高性能混凝土配合比设计及性能测试

刘玲 重庆科创职业学院

1 前言

传统普通混凝土在实际施工中限制较大，容易影响工程结构的耐久性，影响施工质量，还加大了施工人员的工作量。为有效提高混凝土质量，高性能混凝土在建筑工程中使用范围越来越广。配合比的科学合理设计有利于充分发挥高性能混凝土效能，但是通过社会实际调研发现，实际操作过程中存在着许多问题。

2 高性能混凝土配合比要求

高性能混凝土配合比设计需要平衡混凝土流动性和抗离析性，因此在设计中需遵循四项设计原则：（1）强度要求，针对不同的建筑工程，对高性能混凝土的强度要求不同，如C50～C80为高强高性能混凝土，对其耐久性和抗压性要求更高。（2）和易性要求，高性能混凝土配置后需要具有流动性、粘聚性以及高性能性，浇灌后能够自动流入建筑材料中，有效保障简直质量。（3）耐久性要求，由于建筑工程需保证其建筑质量和使用年限，对高性能混凝土耐久性要求较高，而高性能混凝土耐久性主要取决于水泥、骨料、外加剂的配合比，需处理好原材料配比关系。（4）经济性要求，高性能混凝土配比中需在保障其使用质量情况下，降低水泥、外加剂使用量，提高混凝土经济效益。

3 高性能混凝土设计方法分类

3.1 全计算法与改进全计算法

全计算法是由陈建奎教授提出，是一种定量的高性能混凝土配合比设计方法，其计算依据是根据高性能混凝土含砂率情况和立方米用水量的计算公式以全计算法计算，所得出的含砂率较低，并不能满足目前建筑工程高性能混凝土需求，因此，针对高性能混凝土需求，对全计算法进行改进，采用固定砂石体积含量计算法，并保留用水量计算公式急性计算，能够定量计算高性能混凝土各项原材料配比量，计算操作简单，能够应用于建筑工程中。

3.2 固定砂石体积法

固定砂石体积法是在保证混凝土强度的基础上，进行原材料配合比设计，在设计中提高混凝土的工作性能，观察混凝土设计原则，以粗骨料和细骨料的体积含量作为混凝土流动性的重要因素，首先对高性能混凝土中的粗骨料、细骨料用量进行计算，得出砂用量以及砂浆用量，在对用水量和凝浆材料总量进行计算，得出掺和剂和外加剂的实际用量。

3.3 骨料比表面积法

骨料比表面积法是在原材料的骨料确定上采用此方法，并设计砂浆量计算模型，在计算中需详细研究富余砂浆量和骨料比表面积，根据粗骨料、细骨料的孔隙率情况，由此计算出骨料用量情况，由于计算量较为复杂，实际应用范围较窄。

4 高性能混凝土的配合比设计以及存在的问题

4.1 双掺控制中的问题

矿物掺合料作为高性能混凝土材料的重要组成，掺入量合理性会决定混凝土凝固时间，通常情况下，掺入量与混凝土凝固时间往往是呈正比的，但通常我们会发现双掺或多掺问题经常会出现在高性能混凝土配合比设计中，从而导致混凝土强度和混凝土凝结的时间延长，影响到工程进度。其次，如果掺入量高于规定量，那么混凝土的凝固时间就会超过原来规定的时间，进而影响交工时间，施工成本也会随之增加。而如果掺入量过多，还会加大混凝土裂缝现象，对建筑物稳定性和安全性构成一定的威胁，由此我们可以看出，掺合料配比合理性对混凝土性能的影响是十分重要的。也就是说施工人员还需要从综合因素上来考虑影响到掺合配料比的要素，比如施工环境等因素也是绝对不能够忽略的影响因素。如采用高标号硅酸盐水泥，一般可将活性矿物掺合料总掺量适当提升，如在冬季进行施工，则需要选择非缓凝型的减水剂，活性矿物掺合料的总掺量也需要适当降低。

4.2 设计规范当中存在的问题

首先是盲目配比，有些设计人员并不会根据图纸要求来进行操作，往往会忽视细节，做工粗糙。其次，就是没有深入了解建筑工程的施工工艺，忽视了外加剂掺合量。再者是对水泥混凝土配合比的错误计算。部分设计人员不能对不同指标之间的问题进行掌握，而获取正确的计算结果，在设计水泥混凝土配合比过程中是必须的步骤。所以在此建议设计人员在进行设计时，有以下几个基本要求可以参考：（1）混合的难度系数较低。混凝土拌合物在操作过程中需要易于混合才有利于施工。（2）强度等级。混凝土结构设计要求强度等级。（3）使用年限长。耐久性好，防热抗冻。（4）尽量节约水泥和降低成本。

5 高性能混凝土性能

5.1 干缩性能

鉴于路面混凝土使用环境较为复杂，在长期运营过程中会持续受到各种荷载的作用，导致混凝土结构性能逐渐降低。抵抗性能可通过耐久性进行评价，本文将通过混凝土的干缩性能等对其耐久性进行评价。随着龄期的不断上升，配合比不同的高性能路面混凝土干缩率逐渐增加，其主要的干缩时间段在前14d，超过14d之后的干缩率增长量较小。前期水泥具有较大的反应速率，增加了水泥内部的水化热，从而导致干燥程度增强，干缩率变化速率有所上升。相比于基准混凝土而言，掺入粉煤灰之后的混凝土具有较小干缩率。随着粉煤灰掺量的不断提高，其干缩率有所下降。

