高强混凝土配合比的选择与优化

张晓永

【摘 要】随着建筑工程量的不断增加，对于建筑工程施工质量也提出了更高的要求。对于建筑物来说，其中所应用的混凝土耐久性越强，越能够保证建筑物的耐久性，这与混凝土的配合比设计有密切关系。本文对高性能混凝土配合比进行了概述，并对高性能混凝土配合比进行了优化设计，确保工程质量。

【关键词】高强混凝土；配合比；优化设计

随着大跨度、高层建筑物的不断涌现，对于混凝土的应用量也越来越多，混凝土具有高性能，应用于施工中能够提高建筑施工质量，保证施工进度，降低施工成本。而如果对混凝土的配合比设计不够重视，则难以确保混凝土达到高性能，而且难以提升混凝土的施工质量，进而影响整体的建筑工程施工质量。对此，优化高性能混凝土的配合比具有重要意义。

1 高强混凝土分析

混凝土主要是由多种原材料根据一定比例所配制的，混凝土的强度及性能与组成混凝土的各项材料配比有密切关系。随着混凝土施工技术在建筑工程范围内的广泛应用，对于混凝土原材料的质量也提出了更高的要求，高性能混凝土开始逐步应用到施工过程中，其主要包括的成分除了水泥、砂子、石子和水等，还在其中掺加了硅灰、聚羧酸高效减水剂和粉煤灰等材料。优质粉煤灰可以改善混凝土的综合性能，并提高混凝土强度，硅粉是硅铁生产时产生的烟灰，在配置高性能混凝土的过程中对此种材料的应用最早、最多，而且技术也最成熟，聚羧酸高效减水剂具有耐热性好、强度高、环境适应性强的特点，具有良好的流动性。相对于普通混凝土来说，高性能混凝土的应用在一定程度上克服了传统混凝土的缺点，在很大程度上提高了混凝土的耐久性和材料质量，对于提高建筑工程施工质量、降低施工成本起到了重要的帮助作用。但高性能混凝土的构成部分较为复杂，而且受环境的影响，容易导致性能受到影响，因此，针对高性能混凝土的配合比设计应当进行优化，以提高高性能混凝土的施工质量。

2 高强混凝土配合比设计应遵循的原则

2.1 砂率设计最优

对于混凝土性能的确定，通常会涉及混凝土中所含有的砂石，而混凝土中的砂石一般用砂率进行表示，砂率会对混凝土的工作性能产生影响，对于高性能混凝土的配合比设计，通常要求采用低用水量，因此，要保证砂浆量，就需要增加砂率进行补充，以保证混凝土配合比的合理性。

2.2 浆集设计最优

浆集主要是指混凝土中的水泥浆和集料之间的比例。浆集的工作性能较好，将对于混凝土的配合比要求有较高的流动性，根据研究显示，混凝土在配合比设计过程中，随着凝胶材料用量的增加，会导致混凝土的弹性模量降低，收缩性增加，进而对混凝土的性能产生影响。对此，应当优化设计浆集比例，确保混凝土的弹性及强度。

2.3 低水胶比设计最优

高性能混凝土要求具有较强的耐久性，因此，对于高性能混凝土的配置需要满足较低渗透性的要求，在混凝土配合比设计过程中，水胶比会维持在0.2～0.4 之间，以确保混凝土的密实度较高。在确保密实度的基础上再对混凝土的水胶比进行适当调整，然后掺入一定量的其他材料实现强度的增加，进而达到耐久性的目的。

