高耐久性混凝土优化配比试验研究

王 勇 太原市政建设集团有限公司

1 前言

建筑工程施工过程中，混凝土是必不可少的一项重要材料。随着社会的不断发展，对于建筑工程施工中混凝土浇筑施工技术也提出了更高的要求，为了适应建筑工艺的需求，必须不断进行技术革新，这样才能更好地保障建筑工程施工的质量，保证施工过程安全进行。

2 高耐久性混凝土优化配比概述

在建筑材料中，材料的组成比例非常重要，比例过多过少都会影响会混凝土的质量和性能。为了让混凝土质量和性能满足建设项目的要求，符合国家标准，建筑材料组成需要进行严格化的设计和控制，保证每一步的操作都具有很强的合理性，让材料的每一个特性发挥到最佳，确保混凝土的性能。

在建筑材料配比的过程中，水泥的用量要控制在一个适当的范围内，水泥和水是混凝土的黏合剂，因此水泥浆要有一定的稠度，这样才能避免因为材料的脱落导致施工混凝土质量的下降。

建筑材料在配比设计的过程中，首先要选用适当的胶凝材料和粗细骨料，其次是根据对现场环境和工程质量等方面的条件，对混凝土的强度、和易性和耐久性等多方面性能的要求，加入适量的外加剂，确保混凝土的质量复合物工程要求，还可以根据原材料的质量随时进行适当的调整，保证其质量能够做到最佳。

在配料搅拌的过程中，要根据严格的设计标准控制各种材料的用量。如果各种材料的配比有误或者有一点偏差，必须重新进行配比，宁愿浪费一些成本，也不能造成混凝土施工质量的下降，最后导致工程质量下降，严重影响企业的声誉和名誉。

3 试验设计

试验时混凝土的水灰比（水胶比）以骨料在饱和面干状态下的混凝土单位用水量对单位胶凝材料用量的比值为准。混凝土各项性能试验主要按SL/T 352—2020《水工混凝土试验规程》以及GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行。水胶比必须同时满足混凝土结构强度和耐久性的要求。

综合分析水胶比、水泥品种、含气量、掺合料品种及其配比对混凝土工作性、强度、抗渗、抗冻、抗碳化以及抗氯离子和硫酸盐侵蚀等耐久性能的影响，开展了各配合比的工作性能、力学性能、干缩变形性能、不同胶材组合的水化热、抗渗、抗冻、碳化、氯离子渗透、硫酸盐侵蚀等耐久性能的试验。

4 混凝土配合比性能试验

4.1 粘接性能

硅烷类材料的粘接强度最高，在3.0MPa以上，其次是环氧材料，在2.8MPa左右。自制有机硅产品、外购产品以及丙烯酸树脂类的都在2.0MPa以内。液体硅烷和膏体硅烷中含有大量的活性基团（硅氧烷），能与混凝土表面的羟基发生化学反应，且硅烷的渗透深度大，因此其粘接强度更高。环氧材料也类似，其结构中有大量易与羟基反应的环氧基团。

自制产品、外购产品虽然同样是渗透型的有机硅材料，但其粘接强度较低，这可能是由于材料不同层间存在相对较弱的作用力所致。丙烯酸树脂主要是在混凝土表面成膜，利用物理作用与混凝土结合在一起，因此强度较弱。

4.2 抗碳化性能

依照《水工混凝土试验规程》进行了各配合比的加速碳化试验。随着水胶比的增加，混凝土的抗碳化性能逐渐下降；在强度等级、水胶比相同的条件下，粉煤灰掺量高的混凝土碳化深度略高；引气混凝土与非引气混凝土、抗硫水泥与普硅水泥混凝土的碳化深度基本一致。根据JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性检验评定标准》，在快速碳化试验中，若28d碳化深度小于20mm 的混凝土，其抗碳化性能较好，一般认为可满足大气环境下50年的耐久性要求。

4.3 防腐蚀性能

除环氧材料外，自制产品的氯化物降低率是最高的，达到了85.5%，表明自制美化材料具有非常好的抗腐蚀性能。自制美化材料具有防水的效果，水分难以渗透进混凝土的内部，因此，氯离子也很难渗透。

环氧树脂材料之所以氯化物降低率最高（达到了94%）是由于其形成的膜是全封闭的。而自制的美化材料还具有一定的透气性，因此，氯离子的降低效果要弱一些，其他材料也是相似的原因。自制产品相比于外购产品，在氯化物的降低方面具有优势，具有非常好的防腐蚀能力。

