淺談綠色高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

王天虎 夏祖材

貴州順康檢測股份有限公司 貴州貴陽 550014

隨著國家大力發(fā)展綠色和生態(tài)建材，混凝土的綠色高性能成為可持續(xù)發(fā)展的需求[1]。綠色高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)人員要從混凝土的原材料入手，分析原材料對混凝土的影響，不斷優(yōu)化混凝土配合比的設(shè)計(jì)，通過改善混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中原材料浪費(fèi)以及耐久程度低下的問題，幫助實(shí)現(xiàn)綠色高性能混凝土的標(biāo)準(zhǔn)化和結(jié)構(gòu)細(xì)化，為我國高性能綠色混凝土的應(yīng)用奠定良好的基礎(chǔ)。

1 要原材料要求

（1）水泥漿體能包裹骨料表面并填充骨料空隙，硬化后具有所需的強(qiáng)度和耐久性，水泥的細(xì)度、礦物質(zhì)組成及其強(qiáng)度等級對混凝土的工作性能影響較大。

（2）粗骨料在混凝土中起到骨架作用，其最大粒徑、粒型和表面形態(tài)及其級配等都很大程度的影響混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度。需要控制好粗骨料的搭配比例和級配，提高粗骨料的最大緊密密度，從而提高混凝土的密實(shí)度。

（3）細(xì)骨料在混凝土中起填充效應(yīng)，它會(huì)影響混凝土的包裹性、流動(dòng)性、可泵性、保塑性。空隙率要小，以節(jié)約水泥，比表面積小，以減少潤濕骨料表面的需水量。要含有適量的細(xì)顆粒（0.315mm以下），以改善混凝土的保水性和增加混凝土的密實(shí)度以及黏聚性，有利于克服混凝土的泌水和離析。在滿足混凝土所要求的性能前提下，砂率要盡量低，因?yàn)樵谒酀{量一定的情況下，砂率在混凝土中主要影響拌合物的和易性。

（4）粉煤灰在混凝土中起到填充效應(yīng)、微集料效應(yīng)、活性效應(yīng)，可以降低水化熱，提高混凝土的密實(shí)度、耐久性、流動(dòng)性、可泵性、保塑性，減少混凝土泌水。①燒失量對混凝土影響比較大：粉煤灰中未燃盡的碳是多孔海綿狀，會(huì)造成混凝土需水量、外加劑摻量增加。②需水量比：好的粉煤灰玻璃體多，可以提高混凝土的流動(dòng)性、減少用水量，需水量比小對混凝土強(qiáng)度、可泵性非常有利。當(dāng)需水量比大于105%以后，會(huì)大大提高混凝土用水量，降低混凝土強(qiáng)度。③細(xì)度：粉煤灰細(xì)度主要影響混凝土的保水性、包裹性、流動(dòng)性，防止混凝土泌水，在混凝土中起到綜合施工性能的作用。

（5）減水劑在混凝土中起著至關(guān)重要的作用，它可以改善混凝土的和易性、包裹性、流動(dòng)性，降低水灰比，增加混凝土強(qiáng)度，延緩水泥凝結(jié)，延緩水化放熱的釋放速度。要求混凝土含氣量宜控制在3.0%～4.0%，從而提高混凝土耐久性。

2 基于綠色高性能要求下混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本原則

綠色高性能混凝土混合料的設(shè)計(jì)要遵循許多原則。從生產(chǎn)技術(shù)的角度來看，混凝土配合比的設(shè)計(jì)是將水泥、水、粗骨料、細(xì)骨料、礦物摻和料和外加劑進(jìn)行混合配制。從混凝土性能的角度來看，混凝土配合設(shè)計(jì)應(yīng)遵循可加工性，高強(qiáng)度，耐久性和經(jīng)濟(jì)性的原則。其中，良好的工作性能，是幫助實(shí)現(xiàn)混凝土的耐久性和強(qiáng)度等關(guān)鍵因素，對混凝土的穩(wěn)定性有直接的影響，同時(shí)對新拌混凝土流動(dòng)性、可塑性、穩(wěn)定性以及易密性有重大影響。與普通混凝土相比，強(qiáng)度不是高性能綠色環(huán)保的混凝土的唯一衡量指標(biāo)[2]。當(dāng)混凝土工作性和強(qiáng)度滿足要求時(shí)，注意耐久性指標(biāo)也很重要。經(jīng)濟(jì)性原則是設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)要考慮的原則。可以有效降低建筑成本。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的方法包括兩個(gè)方面：（1）混合優(yōu)質(zhì)礦物摻和料以減少水泥用量；(2)提高骨料的質(zhì)量，減少用水量和膠凝材料的使用量。

