高性能混凝土配合比设计及其存在的问题

莫梅鲜

摘要：文章通过高性能混凝土定义、原材料选择和配比设计等方面做简述，以优化高性能混凝土配比设计流程。

关键词：建筑工程；混凝土配比；设计分析

通过不同材料的科学配比，提高混凝土材料质量，提高企业经济效益，是设计单位的研究重点。高性能混凝土配比设计的核心环节是材料结构参数的确定和设计。

1 高性能混凝土配比设计要点

（1）配比设计思路。

原材料和混合料的设计比重是影响高性能混凝土配置的主要因素。若只需考虑材料强度和耐久性能的话，选择合适的水泥石和一定骨料强度就可以，但一般还需考虑混凝土体积稳定性、抗裂性、环保性等综合因素，所以通过配料设计配比优化高性能混凝土的思路是：

为了优化高性能混凝土抗裂性、体积稳定性，提高水泥石强度和耐久性，通过加入优质水泥、高效减水剂、优质矿物材料如硅粉、优质煤炭粉、矿渣粉、沸石粉、高岭土矿粉等对混凝土性能进行优化[1]。而改善骨料级配并对骨料粒径进行选择可以达到减少骨料与水泥石间空气的作用，比通过改善水泥和骨料自身粘结强度可以提高水泥与骨料界面黏结强度和耐久性。高强度、骨料的使用可以优化混凝土强度。此外，通过水溶性好的外加剂、掺入优质矿物掺合料并对坍塌度损失进行控制可以提高混凝土的工作性。

（2）原材料选择。

①凝胶材料。

水泥和矿物掺合料是主要凝胶材料。水泥的型号和规格直接影响混凝土材料的强度。根据水泥成分、细度和粒径等参数进行选择，有时也需要考虑水泥与其他材料的相溶性和用水量等改善材料性能。目前使用的矿物掺合料主要有硅粉、优质煤炭粉、矿渣粉、沸石粉、高岭土矿粉等，这类矿物材料的加入能使混凝土材料的性能显著提高，会使高性能混凝土内部结构发生改变，并消除普通混凝土具有的隐患。

②骨料。

骨料硬度、粘结度等性能对高性能混凝土的强度、弹性模量、抗裂性等具有较大影响，也是高性能混凝土中使用率最高的材料，因此，根据建筑工程可以使用人工或天然骨料的类型较多，需要选择合适的骨料，确定配比，优化混凝土性能。表1为高性能混凝土骨料不同强度等级下的最大粒径对照表。

③外加剂。

为保证高性能混凝土优良性能，不同类型的外加剂如抗渗剂、减水剂会对新拌合的混凝土强度、耐久性提升效果显著。外加剂会提高其他混合材料与水泥的粘结性，并通过添加减水剂降低拌合用水量，提高材料整体性能，外加剂的掺量要通过试验确定实际配比关系，以降低施工成本，并提高拌合质量。

2 确定配比参数

（1）凝胶材料浆体体积。

水、水泥以及矿物掺合料拌合后的混凝土体积之比一般用VG表示，由于混合料的体积之比对混凝土的抗裂性和体积稳定性产生影响。尤其在 配合C60C100超高性能混凝土时，选择合适的骨料，其值应低于35%。

（2）水胶比控制。

水胶比要通过试验确定，水灰比一般为2：5时才能完全水化。高性能混凝土配比设计时，应注意胶结料的用量，若大量使用会影响混凝土的性质，不及加大投入成本，也会降低混凝土的稳定性，一般水和胶结料二者配比处于较低水平。严格控制水胶比可参考表2 数据。

为了保证混凝土强度，国内学者借鉴多种水胶比和混凝土强度总结出描述公式，混凝土的强度在浇筑28天后测试，用fe28描述，混凝土含水量（C）和水泥强度（R）[3]，以及经验系数用K1，K2表示，则28天后强度为：fe28=K1RC（CW-K2）。

（3）水和水泥用量。

建筑施工时水泥用量一般为每立方米使用量在330～450KG，高性能混凝土拌合中用水量需要根据掺合料、减水剂的使用情况进行确定。用水量混凝土强度成反比，通过试验可以确定二者关系。表3为高性能材料单位用水量。

（4）掺合料配比和高效减水剂。

高性能混凝土中使用的煤炭粉、硅粉等矿物质混合料要根据工程施工情况进行试验，一般粉煤灰重量比为15%～30%，硅粉重量比为5%～15%，由矿物质掺合料构成的胶结料是影响混凝土抗压性能的主要因素，使用活性较高的火山原材料会显著提高混凝土强度，煤炭粉和炉渣的应用最初会降低强度，后期阶段混凝土强度会明显提升。因此，不同材料的配比需要试验调控，最大限度的降低投入成本，提高施工效益[2]。

混凝土拌合中加入硅粉需要使用较多的减水剂，一般用量为0.5%～2%。

（5）砂率。

砂率是对混凝土的流动性和硬度有直接影响，需要结合凝胶材料的用量试验确定砂的添加量。经过试验，砂用量的详见表4。

如果高性能混凝土需要满足泵送条件，砂率需要提高003.

在高性能混凝土配比设计中，若以粗细骨料的密实系数为切入点，根据骨料的分析，达到高流态、抗压强度要求。

3 结语

建筑工程項目建设中，为了保证高性能混凝土各性能指标的满足建筑需要，主要从抗裂性、耐久性、体积稳定性等方面进行考虑，从原材料、外加剂和各种掺合料的选择、配比进行多种试验，确定适当的配比结构，达到最终综合性能优化。设计过程要借鉴通过实验的材料配比，减少试验次数，提高成功率。

参考文献：

[1]徐立斌，董艺，陈尚伟.超高性能混凝土的配合比设计研究[J].混凝土，2015，（1）：7274，82.

[2]徐川.高性能混凝土配比设计研究[J].建材世界，2015，（2）：3134.