高性能混凝土的配合比设计与强度试验

高全玲

(二连浩特市建筑工程质量监督站，内蒙古 二连浩特 011100)

高性能混凝土的配合比设计与强度试验

高全玲

(二连浩特市建筑工程质量监督站，内蒙古 二连浩特 011100)

摘要：当前大型混凝土建筑物施工要求越来越高，如何实现良好的耐久性，保持更长使用寿命成为亟待解决的难点。从高性能混凝土配合比角度进行了优化设计，确定了混凝土配置强度、水胶比和用水量等参数，通过优化混凝土确定了施工的配合比。对边长为150 mm的立方体试件完成了混凝土试验检测。结果表明，优化配合比后的混凝土具有高耐久性、稳定性、均匀性以及较强韧性等特点。劈裂抗拉强度试验进一步验证了试验配合比的合理性，为设计推广提供了有力的证明，对于国内建筑行业发展有一定的理论和实际意义。

关键词：混凝土；建筑物；强韧性；配合比

当前大量的超高、超大型混凝土建筑物不断出现，如：高层建筑、跨海大桥、海底隧道、核反应堆和有害废物处理等工程[1]。然而，上述混凝土工程施工与维修非常困难，所处的环境也非常差，这对于混凝土的施工性能要求特别高，浇筑时最好不要出现问题，且需要具备良好的耐久性，这样才能保证其使用寿命[2]。高性能混凝土是目前使用最多的一种人造石，而环境受到混凝土使用的影响是当前研究人员关注的热点问题[3]。另外，因为混凝土提前退化，拆除过后的混凝土废物怎样处理也是需要考虑的问题，故应从根本上降低混凝土中的水泥量，尽可能的使工业废弃物得到合理的利用。本文基于上述背景，针对高性能混凝土进行了特性研究。

1实现高性能混凝土的配合比设计

因为高性能混凝土具有较低的强度等独特性质，且对其造成影响的因素比较多，所以鲍洛米公式已不再适用于其配合比设计。目前，该领域还没有一个统一适用的方法，不同国家的相关研究人员都基于自己的试验，对具体的配合比进行了大概的计算，再进行试配，最终将配合比确定下来。下述基于笔者的工作经验，进行高性能混凝土配合比设计分析。

1.1确定混凝土配置强度

高性能混凝土配置强度的计算公式为：

fcu,o=fcu,k+1.960σ=

50+1.960×6=61.76 (MPa)

式中，fcu,o是混凝土配制强度；fcu,k是混凝土设计强度；σ是混凝土强度标准差(其取值见表1)，在混凝土强度的保证率为97.5%的情况下，其概率度为1.96。

表1　混凝土强度标准差σ取值

1.2计算水胶比W/(C+M)

碎石所配制成的高性能混凝土的强度计算公式为：

fce=γc×fcu,k=1.16×42.5=49.3 (MPa)

式中，fce是混凝土碎石强度，单位为MPa；C是灰用量；M是矿物质掺和量；W是用水量；γc是水泥标号的富余系数，其值可根据表2来确定。

表2　水泥标号的富余系数γc取值

1.3确定用水量

1 m3混凝土的用水量见表3。

表3　混凝土用水量　(kg)

根据结构构件截面尺寸的大小、配筋的疏密和施工捣实的方法来确定。

1.4计算初步配合比

由计算结果可得初步配合比，也就是1 m3混凝土所需水泥、水、砂、石子以及减水剂等材料的质量分别为437、149、544、1 270和6.56 kg，因此，配合比为水泥∶水∶砂∶石子∶减水剂=1∶0.34∶1.24∶2.90∶0.015。

1.5确定施工配合比

上述所得的初步配合比是干燥的状态，但工地上的砂石等材料并非是完全干燥的，因此，要根据这种情况来修改现场材料的真实称量，更改过后的配合比即施工配合比。对砂、石进行检测得知其含水率为2%和3%，下述尝试对1袋水泥的施工配合比进行计算。

1袋水泥的质量是50 kg，那么砂的质量与含水率分别为：50×(1.24+2%)=63 (kg)、50×1.24×2%=1.24 (kg)，石的质量与含水率分别为：50×(2.9+3%)=146.5 (kg)、50×2.9×3%×4.35 (kg)，水的质量为：50×0.34-1.24-4.35=11.41 (kg)，由此可以得出该混凝土施工配合比为1∶1.26∶2.93∶0.23∶0.015。

2设计的配合比高性能混凝土试验检测

2.1抗压试验检测

2.1.1试验设计

根据标准方法制成边长为150 mm的立方体试件，将其置于约为20 ℃且空气湿度>90%的环境中，经过4 w的养护之后，使用标准的测试与计算方法所得的强度值即是水泥混凝土的抗压强度。

