浅谈高性能混凝土配合比设计

罗忠湘

摘要：本文介绍了高性能混凝土的概念、与普通混凝土的区别，重点阐述了高性能混凝土配合比设计的原则、参数的确定及注意事项，为高性能混凝土配合比设计及质量控制提供参考。

关键词：高性能混凝土；配合比设计

1 概述

在以往混凝土施工过程中，片面地强调混凝土强度，追求混凝土早强、快强，分别采取了一些措施，如采用高标号水泥、无限制增加水泥用量、采用过细水泥、对原材料中的有害物质控制不严，再加上环境变化、资源日益枯竭等一系列因素，造成了混凝土耐久性變差，使用不到几年就出现混凝土开裂、被侵蚀，混凝土遭到破坏，严重影响使用，因此近年来混凝土的耐久性引起了各方的高度重视，而采用高性能混凝土能够较好地解决这些问题，目前高性能混凝土已得广泛用于铁路、市政、房建等工程中，较好地保证了混凝土的耐久性。

高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，在混凝土中掺入一定量的矿物掺合料和高性能复合外加剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量，在施工时采取严格的质量控制措施，制备满足力学性能、耐久性能、工作性能以及经济合理性的混凝土。下面就高性能混凝土配合比设计的原则、各参数的确定和注意事项进行简单阐述。

2 高性能混凝土配合比设计原则

选用优质的原材料，控制原材料当中的有害物质含量。尽量使用较低的水胶比。使用高效减水剂，尽可能减少用水量，适当引气。限制胶凝材料总量，掺加足够量的矿物掺合料，尽量减少水泥用量。控制混凝土中的碱含量、氯离子含量。

3 高性能混凝土配合比设计各参数的确定

3.1 混凝土强度等级的确定。混凝土强度等级根据设计图纸确定，且应符合混凝土结构耐久性设计规定中关于不同环境条件下混凝土结构最低强度等级之规定。

3.2 石子最大粒径的确定。碎石最大公称粒径不宜超过混凝土保护层厚度的2/3且不得超过钢筋最小间距的3/4。配合比设计前应仔细了解设计图纸中规定的钢筋最小间距和最小混凝土保护层厚度，以确定配合比所采用的碎石最大公称粒径。一般情况下，非梁体混凝土采用5～31.5mm的连续级配碎石，梁体混凝土则采用5～20mm或5～25mm连续级配碎石。

3.3 设计坍落度的确定。混凝土的坍落度宜根据施工工艺、浇注方法、钢筋最小间距确定。高性能混凝土采用泵送施工较多，要求流动性好且不易离析、不泌水，考虑到施工现场混凝土坍落度损失及炎热天气的施工，泵送混凝土一般设计坍落度为160～200mm，非泵送混凝土坍落度可以选择120～160mm，水下混凝土坍落度为180～220mm。

3.4 试配强度的确定。试配强度按照《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）计算；水下混凝土配合比设计时，试配强度应乘以一个1.1～1.15的保证系数。

3.5 水胶比的确定。在以往按《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55）设计的混凝土配合比方法中，首先是按混凝土强度等级计算水灰比，得到的水胶比往往较大。而现在按耐久性要求的设计方法中，为保证高性能混凝土的耐久性，需要按照混凝土结构耐久性设计规定中关于混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量的规定进行校核，并重新选择水胶比。过大的水胶比特别不利于使用矿物掺合料混凝土的内部微结构发展，同时影响混凝土的耐久性与强度。与硅酸盐水泥相比，粉煤灰对水胶比更为敏感。只有在低水胶比的前提下，粉煤灰的作用才能得以充分发挥。并且经试验证明，当水胶比小于0.4以下时，水胶比的少许降低会使混凝土强度有较大的提高。

3.6 用水量及胶凝材料用量的确定。用水量应根据外加剂的减水率及掺量、设计坍落度、石子最大粒径来确定。由于高性能混凝土对原材料有严格要求（例如：外加剂减水率最低要求不小于20%，实际一般都在25%以上，砂石级配良好、含泥量少、吸水率低，粉煤灰需水量比小等），所以高性能混凝土用水量往往较低，一般在140～160kg/m3，以达到增加混凝土密实性、保证混凝土力学性能和耐久性能的目的。

根据用水量及水胶比，可计算出每方胶凝材料用量，按照规定，C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400 kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450 kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3。同时还应符合混凝土结构耐久性设计规定中关于混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量的规定。

3.7 外加剂掺量的确定。外加剂掺量与外加剂减水率、设计坍落度以及实际使用材料的需水量有关，参考厂家推荐掺量，并通过混凝土试拌效果确定，根据经验，聚羧酸盐系高性能复合减水剂的掺量一般为胶凝材料总量的0.8～1.2%（C30～C50混凝土）。

