探析高性能混凝土配合比设计的影响因素

姚凯

沈阳政基市政工程质量检测有限公司

探析高性能混凝土配合比设计的影响因素

姚凯

沈阳政基市政工程质量检测有限公司

当前，我国国民经济水平大幅度提高，工程建设领域获得了良好的发展，因此，高性能混凝土的应用受到了更多的关注与重视。要想提高结构工程的整体质量与投入使用后的性能，首要任务就是提高混凝土的强度，因而需要对高性能混凝土的配制提起足够的重视，并对其原料的选择、外加剂的优化选择、配合比设计等方面进行严格的控制与管理，从而提高高性能混凝土的质量与性能，进而将结构工程的整体水平提升一个档次。

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一、高性能混凝土的特点

（1）高性能混凝土（HPC）应该具有一定的强度和高抗渗能力，高强度不是必需的，中、低强度同样也可以。

（2）HPC具有很好的工作性能，其拌和物具有较高流动性，混凝土在成型的过程中不分层、不离析，易充满模型；对于泵送混凝土、自密实混凝土良好的可泵性、自密实性则是两者特有的性能。

（3）HPC的使用寿命长，对于一些特护工程的某些特殊部位，控制结构设计的是耐久性，而不是混凝土的强度。高性能混凝土应用的主要目的是能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上。

（4）HPC具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期水化热较低，硬化后期收缩变形较小。

二、高性能混凝土配合比设计的影响因素分析

1.水泥中的粗细骨料质量问题

（1）石存在的质量问题

在我们国家混凝土应用技术落后的极大原因是水泥中的粗细骨料品质很低劣。当前国内粗骨料大多数依然是来自分散的规模很小的采石场，依然是使用落后的破碎机破碎石块，造成石子形状及其不规则，其中含有很多的针状或者片状骨料。

（2）砂存在的质量问题

目前天然砂变的很少，使用的人工砂生产成本日渐提高，并且人工砂的细度模数和粒径级配还没有严格的控制，很难成为实际的商品材料。砂的产地很多，每个产地又有不同的特点，因此，不同批次的砂粒在很多方面差别很大，使混凝土的单方用水量不能减少，进而使混凝土的早期干缩开裂可能性提高。相关的主管部门对此问题的高度重视是处理好细骨料质量问题的关键，在无天然砂的地区，人工砂的加工生产是必须的。

2.水泥质量的问题

目前，国产水泥应用的是与世界同步的标准，大型水泥生产厂生产的水泥质量标准与发达国家的水泥品质几乎没有什么很大的差距。但在生产过程中控制不够稳定，在质量上存在大大小小的波动，同一家的水泥生产厂在不同批次的水泥中的依然存在离散性等问题。

3.外掺合料质量问题

外掺合料是配置HPC重要的成分，它的重要性体现在节约水泥，改善混凝土的和易性，填充胶结材料的空隙，参与水化并改善混凝土的界面结构，使结构体的致密性和耐久性能也将大幅度地提高等多个方便。现在用于配置HPC的外掺合料品种不多，主要有硅灰和粉煤灰等。

三、加强高性能混凝土配合比设计的有效措施探究

1.原材料选择的主要策略

（1）水泥

对于水泥的选择，通常情况下需要优先选择旋窑生产的硅酸盐水泥，并且该硅酸盐水泥的强度等级不能低于42.5。水泥的细度是对混凝土造成影响的主要因素，水泥磨得越细，水化反应就越充分，早起强度就越高，同时比表面积就会越大。然而，需要注意的是，水泥的细度并非越细越好，如果水泥的细度过高，就会造成水化热过大，从而会致使混凝土的内部产生裂缝，进而会影响混凝土的后期强度及混凝土结构的稳定性及耐久性，因此，需要将水泥的细度进行严格的控制。

（2）粗集料

在混凝土结构中，粗集料起到了骨架的作用，其重要性可见一斑。基于此，首先，在配制高性能度混凝土的过程中，需要选择质地坚硬的碎石，并将碎石的压碎指标控制在小于12%的范围之内，同时需要将碎石的抗压强度控制在混凝土抗压强度指标的1.5倍之上。其次，在混凝土初凝时，需要选取近似于立方体形、表面粗糙并且棱角较多的碎石，从而提高混凝土的粘结性。

（3）细集料

一般说来，砂材质的优劣，会在很大程度上影响C60以上混凝土和易性，因而在高性能混凝土的配制过程中需要尽可能地选择含沙量较少、级配较高、石英颗粒含量多的河砂或者江砂。并将砂子的细度模数控制在2.6～3.1的范围之内，如果砂子的细度模数不足2.6，配制出来的混凝土就会过于黏稠，为施工中的混凝土振捣提高了难度，如果砂子的细度模数超过3.1，就容易致使配制的混凝土在运输或者浇筑过程中产生花白或者离析等问题，从而对高性能混凝土的质量及性能造成不利影响。

（4）高效减水剂

高效减水剂是高性能混凝土配制中常用的原材料，质量较高的高效减水剂可以将实际减水率控制在25%左右，在高性能混凝土的配制过程中掺入高效减水剂，就会将混凝土的流动性大大提高，并且将混凝土的和易性进行改善，同时还会提高混凝土的抗弯、抗压性能。对于高效减水剂的使用，需要注意采用二次掺入法，从而可以将坍落度损失减少。

2.水灰比的确定

在高性能混凝土的配制过程中，其水灰比的计算不能直接应用普通混凝土的计算公式，其水灰比的计算需要依据试验资料进行统计，并根据混凝土强度与水灰比的关系式，通过计算法及作图法对混凝土的配制强度相对应的水灰比进行计算。如果在高性能混凝土强度试验中运用到多个配合比，就需要将其中的一个配合比作为基准配合比，并将其他配合比与基准配合比进行比较，同时需要将其他配合比控制在比基准配合增加或者减少0.02～0.03的范围内。

3.集料用量

在高性能混凝土的配制中，集料用量的控制极为重要，通常情况下可以用以下公式进行计算：

S0=[G0/(1-QS)]QS

式中：G0为每立方碎石的用量；Vs代表0.9～0.95 m3；每立方中的碎石质量为Vs×碎石松散容量；S0指的是每立方砂的用量；Qs代表砂率，通常情况下需要将其控制在28%～36%之间。

4.用水量

在对高性能混凝土配合比进行计算时，其用水量需要在普通混凝土用水量的基础上用减水率法进行一定程度的修正，在不掺外加剂的混凝土用水量中将依照外加剂减水率计算得出的减水量扣除，得到的结果就是掺减水剂时的用水量。高性能混凝土配制过程中，对用水量的计算还需要要通过试验确定外加剂的减水率，从而提高用水量计算的科学性与严谨性。

[1]马保国,王信刚,李相国,王凯.高性能混凝土配合比设计及其存在的问题[J].混凝土,2005(2)