以水泥代替粉煤灰，可降低水泥用量，从而降低早期水泥的水化反应速率，延迟早期收缩时间，降低混凝土干缩率。对于基准混凝土而言，随着龄期的不断增加，在7d～14d 之后，混凝土的干缩率变化速度较为平缓。而对于混凝土中掺入了粉煤灰的试验组，干缩率随着龄期的不断增加而有所增加。其原因在于后期粉煤灰持续进行水化反应，使其干缩率有所上升。对于相同掺量的粉煤灰而言，当其胶凝总量上升时，其干缩率有较为显著的增加。其主要原因在于增加了胶凝材料，使得浆体含量有所上升。浆体收缩，从而使得混凝土收缩。

5.2 渗透性能

由高性能混凝土抗氯离子渗透性能试验结果可知，高性能混凝土的抗氯离子渗透能力，随着粉煤灰的掺入而有所上升。原因在于干燥条件下，水泥水化反应之后，硬化混凝土中含有的多余水分使毛细孔道有所连通，粉煤灰的掺入能够使其内部毛细孔得到填充，从而使混凝土密实性有所提高，混凝土抗渗透性能有所上升。

随着抗压强度的提高，混凝土抗氯离子渗透性能不断提高，但其并不具备可遵循的规律。一般而言，混凝土的抗压强度与其抗氯离子渗透性能无正比例关系。混凝土是非匀质材料，其内部孔洞的连通性对于其抗渗能力有较大影响，但其与强度关联性较小。对于混凝土的抗压强度而言，其内部孔洞数量的影响较大，但其与渗透性关联度较小。混凝土抗氯离子渗透性与抗折性能无关联，除了粗集料强度对高性能混凝土抗折性能有所影响之外，其还与浆体与混凝土粘结能力有关。

6 高性能混凝土配合比设计应对策略

6.1 合理选择原材料

在进行高性能混凝土的制作过程中，对原材料进行一个正确恰当的选择是十分至关重要的。原材料的合适恰当关乎到整个工程的成败。比如对水泥的选择，对外加剂的选择，以及在使用过程中对这些原材料的分配。在当今我国市场上，每一种原材料的种类都有很多，所以说原材料的选择是绝对不能疏忽的环节。

水泥的选用要以稳定、适应性良好为基础，因而外加剂的选择就显得尤为重要。在对外加剂进行选择的过程中，要结合高性能混凝土的自身特性，合理选择外加剂。在此之外，对外加剂的作用也要进行全面的了解。减水剂对混凝土的性能发挥着重大影响，是混凝土配制重点考虑的因素。在使用时，要注意外加剂的使用顺序，工序不能混乱，为保证掺加质量，在使用外加剂时，每次都应该派专人负责，在操作之前，首先对这些工人们进行专门训练，认真交待注意事项，从而保证结果无误。

6.2 合理选择配比参数

高性能混凝土配合比设计时，应做好注意工作，这是增强高性能混凝土质量、节约工程成本的重要表现。所谓“混凝土配合比”——水泥、砂、石以及水用量之间的比例。在配比时应该充分了解配比的惯用标准，一是以1m3为单位混凝土中各种材料的用量，二则是用单位质量的水泥与各种材料用量的比值及混凝土的水灰比来表示。添加掺合料时，同样要控制好掺合料的使用量，这对于提高混凝土质量、增强混凝土性能有着不可替代作用。

我们大多时候主要控制的三个参数是：水灰比、单位用水量、砂率。做好这三个参数的控制，高性能混凝土的性能才有保障。混凝土的强度和耐久性受水灰比大小的影响；混凝土拌合物流动性大小要参照用水量；砂率反应砂石的配合关系，混凝土的和易性则受到砂率的影响。水胶比、浆骨比、砂率、高效减水剂掺量均属于高性能混凝土配合比设计需重点关注的参数。低水胶比能结合高性能混凝土的特点，提高它的使用时长、降低它的渗透性，所以其水胶比一般都控制在0.4 以下。在结合强度等级确定水胶比后，就可以进行强度的调节。

6.3 细化配比环节

高性能混凝土的配比过程要求工作人员注意配比各项事宜，这是保证高性能混凝土质量、降低施工成本的重要内容。配合比在设计以及试配过程中，要对外加剂的品种进行优先选择，在知道外加剂的基本性能以及工程实际需要的情况下进行合理的选择，同时还要保证外加剂使用量的合理性，使其与混凝土充分的融合，然后通过混凝土试拌选定外加剂的合适掺量。外加剂掺量的使用量也要根据掺合料类型进行合理选择，不过这也要看减水剂的最佳用量。大多数情况下，只有减水剂处于最佳用量，整体效果才会比较良好。这对于优化混凝土质量以及提高混凝土性能，减少混凝土裂缝情况有着不可替代作用，从而达到所需的性能和经济技术要求。

7 结束语

综上所述，配制性能优良的混凝土是一个系统而又连贯的过程，在进行实际操作过程中，操作者需要有一定的理论知识和相应的实践经验。随着时代的发展，新材料、新工艺的发展更能在节约成本、环保建设以及整体性能上面体现其优势，在完善高性能混凝土配合比设计的同时，我们更应该把眼光聚焦于更有价值和性价比的新材料、新工艺的发展上。