高性能混凝土配合比设计

高性能混凝土配合比设计

杨静

深圳市港嘉工程检测有限公司广东深圳518000

摘要：高性能混凝土是当前较为常用的一种施工材料，其配合比设计直接关系到混凝土性能的好坏。本文对高性能混凝土配合比设计展开了探讨，分析了高性能混凝土配合比设计的原则，并对其配合比设计试验进行了介绍。

关键词：高性能混凝土；配合比；设计

引言

随着我国社会经济的快速发展，我国工程建设日益增加，对工程的施工质量及性能也提出了更高的要求。在这背景下，高性能混凝土作为一种高耐久性、高强度、性能良好的混凝土，在现代工程建设中得到广泛的应用。由于高性能混凝土的性能取决于混凝土的配合比设计，因此，对高性能混凝土配合比设计展开探讨具有十分重要的意义。

1高性能混凝土配合比的设计方案和理论依据

采用掺加矿物掺合料（单掺和双掺两种方案）的方法，配以优质外加剂，通过减少水泥用量、改善混凝土工作性能、增加密实度等措施，最终确保了髙性能混凝土的长期耐久性能。其理论依据为：

（1）对于普通混凝土而言，高流动度容易出现离析和泌水，加入适量优质的矿物掺合料，可使混凝土拌和物需水量有不同程度的降低，同时使混凝土的黏聚性得以改善。此外由于活性矿物掺合料的颗粒小，可以进人到水泥颗粒的空隙中，因而起到了很好的填充作用，使混凝土内部的孔隙率降低，提高了混凝土的密实度，同时吸附大量的自由水，减少泌水现象，增强了耐久性能。

（2）掺合料的加入降低了水泥用量，减少了水化热集中导致的混凝土内外温差过大而产生的微裂缝，提髙了混凝土的耐久性。但是考虑到用掺合料取代部分水泥后，早期强度会有所减弱，根据客运专线施工工艺的要求，在进行混凝土配合比设计时将矿物掺合料的总量控制在30%以内。

（3）通过选用优质外加剂，在混凝土内部引入大量分布均匀、稳定而封闭的微小气泡以提高混凝土的抗冻性能，而且这些微小气泡的引入阻断了水的渗透通道，使混凝土的抗渗性能也得到相应的提高。此外混凝土中适量引气还可以明显改善混凝土的和易性，这是由于引入的微气泡可以看作是无数的微小滚珠，在混凝土拌和物搅拌、浇筑和振实过程中，小滚珠起着减小固体颗粒间的磨擦，使物料润滑流动的作用。

2高性能混凝土配合比设计原则

髙性能混凝土配合比的设计与普通混凝土不一样，普通混凝土的配合比只要按照给定的公式进行计算即可。而在确定髙性能混凝土配合比时，根据《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》、《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》以及混凝土所处的环境及设计图纸的要求，应体现以下原则。

（1）原材料比选

进行原材料的比选复试，确定品质性能满足技术条件要求的各种原材料，用于梁体混凝土试配。

（2）合理确定原料用量

合理地确定胶材用量、水胶比及掺合料用量，根据设计要求及施工工艺，胶材用量实际控制值为460～490kg/m3；矿物掺和料总量不大于30%；水胶比为0.31～0.33；混凝土表观密度控制在2400～2500kg/m3范围内。

（3）混凝土拌和物性能

按照现场施工工艺、运输距离及泵送高程，混合出机坍落度按照200mm±20mm进行控制，30min坍落度损失为0，60min坍落度损失小于30mm。

根据《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》的要求，混凝土应具有F200的抗冻性，因此混凝土中应适量引人微气泡，混凝土入模含气量通常控制在2%～4%范围内。同时要求混凝土不得泌水，试配过程中每30min复搅测试一次。

（4）混凝土的力学性能

对于立方体抗压强度，梁体设计强度等级为C50，在配合比设计时，混凝土28d配制强度控制为不小于58.2MPa。对于静力抗压弹性模量，梁体设计弹性模量取34.5GPa，在配合比设计时，混凝土28d龄期弹性模量与强度相适应。

（5）混凝土的抗裂性

对满足混凝土拌和物性能要求的配合比进行抗裂性能对比试验，选择抗裂性能相对较好的混凝土配合比进行耐久性试验。

（6）混凝土的耐久性能

在耐久性设计中，要求混凝土56d龄期电通量不大于1000C，抗冻性不小于F200，且混凝土抗渗性不小于P20。

3高性能混凝土配合比的试验研究

试验混凝土配合比见表1。

混凝土总碱含量和氯离子含量的计算依据原材料的复检结果。按照《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》矿渣粉的可溶性碱按总碱量的1/2进行折算，粉煤灰的可溶性碱按总碱量的1/6进行折算。混凝土总碱含量和氯离子含量计算结果见表2，表3。

