砂率的確定

砂率的確定是一個頗費周折的問題，原因在于砂率選取除按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定外還應(yīng)考慮實際供應(yīng)的砂未通過5mm篩孔的篩余量，由于每批來料砂的質(zhì)量不均勻性，固定的砂率有時會造成拌制的混凝土工作性不良.通常做法，預(yù)先設(shè)計一個標(biāo)準(zhǔn)配合比，再根據(jù)現(xiàn)場情況，調(diào)整施工配合比。依照規(guī)范JGJ/T55-96中表(3.0.2.1)選取砂率Sp=37%，考慮砂中5mm篩孔篩余量占總量的14%以上，扣除此因素折合成計算式求得Sp=43%.

（5）確定砂石用量

使用體積法求算砂石用量

mc0/ρc+mg0/ρg +ms0/ρs +mw0/ρw +0.01a=1

βs= ms0/( mg0+ms0)

其中： mc0—水泥量390Kg/m3；

mw0—用水量198Kg/m3；

ρg—石子密度2.68g/cm3；

ρs—砂的密度2.65g/cm3；

ρw—水比重1.0g/cm3；

βs—砂率取值43%；

求算得出砂ms=764Kg，石子mg=1013Kg。

（6）確定外加劑摻量

外加劑摻量多少往往根據(jù)其特性，摻量范圍大小確定，NF-4摻量1.2～1.8%，因施工期處于氣溫較低的1～2月份，建議摻量1.2%，即390*1.2%=4.68Kg。

驗算完畢后，得出此級配各材料數(shù)值mw0=198Kg/m3，mc0 =390Kg/m3，ms=764Kg/m3，mg=1013Kg/m3NF-4外加劑的摻量為水泥用量的1.2%為4.68Kg/m3

試驗室對此級配正式拌制前進(jìn)行內(nèi)部試驗，試驗結(jié)果:坍落度值14cm，和易性良好，終凝時間7小時，7d、28d強度達(dá)到設(shè)計要求.同時還應(yīng)在用水量不變的情況下，基準(zhǔn)水灰比增大或減小0.05的系數(shù)，配制出的混凝土與基準(zhǔn)混凝土進(jìn)行對比試驗。

（7）摻加粉煤灰

正確合理地在混凝土中摻加粉煤灰，使之摻入混凝土后達(dá)到改善混凝土性能、提高工程質(zhì)量、節(jié)省水泥、降低混凝土成本、節(jié)約資源的目的。

水泥取代率定為β＝17％超量系數(shù)δ＝1.5水泥比重ρ=3.1g/cm3粉煤灰比重ρf=2.2g/cm3砂比重ρs=2.65g/cm3石子比重ρg=2.68g/cm3

水泥：mc＝mc0(1-βc)=390*（1-0.17）＝324 kg/m3

粉煤灰：mf=δc(mc0- mc )=1.5*（390-324）=99 kg/m3

黃砂：ms = ms0-( mc/ρc+ mf/ρf-mc0/ρc)ρs

=764-（324/3.1+99/2.200-390/3.1）*2.65

=701kg

（8）經(jīng)試配調(diào)整出配合比

設(shè)計配合比是控制混凝土質(zhì)量至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。①應(yīng)調(diào)整砂率，適當(dāng)增加砂的數(shù)量，以增大砂漿的粘度，同時也應(yīng)增大砂漿的數(shù)量；②優(yōu)化骨料的級配、選用針片狀含量少、粒形較好的粗骨料；③調(diào)整高效減水劑的品種和摻量；④調(diào)整礦物摻合料的摻量；⑤采用與混凝土拌合物體系相容性好，對混凝土硬化后性能無不利影響的增稠劑。

該工程中配合比設(shè)計如下：

mc : ms : mg0 : mw0 : mf : mjo＝324 : 701 : 1013 : 198 : 99 : 4.68經(jīng)試驗室拌制結(jié)果坍落度16cm，和易性良好，7d強度26.6MPa；28d強度34.5MPa符合設(shè)計要求。

綜上所述，說明水泥混凝土的配制過程是理論聯(lián)系實際的過程，針對施工現(xiàn)場實際的原料設(shè)計配制混凝土，同樣的配比設(shè)計，換了另一個工地現(xiàn)場就會不適用。所以在配和比設(shè)計中，必須對施工現(xiàn)場的方方面面有一個徹底的了解。

3 結(jié)語

通過工程實踐的設(shè)計應(yīng)用，后期強度高，能夠滿足橋梁施工用承臺所要求的強度，說明該設(shè)計原則能滿足高性能混凝土的性能要求，工程實際應(yīng)用也取得了很好的效果，具有較好的實踐指導(dǎo)意義。

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