淺談高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

羅忠湘

摘要：本文介紹了高性能混凝土的概念、與普通混凝土的區(qū)別，重點(diǎn)闡述了高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則、參數(shù)的確定及注意事項(xiàng)，為高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及質(zhì)量控制提供參考。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；配合比設(shè)計(jì)

1 概述

在以往混凝土施工過(guò)程中，片面地強(qiáng)調(diào)混凝土強(qiáng)度，追求混凝土早強(qiáng)、快強(qiáng)，分別采取了一些措施，如采用高標(biāo)號(hào)水泥、無(wú)限制增加水泥用量、采用過(guò)細(xì)水泥、對(duì)原材料中的有害物質(zhì)控制不嚴(yán)，再加上環(huán)境變化、資源日益枯竭等一系列因素，造成了混凝土耐久性變差，使用不到幾年就出現(xiàn)混凝土開(kāi)裂、被侵蝕，混凝土遭到破壞，嚴(yán)重影響使用，因此近年來(lái)混凝土的耐久性引起了各方的高度重視，而采用高性能混凝土能夠較好地解決這些問(wèn)題，目前高性能混凝土已得廣泛用于鐵路、市政、房建等工程中，較好地保證了混凝土的耐久性。

高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途的要求，在混凝土中摻入一定量的礦物摻合料和高性能復(fù)合外加劑，取用較低的水膠比和較少的水泥用量，在施工時(shí)采取嚴(yán)格的質(zhì)量控制措施，制備滿(mǎn)足力學(xué)性能、耐久性能、工作性能以及經(jīng)濟(jì)合理性的混凝土。下面就高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則、各參數(shù)的確定和注意事項(xiàng)進(jìn)行簡(jiǎn)單闡述。

2 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

選用優(yōu)質(zhì)的原材料，控制原材料當(dāng)中的有害物質(zhì)含量。盡量使用較低的水膠比。使用高效減水劑，盡可能減少用水量，適當(dāng)引氣。限制膠凝材料總量，摻加足夠量的礦物摻合料，盡量減少水泥用量。控制混凝土中的堿含量、氯離子含量。

3 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)各參數(shù)的確定

3.1 混凝土強(qiáng)度等級(jí)的確定?；炷翉?qiáng)度等級(jí)根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定，且應(yīng)符合混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)定中關(guān)于不同環(huán)境條件下混凝土結(jié)構(gòu)最低強(qiáng)度等級(jí)之規(guī)定。

3.2 石子最大粒徑的確定。碎石最大公稱(chēng)粒徑不宜超過(guò)混凝土保護(hù)層厚度的2/3且不得超過(guò)鋼筋最小間距的3/4。配合比設(shè)計(jì)前應(yīng)仔細(xì)了解設(shè)計(jì)圖紙中規(guī)定的鋼筋最小間距和最小混凝土保護(hù)層厚度，以確定配合比所采用的碎石最大公稱(chēng)粒徑。一般情況下，非梁體混凝土采用5～31.5mm的連續(xù)級(jí)配碎石，梁體混凝土則采用5～20mm或5～25mm連續(xù)級(jí)配碎石。

3.3 設(shè)計(jì)坍落度的確定?；炷恋奶涠纫烁鶕?jù)施工工藝、澆注方法、鋼筋最小間距確定。高性能混凝土采用泵送施工較多，要求流動(dòng)性好且不易離析、不泌水，考慮到施工現(xiàn)場(chǎng)混凝土坍落度損失及炎熱天氣的施工，泵送混凝土一般設(shè)計(jì)坍落度為160～200mm，非泵送混凝土坍落度可以選擇120～160mm，水下混凝土坍落度為180～220mm。

3.4 試配強(qiáng)度的確定。試配強(qiáng)度按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55）計(jì)算；水下混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，試配強(qiáng)度應(yīng)乘以一個(gè)1.1～1.15的保證系數(shù)。