3 綠色高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

3.1 混凝土配合比的設(shè)計(jì)優(yōu)化措施分析

具體闡述如下。第一，逐漸細(xì)化混凝土配合比設(shè)計(jì)的工作項(xiàng)目，在設(shè)計(jì)期間，常常會(huì)因?yàn)楦鞣矫嬉蛩?，?dǎo)致混凝土的坍落程度加深，例如，把泵送混凝土的坍落水平設(shè)置在120至160毫米之間或者是140至180毫米之間，那么坍落水平的范疇就會(huì)擴(kuò)大，混凝土的強(qiáng)度浮動(dòng)范疇也隨之增大，此時(shí)混凝土強(qiáng)度的離差參數(shù)會(huì)增大，那么就可以增大混凝土的強(qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)差值。相關(guān)的工作人員在現(xiàn)實(shí)運(yùn)作之中，會(huì)把泵送混凝土的坍落度范疇回縮到20毫米以下，這就能夠?qū)崿F(xiàn)減小混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差值的目的。其次，需要確?；炷猎牧系馁|(zhì)量水平保持一定的平穩(wěn)性，這樣也就相應(yīng)地確保混凝土強(qiáng)度地平穩(wěn)。第三，相關(guān)的工作人員需要確?；炷翑嚢枵镜挠?jì)量設(shè)施裝置保持精準(zhǔn)性和穩(wěn)定性，同時(shí)要雇傭經(jīng)驗(yàn)豐富、操作嫻熟的操作人員，如此才能保證混凝土地強(qiáng)度平穩(wěn)，減少混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差值。第四，在進(jìn)行混凝土抗壓強(qiáng)度測驗(yàn)的取樣工作時(shí)，需要選用具備典型性，可以真實(shí)呈現(xiàn)混凝土狀況的混凝土樣品[3]。

3.2 水膠比的選用

項(xiàng)目調(diào)研時(shí)發(fā)現(xiàn)，幾乎99%的工程項(xiàng)目采用的水膠比都大大低于公式計(jì)算得到的水膠比，尤其是C50及以上的混凝土。如某C50的橋梁用混凝土，根據(jù)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》，計(jì)算得到的水膠比為0.45，但在各個(gè)公路項(xiàng)目上，大多采用了0.30～0.40之間，混凝土28d強(qiáng)度達(dá)到60多兆帕，有的甚至接近70MPa，這種設(shè)計(jì)其實(shí)是一種過度設(shè)計(jì)，不僅造成嚴(yán)重的浪費(fèi)，而且較小的水膠比容易致使混凝土裂縫的產(chǎn)生。又如C50混凝土，一般用的是強(qiáng)度等級52.5水泥，顆粒較細(xì)，需水量較多，如果混凝土單位用水量太少，水膠比過小，水泥在凝結(jié)硬化過程中，水化反應(yīng)時(shí)會(huì)由于缺少水分，干燥收縮導(dǎo)致混凝土開裂。很多混凝土結(jié)構(gòu)物在硬化后，表面會(huì)出現(xiàn)很多像頭發(fā)絲一樣細(xì)小的裂縫，這跟水膠比太小、水泥顆粒太細(xì)有直接關(guān)系。所以水膠比可以按照規(guī)程計(jì)算出來數(shù)值適當(dāng)降低，但不能過低。

4 結(jié)語

混凝土設(shè)計(jì)人員應(yīng)加強(qiáng)對綠色高性能混凝土配合比與混凝土性能之間關(guān)系的研究，充分優(yōu)化混凝土配合比設(shè)計(jì)。混凝土的原材料的質(zhì)量直接影響性能，優(yōu)質(zhì)的原材料在提高混凝土的耐久性和強(qiáng)度方面起著重要作用。同時(shí)，在確定綠色高性能混凝土配合比的最佳設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)人員還必須考慮經(jīng)濟(jì)性原則。