浅谈高性能水泥混凝土的配制及应用

孙敏婷

摘 要：混凝土材料一直在向着优质、高性能的方向发展。优质高性能的材料应该具备高强、性优、质轻和良好环境相容性四大主要特征。论文首先探讨了高性能混凝土配制过程中材料选取原则及选取方法，主要包括的水泥的强度、石子的尺寸、砂子的类型、外加剂的选择及其他品种等，并以桥梁施工用承台为依托，基于当地材料配制出了满足要求的高性能混凝土。

关键词：高性能水泥混凝土配制

高性能混凝土是具有高强度、高耐久、高流动性等多方面优越性能的新型混凝土。在配置过程，分两步循序渐进：最初，理论配置着手，到一定阶段，活学活用，就可以形成自己的一套经验公式配置。理论配置一般属于保守估计，材料会有一定的浪费，本着从节约水泥，经济合理并且又能保证混凝土良好的工作性（流动性，可塑性，稳定性以及易密性）两方面考虑，经验配置可以大大地优化配置过程与材料。

1 原材料的选择

1.1水泥

水泥选择参照国标，部标等规范标准所规定的项目:水泥是混凝土材料中的胶结材料，水泥的标号对所配制的混凝土强度有重要影响，根据相应的配合比选用适宜用的水泥类型。

配制高强度混凝土在选择水泥时应注意它与可能选用的高效减水剂之间的相容性，一般所选用的水泥应该是42.5级以上的且质量稳定的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，最好采用纯硅酸盐水泥。硅酸盐水泥的强度因矿物组分而异，而且其矿物成分的水化反应也受各种因素的影响，即使水泥品种相同，早期养护温度不同，强度的发展也不同。如在反应初期提高温度，可以加速水化反应，但由于水泥粒子表面被析出的硅酸钙水化物C-S-H包裹着，妨碍水泥粒子内部的进一步水化，后期强度受到影响。高细度水泥能获得早期强度，但后期强度很少增加，且水化热严重混凝土容易裂缝。所以单纯增加细度并不合适。此外还需要在适当的温度与湿度下养护。

1.2骨料

（1）粗骨料

首先，考虑到混凝土和易性等因素，要注意选择适宜的骨料最大粒径、级配等。配制高强度、高性能实混凝土时，当使用卵石时最大粒径应不超过25mm，当使用碎石时最大粒径应不超过20mm，且针片状颗粒含量要少。

保证骨料本身应有的湿度和温度。当遇酷暑炎热天气气温>35℃以上，现场堆积粗骨料由于太阳暴晒，石子水分会由饱和面干状态蒸发到干燥状态，本身石子含水率降为很低以至于忽略不计，就需要洒水保湿。当气温低于5℃时，石子无需含有太多的含水量，主要因为考虑到石料中水凝结成冰的缘故。

（2）细骨料

对于细骨料来说，主要考虑砂率对混凝土工作性的影响。砂率大时，可能无法保证高性能混凝土拌合物的流动性，因为细集料在重力作用下的相对运动能力不如粗集料，过量使用将降低浇筑时填充的冲力;砂率过小，新拌高性能混凝土容易发生离析现象。因此，配制混凝土时，选择合适的砂率应从混凝土流动性和粘聚性综合平衡考虑。同时应严格控制砂中粉细颗粒的含量和石子的含泥量。

1.3外加剂

外加剂是新兴的混凝土配套项目，并且外加剂属于一种活性极大的材料，掺入的外加剂需根据不同的外加剂特性进行选择。

（1）减水剂

减水剂应选择高效减水剂，要求减水率高，质量稳定，并且与水泥有较好的适应性。目前采用较多有萘系高效减水剂、脂肪族高效减水剂和聚梭酸系高效减水剂等。

（2）缓凝剂

缓凝剂是能延缓混凝土凝结硬化时间，是目前控制自密实混凝土拌合物坍落度损失最有效的方法之一。目前常用的缓凝剂有葡萄糖酸钠、三聚磷酸钠、柠檬酸等。

（3）引气剂

引气剂是一种表面活性剂，由于表面的活性作用，降低了水的表面张力及表面能，使水溶液形成众多表面时所需的功减少。由于表面活性剂定向吸附在气泡表面，形成了单分子吸附膜，使液面坚固而不易破裂。加入混凝土中的引气剂能够产生均匀、稳定、封闭、互不连通的微小气泡，避免了毛细管道的形成，缓和了自由水受冻结所产生的膨胀应力，因此可改善混凝土的耐久性。

总之，由于外加剂品种繁多，性能差异，运用外加剂时，根据混凝土的性能要求，施工工艺，现场气候条件结合混凝土原材料性能及对水泥适应性因素，通过试验及技术经济分析，确定其品种以及掺量。

1.4水

用于配制柔模泵送混凝土的拌合水的质量要求与普通混凝土相同，即不得影响混凝土的和易性及凝结时间；不得有损于混凝土强度发展；不得降低混凝土的耐久性；不得污染混凝土表面。柔模泵送混凝土的拌合用水与常规混凝土一样，按行业标准《混凝土拌合用水标准》的规定执行即可。