3.8 矿物掺合料掺量的确定。一般情况下，矿物掺合料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%，当混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不宜大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土的粉煤灰的掺量不宜大于30%。设计时，尽可能减少混凝土胶凝材料中的水泥用量，一是可以减少水泥水化热引起的混凝土开裂倾向，保证混凝土的耐久性，二是减少水泥用量，增加矿物掺合料用量，有利于增强混凝土的和易性，利于施工，三是可以降低成本。

3.9 混凝土表观密度的假定。混凝土表观密度一般在2320～2400 kg/m3之间选定。应注意的是，室内混凝土配合比设计时，测定混凝土表观密度应在测完混凝土30分钟坍落度损失后再进行，这样测出来的混凝土表观密度与施工现场情况比较接近。

3.10 砂率的选择。砂率根据石子最大粒径、水胶比以及施工工艺（浇注方法）确定。泵送混凝土及水下混凝土砂率宜比普通混凝土砂率提高3～4%。根据以往经验来看，高性能混凝土的砂率一般在36～43%之间。endprint

以上参数确定后，则可按照《普通混凝土配合比设计规程》计算出配合比中各材料用量，确定初步配合比。

4 高性能混凝土配合比设计过程中应注意的问题

4.1 高性能混凝土配合比设计时，除执行《普通混凝土配合比设计规程》，还应执行混凝土结构耐久性设计相关规定。

4.2 配合比设计前，应通过了解设计图纸要求、查询当地气象资料、取环境水进行水质分析等途径，确定混凝土结构所处的环境类别和作用等级。

配合比设计时，应根据混凝土结构所处的环境类别和作用等级、设计使用年限级别来校核并确定混凝土配合比的最低强度等级、最大水胶比、最小胶凝材料用量以及耐久性指标。

4.3 当化学侵蚀介质为硫酸盐时，混凝土的胶凝材料还应满足有关规定，且胶凝材料的抗蚀系数不得小于0.8。

4.4 当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10～0.20%时，混凝土的碱含量应满足规定；当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.20～0.30%时，除了混凝土的碱含量应满足规定外，还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和外加剂，并通过试验证明抑制有效。

4.5 初步配合比确定后，应核算单方混凝土的总碱含量及氯离子含量是否满足要求。否则应重新选择原材料或调整计算的配合比，直至满足要求为止。高性能混凝土最大碱含量干燥环境要求不大于3.5 kg/m3，潮湿环境不大于3.0. kg/m3。钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.10%，预应力混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06%。

4.6 混凝土的入模含气量要满足要求。无抗冻要求的混凝土含氣量不应小于2%，当混凝土有抗冻要求时，混凝土含气量应根据抗冻等级的要求经试验确定。梁体混凝土的含气量一般要求在2～4%。

4.7 试配所使用的原材料应与工程中实际的材料相同，其搅拌方法宜与生产时使用的方法相同。特别是砂石料，如果配合比选定时采用经清洗的砂石料，则配合比用水量肯定较低，但如果在施工时砂石料含泥量过大，则会造成混凝土用水量增加，不仅与配合比严重不符，还会造成混凝土强度和耐久性降低。另外要注意，试配时选用的外加剂减水率、粉煤灰的需水量比要与施工时的材料相同。

4.8 配制高性能混凝土所用高效减水剂与水泥的适应性是否良好很关键，因此，配合比试配时，外加剂生产厂家的技术人员必须到现场进行调配，发现问题及时调整。

4.9 配合比设计完成并在未开工之前，应到拌合站试拌，检测混凝土拌合物的各项指标，当存在与室内配合比试拌时不相符现象时，应对配合比进行调整、优化。

配合比使用过程中，当原材料变化、环境变化显著时，应当对配合比进行调整、优化。如砂细度模数变化（变粗或变细）、砂石含泥量变大及级配变差、外加剂减水率变明显、粉煤灰变粗及需水量加大、天气变化（炎热或寒冷）等，都要对配合比进行调整或重新设计配合比。

5 结束语：

性能优良的高性能混凝土可以保证混凝土的力学性能、耐久性、工作性以及经济性，但高性能混凝土很“娇贵”，对环境变化、材料变化、计量偏差、搅拌时间等十分敏感，因此，除保证原材料符合要求外，混凝土配合比设计环节就显得特别关键，我们应当引起高度重视，考虑各种因素的影响，对配合比各参数进行精心设计与反复试配，以保证高性能混凝土质量，使混凝土真正达到高性能、高耐久性，实现建筑工程的百年大计。

参考文献：

[1]陆天增.高性能混凝土应用技术规程（CECS207-2006）.

[2]许国森.谈谈商品混凝土的生产质量控制[J].广东建材，2012（11）：41-43.endprint