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摘要：高性能混凝土泛指具有高強(qiáng)度、高耐久性與高工作性的混凝土，因此，在建設(shè)工程中的應(yīng)用廣泛?；诖?，本文中就混凝土配合比設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討，以期為相關(guān)的施工建設(shè)提供有益的參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：C55高性能混凝土；設(shè)計(jì)計(jì)算；配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)；

0 引言

常規(guī)混凝土向高性能混凝土發(fā)展已成必然趨勢(shì)，高性能混合土針對(duì)不同用途的要求，對(duì)耐久性、施工性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等性能重點(diǎn)予以保證，具有長(zhǎng)期的綜合經(jīng)濟(jì)性。目前，建筑土建工程施工仍存在一些質(zhì)量問題需要改進(jìn)和完善。因此，本文分析了C55高性能混凝土的配合比的設(shè)計(jì)，希望為相關(guān)的建設(shè)工作提供幫助。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥：P·O42.5低堿水泥，經(jīng)過(guò)檢測(cè)性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

細(xì)骨料：細(xì)度模數(shù)Mx=2.7。

粗骨料：5～20連續(xù)級(jí)配的碎石，其中5～10mm：10～20mm=30%：70%摻配成5～20mm連續(xù)級(jí)配碎石。

摻合料：F類粉煤灰，經(jīng)過(guò)檢測(cè)性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

減水劑：JD-1減水劑，符合GB8076-19975《混凝土外加劑》要求。

拌合用水：地表水。

1.2 試驗(yàn)方法

配合比設(shè)計(jì)參考《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ55-2000進(jìn)行測(cè)試，《預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支T梁技術(shù)條件》TB/T3043-2005，《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》鐵建設(shè)[2005]157號(hào)，《后張法預(yù)應(yīng)力簡(jiǎn)支T梁L=24、32m》通橋[2005]2101。

2 配合比設(shè)計(jì)計(jì)算

高性能混凝土作為一種現(xiàn)代混凝土最重要的發(fā)展方向之一，其在配制上的特點(diǎn)是選用優(yōu)質(zhì)原材料且具有明顯較低的水膠比，并除水泥、水和集料外，還須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑，并且強(qiáng)度、耐久性、工作性是其最主要的配制目標(biāo)及其影響因素，從而該高性能混凝土T梁的配合比設(shè)計(jì)需充分考慮以上因素進(jìn)行理論計(jì)算，主要步驟如下：

2.1 確定配制強(qiáng)度

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ55-2000混凝土的配制強(qiáng)度公式：fcu，0≥+1.645Δ，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)混凝土的生產(chǎn)水平，強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差Δ取6.0MPa，則

fcu，0=55.0+1.654×6.0=64.9MPa

2.2 水膠比計(jì)算

由《預(yù)制后張法預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路橋簡(jiǎn)支T梁技術(shù)條件》以及高性能混凝土配合比要求可知，T梁每立方米混凝土膠凝材料用量不宜小于300kg，混凝土膠凝材料總量不應(yīng)超過(guò)500kg，水膠比應(yīng)控制在0.35左右。從而預(yù)應(yīng)力混凝土中粉煤灰的摻量不宜大于30%，取基準(zhǔn)水膠比W/B=0.30。

2.3 配合比初步設(shè)計(jì)

根據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)范》JGJ55-2000，假設(shè)T梁混凝土容重為2400kg/m3，取基準(zhǔn)砂率βs約為36%；每立方米混凝土膠凝材料用量為491kg，粉煤灰用量約占膠凝材料約25%，減水劑摻量約占膠凝材料的1.0%，主要調(diào)整細(xì)骨料、組骨料的配比關(guān)系以及砂率值，形成初步選定配合比見表1。

表1 C55高性能混凝土T梁配合比初步設(shè)計(jì)

