高强高性能混凝土的配合比设计方法探讨

高强高性能混凝土的配合比设计方法探讨

胡向可

河南缔造地基与基础工程有限公司

摘要：本文根据《水泥混凝土配合比设计规程》2011(以下简称配合比设计规程)，以C60高性能混凝土为例，探讨设计规程中对高强混凝土配和比设计存在的问题，结合试验数据，分析高强高性能混凝土强度的影响因素，提出高强高性能混凝土配合比的设计思路和方法。

关键词：高强高性能混凝土；配合比；设计方法

前言：高强混凝土，是指强度高于C60的混凝土，高性能混凝土，是指坍落度大于180mm以上且工作性能好的混凝土。高强高性能混凝土普遍概念是C60以上的大流动性混凝土，随着基础设施建设的发展以及外加剂性能的稳定提高，C60以上的大流动性混凝土的使用越来越普遍。其配合比设计显得尤为重要。

1、配合比设计规程中高强混凝土配合比设计方法

1.1混凝土的配制强度的计算

配合比设计规程，混凝土配合比设计时首先需计算试配强度，试配强度在C60以上的计算公式为：

按此公式可发现，对于C60以上的混凝土的配制强度，不再考虑施工水平的波动性，即不体现标准差的影响，这是因为对于C60以上的混凝土的施工来说，都必须严格控制施工各环节。基本上施工水平的波动性不大，波动范围控制在0.15倍的设计强度中。以C60混凝土为例，混凝土的配制强度为69.0MPa。

1.2水胶比的计算

按照配合比设计规程中水胶比的计算公式：

其中，是胶凝材料的28d实测强度，需要考虑水泥的强度等级、水泥的28d实测强度和其他胶凝材料如粉煤灰、矿粉的质量等级和掺加量。通常由于高强高性能混凝土需要的胶凝材料用量比较大，由于水泥用量的增多会让水化热增大，所以掺加其他胶凝材料可以降低水化热或者延长水化反应的速度从而减小集中时间内的放热量，从而避免混凝土的内外温度不均匀而导致的破坏。

当使用P.052.5水泥时，按照1.12的富裕系数，水泥的28d强度为58.8MPa，计算水胶比为0.41。1.3确定单位用水量和胶凝材料用量C60以上的混凝土的基本上使用的粗集料的公称粒径是26.5mm比较多，这是因为，对于需要使用C60高性能混凝土的结构来说，钢筋的布置一定是密集的，而小于26.5mm的粒径的粗集料对增加混凝土的强度是不利的。从配合比设计规程中的用水量表中找到推荐的205kg的用水量，在此基础上按照坍落度每增加20mm用水量增加5kg的经验值。按照大流动性混凝土180mm的坍落度设计，用水量的经验基准值是225千克/立方米.胶凝材料的用量计算用单位用水量除以水胶比可计算出。

1.4确定砂率

按照配合比设计规程，基于60mm的坍落度混凝土，水胶比为0.40时，砂率的范围是27-34%，按照坍落度每增加20mm，砂率的数值提高1%，计算砂率的数值为38%。按经验取砂率为42%。假定C60混凝土的计算表观密度值为2450Kg/m³，得到混凝土中各材料的用量。由于高性能混凝土使用不同减水率的外加剂，用水量变成不确定的数值，从而配合比不同，测得5组相同水胶比、不同材料组成的混凝土的28d强度。

2、高性能混凝土配合比设计

2.1原材料的选择

高性能混凝土对原材料的要求较高，原材料较小的变化也会对高性能混凝土的质量造成比较大的波动，高性能混凝土对原材料的敏感性决定了在生产高性能混凝土时必需要对其原材料加以重点控制。当前，高性能混凝土一般由水泥、砂、石、水、外加剂再加上粉煤灰、矿粉、硅灰中的一种或几种所组成，对高性能混凝土的原材料进行控制，主要是对这几种原材料进行合理的选用和控制，使其能够满足工程的设计要求且能最大程度的降低工程的造价。

2.1.1水泥

高性能混凝土采用的水泥一般选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。其要求各项指标均能满足GB175-2007通用硅酸盐水泥标准要求。同时应注意以下几点：a.流动性好，需求量低。b.低的碱含量，恰当的颗粒级配。C.与外加剂的相容性。

2.1.2矿物掺和料

矿物掺和料应选用品质稳定的产品。矿物掺和料的品种宜为粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰，均应符合相应的质量标准要求。

2.1.3骨料

①细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的天然洁净中粗河砂，不得使用海砂；②粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石。高性能混凝土所用粗骨料应采用二级或多级配碎石混配而成，其要求各项指标均能满足《混凝土工程施工质量验收标准》。

2.1.4外加剂

应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品，外加剂与水泥之间应具有良好的相容性。

2.2高性能混凝土配合比设计技术措施

2.2.1大量掺用粉煤灰改善混凝土性能

粉煤灰中的玻璃微珠能使水泥砂浆粘度和颗粒之间的摩擦力降低，使水泥颗粒充分分散，在相同稠度下使混凝土用水量减少，提高其和易性。另一方面，由于粉煤灰颗粒较细，可以起到改善胶凝材料的颗粒级配的作用，使填充胶凝材料的空隙水量减少，因而也有效的降低了混凝土用水量。粉煤灰掺入高性能混凝土中，在早期基本不参与水化，而只起到填充作用，使混凝土获得较好的工作性能，而后期大部分粉煤灰颗粒开始和水泥水化产物作用，形成大量的填充颗粒，使混凝土强度得以发展，内部结构不断密实，从而有效的提高了混凝土的抗渗性。

2.2.2采用复掺技术

“复掺”是指在混凝土中掺入两种或两种以上的细掺料。“复掺”利用的化学机理是：粉煤灰的化学活性相对较低，它对混凝土早期强度影响较大，尤其是在掺量较高的情况下，影响更大。为了弥补这一缺陷，加人粉煤灰后再复合活性较高的超细矿渣粉，可提高火山灰效应，增加体系中微粒间的化学交互、诱导激发，从而提高粉体的化学活性。粉煤灰和矿渣

粉复掺后，在混凝土强度上有一定互补，产生单一混合材所不具有的优良效果，发挥其更大的优势。“复掺”料后混凝土具有良好的工作性能和耐久性能，而且有较好的经济效益。

结束语：综上所述，C60高强混凝土必须严格控制原材料的品质，由于其胶凝材料用量较多，砂率应适当减少，并选择粒径偏小的连续级配骨料；高强高性能混凝土要求低水灰比，水灰比越低其强度越高，应选择品质优良的高效减水剂，来解决低水胶比、高粘度与流动性、可泵性之间的矛盾，以满足其工作性能；利用优质矿物掺合料来取代水泥，可以增加混凝土的和易性和密实性，显著改善混凝土的粘聚性、泌水性和稳定性等。在C50混凝土配制、生产、施工等各环节中一定要严格控制与管理，并加强混凝土的后期养护。

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