关于高性能混凝土配合比优化设计的研究

关于高性能混凝土配合比优化设计的研究

韩晓东

天津金隅混凝土有限公司天津300000

摘要：近些年来，随着对高性能混凝土配合比优化设计的研究，提出了一系列的改进举措，然而，高性能混凝土组成的成分相对比较复杂，影响因素也比较多，往往都存在一定的非规律性状况，进而使得高性能混凝土配合比优化设计的过程中存在着诸多的困难。因此，本文主要针对高性能混凝土配合比在优化设计研究的过程中的设计要求、构成成份、以及参数选择等问题进行分析和探究，并提出高性能混凝土配合比的优化设计方案。

关键词：高性能混凝土；配合比；优化设计

一、高性能混凝土配合比设计的要求和技术途径简述

1.1高性能混凝土配合比设计的要求

高性能混凝土配合比优化设计研究的过程中，务必要满足这几项要求，即耐久性要求高、工作性要求高、经济性要求高、强度大等，在满足这些要求的前提下，还应该将其经济性要素考虑在内。

1.1.1耐久性要求高

高性能混凝土配合比优化设计最终的目的则是提升混凝土的耐久性，让其在工程建设中发挥出虽长期处于外界恶劣因素的影响下，还能够保障建筑的稳定、安全结构。故此，针对混凝土稳定性、抗渗性、抗侵蚀性、抗碳化性等因素进行探究，特别是耐久性方面尤为重要。

1.1.2工作性要求高

高性能混凝土拌合物的工作性要求就是保障其能在工程项目中提高混凝土浇筑的质量。混凝土在搅拌的过程中，要求高流动性、体积的稳定性、不泌水性等，在通常情况下，其工作性的直接表现就是变形能力和变形速度，例如测定塌落度。

1.1.3经济性要求高

任何事物的发展都离不开经济的支撑，但通常经济过高的产物往往是与其质量挂钩，质量高且价值适当的产物会在市场中占据最大的市场份额。高性能混凝土推广最大的阻碍就是其经济方面的问题，故此，在追求其稳定性、安全性、工作性、耐久性等方面要求的前提下，则要将成本控制在合理的范围内。

1.1.4强度大

混凝土强度的大小对其水胶比、矿物微细粉的用量也息息相关，只有适当的配合比才能保证其强度，才能保障工程的稳定性、安全性和耐久性。

1.2高性能混凝土配合比的技术途径

高性能混凝土配合比优化设计研究的过程中，一般其技术途径包括两个方面，即掺矿物微细粉和掺高性能化学外加剂。

1.2.1掺矿物微细粉

在进行高性能混凝土配合比优化设计研究的过程中，适量的掺入矿物微细粉，与混凝土中的氢氧化钙产生化学反应，生成了硅酸钙凝胶这个产物，而这个产物自身不仅能够改善混凝土界面的结构，还能够对水泥、砂石和骨料产生强大的粘和效果，最重要的是可以有效地将水泥、砂石的密实性提高，在一定程度上，也有助于提升其强度和抗渗性性能。

1.2.2掺高性能化学外加剂

在高性能混凝土配合比优化设计研究的过程中，主要就是采用新型的高性能化学外加剂，如常见的氨基磺酸系列的高性能化学外加剂，不仅影响了水泥的分散能力、减水率，而且降低水灰比的同时，大幅度的使得用水量降低，适当的将塌落度的损失加以有效的控制，提高了混凝土密实度和工作性性能。

此外，高性能混凝土在配置时，最关键的一点就是要保证其流动性性能，并且确保其在任何情况下都能够正常使用，这就要求高性能化学外加剂和水泥之间保持一种良好的适应性关系。因此，采用检测混凝土塌落度的方法，检测以及保障此类关系是否存在一定的合理性。

二、高性能混凝土的原材料要求

2.1水泥

水泥作为混凝土成分中最为重要的胶凝材料之一，直接对混凝土的成本和性能高低有着直接的影响。所以，主要是根据水泥的细度、碱含量、硫酸盐溶解度进行选择，通常采用的就是含有硅酸盐的水泥。另外，高性能混凝土杜绝选用立窑水泥。

