道路高性能混凝土的原材料要求及配合比设计 (高等材料学结课论文)

道路高性能混凝土的
原材料要求及配合比设计
摘要：对道路高性能混凝土的原材料及配合比设计原则进行了论述，与普通混凝土相比，高性能混凝土对原材料要求更为严格，配合比设计也有其特
定的要求。

关键词：高性能混凝土，原材料，配合比
路面混凝土因其本身特点决定了工作环境要比其他一些建筑物更为复杂和严峻，随着当今重载、超载车辆的急剧增加，混凝土路面损坏加剧，除力学性能要满足设计要求外，其耐久性问题日益突出，研制并开发新型的混凝土路面材料刻不容缓。

道路高性能混凝土(High-Performance Road Concrete，简写HPRC)不仅具有优异的物理力学性能和耐久性，而且还具有高施工性(高流动性，高可浇筑性，低离析等)，具有良好的工作性。

因此，采用道路高性能混凝土来修建或更新修补高速公路等的混凝土路面，具有重大技术、经济意义。

1高性能混凝土的基本概念
高性能混凝土概念的提出至今也只有10多年的时间，它是伴随着高强混凝土而问世的。

1993年美国混凝土协会定义高性能混凝土是这样一类混凝土，它需要满足特定性能和匀质性要求，其“高性能”包括：易浇捣而不离析、长期力学性能良好、强度高、异常坚硬、高体积稳定性或在严酷环境中使用寿命长久。

各国对高性能混凝土的要求有所不同，但新拌混凝土的工作性、硬化混凝土的强度和耐久性，这三项是高性能混凝土的基本要素。

高性能混凝土不仅满足工业化预拌生产和机械化泵送施工、具有足够的强度，而且是一种耐久性优异的混凝土。

与传统的混凝土相比，高性能混凝土在配合比上的特点是低用水量(水胶比低于0.4，并且单方混凝土的用水量在180kg以下)、较低的水泥用量，并以化学外加剂与粉煤灰作为水泥、砂石之外的基本组成成分。

这些使硬化混凝土内部的孔隙少，具有致密的结构，抗渗性能优良，因此高性能混凝土的耐久性很好。

高性能混凝土在硬化过程中体积稳定、水化热低、温升小，冷却时的温度收缩小，干燥收缩也小，所以硬化后不易产生宏观和微观裂缝。

我国钢筋混凝土结构规范组1978年的一项调查表明，在一般环境下有40%工业民用建筑结构的混凝土已碳化到钢筋表面，而在较潮湿的环境下90%构件已经锈蚀。

因此在混凝土的耐久性问题受到普遍重视的今天，高性能混凝土无疑是解决结构耐久性最有效和最经济的途径。

道路高性能混凝土的重要特征是具有高抗弯拉强度。

当前道路混凝土设计计
算抗弯拉强度一般为4.5MPa，相应28 d平均抗弯拉强度为5.02 MPa，抗压强度约为40MPa，属于中等强度。

道路高性能道面混凝土抗弯拉强度高达6.0 MPa～11.0 MPa，相应抗压强度约为55MPa～95MPa。

所以使用道路高性能混凝土可以显著提高路面的承载能力，延长使用寿命或减薄路面的厚度以降低工程造价。

2高强高性能混凝土原材料要求
2.1水泥
配置高性能混凝土应采用矿物组成合理、细度合格的高标号水泥，经常使用的是较高标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，有的也使用较高标号的矿渣水泥。

经验表明，通过对各种水泥的试配，来确定制备高强混凝土所用水泥的种类和数量；在满足既定抗弯拉强度、抗压强度和新拌混凝土工作性质的前提下，以经济适用作为选用水泥的依据。

2.2细集料
因为混凝土拌合物含砂量较大，为了避免混凝土过于干硬，通常采用细度模数为3.0的砂子，同时应尽可能地降低含砂率。

2.3粗集料
粗集料在混凝土的组织结构中起主要骨架作用。

对高强混凝土来说，粗集料的重要优选特性为：抗压强度、表面特征、最大粒径等。

1) 按照规定配置高性能混凝土时，需采用抗压强度指标大于2的粗集料，即：强度指标等于岩石抗压强度除以混凝土标号大于2。

因此一般采用致密的辉绿岩、花岗岩、大理石等作粗集料。

2) 因为混凝土初凝时，水化水泥与粗集料的粘结是以机械式为主的，所以配置高强混凝土，应采用立方形的碎石，而不用天然的砾石，同时要求其表面干净无粉尘。

3) 配置高强高性能混凝土所用粗集料的最大粒径通常不超过15～20，采用标准为5～10或5～15的最为合适。

2.4水
在拌制高强高性能混凝土时，用水应以不含影响水泥正常凝结与硬化的有害物质为标准，采用pH≥4的普通水即可，同时尽量减少用水量，将水灰比控制在0.28～0.35的范围内。

2.5减水剂
减水剂作为一种表面活性物质，可以改善混凝土的和易性，或者可以用来减少混凝土的拌和用水量，从而提高混凝土的强度和耐久性，改善混凝土的其他物
理力学性能，或者用来减少水泥用量。

正是由于减水剂的特别作用和使用它所带来的良好的社会经济效益，使得人们对减水剂的研究与应用情有独钟。

高强高性能混凝土中的减水剂的主要作用为：
1) 改善混凝土的和易性；
2) 提高混凝土强度；
3) 节省水泥用量。

减水剂有普通减水剂、早强减水剂、缓凝减水剂和引气减水剂4种。

一般根据不同的工程需要选择不同品种的减水剂。

我国目前减水剂有木质磺酸盐、糖蜜和腐殖酸盐等。

3高性能混凝土的配合比设计
3.1高性能混凝土配合比设计的一般原则
1) 高性能混凝土的用水量低，水灰比一般小于0.35；对80MPa的混凝土，水灰比小于0.30；对100MPa的混凝土，小于0.26；更高强度时取0.22左右。

2) 水泥用量一般为400kg/m3～450kg/m3，对80MPa的混凝土可为500 kg/m3，更高强度时也不应超过550kg/m3。

应该通过外加矿物混合料来控制和降低水泥用量。

高强混凝土必须采用优质水泥。

3) 集料应挑选强度高、吸水率低的碎石，最大粒径不超过15～20，如混凝土强度等级不是很高可以放宽到25，尽量排除片状和针状石子。

4) 砂率一般为0.3,当砂率过低时会影响工作度，一般可取0.3～0.35。

5) 当水灰比很低时，为改善工作度，宜外加矿物混合料，并适当增加高效减水剂的用量。

当用NF减水剂时，用量以不超过水泥用量的1.5 %～2.0 %为宜。

3.2高性能混凝土配合比设计的一般步骤
高性能混凝土配合比设计的步骤可概括为：按照工程要求，挑选合适的混凝土基本材料，运用新拌和硬化混凝土的工作性及受力性能的规律，权衡混凝土性能的得失和经济效益的影响，通过合理估算和试验验证、调整，最终确定混凝土各种成分的最佳组合。

4结论
道路高性能混凝土具有极其优良的品质，材料费用基本不增加或增加不多，可供不同要求的工程选择使用，建造长寿命低维护的路面，其社会、经济效益是巨大的，值得大力推广和不断研究，促进我国公路路面工程步入新的发展阶段，以适应日益增长的交通运输量和轴载的需要。