从计算结果可知，初步选定的混凝土配合比中的碱含量为2.24～2.78kg/m3。氯离子含量在0.063%～0.076%之间，均未超过胶凝材料用量的0.1%，可继续进行拌和物性能试验。

3.1混凝土拌和物性能试验

混凝土拌和物性能试验在温度为20℃±5℃、湿度大于50%的环境下进行。混凝土采用60L强制式搅拌机拌和。试验中，初始坍落度和含气量在混凝土出机后3min内测试，30min坍落度和泌水率在混凝土出机静置30min后经复搅测试。所拌制的6个配合比的混凝土拌和物均色泽一致、均匀、和易性良好。但通过对比试验发现，单掺粉煤灰的混凝土发散，且强度增长较慢。单掺矿粉的混凝土黏着力较大，而采用矿物双掺的方法可使混凝土在获得良好的和易性的基础上具有适宜的强度值，而且双掺时可以加大掺合材用量，因此在实体工程中采用矿物双掺的方法是最经济可行的。所选6个试验配合比的拌和物试验结果见表4。

从表4可知，所选6个试验配合比的混凝土初始坍落度均在200～220mm之间，30min坍落度损失均为0，满足预期的控制范围。从含气量测试结果来看，所用外加剂具有较为稳定的引气作用，30min含气量损失在1%以内。满足混凝土入模含气量2%～4%的控制要求。因此6个试验配合比均可进一步进行抗裂性能对比试验。

3.2混凝土抗裂性能的对比试验

混凝土抗裂性能对比试验采用抗裂环法进行。将混凝土成型于内模尺寸为305mmx425mmx100mm的试模中，24h后拆除外模移入温度为20℃，湿度为60%的环境中养护观测，定期检査混凝土表面，观察裂缝出现的时间和裂缝的宽度与长度，以比较混凝土抗裂性能的优劣。经试验观测，6个试验配合比成型的试件均未出现可见裂缝，说明按设计的配合比配置的高性能混凝土具有良好的抗裂性能。

混凝土中的水泥水化放热集中将导致混凝土硬化期间内外温差大，由此产生的温度应力会使混凝土产生大量微细裂缝。而高性能混凝土中掺和料的加入能将水泥有效分散并大幅度减少水泥用量，减少了水泥水化放出的总热量，从而降低了混凝土的温升。从现场不同环境温度下的箱梁芯部温度测试结果可以得出，即使在炎热的夏季，梁体芯部温度也可以控制在65℃以下，未发现可见裂纹。

3.3混凝土力学性能的试验

按试验配合比成型的混凝土试件标准养护各龄期强度和弹性模量试验结果见表5。

从表5的试验结果可以看出：所有试件的28d龄期立方体抗压强度均能满足C50混凝土的配制要求，最大值为66.2MPa，最小值为60.7MPa，均高于配制强度58.2MPa。同时，所有试件28d龄期静力弹性模量均能满足C50混凝土的配制要求。试件强度3d可达到预张拉强度要求。

高性能混凝土由于采用非早强水泥，又掺加了大量矿物掺合料，其早期强度发展不快，冬季施工时需采用蒸汽养护以达到各施工工序对强度的要求。后期强度发展相对平稳，较普通混凝土而言强度值波动较小，经数理统计，检验期内混凝土标准差在2.0MPa左右。静力弹性模量在终张拉时即可达到设计值且具有一定的富余系数。

3.4混凝土耐久性能的试验

混凝土耐久性能试验结果见表6。

表6所示的试验结果表明，混凝土电通量在548-704C，混凝土的密实度较髙，6个试验配合比的混凝土均具有较强的抵抗外界离子侵人内部的能力，_抗冻性，抗渗性满足技术条件要求。

在箱梁预制中每浇筑20000m3混凝土分别从梁体底板、腹板和顶板取样留置耐久性试件，进行抗冻性、抗渗性及抗氯离子渗透性检测，试验结果均满足技术条件的要求。代表结构实体具有优异的耐久性能。

另外，在高性能混凝土浇筑养护过程中，高性能混凝土坍落度不易控制，混凝土坍落度过大，易造成翻浆，影响混凝土质量；混凝土坍落度过小，则易造成堵管，延长灌注时间。所以在混凝土初期搅拌时，试验室从搅拌、运输、灌注3个环节来确定配合比的最终加水量，并随时测定砂子、碎石含水量，及时调整，混凝土坍落度宜控制在160～190mm。

4结论

综上所述，高性能混凝土的配合比设计是否合理直接影响到混凝土的性能好坏。因此，在混凝土配合比设计阶段，要严格筛选原材料，把好材料的质量关卡，同时还要选择合理的配合比设计方法进行施工，从而确保混凝土的性能。本文所设计的高性能混凝土配合比满足工艺要求，对相关工程高性能混凝土配合比设计具有一定的参考价值。

参考文献：

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[2]景淑媛，杜文举，杨元意.T梁C55高性能混凝土配合比设计研究[J].四川理工学院学报（自然科学版）.2015（01）