2.2水

在制作高性能混凝土的过程中，国家《混凝土拌合用水标准》中明确指出，必须使用养护用水和拌合的方法。

2.3骨料

高性能混凝土自身就应该要选用一些质地坚硬、级配良好砂石，以及细度能够控制在2.7-3.1之间的细骨料，尤其是在配置C60强度的高性能混凝土时，应该就要选用一些粗骨料，即级配良好的碎石，骨料直径控制在25mm以下，并采用15-25mm和5mm-15mm之间的这两种级配混合的骨料作为原材料配合使用。

2.4化学外加剂

化学外加剂又被称之为高效的减水剂，它的主要作用就是提高混凝土的性能，是高性能混凝土配合比优化必不可少的技术之一。一般我们经常使用的化学外加剂主要包括氨基磺酸系列，其不仅能够有效的降低用水量，而且也可以有效的控制混凝土的塌落效率。

2.5矿物微细粉

矿物微细粉自身就具备细度高的特性，其中的品种包括粉煤灰、沸石粉、矿渣粉、硅粉等，一般选用的矿物微细粉都会考虑其安全性和质量，因为性能较好的矿物微细粉能够在一定程度上，能够降低混合物的粘连性，提高混凝土的流动性等，使得混凝土的耐久性得到进一步的改善。

三、配合比优化设计的参数选择

3.1水胶比

高性能混凝土的水胶比就是将水、水泥，以及矿物微细粉配合在一起，且配合比不得高于0.4，只有满足这个条件，低水胶比性能降低的混凝土自身的孔隙率在降低的同时，其孔隙的尺寸也是不断减小，具体数据如表1所示。

3.2浆集比

一般浆集比就是水泥浆与骨料之间的比，经过试验，固定浆集比的体积比控制在35:65的范围内，可以很好地将混凝土的强度、稳定性、安全性，以及其工作性提高一个层次。根据2006年出台的《高性能混凝土应用技术规程》中规定，胶凝材料总量应该要保持在450-600kg/m3的范围内，在此基础上，尽可能的将水泥用量用缩小矿物微细粉来进行替代，达到优化混凝土性能的目的，还能进一步降低高性能混凝土的成本，提高经济性价值。

3.3含砂率

含砂量的高低直接对混凝土的工作性性能有着极大的影响，当水胶比存在差异时，高性能混凝土中的最优含砂率是变动的，因为高性能混凝土的砂率配比与骨料、水泥、以及级配比息息相关，并最终确定0.37-0.44为最佳含砂率。

3.4减水剂

减水剂的作用就是提高混凝土的流动性性能，所以，高效减水剂的掺量应该考虑塌落度等方面的因素，最终得出掺量是0.01-0.02。

四、高性能混凝土的具体运用

在天津某项目工程中，其衬砌的混凝土设计强度等级要求是C50，抗渗级配等级是P10，水胶比0.33-0.37，塌落度在夏季施工控制在168mm左右，在冬季施工控制在172mm左右，在经过多次试验之后，得出了表2C50衬砌混凝土配合比（kg/m2）和表3C50衬砌混凝土性能效果表。特别注意的是，以上所有的原材料都处于饱和的状态，且呈现面干时的重量。

五、总结

综上所述，通过掺入矿物微细粉和高性能外加剂技术来提高混凝土的性能，不仅可以有效地改善混凝土自身的工作性能，而且也有利于降低成本，进而推动高性能混凝土的运用更具通用性、普遍性。

参考文献：

[1]赵军.高性能混凝土在高温环境下的刚度退化研究[D].合肥工业大学，2012-07-07.

[2]蒲建国.酒泉戈壁地区高性能混凝土耐久性研究[D].西安建筑科技大学，2011-07-02.

[3]蒋胜晖.高性能混凝土及其在结构工程中的应用[D].湖南大学，2010-08-11.