高性能混凝土配合比设计及其存在的问题

2021-11-15张志超

建材发展导向 2021年17期

张志超

（山东莱克工程设计有限公司，山东东营 257026）

高性能混凝土在强度、可塑性和耐久性上均具有显著优势，是一种典型的先进混凝土材料，可显著提高工程的施工质量。若忽视混凝土配合比设计，则会直接影响混凝土的性能，降低工程的施工质量。因此，有必要不断完善高性能混凝土的配合比设计。

1 性能混凝土配合比要求

首先，不同建筑工程中，高性能混凝土的强度要求存在着十分明显的差异，C50-C80混凝土的耐久性和抗压性要求更为严格。其次，高性能混凝土需具备较强的流动性、粘聚性，满足了高性能要求，浇筑混凝土后可自动流入建筑材料之中，确保工程质量。最后，建筑工程需要长期使用，对耐久性提出了较高的要求，而水泥、骨料和外加剂的配合比则是决定高性能混凝土耐久性的重要因素，工作人员务必正确处理原材料的配比关系。

2 高性能混凝土配合比设计原则分析

基础工程中，常用的普通标号水泥混凝土与工程施工标准相去甚远，影响了基建工程的质量。为全方位满足现代建筑的质量要求，高性能混凝土在基建工程项目中得到广泛应用。混凝土配合比设计是制作高性能混凝土的关键。高性能混凝土配合比应以普通混凝土配合比设计为基础，本质上是对原混凝土配比设计的优化调整。高性能混凝土配合比设计中需严格控制水泥量、外加剂量、用水量和砂率。控制混凝土原料比例可增大混凝土的强度，优化混凝土性能，高度顺应基建工程施工要求。

高性能混凝土配合比设计中，首先要坚持混凝土体积密实的原则。配合比设计时，全方位考量混凝土原料的密实度和材料体积叠加后的最终效果。

其次，严格控制水胶比。研究显示，混凝土中水胶比提高后，可明显降低混凝土的强度。且混凝土水胶比要满足混凝土胶凝材料用量最少要求，同时满足绿色施工的要求。如设计混凝土配合比时，可以工业废渣替代部分水泥材料，这一方面有利于资源的循环利用，另一方面也可严格控制混凝土早期水化热和强度。

最后，坚持最小单位用水量原则。设计混凝土配合比的过程中，需基于外加剂添加理论严格控制用水量，以此有效控制和解决混凝土坍损问题，增强混凝土的流动性。设计中要根据实际采用不同的方法，保证配合比设计的整体效果。

3 高性能混凝土配合比设计分析

3.1 合理选择原材料

高性能混凝土的原料组成情况与普通混凝土相似，都是由粗骨料、细骨料、胶凝剂、水、水泥以及适量外加剂等混合而成的。为此，相关人员要合理选择原材料。首先，选择骨料时要重点关注高性能混凝土的强度、抗拉性能、弹性模量、抗压性能以及抗裂性能等。其次，由于胶凝材料是由水泥、矿物掺合料等按照一定比例配制而成的，所以水泥的型号、规格以及性能往往会在很大程度上影响混凝土材料的强度。为此，就要从组成成分、细度以及颗粒粒径等方面，严格筛选水泥。近年来，应用较为普遍的矿物掺合料主要包括煤渣粉、煤炭粉和沸石粉等。在混凝土材料中加入适量的矿物掺合料，可以有效调整混凝土内部结构，改善混凝土天然性能，从根源消除混凝土因性能缺陷而存在的质量安全隐患。最后，要结合工程项目结构特点与使用需求，合理选择外加剂。常见的外加剂主要包括减水剂、浓缩剂、抗渗剂以及加强剂等。在混凝土材料中加入适量的外加剂，可以显著提升混凝土的强度、抗拉性能、粘结性、抗压性能以及耐久性。在实际施工过程中，要通过混凝土抽样检测与性能试验的方式，合理调整原材料配制比例。由此，在提高混凝土物料质量，保障工程质量安全的基础上，节约材料成本。

3.2 合理调整配比参数

3.2.1 水胶比

与普通混凝土相比，高性能混凝土的水胶比比例更低。在实际施工中严格控制水胶比比例，可以延长混凝土的有效使用期限，增强混凝土的抗压性能、抗拉性能以及抗渗性能。通过性能测试与配比试验可知，混凝土材料的水胶比比例与强度条件之间存在着负相关关系。换言之，混凝土材料的水胶比越大，混凝土材料的强度等级越低；混凝土材料的水胶比越小，混凝土材料的强度等级越高，结构密度越良好，出现裂缝的概率越小。由此，保障工程的质量安全。

