徐 川

(邯鄲市順達(dá)混凝土有限公司，邯鄲 056000)

高性能混凝土配比設(shè)計(jì)研究

徐 川

(邯鄲市順達(dá)混凝土有限公司，邯鄲 056000)

該文主要對(duì)高性能混凝土的配比設(shè)計(jì)進(jìn)行闡述，分析了實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的性能指標(biāo)的配比要點(diǎn)，并對(duì)高性能混凝土配比設(shè)計(jì)參數(shù)與其強(qiáng)度之間的關(guān)系進(jìn)行了研究，論述了密實(shí)系數(shù)法下的高性能混凝土配比設(shè)計(jì)研究。

高性能混凝土； 配比設(shè)計(jì)； 設(shè)計(jì)參數(shù)

在社會(huì)經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的過(guò)程中，建筑工程領(lǐng)域也獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了建筑材料行業(yè)的進(jìn)步。在現(xiàn)代化工程施工過(guò)程中，應(yīng)用的一種重要材料就是高性能混凝土，該建筑材料憑借著優(yōu)質(zhì)的性能，在建筑領(lǐng)域占據(jù)著極其重要的地位。隨著人們對(duì)建筑工程要求的提高，建筑企業(yè)當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題就是在降低混凝土施工資金投入的基礎(chǔ)上，通過(guò)科學(xué)、優(yōu)化的高性能混凝土配比方案，提高混凝土的質(zhì)量，創(chuàng)造更大的經(jīng)濟(jì)效益。該文通過(guò)對(duì)高性能混凝土配比設(shè)計(jì)的研究，從而探索出配比設(shè)計(jì)方案，為相關(guān)的研究提供參考意見(jiàn)。

1 高性能混凝土配比設(shè)計(jì)概述

同普通混凝土存在明顯的不同，高性能混凝土在構(gòu)成成分方面相對(duì)復(fù)雜，在性能方面具有明顯的優(yōu)勢(shì)，這就需要研制出更加合理的配比方法。由于普通混凝土在原材料選用和配合比例方面的限制較小，只需要根據(jù)建筑工程的實(shí)際狀況及設(shè)計(jì)方案進(jìn)行即可，然而受到外界場(chǎng)地和原材料選取等因素的影響，很難保證混凝土配比達(dá)到規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)要求，影響了混凝土的性能，可能會(huì)導(dǎo)致一些建筑工程質(zhì)量問(wèn)題[1]。對(duì)于普通混凝土的配比設(shè)計(jì)原則來(lái)說(shuō)，配比設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性是其考慮的主要方面，其次才是原材料的使用。

強(qiáng)度大、耐久性良好、穩(wěn)定性高、適用范圍極廣是高性能混凝土最顯著的特征。在進(jìn)行配比設(shè)計(jì)的過(guò)程中，一方面要考慮到配比設(shè)計(jì)的經(jīng)濟(jì)性，盡可能地降低成本投入，達(dá)到混凝土的性能指標(biāo)，提高工程的施工質(zhì)量；另一方面更要嚴(yán)格地控制水灰比，合理地應(yīng)用高效減水劑，為保障高性能混凝土在工作性、耐久性及強(qiáng)度等方面的要求，還需要對(duì)混凝土的流動(dòng)性進(jìn)行合理的調(diào)整，高效應(yīng)用粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅灰粉等礦物摻和料。

2 實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的性能指標(biāo)的配比要點(diǎn)

在對(duì)高性能混凝土進(jìn)行配比設(shè)計(jì)的過(guò)程中，參考的幾項(xiàng)重要指標(biāo)就是耐久性、強(qiáng)度和穩(wěn)定性。高性能混凝土所應(yīng)用的原材料對(duì)于整個(gè)工程施工質(zhì)量的保證意義重大，其中水、骨料、礦物摻和料、高效減水劑和水泥是高性能混凝土施工的主要原材料，要嚴(yán)格按照施工材料標(biāo)準(zhǔn)控制原材料的質(zhì)量。同時(shí)，還需要提高檢測(cè)工作人員的專(zhuān)業(yè)素質(zhì)，準(zhǔn)確地了解各個(gè)成分在原材料中所占的比例，嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行管理，做好基礎(chǔ)性保障工作[2]。

