高性能混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

姚　平

（山西西山金信建筑有限公司　山西　古交　030200）

高性能混凝土配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)探討

姚平

（山西西山金信建筑有限公司山西古交030200）

對(duì)混凝土的配合比進(jìn)行設(shè)計(jì)是獲得其優(yōu)良性能的關(guān)鍵，高性能混凝土對(duì)性能的要求相對(duì)復(fù)雜，經(jīng)典的設(shè)計(jì)方法已很難達(dá)到要求，如何對(duì)高性能混凝土配合比進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是建筑行業(yè)亟待解決的重要課題。

高性能混凝土；配合比；設(shè)計(jì)

1　混凝土配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比設(shè)計(jì)是指以適當(dāng)比例的水泥、水、粗細(xì)骨料、外加劑和礦物摻合料配合以獲得符合工程要求和合乎規(guī)范的混凝土，混凝土配合比設(shè)計(jì)有兩個(gè)目的：①要獲得符合性能要求的混凝土；②在盡可能低的成本下獲得滿足性能要求的混凝土，混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的是得到性能更優(yōu)、造價(jià)更低的混凝土?？梢?jiàn)混凝土配合比設(shè)計(jì)是一個(gè)能夠使相互抵觸的因素相互得到平衡的技術(shù)。傳統(tǒng)的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法是一種計(jì)算加試配的方法，其計(jì)算準(zhǔn)則基于逐級(jí)填充原理，計(jì)算粗略配合比，后經(jīng)制備養(yǎng)護(hù)，測(cè)試試件的物理力學(xué)性能，不斷的進(jìn)行調(diào)整直至配合比滿足性能的要求為止。一般有絕對(duì)體積法和假定容重法，利用這兩種方法，可以配制出滿足強(qiáng)度和工作性能要求的混凝土，此種配合比的設(shè)計(jì)相對(duì)簡(jiǎn)單，也比較成熟。

2　高性能混凝土的特征

高性能混凝土是指具有所要求性能的均質(zhì)性混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上釆用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。高性能混凝土以高耐久性、高工作性、一定的強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性而著稱。高性能混凝土應(yīng)該具備的性能包括：流變性能、強(qiáng)度、耐久性、體積穩(wěn)定性等。影響高性能混凝土性能的因素有很多，比如水泥含量、水泥強(qiáng)度、用水量、水膠比、石料最大粒徑、砂率、細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)、外加劑種類以及含量等，另外還有施工方面的因素。配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)是在充分考慮原材料性能以及掌握各種配合原理和配制方法的基礎(chǔ)上，確定各種原材料的最佳用量的一種手段，是材料與性能關(guān)系在實(shí)際應(yīng)用中的體現(xiàn)。在高性能混凝土的發(fā)展過(guò)程中，混凝土的使用者往往過(guò)多的關(guān)注混凝土的強(qiáng)度，而忽視了混凝土的彈性和韌性。以至于現(xiàn)在使用的大多數(shù)高性能混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)過(guò)快、強(qiáng)度過(guò)高，同時(shí)高性能混凝土的彈性和韌性不足。高性能混凝土在發(fā)生變形的時(shí)候，抗變形能力差，從而降低了混凝土的耐久性。

3　高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則

高性能混凝土的優(yōu)化內(nèi)容，主要包括混凝土材料微觀結(jié)構(gòu)優(yōu)化和宏觀性能優(yōu)化，優(yōu)化目標(biāo)的最終結(jié)果是確定高性能混凝土的配合比，換言之，高性能混凝土的優(yōu)化設(shè)計(jì)也就是高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)?！芭浜媳仍O(shè)計(jì)”主要是確定混凝土中各組成材料的用量。

3.1密度最大原則

密度最大原則是讓混凝土的密度最大，選擇級(jí)配良好的碎石、砂、水泥、摻合料。使碎石形成骨架，小碎石填骨架空隙，再小的空隙有砂填充，剩下的空隙有水泥漿填充，讓混凝土完全密實(shí)。也就是使1m3絕對(duì)密實(shí)的混凝土的體積等于各組成材料的絕對(duì)密實(shí)體積的和。

3.2水膠比原則

高性能混凝土需要摻加礦物摻合料來(lái)提高密實(shí)度，增加耐久性，故膠凝材料有原來(lái)的單單水泥變成了水泥和摻合料的混合物。因此原來(lái)表征水泥漿的稀稠程度的量水灰比也就變成了水膠比。這一法則的意思是水膠比與混凝土的強(qiáng)度成反比，并且水膠比越小，在單位用水量一定的情況下，需要的膠凝材料越小。

3.3漿集比最小

漿集比是高性能混凝土中膠凝材料（通常包括水泥和活性摻合料）與集料（粗集料碎石和細(xì)集料砂）的比值。是用來(lái)衡量膠凝材料數(shù)量的指標(biāo)。在膠凝材料一定的情況下也就是衡量單位用水量的指標(biāo)。普通混凝土用的不變單位用水量，而高性能混凝土用的是在水膠比和原材料一定的情況下的最小用水量也就是漿集比最小的原則。

混凝土配合比的三參數(shù)為水膠比，單位用水量和砂率。由于高性能混凝土的原材料多，性能指標(biāo)比普通混凝土的也要多，一般我們釆用經(jīng)驗(yàn)加試驗(yàn)的方法進(jìn)行高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)。

