高性能混凝土配合比设计

浅谈高性能混凝土配合比设计
【摘要】随着科学的不断发展，混凝土其用途也越来越广泛，已经渗入当今社会的各个领域。

特别是高性能混凝土多应用于建设工程的重要结构部位，如何能够保证高性能混凝土满足施工要求是我们的一项重要工作，本文对高性能混凝土配合比设计中应该注意的几个问题进行了分析，并提出相应的施工控制措施。

【关键词】高性能混凝土、配合比设计、施工控制
区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，应用于重要结构主要包括：桥基，承台，桥台，墩身，预制梁，现浇梁、主梁接缝混凝土、涵基涵身混凝土、房屋建筑及路基支挡结构混凝土、防撞墙等。

在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，被认为是今后混凝土技术的发展方向，现从配合比设计的几个重要的方面进行一些简单探讨：
1、高性能混凝土配合比设计计算基础
由于高性能混凝土更突出了耐久性，且在某种条件下要求有更高的工作性能，因此配制高性能混凝土时，要求配制人员必须具备必要的专业知识，并且充分了解原材料各组分的性能、相互作用及对混凝土性能的影响。

而对于高性能混凝土目前没有固定的方法，大都是已经验为主的半定量设计方法。

本文应用混凝土体积模型建立混凝土用水量和砂率的计算公式，再结合水胶比定则，可以全面的确定高性能混凝土中各组分用量，再结合实际经验可以更好更方便
地实现高性能混凝土的配合比计算。

混凝土配合比设计是混凝土材料科学中最基本而又最重要的问题。

根据混凝土强度与水灰比关系。

有：
该式为混凝土配合比设计的强度基础。

根据混凝土体积模型1）混凝土各组成部分具有体积可加性2）石的空隙由砂浆来填充3）砂浆中的砂的空隙由水泥浆来填充4）胶凝材料的空隙由水和空气隙来填充5）胶凝材料为水泥，粉煤灰等胶凝材料（表1）。

根据混凝土体积模型每方混凝土中令vw+va+vc+vf=vm，
va+vc+vf+vs=vsm（2）其中vw、va、vc、vf、vs 、vg分别表示混凝土中水、空气、水泥、细掺料、砂和石的体积含量。

根据美国mehta 和aitcin 教授在对高性能混凝土进行了大量研究后认为：要使高性能混凝土同时达到最高的施工和易性和强度以及尺寸稳定性胶凝材料浆体体积宜为混凝土体积的35%左右。

我们取vm：（vs+vg）=35：65这一事实确立了高性能混凝土配合比设计中胶凝材料浆体体积和骨料体积的定量关系。

假设细掺料加入量为水泥的x%
由（2）可得：
w=vm-vc-vf-va 其中a、b为回归系数表1-3给出了a、b的取值。

其中，为水泥，细掺料的密度。

公式中系数的大小与细掺料的掺入量有关（表2）。

公式（3）（4）（5）表明高性能混凝土用水量取决于强度和水胶
比，混凝土强度越高，水胶比越小，则用水量越少；矿物细掺料的品种和掺入量影响混凝土的用水量；引气量越大，则混凝土用水量越少。

砂率的确定：根据混凝土体积模型观点（2）石的空隙由砂浆来填充当单位体积的混凝土中，石的间隙刚好被砂浆填满时，有砂浆的体积为
vsm=1000）（6）
其中、分别为石的表观密度和堆积密度。

砂率：
其中、分别砂和石的密度。

由于砂石表观密度相差不大近视 =公式可以（7）简化为
sp=x100% （8）
公式（7）、（8）表明混凝土砂率随混凝土用水量的增加而增加，随胶凝材料的用量增加而减小。

根据高性能混凝土体积相关观点我们可以取vm=350l/，集料体积vs+vg=650l/，。

这样公式（8）可以简化为：
高性能混凝土由于其高的强度和耐久性、和易性。

原材宜使用标准稠度低，强度等级不低于42.5的普通和中热硅酸盐水泥。

细骨料宜选用级配良好，细度模数为2.6到3.2的中粗砂。

粗骨料宜选用质地坚硬，级配良好，针片状少，空隙率小的碎石，压碎指标不大于10%，骨料的最大粒径不宜大于25mm 外加剂应与水泥匹塌落度损失小的高效减水剂，减水率不宜小于20%，最好大于25%其他
细掺料应符合国家相关规定。

2、混凝土配合比设计计算步骤
（1）配制强度：
（2）水胶比：
（3）用水量：w=
（4）胶凝材料用量：，
f=为细掺料的加入量
（5）砂率及集料用量：砂率sp== x100% s=
（6）外加剂：外加剂应与水泥匹塌落度损失小的高效减水剂加入量应保证混凝土有很好的和易性加入量宜为5%-12%
（7）配合比调整和试配：当采用3 个不同的配合比进行混凝土强度试验时，其中一个为基准配合比，另外两个配合比水灰比，宜教基准配合比分别增加和减少0.02～0.03。

配合比确定后还应用该配合比进行不少于6次的重复试验进行验证。

3、对配合比设计的讨论
在以上混凝土配合比设计中，配制强度，水胶比，用水量，胶凝材料的组成与用量，砂率以及粗细骨料的用量都可以用公式计算确定，这样可以减少配制时对经验的依赖和减少寻找时间。

当然在计算种涉及几个参数的取值问题比如水泥浆体体积和骨料体积，这些取值都有比较成熟的研究成果。

与传统比较科学性和定量化大大方便试验人员。

4、在实际操作中容易存在的问题
不少施工单位在配合比设计时纯粹是为了达到设计强度，按规范要求或以往经验进行一组配合比设计，试配后强度达到要求就算完成了；若达不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，很少有人从材料调配、经济效益、混凝土工作质量等方面综合考虑。

水泥用量过多，往往导致混凝土收缩裂缝的产生和徐变增大，而且也相应的增加了成本。

5、相应的措施
在规范要求允许的条件下，试验室应配制不同的配合比，从经济、工作性能、质量等方面综合考虑择优选用，并应针对不同施工部位、不同评定方法给予适当调整，尽量避免凡是同一强度均使用一个配合比的做法，试验室还应收集每次配合比及施工情况的详细数据，并注意对这些数据进行统计分析，以便得出本试验室的水灰比、用水量、砂率、水泥用量范围及σ数值，日积月累，就能成为一个很可观、很宝贵的参考资料，对以后的施工将会起到不可估量的作用。

6、结束语
综上所述，高性能混凝土由于其优良的性质，近年来倍受关注，这不仅是一种技术性能很好的混凝土，而且是一种绿色混凝土，是可持续发展的，但是要体现它的高性能不只是一个优质的配合比，更主要的是看施工企业是怎么去实际操作，从各个环节上作到科学，合理施工。

参考文献
[1] 《普通混凝土配合比设计规程》（jgj55）
[2] 高性能混凝土及施工工艺
[3] 现代混凝土配合比设计-全计算法
[4] 于明秀.高性能混凝土在公路桥梁建设中的应用浅析[j].中小企业管理与科技.2010（31）：168-168
[5] 祁绩，杨文龙.高性能混凝土在建筑工程中的应用[j].黑龙江科技信息.2010（17）：228-228。