標(biāo)號(hào)水泥粉煤灰細(xì)骨料粗骨料減水劑水水膠比

5-10mm10-20mm

A3801276113417955.071470.29

B3681236343387904.911470.30

C3561196583367844.751470.31

2.4 混凝土總堿含量計(jì)算

當(dāng)混凝土中的總堿含量過(guò)高時(shí)，將與集料的活性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，使混凝土發(fā)生不均勻膨脹，產(chǎn)生裂縫，從而嚴(yán)重影響強(qiáng)度和彈性模量，縮短混凝土的壽命，危及工程安全。從而在進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，特別是大體積混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)特別需要對(duì)總堿含量進(jìn)行計(jì)算，混凝土的總堿計(jì)算時(shí)，包括水泥、礦物摻合料、外加劑及水的堿含量總和。其中，礦物摻合料的堿含量以其所含可溶性堿含量計(jì)算。粉煤灰的可溶性堿含量取粉煤灰總堿量的16.7%，礦渣的可溶性堿量取礦渣總堿量的50%，硅灰的可溶性堿量取硅灰總堿量的50%，地表水通過(guò)檢測(cè)可知，其堿含量為0.00665，則該T梁混凝土配合比中總堿含量計(jì)算結(jié)果見表2。計(jì)算結(jié)果顯示，A、B、C三個(gè)配比總堿量計(jì)算值依次降低，且均小于3.0kg/m3符合規(guī)范設(shè)計(jì)。

表2 C55高性能混凝土T梁總堿含量計(jì)算結(jié)果

項(xiàng)目和材料 水泥粉煤灰減水劑水

混凝土中單項(xiàng)材料用量/（kg/m3）A3801275.07147

B3681234.91147

C3561194.75147

單項(xiàng)材料的堿含量/% 0.460.61.40.00665

混凝土中的堿含量/（kg/m3）A1.7480.1270.070980.0097755

B1.68280.1230.068740.0097755

C1.63760.1190.6650.0097755

混凝土中的總堿含量/（kg/m3）A2.0

B1.9

C1.8

2.5 混凝土中氯離子總含量計(jì)算

混凝土對(duì)T梁中鋼筋具有保護(hù)和阻止腐蝕的重要作用，然而在混凝土的生產(chǎn)過(guò)程中，由于組成混凝土的各種原材料中含有可溶性氯鹽，不可避免的使得所生產(chǎn)的混凝土含有一定量的氯離子，氯離子具有很強(qiáng)的穿透性會(huì)使得鋼筋加速銹蝕。為了避免在生產(chǎn)混凝土?xí)r引入更多的氯離子，在混凝土原材料及有關(guān)混凝土標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中都提出了氯離子含量的控制指標(biāo)，從而需要T梁混凝土中氯離子總含量進(jìn)行有效計(jì)算，作為配合比優(yōu)選耐久性指標(biāo)的參考依據(jù)之一?；炷林新入x子總含量來(lái)自水泥、礦物摻合料、骨料、水、外加劑等，計(jì)算結(jié)果見表3。A、B、C三個(gè)配合比氯離子總量均滿足規(guī)定要求，低于超過(guò)膠凝材料總量的0.1%，從而該配合比設(shè)計(jì)計(jì)算值具有較好的抗氯離子滲透性。

表3 C55高性能混凝土氯離子總含量結(jié)果

項(xiàng)目和材料 水泥粉煤灰粗骨料細(xì)骨料減水劑水

混凝土材料用量/（kg/m3）A38012711366115.07147

B36812311286344.91147

C35611911206584.75147

材料的Cl-含量/% 0.0340.0190.0010.0010.0930.0023

材料在混凝土中的Cl-含量/（kg/m3）A0.12920.024130.011360.006110.00471510.003381

B0.125120.23370.011280.006340.00456630.003381

C0.12040.022610.01120.006580.00441750.003381

混凝土中的Cl-總含量/（kg/m3）A0.1788961

B0.1740573

C0.1692285

混凝土中的Cl-占膠凝材料的百分比/%A0.04

B0.04

C0.04

3 C55高性能混凝土試驗(yàn)

3.1 混凝土試配及拌合物性能試驗(yàn)