實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的性能指標(biāo)的配比要點(diǎn)如下：

1)高效減水劑的應(yīng)用。高性能混凝土的強(qiáng)度指標(biāo)主要是依靠高效減水劑的使用才實(shí)現(xiàn)的，該原料的使用可以使拌合用水量減少，但對(duì)水泥的使用量不會(huì)產(chǎn)生影響，確保了混凝土的易和性。在實(shí)際配比過(guò)程中應(yīng)將高效減水劑控制在約0.8%～1.5%的膠結(jié)料含量，在達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)后即使添加再多也不會(huì)使混凝土發(fā)生較大的變化，合理的用量可以減少成本，取得有效的配比結(jié)果[3]。

2)水灰比的控制。高性能混凝土配比設(shè)計(jì)時(shí)，避免出現(xiàn)大量使用膠結(jié)料的現(xiàn)象，否則會(huì)干擾混凝土的性能，使其穩(wěn)定性下降，增大成本投入，要將水和膠結(jié)料二者的應(yīng)用含量比控制在一個(gè)相對(duì)較低的水平。

3)礦物摻和料的使用。在高性能混凝土配比過(guò)程中添加一定量的礦物摻和料，可以有效地改善混凝土的耐久性、強(qiáng)度和抗?jié)B性能，降低了因溫度變化而產(chǎn)生裂縫的質(zhì)量問(wèn)題的發(fā)生幾率，提高了混凝土在不同環(huán)境下的適用性，提升混凝土澆筑過(guò)程中的性能。

4)骨料的選取和應(yīng)用。骨料在高性能混凝土所有成分中占有的比例最大，平均1 m3混凝土需要1.5 m3的骨料，所以控制好骨料的質(zhì)量對(duì)保證混凝土質(zhì)量非常重要。骨料類(lèi)型多種多樣，市土建施工建設(shè)可以選取的類(lèi)型較多[4]。人工骨料及天然骨料通常是房屋工程和道路工程施工過(guò)程中主要應(yīng)用的骨料類(lèi)型。

3 高性能混凝土配比設(shè)計(jì)參數(shù)與其強(qiáng)度之間的關(guān)系

高性能混凝土對(duì)應(yīng)用原材料、配比含量設(shè)計(jì)的要求較高，經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，廣大研究學(xué)者也對(duì)其配比設(shè)計(jì)進(jìn)行了深入的研究，總結(jié)了大量的經(jīng)驗(yàn)，基于不同的角度研發(fā)和設(shè)計(jì)了不同形式的配比設(shè)計(jì)方案。這些配比設(shè)計(jì)方案雖然考慮的因素有所不同，但就設(shè)計(jì)目標(biāo)、設(shè)計(jì)原理等基本內(nèi)容具有一致性，力爭(zhēng)在節(jié)約成本投入的基礎(chǔ)上，使配比設(shè)計(jì)方案更加科學(xué)、合理，提升和改善高性能混凝土的質(zhì)量及性能。高性能混凝土和普通混凝土在配比設(shè)計(jì)時(shí)，所遵循的法則大致相同，包括減少水量、密實(shí)度最大和水灰比等。

該文在進(jìn)行高性能混凝土配比設(shè)計(jì)研究過(guò)程中，主要參考的是由陳建奎教授提出的混凝土配合比設(shè)計(jì)新法(全計(jì)算法)進(jìn)行分析。高性能混凝土的性能同配比設(shè)計(jì)參數(shù)有直接的關(guān)系，為了保障混凝土在各性能方面的要求，應(yīng)對(duì)混凝土進(jìn)行相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)[5]。

3.1 水膠比同混凝土強(qiáng)度的關(guān)系

影響高性能混凝土強(qiáng)度的關(guān)鍵要素就是水膠比，該原料可以從根本上影響水泥漿的質(zhì)量，發(fā)揮著融合骨料、水泥漿兩種原料的重要作用。若將混凝土配置過(guò)程中的膠結(jié)料含量、用水量分別用B和W表示，混凝土抗壓強(qiáng)度用fc表示，則水膠比的應(yīng)用量越大，混凝土強(qiáng)度越差。用公式表示為：φ[1/(W/B)]=fc，其中混凝土應(yīng)用時(shí)間、實(shí)驗(yàn)條件及應(yīng)用材料的系數(shù)比用φ表示。

