高性能混凝土的配合比设计

李帅

摘要:城市现代化建设速度在不断加快，对于基础工程建设需求量大幅度增长，所以对于混凝土用量以及其性能有着非常高的要求，在道路桥梁工程、水利工程等方面有着重要的应用。现阶段，普通水泥混凝土在实际应用过程中存在着许多弊端问题，例如韧性差、脆性大、耐磨损程度低等，无法达到现阶段基建工程的要求，因此对于高性能混凝土的应用显得格外重要。在高性能混凝土中加入适量粉煤灰，在一定程度上能够大幅度缓解收缩现象，而且还能够有效提升高性能混凝土抗渗性能。

关键词：高性能；混凝土；配合比

引言

高性能混凝土(High Performance Concrete，简称 HPC) 是一种新型的高技术含量的混凝土，以耐久性作为主要设计指标，针对不同用途要求，保证混凝土的强度和适用性并达到高耐久性、高工作性、高体积稳定性和经济性。由于上述优良特性，在青藏高原地区应用 HPC，具有显著的经济效益。国内 HPC 的研究已经颇为成熟，但对高寒地区 HPC 的应用研究还不够深入。

1 国内外对自密实高性能混凝土配合比设计的研究

自密实高性能混凝土具有较为独特的长处，基于这一点，多年来国内外的研究人员都对自密实高性能混凝土比较感兴趣，不仅如此，国内许多专家和研究机构已经开始研究自密实高性能混凝土，对材料和结构性能都已经做出了研究，也已经有了较为不错的成绩。国内外的研究人员根据实验、经验和一定的数学方法，根据预定的目标提出了一些混合比例。这些比例相对分散，研究人员一般只提出一些混合比例的设计原则，很少去详细地介绍混凝土混合比例的根本原因，所以实际操作的工作人员可能会对混合比例的要求不过分关注。在台湾有学习工作者研究发现一种新的计算方法，在最大密度理论基础上，结合剩余浆体理论进行实施。在实际工作当中，我国国内通常有两种方法来计算自密实高性能混凝土的混合比例：直接引用一些方法计算高性能混凝土的混合比例。

2 配合比设计

2.1 设计原则

普通水泥混凝土应用效果较差，高性能混凝土的应用越来越重要，其配合比设计通常主要建立在普通混凝土配合比设计的基础之上，实质上是对普通混凝土配比的优化和完善，主要涉及到外掺剂应用、用水量控制、砂率、水胶比等多方面的内容，另外在配合比设计环节应充分结合其各种性能，严格遵守相关原则内容，首先应遵守混凝土密实体积原则，即混凝土在可塑状态下的体积等于其组成材料密实状态下的体积叠加；其次，在配合比设计时一定要遵守水胶比原则，如果水胶比值变大，在一定程度上可能阻碍混凝土强度增长，这项内容十分关键；与此同时，还需要满足胶凝材料水泥用量最小原则，随着时代的进步和发展，提升材料资源的利用率变得愈加重要，在具体的配比设计环节可以利用工业废渣代替部分水泥，通过这种方式在一定程度上能够有效实现对混凝土早期水化热以及强度的有效控制，另外，通过工业废渣代替部分水泥能够大大降低材料成本消耗；同时在高性能混凝土配合比设计时一定要严格遵循最小单位用水量原则，在配合比设计时可以对外加剂进行科学的使用，在一定程度上能够有效缓解坍损变化问题，可大大提升其流动性。定量设计方法、试验试配法以及半定量分析法，被广泛推广应用在配合比设计方面，并拥有良好应用效果。

2.2 粗骨料种类、针片状含量含泥量

粗骨料应选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石，以石灰岩碎石为佳。碱—骨料反应(Alkali-AggregateReaction，简称AAR)是指粗骨料与混凝土中胶凝材料水化产物发生的反应，是最典型的化学反应，引起混凝土发生不均匀膨胀，导致混凝土开裂的破坏。为避免碱骨料反应，要求进行粗骨料砂浆长度法试验，砂浆半年的膨胀率低于0.10%。粗骨料的含泥量控制在1.0%以下，泥块含量控制在0.5%以下。含针片状颗粒多的粗骨料，空隙率和比表面积增大，与水泥浆体接触面积大，表面吸水量增加，摩阻力增大，和易性降低；力学性能方面，针片状颗粒受力时薄弱点易断裂。混凝土在成型过程中针片状颗粒多数被其它颗粒支承呈简支梁状，易被折断，个别针状颗粒又起尖劈作用，使混凝土较早出现裂缝而提前破坏。混凝土用粗骨料中最佳针片状含量为12%。

2.3 配合比计算

自密实高性能混凝土属于配制混凝土，在实际应用中，非常适合浇灌不易浇灌的结构。此外，自密实高性能混凝土在结构上也有优势，自密实高性能混凝土具有更好的力学性能和耐久性。不管在何处进行应用，不管工作环境怎样，都没有通用的自密实高性能混凝土，也没有通用的计算方法，但计算方法是有规律的。所以，需要注意混凝土的配比不光与科学的计算有关，对于配比前期的工作场地调查也应当进行详细的勘察，做好因地制宜，结合实际的工作场地和工作环境进行混凝土的配比计算。在日常生活当中，计算机和网络几乎已经普及到更行各业甚至家家户户，所以在混凝土配比方面也可以应用计算机，计算机应用是更为科学的方法，也是未来研究十分重要的发展方向。自密实高性能混凝土属于配制混凝土，需要从配合比方面进行设计计算。目前混凝土配合比的设计方法主要是先计算，然后在连续试验中进行调整，直到取得满意的结果，对于完整的混凝土配比工作来说，计算机的应用只是一个计算机应用程序，但是这一点非常重要，计算机更为科学、更为严谨，实际工作也是失之毫厘谬以千里，因此，混凝土的生产和配比需要进行严格地调整，尽可能地实现混凝土从试验阶段到应用阶段进行严格计算机化。

2.4 单位用水量

单位用水量控制环节非常关键，在单位用水量确定环节主要是综合混凝土中的坍落度、粒径最大值和粗集料类别等重要参数进行查表获取。在配合比设计环节通常会考虑活性矿物和高效减水剂的有效应用，在实际应用时能够大大降低用水量，与普通水泥混凝土相比，在一定程度上也能够降低 20~30 ㎏/m³的用水量，而且还可以有效提升混凝土整体的性能，会促使胶凝材料用量缩减，从而促使混凝土配制成本消耗减少。在粉煤灰掺合量不变的情况下，增加胶凝材料使用在一定程度上会促使抗渗能力下降。这主要是由于胶体在一定程度上会促使水泥产生较大的水化热，极可能造成由于收缩而引起的微小裂缝数量增加，从而促使高性能混凝土抗渗性能减弱。

结束语

在配合比的设计中，我们主要考虑混凝土的抗压强度、坍落度、经济性。在做复掺配合比设计时，只要先对选定的胶材进行胶砂抗压强度试验和净浆流动性试验，通过胶砂强度试验和净浆流动度试验确定各掺和料极限掺量下的各项指标，再将各项指标套入数学模型公式中进行计算，就能迅速的确定配合比的各胶凝材料的最佳掺配比例，而不需要进行反复的配合比试拌工作，节省大量的试验工作量。

参考文献

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