高性能混凝土配比设计研究

徐 川

(邯郸市顺达混凝土有限公司，邯郸 056000)

高性能混凝土配比设计研究

徐 川

(邯郸市顺达混凝土有限公司，邯郸 056000)

该文主要对高性能混凝土的配比设计进行阐述，分析了实现高性能混凝土的性能指标的配比要点，并对高性能混凝土配比设计参数与其强度之间的关系进行了研究，论述了密实系数法下的高性能混凝土配比设计研究。

高性能混凝土； 配比设计； 设计参数

在社会经济高速发展的过程中，建筑工程领域也获得了突飞猛进的发展，极大地促进了建筑材料行业的进步。在现代化工程施工过程中，应用的一种重要材料就是高性能混凝土，该建筑材料凭借着优质的性能，在建筑领域占据着极其重要的地位。随着人们对建筑工程要求的提高，建筑企业当前面临的主要问题就是在降低混凝土施工资金投入的基础上，通过科学、优化的高性能混凝土配比方案，提高混凝土的质量，创造更大的经济效益。该文通过对高性能混凝土配比设计的研究，从而探索出配比设计方案，为相关的研究提供参考意见。

1 高性能混凝土配比设计概述

同普通混凝土存在明显的不同，高性能混凝土在构成成分方面相对复杂，在性能方面具有明显的优势，这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选用和配合比例方面的限制较小，只需要根据建筑工程的实际状况及设计方案进行即可，然而受到外界场地和原材料选取等因素的影响，很难保证混凝土配比达到规范的标准要求，影响了混凝土的性能，可能会导致一些建筑工程质量问题[1]。对于普通混凝土的配比设计原则来说，配比设计的经济性是其考虑的主要方面，其次才是原材料的使用。

强度大、耐久性良好、稳定性高、适用范围极广是高性能混凝土最显著的特征。在进行配比设计的过程中，一方面要考虑到配比设计的经济性，尽可能地降低成本投入，达到混凝土的性能指标，提高工程的施工质量；另一方面更要严格地控制水灰比，合理地应用高效减水剂，为保障高性能混凝土在工作性、耐久性及强度等方面的要求，还需要对混凝土的流动性进行合理的调整，高效应用粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰粉等矿物掺和料。

2 实现高性能混凝土的性能指标的配比要点

在对高性能混凝土进行配比设计的过程中，参考的几项重要指标就是耐久性、强度和稳定性。高性能混凝土所应用的原材料对于整个工程施工质量的保证意义重大，其中水、骨料、矿物掺和料、高效减水剂和水泥是高性能混凝土施工的主要原材料，要严格按照施工材料标准控制原材料的质量。同时，还需要提高检测工作人员的专业素质，准确地了解各个成分在原材料中所占的比例，严格按照规定进行管理，做好基础性保障工作[2]。

实现高性能混凝土的性能指标的配比要点如下：

1)高效减水剂的应用。高性能混凝土的强度指标主要是依靠高效减水剂的使用才实现的，该原料的使用可以使拌合用水量减少，但对水泥的使用量不会产生影响，确保了混凝土的易和性。在实际配比过程中应将高效减水剂控制在约0.8%～1.5%的胶结料含量，在达到一定标准后即使添加再多也不会使混凝土发生较大的变化，合理的用量可以减少成本，取得有效的配比结果[3]。

2)水灰比的控制。高性能混凝土配比设计时，避免出现大量使用胶结料的现象，否则会干扰混凝土的性能，使其稳定性下降，增大成本投入，要将水和胶结料二者的应用含量比控制在一个相对较低的水平。

3)矿物掺和料的使用。在高性能混凝土配比过程中添加一定量的矿物掺和料，可以有效地改善混凝土的耐久性、强度和抗渗性能，降低了因温度变化而产生裂缝的质量问题的发生几率，提高了混凝土在不同环境下的适用性，提升混凝土浇筑过程中的性能。

4)骨料的选取和应用。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，所以控制好骨料的质量对保证混凝土质量非常重要。骨料类型多种多样，市土建施工建设可以选取的类型较多[4]。人工骨料及天然骨料通常是房屋工程和道路工程施工过程中主要应用的骨料类型。