無(wú)論是高性能混凝土，還是普通混凝土，在配比設(shè)計(jì)方面的水膠比同混凝土強(qiáng)度關(guān)系相一致，不同之處在于后者的水膠比變化大，前者變化小。因此，通常將高性能混凝土的水膠比控制在0.21～0.5的范圍內(nèi)，足以保證混凝土的抗壓強(qiáng)度[6]。我國(guó)借鑒國(guó)際上多種水膠比與混凝土強(qiáng)度關(guān)系的研究成果，總結(jié)出了描述二者關(guān)系的公式。混凝土強(qiáng)度的確定在混凝土完成澆筑過(guò)程28天后，若將其強(qiáng)度用fc28表示，用C、R分別代表混凝土的含水量及水泥強(qiáng)度，經(jīng)驗(yàn)系數(shù)用K1和K2表示，則歸納公式為：K1RC(C/W-K2) =fc28。

3.2 膠結(jié)料的原料構(gòu)成同混凝土強(qiáng)度的關(guān)系

活性礦物摻合料是構(gòu)成膠結(jié)料的主要成分，從本質(zhì)上看，該原料的使用含量及所應(yīng)用材料的種類(lèi)是影響高性能混凝土抗壓性能的主要原因。在配比設(shè)計(jì)時(shí)，要合理地把握膠結(jié)料的原料構(gòu)成情況，在應(yīng)用活性較高的火山原材料的情況下，可以使高性能混凝土的整體強(qiáng)度得到有效改善；而在應(yīng)用煤灰、爐渣等原材料的情況下，會(huì)使形成初期的混凝土強(qiáng)度減弱，但在后期階段強(qiáng)度又會(huì)得到明顯提升，優(yōu)于水泥原料構(gòu)成的混凝土抗壓性能。要想增強(qiáng)高性能混凝土的強(qiáng)度性能，需要調(diào)控原材料種類(lèi)，并控制使用量的大小，最大限度地降低成本投入，提高經(jīng)濟(jì)效益。

4 密實(shí)系數(shù)法下的高性能混凝土配比設(shè)計(jì)研究

在高性能混凝土的配比設(shè)計(jì)研究中，此研究主要以粗、細(xì)骨料的密實(shí)系數(shù)作為切入點(diǎn)，結(jié)合密實(shí)系數(shù)法的設(shè)計(jì)思想，將配置原材料中的骨料進(jìn)行分析和探索，通過(guò)高性能混凝土在高流態(tài)、抗壓強(qiáng)度的指標(biāo)要求，總結(jié)配比設(shè)計(jì)的具體方法。若將m、δ分別表示混凝土配置過(guò)程中的骨料質(zhì)量及包裹層的薄厚程度，D代表骨料堆積而成的球體的直徑大小，配比骨料的堆積、外觀密度用ρ′、ρ表示，p代表骨料堆積存在的空隙比例，則公式6mδ/(ρD)+pm/ρ=V填充即為利用密實(shí)系數(shù)法得到的高性能混凝土配比原理[7]。

根據(jù)上述表述，可以將骨料密實(shí)系數(shù)e歸納整理成6δ/(ρD)+p/ρ′，其代表每cm3內(nèi)骨料的含量(kg)。結(jié)合以上分析和研究成果，針對(duì)配比設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)用的細(xì)集料情況進(jìn)行分析，對(duì)高性能混凝土的配比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行進(jìn)一步的演變和深化，將δs’和Ds’分別代表水泥漿包裹薄厚程度和細(xì)骨料直徑大小，配比過(guò)程中應(yīng)用的水及水泥的外觀密度分別用ρw和ρc代表，配比過(guò)程應(yīng)用的水含量及水泥含量分別用mw及mc表示，ms代表的是砂應(yīng)用量的大小，則細(xì)骨料配比原則可以用es(mc/ρc+mw/ρw)=ms來(lái)表示。

根據(jù)以上公式和總結(jié)結(jié)論，結(jié)合實(shí)際工程涉及的相關(guān)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以對(duì)高性能混凝土配比設(shè)計(jì)過(guò)程中的細(xì)骨料密實(shí)系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系進(jìn)行總結(jié)，選取160 mm的坍落度作為標(biāo)準(zhǔn)，觀察坍落度與混凝土強(qiáng)度的具體狀況，此處混凝土的強(qiáng)度為最終抗壓強(qiáng)度。細(xì)骨料密實(shí)系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系詳見(jiàn)表1。