2. 工程应用

某桥梁施工用承台，选择提出配制超流态、超长保塑、高保水、高抗离析、设计强度等级为C25的细石自密实混凝土。

（1）坍落度根据设计标准

控制13±2cm左右，为保证其施工时流动度的要求，建议放置15cm坍落度，最大粒径考虑到料源地供料31.5cm石子，满足不超过钢筋间最小间距3/4的要求。

（2）确定单位用水量

单位用水量的确定，查设计规程JGJ/55－96所定的初始用水量按减水剂的固定减水比率折减用水量，因开工即初，标准仍按未调整过的JTJ/T55-96普通混凝土配合比设计规程。

初始用水量对照标准(表3.0.1)确定W0=220Kg/m3，普通型减水剂NF-4因质量稳定，为其外掺剂.几组配比对比测试验算出其减水率β=10%左右，单位用水量W=W0(1-β)=198Kg/m3。

（3）确定其水泥用量

W/C=0.51，求算单位水泥用量M=390kg/m3验算水泥用量是否符合标准规定，满足钢筋混凝土规范最小水泥用量275kg/m3，最大水灰比0.60。

（4）砂率的确定

砂率的确定是一个颇费周折的问题，原因在于砂率选取除按照标准规定外还应考虑实际供应的砂未通过5mm筛孔的筛余量，由于每批来料砂的质量不均匀性，固定的砂率有时会造成拌制的混凝土工作性不良.通常做法，预先设计一个标准配合比，再根据现场情况，调整施工配合比。依照规范JGJ/T55-96中表(3.0.2.1)选取砂率Sp=37%，考虑砂中5mm筛孔筛余量占总量的14%以上，扣除此因素折合成计算式求得Sp=43%.

（5）确定砂石用量

使用体积法求算砂石用量

mc0/ρc+mg0/ρg +ms0/ρs +mw0/ρw +0.01a=1

βs= ms0/( mg0+ms0)

其中： mc0—水泥量390Kg/m3；

mw0—用水量198Kg/m3；

ρg—石子密度2.68g/cm3；

ρs—砂的密度2.65g/cm3；

ρw—水比重1.0g/cm3；

βs—砂率取值43%；

求算得出砂ms=764Kg，石子mg=1013Kg。

（6）确定外加剂掺量

外加剂掺量多少往往根据其特性，掺量范围大小确定，NF-4掺量1.2～1.8%，因施工期处于气温较低的1～2月份，建议掺量1.2%，即390*1.2%=4.68Kg。

验算完毕后，得出此级配各材料数值mw0=198Kg/m3，mc0 =390Kg/m3，ms=764Kg/m3，mg=1013Kg/m3NF-4外加剂的掺量为水泥用量的1.2%为4.68Kg/m3

试验室对此级配正式拌制前进行内部试验，试验结果:坍落度值14cm，和易性良好，终凝时间7小时，7d、28d强度达到设计要求.同时还应在用水量不变的情况下，基准水灰比增大或减小0.05的系数，配制出的混凝土与基准混凝土进行对比试验。

（7）掺加粉煤灰

正确合理地在混凝土中掺加粉煤灰，使之掺入混凝土后达到改善混凝土性能、提高工程质量、节省水泥、降低混凝土成本、节约资源的目的。

水泥取代率定为β＝17％超量系数δ＝1.5水泥比重ρ=3.1g/cm3粉煤灰比重ρf=2.2g/cm3砂比重ρs=2.65g/cm3石子比重ρg=2.68g/cm3

水泥：mc＝mc0(1-βc)=390*（1-0.17）＝324 kg/m3

粉煤灰：mf=δc(mc0- mc )=1.5*（390-324）=99 kg/m3

黄砂：ms = ms0-( mc/ρc+ mf/ρf-mc0/ρc)ρs

=764-（324/3.1+99/2.200-390/3.1）*2.65

=701kg

（8）经试配调整出配合比

设计配合比是控制混凝土质量至关重要的环节。①应调整砂率，适当增加砂的数量，以增大砂浆的粘度，同时也应增大砂浆的数量；②优化骨料的级配、选用针片状含量少、粒形较好的粗骨料；③调整高效减水剂的品种和掺量；④调整矿物掺合料的掺量；⑤采用与混凝土拌合物体系相容性好，对混凝土硬化后性能无不利影响的增稠剂。

该工程中配合比设计如下：

mc : ms : mg0 : mw0 : mf : mjo＝324 : 701 : 1013 : 198 : 99 : 4.68经试验室拌制结果坍落度16cm，和易性良好，7d强度26.6MPa；28d强度34.5MPa符合设计要求。

综上所述，说明水泥混凝土的配制过程是理论联系实际的过程，针对施工现场实际的原料设计配制混凝土，同样的配比设计，换了另一个工地现场就会不适用。所以在配和比设计中，必须对施工现场的方方面面有一个彻底的了解。

3 结语

通过工程实践的设计应用，后期强度高，能够满足桥梁施工用承台所要求的强度，说明该设计原则能满足高性能混凝土的性能要求，工程实际应用也取得了很好的效果，具有较好的实践指导意义。

参考文献

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[2]张 凯，张海民.高强混凝土的配制[J].山西建筑，2008，34(22):159～160.

[3]张承志.商品混凝土[M]北京:化学工业出版社，2006，482～487