為了使得混凝土具有良好的工作性，通常對(duì)新拌混凝土的坍落度、泌水率、含氣量、凝結(jié)時(shí)間等進(jìn)行測(cè)試，作為最終確定配合比性能的重要依據(jù)，通常用水量會(huì)根據(jù)坍落度在160～200mm之間進(jìn)行一個(gè)調(diào)整。通過(guò)反復(fù)試驗(yàn)驗(yàn)證，相應(yīng)混凝土配合比的用水量拌合物性能見表4所示，從試驗(yàn)結(jié)果可知，初步計(jì)算所得的混凝土配合比混合物新拌漿體塑性、含氣量、泌水率等性能良好，均能夠滿足規(guī)范設(shè)計(jì)和使用要求，并且隨著水膠比、細(xì)骨料、砂率的加量的增大而增大，混凝土的初凝和終凝時(shí)間都出現(xiàn)了縮短，這是因?yàn)榘韬纤恿康奶岣?，使得水化反?yīng)更容易進(jìn)行，同時(shí)細(xì)骨料和砂率含量的在一定范圍內(nèi)的增大，也利于水泥更好的分散和包裹作用。其中C配合比，在提高水膠比和砂率的同時(shí)減少了膠凝材料的含量，使得漿體的包裹和潤(rùn)滑性能下降產(chǎn)生了一定的孔隙，以及增大了裹挾的氣體含量，但是由于測(cè)量和配制工具的未得到及時(shí)的清洗和標(biāo)定，使得配置過(guò)程中的漿體之間產(chǎn)生了相互污染和影響，從而造成了表觀密度實(shí)驗(yàn)結(jié)果出現(xiàn)了一定范圍內(nèi)的異常偏大。

表4 C55高性能混凝土拌合物性能結(jié)果

高性能

混凝土

等級(jí)項(xiàng)目用水量/kg坍落度

/mm含氣

量/%表觀密度

/（kg/m3）泌水

率/%壓力泌

水率/%凝結(jié)時(shí)間

/（h：min）

初始1h后初始1h后 初凝

時(shí)間終凝

時(shí)間

C55A1471901703.02.624100010：：411：55

B1472001903.02.524000010：0511：15

C1472001903.22.724200009：2510：30

3.2 混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)

本文主要對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度發(fā)展以及靜力受壓時(shí)的彈性模量展開的測(cè)試，混凝土試塊抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如圖1所示，隨著養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增大，三個(gè)配合比都表現(xiàn)出了良好的增長(zhǎng)趨勢(shì)，并達(dá)到設(shè)計(jì)要求，其中A和B試驗(yàn)測(cè)試值均超過(guò)60MPa，具有較好的強(qiáng)度發(fā)展。由于水膠比和砂率的變化，隨著水膠比的增大以及粗骨料的降低，使得混凝土試塊強(qiáng)度略有一定的下降。各配合比彈性模量試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示，可見隨時(shí)養(yǎng)護(hù)天數(shù)的增加，混凝土試塊彈性模量顯著增大剛性增強(qiáng)，并且隨著水膠比的增大而有明顯的下降，說(shuō)明水膠比以及骨料的級(jí)配的變化對(duì)混凝土力學(xué)性能影響顯著。

圖1 抗壓強(qiáng)度

圖2 彈性模量

3.3 混凝土耐久性試驗(yàn)

參照相關(guān)規(guī)范要求，主要對(duì)混凝土試塊的電通量、抗?jié)B性、護(hù)筋性、抗硫酸鹽侵蝕性等方面展開了實(shí)驗(yàn)，測(cè)試結(jié)果見表5。結(jié)果顯示在3個(gè)配合比下混凝土耐久性指標(biāo)均能達(dá)到相關(guān)規(guī)范要求，但C配合比電通量值偏大，這可能是由于水膠比較大，從而導(dǎo)致混凝土試件中孔隙較多，同時(shí)C配合比下骨料的量也較A和B有所增加，從而使得膠凝材料和骨料界面效應(yīng)增大，增大了氯離子滲透的風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)比實(shí)驗(yàn)結(jié)果與計(jì)算值可知，通過(guò)的電量為AB>C，說(shuō)明只是簡(jiǎn)單的通過(guò)加和的方式計(jì)算材料中所含有的氯離子含量，并不能正確的反應(yīng)真實(shí)的自由氯離子含量及氯離子滲透和遷移的條件，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行一定的修正，從而真實(shí)的反應(yīng)各配合比設(shè)計(jì)的耐久性指標(biāo)。