3 高性能混凝土配比设计参数与其强度之间的关系

高性能混凝土对应用原材料、配比含量设计的要求较高，经过多年的发展，广大研究学者也对其配比设计进行了深入的研究，总结了大量的经验，基于不同的角度研发和设计了不同形式的配比设计方案。这些配比设计方案虽然考虑的因素有所不同，但就设计目标、设计原理等基本内容具有一致性，力争在节约成本投入的基础上，使配比设计方案更加科学、合理，提升和改善高性能混凝土的质量及性能。高性能混凝土和普通混凝土在配比设计时，所遵循的法则大致相同，包括减少水量、密实度最大和水灰比等。

该文在进行高性能混凝土配比设计研究过程中，主要参考的是由陈建奎教授提出的混凝土配合比设计新法(全计算法)进行分析。高性能混凝土的性能同配比设计参数有直接的关系，为了保障混凝土在各性能方面的要求，应对混凝土进行相应的实验室检测[5]。

3.1 水胶比同混凝土强度的关系

影响高性能混凝土强度的关键要素就是水胶比，该原料可以从根本上影响水泥浆的质量，发挥着融合骨料、水泥浆两种原料的重要作用。若将混凝土配置过程中的胶结料含量、用水量分别用B和W表示，混凝土抗压强度用fc表示，则水胶比的应用量越大，混凝土强度越差。用公式表示为：φ[1/(W/B)]=fc，其中混凝土应用时间、实验条件及应用材料的系数比用φ表示。

无论是高性能混凝土，还是普通混凝土，在配比设计方面的水胶比同混凝土强度关系相一致，不同之处在于后者的水胶比变化大，前者变化小。因此，通常将高性能混凝土的水胶比控制在0.21～0.5的范围内，足以保证混凝土的抗压强度[6]。我国借鉴国际上多种水胶比与混凝土强度关系的研究成果，总结出了描述二者关系的公式。混凝土强度的确定在混凝土完成浇筑过程28天后，若将其强度用fc28表示，用C、R分别代表混凝土的含水量及水泥强度，经验系数用K1和K2表示，则归纳公式为：K1RC(C/W-K2) =fc28。

3.2 胶结料的原料构成同混凝土强度的关系

活性矿物掺合料是构成胶结料的主要成分，从本质上看，该原料的使用含量及所应用材料的种类是影响高性能混凝土抗压性能的主要原因。在配比设计时，要合理地把握胶结料的原料构成情况，在应用活性较高的火山原材料的情况下，可以使高性能混凝土的整体强度得到有效改善；而在应用煤灰、炉渣等原材料的情况下，会使形成初期的混凝土强度减弱，但在后期阶段强度又会得到明显提升，优于水泥原料构成的混凝土抗压性能。要想增强高性能混凝土的强度性能，需要调控原材料种类，并控制使用量的大小，最大限度地降低成本投入，提高经济效益。

4 密实系数法下的高性能混凝土配比设计研究

在高性能混凝土的配比设计研究中，此研究主要以粗、细骨料的密实系数作为切入点，结合密实系数法的设计思想，将配置原材料中的骨料进行分析和探索，通过高性能混凝土在高流态、抗压强度的指标要求，总结配比设计的具体方法。若将m、δ分别表示混凝土配置过程中的骨料质量及包裹层的薄厚程度，D代表骨料堆积而成的球体的直径大小，配比骨料的堆积、外观密度用ρ′、ρ表示，p代表骨料堆积存在的空隙比例，则公式6mδ/(ρD)+pm/ρ=V填充即为利用密实系数法得到的高性能混凝土配比原理[7]。

