陳躍欣 劉勇軍 陽(yáng)樹(shù)良 曾波

摘 要：國(guó)民經(jīng)濟(jì)體飛速發(fā)展帶動(dòng)了我國(guó)建筑行業(yè)的進(jìn)步。高性能混凝土作為一種新型混凝土材料，具有良好的技術(shù)性能，被建筑行業(yè)認(rèn)為是進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)混凝土技術(shù)的核心技術(shù)，并已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。該文對(duì)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討，并對(duì)存在的問(wèn)題進(jìn)行了初步分析。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；配合比設(shè)計(jì)；粗細(xì)集料

中圖分類號(hào)：TU528 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

1998年美國(guó)混凝土學(xué)會(huì) （ACI）提出了高性能混凝土定義。2000年5月中國(guó)高強(qiáng)與高性能混凝土委員會(huì)將高性能混凝土定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)施工的混凝土。相對(duì)于一般混凝土，高性能混凝土具有高耐久性、大流動(dòng)性、水灰比低等特點(diǎn)。通常的混凝土配合比設(shè)計(jì)方法已不適用，現(xiàn)階段一般都是基于各自試驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)的方法。

1 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的基本思路

高性能混凝土與傳統(tǒng)混凝土技術(shù)相比差異較大，在設(shè)計(jì)高性能混凝土配合比時(shí)，不可套用普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方法，應(yīng)根據(jù)高性能混凝土的特點(diǎn)，結(jié)合試驗(yàn)來(lái)考慮配合比設(shè)計(jì)。

1.1 高性能混凝土的集漿比

清華大學(xué)吳中偉教授提出了密實(shí)體積法則，即混凝土是以石子作為骨架，砂子充實(shí)石子間的縫隙，再灌入漿體填充砂子與石子間的縫隙。水、凝膠材料、砂子、石子密實(shí)之后體積的總和共同組成了混凝土的體積。在砂石材料級(jí)配良好能形成骨架密實(shí)型情況下，認(rèn)為是合理的集漿比，能保證良好的工作性能的同時(shí)有效地提高混凝土耐久性和強(qiáng)度。

1.2 高性能混凝土的膠凝材料選用

混凝土中膠凝材料一般是指水泥和摻合料，單純使用水泥，不摻用摻合料時(shí)，不能具有高性能混凝土的品質(zhì)?；炷林袚礁哔|(zhì)量的摻合料和適量的外加劑的雙摻技術(shù)，是制作高性能混凝土的重要技術(shù)手段之一。

（1）水泥材料：水泥的品種很多，不同品種的水泥各種性能也不盡相同。高性能混凝土通常有高強(qiáng)度要求，對(duì)水泥自身的強(qiáng)度不能太低，一般選取強(qiáng)度等級(jí)為42.5級(jí)及以上的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，也可根據(jù)高性能混凝土的特殊性能要求選擇其他品種的水泥。

（2）摻合料：主要是指優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣物、硅灰等。高品質(zhì)的粉煤灰形態(tài)多數(shù)是空心微珠玻璃球，使摻用粉煤灰的混凝土施工需要的流動(dòng)性、黏聚性等工作性良好，同時(shí)使硬化的干縮變形較小。粉煤灰中活性摻合料具有與水泥水化生成的氫氧化鈣反應(yīng)的特性，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣膠凝體，不僅改善了混凝土的耐久性，而且提高了混凝土的強(qiáng)度。磨細(xì)礦渣的成分與水泥接近，屬于具有自水化硬化的性能的活性摻和料，摻用磨細(xì)礦渣的混凝土具有更高的抗化學(xué)及電化腐蝕耐久性，且水化熱較低。

1.3 高性能混凝土配比的用水

水灰比低是高性能混凝土的特點(diǎn)之一，用水量應(yīng)根據(jù)減水劑的效果經(jīng)試驗(yàn)試拌綜合確定，且水質(zhì)需達(dá)到國(guó)家飲用水標(biāo)準(zhǔn)，水中不應(yīng)有油脂和泡沫，也不應(yīng)有明顯的顏色和異味，嚴(yán)禁將未經(jīng)處理的海水用于混凝土的拌制。

1.4 高性能混凝土配比的粗細(xì)集料

在混凝土組成材料中的粗細(xì)集料對(duì)混凝土起骨架作用，其中小顆粒集料填充大顆粒的空隙，集料的質(zhì)量在一定程度上影響了混凝土的質(zhì)量。高性能混凝土對(duì)集料的要求也就更高。

（1）粗集料：宜采用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、級(jí)配合理、粒形良好、吸水率小、空隙率小的碎石。最大粒徑不宜超過(guò)26.5 mm，碎石含泥量控制在0.5 %之下，泥塊含量低于0.25 %，壓碎值指標(biāo)不大于18 %，堅(jiān)固性宜小于8%，空隙率應(yīng)小于40 %，吸水率小于2 %。其他的技術(shù)要求要與國(guó)家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相符。