表5 混凝土耐久性試驗(yàn)結(jié)果

強(qiáng)度

等級(jí)項(xiàng)目電通量

56d（C）抗?jié)B

性28d護(hù)筋性抗硫酸鹽

侵蝕系數(shù)抗裂性抗凍性

C55A393P22合格1.01合格200

B435P22合格1.01合格200

C652P22合格1.01合格200

綜上所述，A，B，C三個(gè)配合比設(shè)計(jì)雖然各配比參數(shù)僅發(fā)生了略微變化，但對(duì)其實(shí)驗(yàn)結(jié)果和最終的配方選擇產(chǎn)量了顯著的影響。雖然，該高性能混凝土T梁配比設(shè)計(jì)的理論計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示三個(gè)配方均能達(dá)到相關(guān)規(guī)范設(shè)計(jì)要求，但其中A和B工作性和強(qiáng)度發(fā)展良好，強(qiáng)度高且抗氯離子滲透性等耐久性指標(biāo)相對(duì)較高，應(yīng)優(yōu)先考慮使用，而B配合比由于水泥的量較低，綜合成本和現(xiàn)場(chǎng)施工的條件，最終選定B配合比作為T梁混凝土配合比設(shè)計(jì)。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

（1）通過(guò)合理的配合比計(jì)算，并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證后，能夠得到滿足規(guī)范要求的混凝土T梁混凝土配合比，但混凝土中各配比設(shè)計(jì)參數(shù)的略微變化，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和最終的施工配方選擇產(chǎn)生顯著的影響。

（2）混凝土配合比設(shè)計(jì)中，水膠比、砂率、粗細(xì)骨料級(jí)配參數(shù)對(duì)新拌混凝土漿體凝結(jié)時(shí)間以及硬化后的水泥石力學(xué)性能產(chǎn)生較大的影響。

（3）簡(jiǎn)單的通過(guò)加和的方式計(jì)算原材料氯離子含量，并不能反應(yīng)混凝土中真實(shí)的自由氯離子含量和相關(guān)耐久性指標(biāo)，需要結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行一定的修正。

（4）經(jīng)過(guò)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比分析，以及成本和現(xiàn)場(chǎng)施工的綜合考慮，得出B配比經(jīng)濟(jì)節(jié)約、性能優(yōu)良，能夠較好的滿足T梁混凝土要求。

4.2 建議

（1）實(shí)驗(yàn)室中混凝土的配制和檢驗(yàn)，與實(shí)際工程應(yīng)用有顯著的區(qū)別，現(xiàn)場(chǎng)施工配制過(guò)程中，必須嚴(yán)格把關(guān)原材料質(zhì)量，并定期抽檢和留樣處理，以保證其在整個(gè)施工中的穩(wěn)定性。

（2）需及時(shí)清洗和標(biāo)定相關(guān)的測(cè)量和配制工具，以確保配置過(guò)程中的漿體直接不會(huì)相互污染和影響。

（3）在施工過(guò)程中應(yīng)加強(qiáng)振搗分散均勻，確?；炷撩芏群吞畛湫粤己?，并嚴(yán)格制定養(yǎng)護(hù)措施，以避免產(chǎn)生收縮裂縫或其他危害的發(fā)生。

5 結(jié)語(yǔ)

高性能混凝土具有強(qiáng)度高、耐久性好、抗?jié)B性強(qiáng)、抗凍性好、流動(dòng)性好等技術(shù)性能，實(shí)在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采取現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，其應(yīng)用也得到了大大的提升。因而要探討出科學(xué)的混凝土配合比，以不斷提高施工建材的整體質(zhì)量，保障施工工程對(duì)的順利建設(shè)，提高經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

[1]陶雅亮.C55高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及施工控制[J].建材發(fā)展導(dǎo)向.2012（21）

[2]米哲.高速鐵路橋梁高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)[J].鐵道建筑技術(shù).2014（s1）