根据上述表述，可以将骨料密实系数e归纳整理成6δ/(ρD)+p/ρ′，其代表每cm3内骨料的含量(kg)。结合以上分析和研究成果，针对配比设计过程中应用的细集料情况进行分析，对高性能混凝土的配比设计方法进行进一步的演变和深化，将δs’和Ds’分别代表水泥浆包裹薄厚程度和细骨料直径大小，配比过程中应用的水及水泥的外观密度分别用ρw和ρc代表，配比过程应用的水含量及水泥含量分别用mw及mc表示，ms代表的是砂应用量的大小，则细骨料配比原则可以用es(mc/ρc+mw/ρw)=ms来表示。

根据以上公式和总结结论，结合实际工程涉及的相关实验数据，可以对高性能混凝土配比设计过程中的细骨料密实系数之间的对应关系进行总结，选取160 mm的坍落度作为标准，观察坍落度与混凝土强度的具体状况，此处混凝土的强度为最终抗压强度。细骨料密实系数之间的对应关系详见表1。

表1 细骨料密实系数之间的对应关系

如果应用粗骨料作为高性能混凝土的配比原材料，采用粒径最大化的方式进行混凝土密实度的分析时，粗骨料单位立方厘米混凝凝土体积所对应的含量可以通过egms(1/ρs+1/es)=mg来表示。粗骨料密实系数之间的对应关系表详见表2。

表2 粗骨料密实系数之间的对应关系

在对高性能混凝土配比设计进行研究分析的过程中，在应用密实系数法的情况下，应遵循的设计原则包括以下几点：

1)首先要对混凝土的水灰比标准进行明确。

2)对配比应用的水量进行控制。

3)结合上述粗、细骨料的密实系数之间的对应关系表，查看混凝土强度分别所对应的粗、细骨料密实系数，并通过相应的公式得配比单位混凝土时所需的粗、细骨料质量。

4)得出配置高性能混凝土所应用的原材料种类和相应的含量。

5)通过实验室和公式检验的方法，对混凝土配合比的合理性和科学性进行检验，将粗、细骨料质量控制作为配比的重中之重，从而满足混凝土的强度、稳定性等性能，指导实际的配比设计操作。

5 结 语

随着科学技术的不断创新，混凝土技术也呈现出日益完善的发展趋势，高性能混凝土配比设计是保障工程质量的一项关键内容，对现代工程的进步有非常重要的意义。要想实现高性能混凝土在强度、适用性、耐久性及稳定性等性能指标要求，就必须要从根本上确保配比设计的合理性和科学性，做到减少成本投入的同时，优化高性能混凝土的质量。在对高性能混凝土进行配比设计的过程中，应从骨料、水胶比、活性掺合料及高效减水剂等多个原料的应用角度入手，结合实际施工要求，满足施工设计的结构要求，为现代化工程的发展提供动力。

处在现代化社会中，人们对建筑工程的要求越来越高，这就需要不断提高混凝土的性能，在这种大背景下，高性能混凝土凭借其优质的性能受到人们的广泛重视，成为当前研究的重点内容。对于高性能混凝土配比设计方面的研究，要将水胶比和胶结料的使用摆在重要的位置上，进一步优化混凝土的性能。此外，还需要制定出更加标准、统一的配比设计和评价规范，实现科学配置，推动现代工程领域的进步。

[1] 邬守清,陈 竣.高性能混凝土的研究现状、应用及发展趋势[J].中国集体经济,2008,36(10):21-23.

[2] 韩建国,阎培渝.系统化的高性能混凝土配合比设计方法[J].硅酸盐学报,2006, 29(8):37-39.

[3] 高广鑫.高性能混凝土的配制与应用[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2009,18(2):13-14.

[4] 任少英,郭艳梅.高性能混凝土配合比设计方法[J].内蒙古农业大学学报(自然科学版),2009,41(1):52-54.

[5] 何照祥.浅谈混凝土配比的设计方法[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2011,20(5):63-64.

[6] 李晓光,尚建丽,朱元祥,等.高性能混凝土配合比设计的试验研究[J].西安建筑科技大学学报(自然科学版),2003,31(2):41-43.

[7] 邵红才,王修春,李洁勇,等.高强混凝土配比研究[J].徐州建筑职业技术学院学报, 2007,18(01):67-69.

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-)，技术员.E-mail:dazhonglwfb@163.com