表1 細(xì)骨料密實(shí)系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

如果應(yīng)用粗骨料作為高性能混凝土的配比原材料，采用粒徑最大化的方式進(jìn)行混凝土密實(shí)度的分析時(shí)，粗骨料單位立方厘米混凝凝土體積所對(duì)應(yīng)的含量可以通過(guò)egms(1/ρs+1/es)=mg來(lái)表示。粗骨料密實(shí)系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表詳見(jiàn)表2。

表2 粗骨料密實(shí)系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

在對(duì)高性能混凝土配比設(shè)計(jì)進(jìn)行研究分析的過(guò)程中，在應(yīng)用密實(shí)系數(shù)法的情況下，應(yīng)遵循的設(shè)計(jì)原則包括以下幾點(diǎn)：

1)首先要對(duì)混凝土的水灰比標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確。

2)對(duì)配比應(yīng)用的水量進(jìn)行控制。

3)結(jié)合上述粗、細(xì)骨料的密實(shí)系數(shù)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系表，查看混凝土強(qiáng)度分別所對(duì)應(yīng)的粗、細(xì)骨料密實(shí)系數(shù)，并通過(guò)相應(yīng)的公式得配比單位混凝土?xí)r所需的粗、細(xì)骨料質(zhì)量。

4)得出配置高性能混凝土所應(yīng)用的原材料種類(lèi)和相應(yīng)的含量。

5)通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和公式檢驗(yàn)的方法，對(duì)混凝土配合比的合理性和科學(xué)性進(jìn)行檢驗(yàn)，將粗、細(xì)骨料質(zhì)量控制作為配比的重中之重，從而滿(mǎn)足混凝土的強(qiáng)度、穩(wěn)定性等性能，指導(dǎo)實(shí)際的配比設(shè)計(jì)操作。

5 結(jié) 語(yǔ)

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷創(chuàng)新，混凝土技術(shù)也呈現(xiàn)出日益完善的發(fā)展趨勢(shì)，高性能混凝土配比設(shè)計(jì)是保障工程質(zhì)量的一項(xiàng)關(guān)鍵內(nèi)容，對(duì)現(xiàn)代工程的進(jìn)步有非常重要的意義。要想實(shí)現(xiàn)高性能混凝土在強(qiáng)度、適用性、耐久性及穩(wěn)定性等性能指標(biāo)要求，就必須要從根本上確保配比設(shè)計(jì)的合理性和科學(xué)性，做到減少成本投入的同時(shí)，優(yōu)化高性能混凝土的質(zhì)量。在對(duì)高性能混凝土進(jìn)行配比設(shè)計(jì)的過(guò)程中，應(yīng)從骨料、水膠比、活性摻合料及高效減水劑等多個(gè)原料的應(yīng)用角度入手，結(jié)合實(shí)際施工要求，滿(mǎn)足施工設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)要求，為現(xiàn)代化工程的發(fā)展提供動(dòng)力。

處在現(xiàn)代化社會(huì)中，人們對(duì)建筑工程的要求越來(lái)越高，這就需要不斷提高混凝土的性能，在這種大背景下，高性能混凝土憑借其優(yōu)質(zhì)的性能受到人們的廣泛重視，成為當(dāng)前研究的重點(diǎn)內(nèi)容。對(duì)于高性能混凝土配比設(shè)計(jì)方面的研究，要將水膠比和膠結(jié)料的使用擺在重要的位置上，進(jìn)一步優(yōu)化混凝土的性能。此外，還需要制定出更加標(biāo)準(zhǔn)、統(tǒng)一的配比設(shè)計(jì)和評(píng)價(jià)規(guī)范，實(shí)現(xiàn)科學(xué)配置，推動(dòng)現(xiàn)代工程領(lǐng)域的進(jìn)步。

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High Performance Concrete Proportioning Design Research

XU Chuan

(Handan City Shunda Concrete Co, Ltd.，Handan 056000，China)

This article mainly elaborates the proportioning design of high performance concrete, and analyzes the implementation of high performance concrete performance index of the matching points.The design parameters of high performance concrete mix ratio and strength are studied, the relationship between the design parameters and strength is researched.The compaction coefficient method is discussed under the high performance concrete proportioning design research.

high performance concrete; the matching design; design parameters

10.3963/j.issn.1674-6066.2015.02.008

2014-11-15.

徐 川(1985-)，技術(shù)員.E-mail:dazhonglwfb@163.com