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長(zhǎng)施工工期，另一方面也會(huì)使老混凝土對(duì)新澆筑的混凝土產(chǎn)生較大的約束，從而在上下層混凝土結(jié)合面產(chǎn)生難以發(fā)現(xiàn)的垂直裂縫。若間歇時(shí)間過(guò)短，則正處于下層混凝土升溫階段，表面溫度較高，這時(shí)覆蓋上層混凝土，會(huì)明顯不利于下層混凝土的散熱，也容易導(dǎo)致上層混凝土升溫，可能超過(guò)混凝土要求的最高溫升，從而加大混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性。因此，上層混凝土覆蓋的適宜時(shí)間應(yīng)是在下層混凝土溫度己降到一定值時(shí)，即上層混凝土溫升倒入后，下層混凝土溫度回升值不大于原混凝土最高溫升。在每次澆筑中，又分幾層，其層間的間隔時(shí)間應(yīng)盡量縮短，必須在上層混凝土初凝之前，開始澆筑下層混凝土。

四、混凝土的養(yǎng)護(hù)

大體積砼養(yǎng)護(hù)主要是濕度和溫度養(yǎng)護(hù)，夏天高溫季節(jié)要防止暴曬；冬季溫度較低要采取覆蓋保溫措施，以免產(chǎn)生急烈的溫度變化引起表面裂縫的出現(xiàn)。水泥只有水化到一定程度才能形成有利于混凝土強(qiáng)度和耐久性的微結(jié)構(gòu)，溫度和濕度的養(yǎng)護(hù)對(duì)保證砼結(jié)構(gòu)的耐久性及提高表層抗裂性起到很關(guān)鍵的作用。

為防止砼表面因失水造成的干縮裂縫，承臺(tái)模板側(cè)壁外包一層濕土工布進(jìn)行保濕保溫；承臺(tái)上表面等砼初凝至收面再進(jìn)行灑水并覆蓋塑料土工布及薄膜進(jìn)行保溫保濕養(yǎng)護(hù)，土工布覆蓋層數(shù)增減應(yīng)根據(jù)實(shí)測(cè)溫差情況及時(shí)進(jìn)行調(diào)整，防止混凝土溫差過(guò)大和表面失水。也可采用蓄水養(yǎng)護(hù)，蓄水深度大于30cm。因承臺(tái)與封底混凝土交界處存在應(yīng)力集中而較易開裂，應(yīng)加強(qiáng)邊角點(diǎn)保溫，采用土工布封堵模板縫隙后加蓋保溫材料。

五、溫度監(jiān)測(cè)

加強(qiáng)溫度監(jiān)測(cè)的信息化控制管理，通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)氣溫、混凝土入模溫度、進(jìn)出水溫度、跟蹤內(nèi)部最高溫度、表面溫度與內(nèi)表溫差，及時(shí)調(diào)整保溫及養(yǎng)護(hù)措施，使混凝土的溫度梯度不至過(guò)大，以有效控制有害裂縫的出現(xiàn)，也為后期拆模、停水、養(yǎng)護(hù)提供依據(jù)。

各項(xiàng)測(cè)試工作在砼澆筑后立即進(jìn)行，連續(xù)不斷，溫度監(jiān)測(cè)過(guò)程要求：（1）澆筑塊混凝土澆筑過(guò)程中，每2h測(cè)量一次溫度；澆筑塊砼澆筑完畢后至水化熱升溫階段，每2h測(cè)量一次；水化熱降溫階段第一周，每4h測(cè)量一次，一周后每天選取氣溫典型變化時(shí)段進(jìn)行測(cè)量，每天測(cè)量2～4次；（2）大氣溫度測(cè)量要與砼溫度同步觀測(cè)；（3）通水冷卻過(guò)程溫度測(cè)量與澆筑塊溫度場(chǎng)測(cè)量過(guò)程同步進(jìn)行；（4）特殊情況下，如寒潮期間應(yīng)適當(dāng)加密測(cè)量次數(shù)。

六、結(jié)語(yǔ)

總之，控制溫度變形裂縫的發(fā)生是混凝土質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)，對(duì)大體積混凝土基礎(chǔ)的溫度場(chǎng)和裂縫控制的研究具有重要的工程意義。因此，施工單位必須對(duì)大體積混凝土進(jìn)行系統(tǒng)的溫度控制研究，從而避免溫度裂縫的產(chǎn)生，保障大體積混凝土的施工質(zhì)量，進(jìn)而提高施工工程的整體效益。

參考文獻(xiàn)：

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