4.4 抗冻性能

依照SL/T 352—2020《水工混凝土试验规程》进行了各配合比的抗冻性能试验，试验龄期为90d。对设计强度C30的配合比，经200 次冻融循环后，各配合比最小相对动弹模为84.2%，质量损失最大为2.1%；对设计强度C40 的配合比，经250次冻融循环后，各配合比最小相对动弹模为83.8%，质量损失最大为2.4%，依据相对动弹模下降至60%及质量损失5%的条件判断，各配合比均达到或超过F200的抗冻等级要求。

4.5 透气性能

自制的底层、中层和面层都是渗透型产品，只要不人为破坏，表面的涂层就不会与混凝土分离。传统的涂料是在混凝土表面进行覆盖，不能让混凝土保持正常的“呼吸”，时间久了，混凝土内部的水出不来，涂料与混凝土之间就会形成水气，导致起皮脱落。

采用砂芯漏斗，在其上表面涂覆自制的美化材料，观察材料的透气性和憎水性，试验表明与不涂覆相比，涂覆美化材料能有效地起到隔离水的效果。采用洗耳球从砂芯漏斗的底部鼓气，可以看到气泡能很好地从美化材料中渗出。

5 优化水泥混凝土配合比的措施

5.1 理调节和优化配合比参数

在混凝土配制过程中，对于配合比的设计还需要对各项参数进行控制，如水胶比、浆骨比、砂率、用水量等。水胶比的合理控制是需要根据混凝土的特点和实际项目的需要，也就是降低水胶比，提升混凝土的耐久性和渗透性。通常情况下，要想制备高性能的混凝土，需要将水胶比控制在0.4 以内，例如，C50水泥混凝土，其水胶比应该控制在0.37～0.32之间。

C80 水泥，水胶比控制在0.26～0.22 之间。在对混凝土等级确定后，对水胶比进行设计，也就是对矿物掺合料的种类和使用量进行设计，也可以通过这些因素对混凝土的性能进行调节。浆骨比就是水泥浆与骨料用量之间的比，通常情况下，浆骨比在7∶13，在这个比例背景下，水泥混凝土的状态是最佳的。

C50～C70 型号水泥，20%～50%水泥可以替换成15%～30%的矿渣或者粉煤灰，C80 型号水泥中相同质量的水泥可以由15%～30%的矿渣或者粉煤灰与5%～10%硅灰代替；砂率也是混凝土的重要控制参数，对其配合比进行合理控制能够有效提升混凝土的强度，而低砂率的混凝土其强度和弹性模量也会随之降低，这样的情况下需要同时合理控制总胶凝材料的用量及粗细料级配等方面的内容。

5.2 适当使用外加剂

混凝土的结构施工质量单从一个方面控制是不可能进行有效的控制，应该从多个方面入手。如使用外加剂，外加剂和混凝土的混合使用可以改善混凝土性能，提高混凝土质量的同时确保施工质量的。添加剂的使用能够增加混凝土的强度、耐用性和加工，还能适当地降低一些建筑材料的成本。

水泥的使用必须保证水和水泥的消耗量控制在一定的范围内，增加混凝土的流动性的同时要保持强度不变。添加适当的外加剂能够减少水的使用；各种材料通过不同的配比进行混合使用可以适当控制碱性聚合的反应。

由于地理位置的差异，有些地区温度很高或者混凝土施工体积大的，可以加入少量的缓凝剂，这样能够进行运输和泵送，还能够减少掉落所造成的材料损失，保证延长初凝时间的条件下，后期强度仍然保持不变，不会造成任何的质量问题。

5.3 严格落实试验管理制度

在水利工程施工的过程中，需要严格执行水利质量监督程序，按照水利工程建设管理的相关要求，将所有混凝土配比和浇筑工作严格进行试验检测，要围绕工程施工的实际情况，制定严格的试验监督体系，对工程的试验检测人员和材料管理都进行全面把控，把控好施工的各阶段质量标准。

根据这些监督管理要求将责任划分到个人，让各阶段的工作工序可以有效衔接，建立好相关的质量保障体系试验抽检制度，让工程质量得到有效保障。因此在日常要加强对这些混凝土施工操作人员试验技术培训，让他们能够在工作中树立质量意识，注重施工质量，提升责任感。相关的试验检测人员也要做好试验工作，发现问题及时处理，找出对应的解决方法，工程技术人员要围绕着施工过程做好各方面的试验检测和技术交底。

6 结束语

我国各项建筑项目已经迅速发展起来，并且逐渐增多。工程建筑项目中主要的建筑材料就是水泥混凝土，而混凝土质量正是决定建筑质量的重要因素，直接影响项目的经济效益和使用安全性。

因此，要在制备水泥混凝土的过程中合理调整和优化混凝土的配合比，确保能够符合实际的工程要求及项目所处环境要求，使得经过优化后配合比制备的混凝土更具耐久性、安全稳定性、实用性等，同时节约资源，降低成本，提升项目的经济效益。