（2）細(xì)集料：宜選用取潔凈、級(jí)配良好、空隙小、吸水率低的天然中粗河砂，細(xì)度模數(shù)在2.6～3.2，含泥量要低于2.0 %，泥塊含量要低于0.5 %，有害物質(zhì)含量等其他的技術(shù)要求要與國(guó)家現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范相符。

1.5 高性能混凝土的外加劑

高性能混凝土一般需要用高效減水劑或者高性能減水劑，通過(guò)較高的減水率來(lái)達(dá)到較低的水灰比，通過(guò)一定的引氣性提高混凝土的耐久性和工作性能?，F(xiàn)階段主要用的外加劑是以聚羧酸系等高性能減水劑。外加劑的質(zhì)量應(yīng)符合國(guó)家或行業(yè)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求。外加劑摻量應(yīng)根據(jù)工程的施工和使用要求、當(dāng)?shù)卦牧?、施工氣溫和環(huán)境條件等因素，結(jié)合試配綜合確定。

2 高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法與步驟

高性能混凝土的配合比應(yīng)根據(jù)原材料、設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、耐久性以及施工的工作性能要求，通過(guò)計(jì)算、試配和調(diào)整等步驟綜合確定。

（1）根據(jù)結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)要求和施工工藝要求，計(jì)算其混凝土的配制強(qiáng)度和水膠比，并對(duì)照相關(guān)規(guī)范能否符合要求，并確定各參數(shù)。

（2）計(jì)算用水量、膠凝材料，摻合料和水泥用量。

（3） 根據(jù)粗骨料的技術(shù)指標(biāo)、混凝土拌合物性能和施工要求確定砂率。粗集料空隙率和砂的粗細(xì)程度對(duì)砂率的影響較大。

（4）粗、細(xì)集料的用量確定。粗集料一般是多種單粒級(jí)配或連續(xù)級(jí)配通過(guò)一定的摻配比例組成需要的連續(xù)級(jí)配，并能使粗集料的空隙率最小。

（5） 配合比的試配調(diào)整確定?；炷僚浜媳葢?yīng)在計(jì)算的配合比的基礎(chǔ)上進(jìn)行試拌，通過(guò)調(diào)整配合比的一些參數(shù)使混凝土的工作性能符合設(shè)計(jì)要求，確定外加劑的摻量和適用性，在試配的基礎(chǔ)上進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)，繪制強(qiáng)度和膠水比的線性關(guān)系圖或插值確定大于配制強(qiáng)度對(duì)象的水膠比，并進(jìn)行相關(guān)耐久性試驗(yàn)驗(yàn)證，最終確定配合比。

3 高性能混凝土設(shè)計(jì)存在的問(wèn)題

3.1 粉煤灰等摻合料的質(zhì)量和摻量的難以控制

高性能的混凝土的耐久性一般是通過(guò)粉煤灰等摻合料加來(lái)實(shí)現(xiàn)。混凝土耐久性差的主要原因是單純水泥水化硬化后會(huì)產(chǎn)生氫氧化鈣和水化鋁酸鈣，在水的作用下會(huì)造成軟水侵蝕，導(dǎo)致混凝土的孔隙增大。粉煤灰的等活性摻合料具有于水泥水化生產(chǎn)的氫氧化鈣反應(yīng)的特性，減少或者消除氫氧化鈣等的損害。摻合料中活性成分的質(zhì)量和摻量就決定了混凝土中有害成分減少的程度，因此應(yīng)嚴(yán)格控制摻合料的質(zhì)量和通過(guò)大量的試驗(yàn)來(lái)選擇合適的摻量。

3.2 引氣成分對(duì)混凝土外觀質(zhì)量的影響

外加劑中引氣成分的存在，使大量微小的氣泡發(fā)布在混凝土中，改善了混凝土的和易性，阻斷了毛細(xì)通道提高了混凝土的耐久性。但是氣體的引入也會(huì)使混凝土模板接觸面的質(zhì)量難以控制，因此應(yīng)對(duì)外加劑的引氣成分通過(guò)多次試驗(yàn)來(lái)確定。

4 結(jié)語(yǔ)

該文對(duì)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的一些思路做了初步的分析，對(duì)高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法及步驟進(jìn)行了簡(jiǎn)要的闡述。對(duì)其存在的一些問(wèn)題進(jìn)行了分析并提供了一些解決的思路。高性能混凝土將在更多更廣的領(lǐng)域應(yīng)用，其設(shè)計(jì)方法也將越來(lái)越成熟。

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