3.5 水膠比的確定。在以往按《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55）設(shè)計(jì)的混凝土配合比方法中，首先是按混凝土強(qiáng)度等級(jí)計(jì)算水灰比，得到的水膠比往往較大。而現(xiàn)在按耐久性要求的設(shè)計(jì)方法中，為保證高性能混凝土的耐久性，需要按照混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)定中關(guān)于混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量的規(guī)定進(jìn)行校核，并重新選擇水膠比。過(guò)大的水膠比特別不利于使用礦物摻合料混凝土的內(nèi)部微結(jié)構(gòu)發(fā)展，同時(shí)影響混凝土的耐久性與強(qiáng)度。與硅酸鹽水泥相比，粉煤灰對(duì)水膠比更為敏感。只有在低水膠比的前提下，粉煤灰的作用才能得以充分發(fā)揮。并且經(jīng)試驗(yàn)證明，當(dāng)水膠比小于0.4以下時(shí)，水膠比的少許降低會(huì)使混凝土強(qiáng)度有較大的提高。

3.6 用水量及膠凝材料用量的確定。用水量應(yīng)根據(jù)外加劑的減水率及摻量、設(shè)計(jì)坍落度、石子最大粒徑來(lái)確定。由于高性能混凝土對(duì)原材料有嚴(yán)格要求（例如：外加劑減水率最低要求不小于20%，實(shí)際一般都在25%以上，砂石級(jí)配良好、含泥量少、吸水率低，粉煤灰需水量比小等），所以高性能混凝土用水量往往較低，一般在140～160kg/m3，以達(dá)到增加混凝土密實(shí)性、保證混凝土力學(xué)性能和耐久性能的目的。

根據(jù)用水量及水膠比，可計(jì)算出每方膠凝材料用量，按照規(guī)定，C30及以下混凝土的膠凝材料總量不宜高于400 kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450 kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3。同時(shí)還應(yīng)符合混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)定中關(guān)于混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量的規(guī)定。

3.7 外加劑摻量的確定。外加劑摻量與外加劑減水率、設(shè)計(jì)坍落度以及實(shí)際使用材料的需水量有關(guān)，參考廠家推薦摻量，并通過(guò)混凝土試拌效果確定，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，聚羧酸鹽系高性能復(fù)合減水劑的摻量一般為膠凝材料總量的0.8～1.2%（C30～C50混凝土）。

3.8 礦物摻合料摻量的確定。一般情況下，礦物摻合料摻量不宜小于膠凝材料總量的20%，當(dāng)混凝土中粉煤灰摻量大于30%時(shí)，混凝土的水膠比不宜大于0.45。預(yù)應(yīng)力混凝土以及處于凍融環(huán)境中的混凝土的粉煤灰的摻量不宜大于30%。設(shè)計(jì)時(shí)，盡可能減少混凝土膠凝材料中的水泥用量，一是可以減少水泥水化熱引起的混凝土開(kāi)裂傾向，保證混凝土的耐久性，二是減少水泥用量，增加礦物摻合料用量，有利于增強(qiáng)混凝土的和易性，利于施工，三是可以降低成本。

3.9 混凝土表觀密度的假定?；炷帘碛^密度一般在2320～2400 kg/m3之間選定。應(yīng)注意的是，室內(nèi)混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，測(cè)定混凝土表觀密度應(yīng)在測(cè)完混凝土30分鐘坍落度損失后再進(jìn)行，這樣測(cè)出來(lái)的混凝土表觀密度與施工現(xiàn)場(chǎng)情況比較接近。

3.10 砂率的選擇。砂率根據(jù)石子最大粒徑、水膠比以及施工工藝（澆注方法）確定。泵送混凝土及水下混凝土砂率宜比普通混凝土砂率提高3～4%。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，高性能混凝土的砂率一般在36～43%之間。endprint

以上參數(shù)確定后，則可按照《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》計(jì)算出配合比中各材料用量，確定初步配合比。

4 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題

4.1 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，除執(zhí)行《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，還應(yīng)執(zhí)行混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)相關(guān)規(guī)定。

4.2 配合比設(shè)計(jì)前，應(yīng)通過(guò)了解設(shè)計(jì)圖紙要求、查詢(xún)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料、取環(huán)境水進(jìn)行水質(zhì)分析等途徑，確定混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類(lèi)別和作用等級(jí)。

配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)根據(jù)混凝土結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類(lèi)別和作用等級(jí)、設(shè)計(jì)使用年限級(jí)別來(lái)校核并確定混凝土配合比的最低強(qiáng)度等級(jí)、最大水膠比、最小膠凝材料用量以及耐久性指標(biāo)。