压力试验机上、下承压板的刚度要够强，为了试件更好的对中，尽量在上承压板上设置一个球形支座。压力机的相对误差应≤2%，需定期对其进行检查，从而使其示值更加准确。针对混凝土试件的破坏荷载来确定压力机的量程，如果试件破坏，则其读数还须满足在全量程的20%～80%。

2.1.2试验方法

1)根据试验需要所得试件，在标准的养护下进行规定周期的养护。

2)取出试件，第1步对其尺寸与形状进行检查，相对的2个平面要平行，其表面倾斜高度应≤0.5 mm。对棱长进行测量，精确到l mm。根据试件与压力机上、下接触面的平均值计算出其受力截面积，若试件有蜂窝现象，那么在试验头三天要将其填平，可选择较浓的水泥浆，同时应在报告中作相应的说明。在试验时，应保持试件干燥，然后再对其质量进行称量。

3)将成型时的侧面作为其上、下受压面，将试件放置于压力机中心的球座上，试件或球座与机台中心的距离应≤5 mm，以0.6 MPa/s的速度均匀地施加荷载，如果试件开始变形，此时就不要对试验机油门进行调整了，直到试件损坏，将此时的破坏荷载记录下来。

2.1.3试验记录

立方体抗压记录结果见表4。

表4　立方体抗压记录结果

表3中的数据充分表明了高性能混凝土具有的高耐久性、稳定性、均匀性以及较强的韧性等特点，也验证了试验设计的合理性。

2.2混凝土劈裂抗拉强度试验

为了进一步分析其特性，下述将探讨其劈裂抗拉强度。

2.2.1试验设计

劈裂抗拉强度的试验设计如下：从养护地将试件取出之后，将其擦干，然后对其尺寸进行测量，在该试件中部劈裂面位置线处进行标记。劈裂面垂直于成型时的顶面，测量结果精确到1 mm；将试件置于球座的对中点上，将垫层垫条放好，方向垂直于成型时顶面；一定要以0.06 MPa/s的速度不间断地、均匀地施加荷载，通过垫条将荷载均匀地施加给试件，在上压板靠近试件时，就要对球座进行相应的调整，均衡两者直接的接触，若试件即将损坏，就不要进行油门的调整了，直到试件损坏，将破坏荷载记录下来，精确到0.01 kN。

2.2.2试验计算方法

1)根据下述公式来计算混凝土劈裂抗拉强度Rt：

式中，Rt是混凝土劈裂抗拉强度，单位为MPa；P是极限荷载，单位为N；A是试件劈裂面面积，单位为mm2。

2)混凝土抗压强度测定值的取舍原则与劈裂抗拉强度测定值的取舍原则相同。

3)通过此试验方法所测的劈裂抗拉强度值，若要进行轴心抗拉强度换算，则要与换算系数0.9作乘积运算。

2.2.3计算结果分析

记录结果见表3，因此Rt=0.637×54.6=34.78 (N·mm-2)，这一试验结果进一步验证了试验配合比的合理性，为这一设计推广给出了有力的证明。

3结语

高性能混凝土对于当前大型特种建筑物中的应用具有较为重要的作用，本文主要进行了详细的高性能混凝土配合比设计，确定了施工配合比；特性检测结果验证了高性能混凝土具有的高耐久性、稳定性、均匀性以及较强的韧性等特点，这一研究对于高性能混凝土进一步合理应用有明显的意义。

参考文献

[1] 余志武,丁发兴,罗建平. 高温后不同类型混凝土力学性能试验研究[J]. 安全与环境学报,2005(5):1-6.

[2] 汪冬冬,周士琼,李俊,等. 粉煤灰高性能混凝土力学性能影响因素试验研究[J]. 商品混凝土,2005(6):15-20,39.

[3] Zhang D C. Carbonation resistance of sulphoaluminate cement-based high performance concrete[J]. Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition),2009(4):663-666.

责任编辑郑练

The Mix Design and Strength Tests With High-performance Concrete

GAO Quanling

(Erenhot City Construction Engineering Quality Supervision Station, Erenhot 011100, China)

Abstract：The current large-scale construction of concrete structures have become increasingly demanding, and how to achieve better durability to keep longer life become an urgent difficulty. The optimal design with high-performance concrete is done. Ensure the configuration of the concrete strength, water-cement ratio, water consumption and other parameters, then optimize the mix proportion of concrete construction. The cube with length of 150 mm concrete specimens test is completed. The results show that: the optimizing concrete mix has high durability, stability, uniformity, strong toughness and other characteristics. Splitting tensile strength test further validates the test ratio is reasonable, and supplies a strong proof of the design and promotion. The study for the development of the domestic construction industry has certain theoretical and practical significance.

Key words:concrete, building, strength and toughness, ratio

收稿日期：2014-11-14

作者简介：高全玲(1965-)，女，高级工程师，主要从事建筑工程质量等方面的研究。

中图分类号：TU 528

文献标志码:A