3 高性能混凝土配合比优化设计策略

3.1 确定材料参数

对于高性能混凝土的配制，首先应当确定各类材料的最佳参数，如水泥：对于水泥的强度等级选择，一般C60～C80 混凝土的强度等级为52.5，C80以上则需选用强度更高的水泥，1m3的混凝土中，水泥用量应控制在500kg 以内，要尽量减少水泥用量，水泥和矿物之间的掺和总量应小于600kg/m3。掺和料中主要包括硅粉、优质粉煤灰，硅粉能够在很大程度上提升混凝土的强度及密实度，硅粉在掺和料中的含量应小于胶凝材料量的20%，可以控制在5%～10%之间，优质粉煤灰主要选用1 级灰，粉煤灰的含量应小于胶凝材料量的30%，可以控制在20%～30%之间。外加剂采用高效减水剂，减水率要大于20%，实现最大限度地降低水灰比，提高混凝土的强度。高效减水剂中的掺和量应占胶凝材料量的0.4%～1.5%。砂和石料，选择级配较高的中砂，细度模数要大于2.6，含泥量要小于1.5%，砂中的砂率应在28%～34%之间，如果采用泵送工艺，则应在34%～44%之间。石子要选择碎石，最大的骨料粒径要小于25mm，强度应是混凝土强度的1.2 倍。如果强度等级大于C80，则最大粒径要小于20mm，含泥量要小于1%，如果强度等级大于C100，则其中的含泥量要小于0.5%。水胶比，水与胶凝材料的比重应为0.25～0.42，如果混凝土强度越高，则水与凝胶材料的比应越低。

3.2 进行测算和试拌

1）对混凝土中的氯离子和碱含量进行测算，确定混凝土中这两个部分的含量。

2）根据混凝土的配合设计要求，对所需要的水量、水泥用量及矿物质掺和料的用量进行估算，在估算过程中还要考虑需达到的混凝土强度，以保证混凝土的后期应用需求。

3）应用外加剂，对混凝土的坍落度进行调整，并明确坍落度。

4）应用外加剂，对混凝土配合的用水量及凝胶材料的用量进行改善，调整其中的含气量。

3.3 调整配合比参数

在确定好基本的参数数据后，对凝胶材料的用量和组成变化情况进行分析，然后进行相应的试拌处理，同时对混凝土配合比设计中涉及的含气量、坍落度、早期强度和弹性模量等因素进行测试分析。在测试分析的过程中，要对各种材料的配合比情况进行确定，并对混凝土中含有的有害物含量进行测算，然后进行影响的抗裂性对比试验处理，评估加入外加剂后的混凝土抗裂性情况。

3.4 案例分析

以某建筑工程施工为例，需要使用C80 高性能混凝土，水泥选用普通水泥，强度等级为52.5，密度为3.1g/cm3，细骨料选择河沙，密度为2.2t/cm3，粉煤灰采用1 级，密度为2.2g/cm3，减水剂采用聚羧酸高效减水剂，在进行搅拌的过程中，坍落度要求为18～20cm。根据上述数据及各种材料的约束条件，计算得出各种材料用量优化后的配合比为：水泥为449.5，砂为564.4，水位162.1，聚羧酸系高效减水剂为7.5，粉煤灰为119.9，硅粉为40.9，根据各种材料的市场价格计算得出所有材料的总费用为302.94 元。这比优化前的材料费用要低很多，由此可见，通过优化高性能混凝土的配合比，能够有效提升混凝土的强度及耐久度，同时还能够降低材料费用，进而降低整体的施工成本。

4 结语

目前，建筑工程项目中对于高性能混凝土的应用越来越广泛，因此对于高性能混凝土的性能也提出了更高的要求，在未来的发展过程中，应当注重改善高性能混凝土的配合比，进行优化设计，以提高耐久性，从而提升整体的工程建设质量，也为我国的建筑事业发展奠定良好基础。

【参考文献】

[1]郑山锁，赵鹏，商效瑀.高强高性能混凝土配合比优化设计[J].中国科技论文， 2013（5）：413-416.

[2]李雁，曹新刚.戈壁沙漠地区高性能混凝土配合比优化设计[J].高速铁路技术，2015（6）：85-89.

[3]王玉喜.高强混凝土配合比设计优化与质量控制措施[J].施工技术，2014（S1）：186-190.

[责任编辑：田吉捷]