4.3 當(dāng)化學(xué)侵蝕介質(zhì)為硫酸鹽時(shí)，混凝土的膠凝材料還應(yīng)滿(mǎn)足有關(guān)規(guī)定，且膠凝材料的抗蝕系數(shù)不得小于0.8。

4.4 當(dāng)骨料的堿—硅酸反應(yīng)砂漿棒膨脹率在0.10～0.20%時(shí)，混凝土的堿含量應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)定；當(dāng)骨料的堿—硅酸反應(yīng)砂漿棒膨脹率在0.20～0.30%時(shí)，除了混凝土的堿含量應(yīng)滿(mǎn)足規(guī)定外，還應(yīng)在混凝土中摻加具有明顯抑制效能的礦物摻合料和外加劑，并通過(guò)試驗(yàn)證明抑制有效。

4.5 初步配合比確定后，應(yīng)核算單方混凝土的總堿含量及氯離子含量是否滿(mǎn)足要求。否則應(yīng)重新選擇原材料或調(diào)整計(jì)算的配合比，直至滿(mǎn)足要求為止。高性能混凝土最大堿含量干燥環(huán)境要求不大于3.5 kg/m3，潮濕環(huán)境不大于3.0. kg/m3。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土氯離子總含量不應(yīng)超過(guò)膠凝材料總量的0.10%，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的混凝土氯離子總含量不應(yīng)超過(guò)膠凝材料總量的0.06%。

4.6 混凝土的入模含氣量要滿(mǎn)足要求。無(wú)抗凍要求的混凝土含氣量不應(yīng)小于2%，當(dāng)混凝土有抗凍要求時(shí)，混凝土含氣量應(yīng)根據(jù)抗凍等級(jí)的要求經(jīng)試驗(yàn)確定。梁體混凝土的含氣量一般要求在2～4%。

4.7 試配所使用的原材料應(yīng)與工程中實(shí)際的材料相同，其攪拌方法宜與生產(chǎn)時(shí)使用的方法相同。特別是砂石料，如果配合比選定時(shí)采用經(jīng)清洗的砂石料，則配合比用水量肯定較低，但如果在施工時(shí)砂石料含泥量過(guò)大，則會(huì)造成混凝土用水量增加，不僅與配合比嚴(yán)重不符，還會(huì)造成混凝土強(qiáng)度和耐久性降低。另外要注意，試配時(shí)選用的外加劑減水率、粉煤灰的需水量比要與施工時(shí)的材料相同。

4.8 配制高性能混凝土所用高效減水劑與水泥的適應(yīng)性是否良好很關(guān)鍵，因此，配合比試配時(shí)，外加劑生產(chǎn)廠家的技術(shù)人員必須到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行調(diào)配，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)調(diào)整。

4.9 配合比設(shè)計(jì)完成并在未開(kāi)工之前，應(yīng)到拌合站試拌，檢測(cè)混凝土拌合物的各項(xiàng)指標(biāo)，當(dāng)存在與室內(nèi)配合比試拌時(shí)不相符現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。

配合比使用過(guò)程中，當(dāng)原材料變化、環(huán)境變化顯著時(shí)，應(yīng)當(dāng)對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整、優(yōu)化。如砂細(xì)度模數(shù)變化（變粗或變細(xì)）、砂石含泥量變大及級(jí)配變差、外加劑減水率變明顯、粉煤灰變粗及需水量加大、天氣變化（炎熱或寒冷）等，都要對(duì)配合比進(jìn)行調(diào)整或重新設(shè)計(jì)配合比。

5 結(jié)束語(yǔ)：

性能優(yōu)良的高性能混凝土可以保證混凝土的力學(xué)性能、耐久性、工作性以及經(jīng)濟(jì)性，但高性能混凝土很“嬌貴”，對(duì)環(huán)境變化、材料變化、計(jì)量偏差、攪拌時(shí)間等十分敏感，因此，除保證原材料符合要求外，混凝土配合比設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)就顯得特別關(guān)鍵，我們應(yīng)當(dāng)引起高度重視，考慮各種因素的影響，對(duì)配合比各參數(shù)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)與反復(fù)試配，以保證高性能混凝土質(zhì)量，使混凝土真正達(dá)到高性能、高耐久性，實(shí)現(xiàn)建筑工程的百年大計(jì)。

參考文獻(xiàn)：

[1]陸天增.高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（CECS207-2006）.

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