4　高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)方法

第一步，首先通過(guò)經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的初步配合比；第二步，通過(guò)調(diào)整新拌混凝土的工作性試驗(yàn)、經(jīng)驗(yàn)加試驗(yàn)來(lái)初步調(diào)整出礦物摻合料的摻量。初步確定出符合新拌混凝土工作性要求基準(zhǔn)配合比；第三步，通過(guò)基本配合比的水膠比和礦質(zhì)混合料的摻量作為基準(zhǔn)，配置不同的水膠比，不同的礦質(zhì)混合料也就是粉煤灰的摻量的符合新拌混凝土工作性的配合比，制作混凝土的抗壓強(qiáng)度，抗凍性試件、抗氯離子滲透的試驗(yàn)、彈性模量的試件，通過(guò)試驗(yàn)結(jié)果選擇符合耐久性和強(qiáng)度以及彈性模量的實(shí)驗(yàn)室配合比；最后，根據(jù)工地用砂、碎石等材料的含水率進(jìn)行換算，得出用于工程的施工配合比。

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)還應(yīng)注意以下事項(xiàng)：①高效外加劑的合理選用。高性能混凝土的高的流動(dòng)性主要通過(guò)高效的減水劑來(lái)實(shí)現(xiàn)。高性能混凝土的耐久性還需要摻加其他的高效的外加劑。在選擇外加劑時(shí)要特別注意，首先是外加劑與水泥的相容性，還有不是摻加一種外加劑時(shí)，可以將兩種或者兩種以上的外加劑，制成復(fù)合外加劑。在制成符合外加劑時(shí)，還要考慮外加劑之間的相容性。同時(shí)復(fù)合后能滿足新拌混凝土的工作性的要求。②超細(xì)摻合料的合理選用。超細(xì)摻合料的種類繁多。在進(jìn)行超細(xì)摻合料的選擇的時(shí)候要考慮摻加超細(xì)摻合料摻入高性能混凝土后，對(duì)高性能混凝土耐久性的影響、對(duì)抗凍性的影響、對(duì)抗裂性的影響、對(duì)抗氯離子滲透的影響、對(duì)于高性能混凝土強(qiáng)度的影響。摻合料的種類和摻合料的摻量主要通過(guò)試驗(yàn)確定。比如在設(shè)計(jì)中可采用粉煤灰作為超細(xì)摻合料，摻量通過(guò)試驗(yàn)確定。

5　高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

5.1原材料選擇的問(wèn)題

優(yōu)質(zhì)的混凝土工程必須選擇優(yōu)質(zhì)的原材料，現(xiàn)在的高性能混凝土工程中主要的原材料除了常規(guī)的膠凝材料、粗集料、細(xì)集料、水還有高性能的外加劑和摻合料。對(duì)于高性能混凝土而言，膠凝材料（一般為水硬性膠凝材料水泥）不僅要根據(jù)具體的環(huán)境要求選擇合適的品種，而且要選擇合適的強(qiáng)度等級(jí)。膠凝材料的強(qiáng)度等級(jí)要與混凝土的強(qiáng)度等級(jí)相匹配。粗骨料（一般為碎石）的壓碎值、含泥量、最大粒徑、針片狀含量等不符合要求會(huì)造成混凝土的質(zhì)量問(wèn)題。細(xì)集料的含泥量，級(jí)配與細(xì)度模數(shù)等會(huì)影響混凝土的性能。高性能混凝土要充分考慮混凝土的耐久性、新拌混凝土的施工工作性、硬化后混凝土的強(qiáng)度等，因此必須選擇合適的優(yōu)質(zhì)的原材料。

5.2盲目使用外加劑

近幾年，外加劑品種迅速增加，適用范圍千差萬(wàn)別，選用時(shí)要慎重。外加劑的種類繁多，使用不當(dāng)會(huì)造成工程事故，比如在鋼筋混凝土中不能使用含有氯鹽的早強(qiáng)劑，氯離子會(huì)使鋼筋混凝土的中的鋼筋產(chǎn)生繡蝕，從而導(dǎo)致鋼筋混凝土發(fā)生破壞。再者外加劑的摻量也需要格外注意，摻量不合適，要么達(dá)不到該有的效果，要么會(huì)產(chǎn)生不利于工程的后果，比如說(shuō)高效減水劑，使用時(shí)摻量過(guò)少，達(dá)不到工程需要的效果。使用摻量過(guò)大，則會(huì)造成離析泌水，或者坍落度損失過(guò)大的問(wèn)題，因此在外加劑的選用時(shí)要選擇合適的品種和摻量。

5.3混凝土坍落度損失

新拌塑性混凝土的施工工作性主要通過(guò)坍落度法來(lái)進(jìn)行表征。很多時(shí)候，混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)僅僅考慮混凝土的即時(shí)坍度，而忽視了坍落度損失。特別是混凝土需要從配置地點(diǎn)運(yùn)輸?shù)綕仓攸c(diǎn)時(shí)。在這種情況下，忽視混凝土的坍落度損失會(huì)造成混凝土到達(dá)澆筑地點(diǎn)時(shí)，新拌混凝土的施工和易性不滿足要求，坍落度過(guò)低，不能很好的均勻密實(shí)的充滿整個(gè)模板。造成混凝土蜂窩、麻面，使混凝土內(nèi)部出現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)。

高性能混凝土因?yàn)槭褂昧烁咝饧觿┖统?xì)摻合料，出現(xiàn)坍落度損失過(guò)大的可能性更大，在混凝土配合比設(shè)計(jì)的過(guò)程中更是不可忽視。

[1]張偉民，康瓊.高性能混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].浙江建筑，2008（01）.

[2]慕平.高性能流態(tài)混凝土配合比設(shè)計(jì)研究[D].吉林大學(xué)，2007.

TU528

A

1673-0038（2015）44-0020-02

2015-10-16

姚平（1969-），女，漢族，土建助理工程師，就職于山西西山金信建筑有限公司試驗(yàn)室。