3.2.2 浆集比

水泥砂浆与骨料集料之间的比例简称为浆集比，浆集比也是衡量混凝土性能的关键指标之一。结合上文内容可知，矿物掺合料会在很大程度上影响混凝土的强度等级与使用效能。而连接骨料的性能品质则会影响水泥砂浆的作用。据相关性能测试实验结果显示，当水泥砂浆与骨料集料的配合比为65∶35时，混凝土的强度和稳定性处于最佳水平。由此，最大程度的发挥高性能混凝土的性能优势。

3.2.3 严格控制减水剂掺量

水胶比和用水量是混凝土强度及使用寿命的决定性因素。如果水胶比和用水量较低，则高性能混凝土的强度较大，寿命较长。混凝土中加入适量高效减水剂，能够增强混凝土的流动性，也可推动后续施工环节的有序进行。施工中需加入1%-2%的减水剂。

3.3 细化混凝土配比过程

混凝土配合具有较强的复杂性，每一个细节均关系到高性能混凝土的质量。所以，工作人员务必细化混凝土配比，确保混凝土配比的合理性。如基于建筑工程的要求确定原材料的类型和参数等。若在混凝土配比中出现胶凝材料和用水量过大问题，工作人员需先调整减水剂的类型，及时止损。粗细骨料配比中，工作人员应确定高性能混凝土的砂率范围，使砂率符合规定要求。混凝土最佳砂率为34%-44%。尽管降低砂率能够增加混凝土强度，但是也会影响混凝土的适用性。

4 高性能混凝土配合比设计中的问题及对策

高性能混凝土配合比设计中的影响因素较多，在配合比设计中也会出现诸多的问题，主要体现在双掺控制、粗细骨料、设计规范等方面。以下笔者就从这三个方面简要分析高性能混凝土配合比设计中的问题以及相应解决对策。

4.1 双掺控制

当前，建筑工程高性能混凝土配合比设计中的影响因素较多，若设计人员未准确计算和区分矿物掺合料的重量，盲目添加矿料，则会延长高性能混凝土凝固时间，施工人员无法严格按照设计方案的要求组织施工，最终会影响工程的进度。如矿物掺合料添加量超过标准范围，则会影响混凝土的强度和刚度，增加高性能混凝土早期裂缝的发生率，破坏建筑物的应用性能。

在建筑工程施工中，设计人员还需依据工程要求、混凝土强度等级、工程所在地的气候条件及建筑的结构特点，准确计算矿物掺合料的掺量。水泥中掺入的铝酸三钙的含量控制在总量的0.8%以内，以提高掺合料的质量，抑制高性能混凝土在凝固过程中出现刚度和强度下降问题。若工程在冬季施工，设计人员应在配合比设计中加入非缓凝型减水剂，严格控制抹面时间，以此优化工程的施工质量。

4.2 粗细骨料

高性能混凝土配合比设计中，粗细骨料是不可或缺的原料。在实际配置中，所选的粗细骨料会对高性能混凝土的性能产生显著的影响。因此，在高性能混凝土配合比设计中，要依据工程施工要求选择粗细骨料。工作人员需选择未出现风化问题的岩石或破碎石。工作人员必须严格控制碎石粒径，以此有效控制粗细骨料配比，改善高性能混凝土配合比设计水平。

设计人员在配合比设计中发现水灰比较低，水泥的用量较大，砂率较小。如无法严格按照规定要求控制粗细骨料，则高性能混凝土配合比设计也会受到较大的影响。对此，设计人员必须严格控制粗细骨料配比，在单方混凝土中适度增加粗骨料的掺量，以降低混凝土空隙率。在粗细骨料配置的过程中，要以二级配合方法设计粗骨料配合比，与此同时，确保粗骨料的堆积密度不小于1500kg/m，混凝土的空隙率不得超过40%，吸水率不得超过2%。在C50高性能混凝土配合比设计的过程中，需选择粒径不超过25mm的粗骨料。且在混凝土中添加适量增强剂后，利用强制技术搅拌混合料，这样可显著提高混合料的强度，也可减少水泥的实际用量，降低工程成本投入的同时，全面改善混凝土的强度和耐久性。

4.3 设计规范

建筑工程中，高性能混凝土配合比设计与普通混凝土的配合比设计存在十分明显的差异，在建筑工程施工中并未出台与设计方案配套的设计规范和制度。工作人员主要依据普通混凝土配合比设计方案和计算方法，设计高性能混凝土的配合比，该设计方式直接影响了高性能混凝土的质量和性能。为及时解决上述问题，设计人员应及时调整和转变混凝土配合比设计的思路，结合高性能混凝土的特性完成配合比设计。此外，在混凝土配合比设计中也必须严格控制用水量，以此改善设计水平，确保高性能混凝土配合比设计的科学性与合理性。