高性能混凝土配合比设计及问题

陈跃欣 刘勇军 阳树良 曾波

摘 要：国民经济体飞速发展带动了我国建筑行业的进步。高性能混凝土作为一种新型混凝土材料，具有良好的技术性能，被建筑行业认为是进入21世纪以来混凝土技术的核心技术，并已经广泛应用于各个领域。该文对高性能混凝土配合比设计方法进行了探讨，并对存在的问题进行了初步分析。

关键词：高性能混凝土；配合比设计；粗细集料

中图分类号：TU528 文献标志码：A

0 前言

1998年美国混凝土学会 （ACI）提出了高性能混凝土定义。2000年5月中国高强与高性能混凝土委员会将高性能混凝土定义为以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产施工的混凝土。相对于一般混凝土，高性能混凝土具有高耐久性、大流动性、水灰比低等特点。通常的混凝土配合比设计方法已不适用，现阶段一般都是基于各自试验的基础上进行配合比设计的方法。

1 高性能混凝土配合比设计的基本思路

高性能混凝土与传统混凝土技术相比差异较大，在设计高性能混凝土配合比时，不可套用普通混凝土配合比设计方法，应根据高性能混凝土的特点，结合试验来考虑配合比设计。

1.1 高性能混凝土的集浆比

清华大学吴中伟教授提出了密实体积法则，即混凝土是以石子作为骨架，砂子充实石子间的缝隙，再灌入浆体填充砂子与石子间的缝隙。水、凝胶材料、砂子、石子密实之后体积的总和共同组成了混凝土的体积。在砂石材料级配良好能形成骨架密实型情况下，认为是合理的集浆比，能保证良好的工作性能的同时有效地提高混凝土耐久性和强度。

1.2 高性能混凝土的胶凝材料选用

混凝土中胶凝材料一般是指水泥和掺合料，单纯使用水泥，不掺用掺合料时，不能具有高性能混凝土的品质。混凝土中掺高质量的掺合料和适量的外加剂的双掺技术，是制作高性能混凝土的重要技术手段之一。

（1）水泥材料：水泥的品种很多，不同品种的水泥各种性能也不尽相同。高性能混凝土通常有高强度要求，对水泥自身的强度不能太低，一般选取强度等级为42.5级及以上的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，也可根据高性能混凝土的特殊性能要求选择其他品种的水泥。

（2）掺合料：主要是指优质粉煤灰、磨细矿渣物、硅灰等。高品质的粉煤灰形态多数是空心微珠玻璃球，使掺用粉煤灰的混凝土施工需要的流动性、黏聚性等工作性良好，同时使硬化的干缩变形较小。粉煤灰中活性掺合料具有与水泥水化生成的氢氧化钙反应的特性，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙胶凝体，不仅改善了混凝土的耐久性，而且提高了混凝土的强度。磨细矿渣的成分与水泥接近，属于具有自水化硬化的性能的活性掺和料，掺用磨细矿渣的混凝土具有更高的抗化学及电化腐蚀耐久性，且水化热较低。

1.3 高性能混凝土配比的用水

水灰比低是高性能混凝土的特点之一，用水量应根据减水剂的效果经试验试拌综合确定，且水质需达到国家饮用水标准，水中不应有油脂和泡沫，也不应有明显的颜色和异味，严禁将未经处理的海水用于混凝土的拌制。

1.4 高性能混凝土配比的粗细集料

在混凝土组成材料中的粗细集料对混凝土起骨架作用，其中小颗粒集料填充大颗粒的空隙，集料的质量在一定程度上影响了混凝土的质量。高性能混凝土对集料的要求也就更高。

（1）粗集料：宜采用质地坚硬、洁净、级配合理、粒形良好、吸水率小、空隙率小的碎石。最大粒径不宜超过26.5 mm，碎石含泥量控制在0.5 %之下，泥块含量低于0.25 %，压碎值指标不大于18 %，坚固性宜小于8%，空隙率应小于40 %，吸水率小于2 %。其他的技术要求要与国家现行的标准规范相符。

（2）细集料：宜选用取洁净、级配良好、空隙小、吸水率低的天然中粗河砂，细度模数在2.6～3.2，含泥量要低于2.0 %，泥块含量要低于0.5 %，有害物质含量等其他的技术要求要与国家现行的标准规范相符。

1.5 高性能混凝土的外加剂

高性能混凝土一般需要用高效减水剂或者高性能减水剂，通过较高的减水率来达到较低的水灰比，通过一定的引气性提高混凝土的耐久性和工作性能。现阶段主要用的外加剂是以聚羧酸系等高性能减水剂。外加剂的质量应符合国家或行业的相关标准要求。外加剂掺量应根据工程的施工和使用要求、当地原材料、施工气温和环境条件等因素，结合试配综合确定。

2 高性能混凝土配合比的设计方法与步骤

高性能混凝土的配合比应根据原材料、设计强度等级、耐久性以及施工的工作性能要求，通过计算、试配和调整等步骤综合确定。

（1）根据结构物设计要求和施工工艺要求，计算其混凝土的配制强度和水胶比，并对照相关规范能否符合要求，并确定各参数。

（2）计算用水量、胶凝材料，掺合料和水泥用量。

（3） 根据粗骨料的技术指标、混凝土拌合物性能和施工要求确定砂率。粗集料空隙率和砂的粗细程度对砂率的影响较大。

（4）粗、细集料的用量确定。粗集料一般是多种单粒级配或连续级配通过一定的掺配比例组成需要的连续级配，并能使粗集料的空隙率最小。

（5） 配合比的试配调整确定。混凝土配合比应在计算的配合比的基础上进行试拌，通过调整配合比的一些參数使混凝土的工作性能符合设计要求，确定外加剂的掺量和适用性，在试配的基础上进行强度试验，绘制强度和胶水比的线性关系图或插值确定大于配制强度对象的水胶比，并进行相关耐久性试验验证，最终确定配合比。

3 高性能混凝土设计存在的问题

3.1 粉煤灰等掺合料的质量和掺量的难以控制

高性能的混凝土的耐久性一般是通过粉煤灰等掺合料加来实现。混凝土耐久性差的主要原因是单纯水泥水化硬化后会产生氢氧化钙和水化铝酸钙，在水的作用下会造成软水侵蚀，导致混凝土的孔隙增大。粉煤灰的等活性掺合料具有于水泥水化生产的氢氧化钙反应的特性，减少或者消除氢氧化钙等的损害。掺合料中活性成分的质量和掺量就决定了混凝土中有害成分减少的程度，因此应严格控制掺合料的质量和通过大量的试验来选择合适的掺量。

3.2 引气成分对混凝土外观质量的影响

外加剂中引气成分的存在，使大量微小的气泡发布在混凝土中，改善了混凝土的和易性，阻断了毛细通道提高了混凝土的耐久性。但是气体的引入也会使混凝土模板接触面的质量难以控制，因此应对外加剂的引气成分通过多次试验来确定。

4 结语

该文对高性能混凝土配合比设计的一些思路做了初步的分析，对高性能混凝土的配合比设计方法及步骤进行了简要的阐述。对其存在的一些问题进行了分析并提供了一些解决的思路。高性能混凝土将在更多更广的领域应用，其设计方法也将越来越成熟。

参考文献

[1]缪昌文.高性能混凝土在建筑工程中的应用[J].混凝土与水泥制品，2000（5）：3-4.

[2]郭志华.高性能混凝土配合比设计及其存在的问题[J].四川水泥，2018（4）：83.

[3]段连旭，宋少民.高性能混凝土在地铁工程中的应用研究[J].混凝土世界，2017（5）：95-102.

[4]程振坤.高性能混凝土配合比优化分析[J].江西建材，2016（7）：90-93.

[5]王海兰，郑彦军.路面高性能混凝土配合比设计参数研究[J].公路，2015，60（9）：83-88.