高强高性能混凝土的配合比设计方法

高强高性能混凝土的配合比设计方法

胡业晓

平阴鑫源商品混凝土有限公司250400

摘要：高强高性能混凝土被称为“21世纪混凝土”，具有耐久性好、体积稳定性高、工作性强等性能。介绍高强混凝土的应用现状，并以《普通混凝土配合比设计规程》为基础，通过C60高性能混凝土，探讨高强高性能混凝土配合比在设计规程中的问题，测定高强高性能混凝土的强度，通过对试验数据的分析，探讨影响高强高性能混凝土强度的因素，并提出相应的设计思路和方法。

关键词：高强高性能；配合比设计浆集比；砂率

引言

混凝土的性能直接决定混凝土结构的寿命，在水化硬化过程中，普通混凝土产生的水化热相对较多，从而引发内部产生干缩裂缝，由于普通混凝土内部存在较多不均匀的孔隙，削弱了混凝土的强度和耐久性，当承受外部荷载时，混凝土开始产生裂缝并延伸发展，使得有害介质易向混凝土内部侵入，比如水、氯离子以及二氧化碳，最终导致混凝土结构过早劣化甚至丧失实用功能，缩短结构服役寿命[1]。高强高性能混凝土，是指强度高于C60的混凝土，具有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土，坍落度大于180mm以上且工作性能好[2]。高强高性能混凝土也可以称之为大流动性混凝土，如今我国建筑设施行业得快速发展，且外加剂的性能也稳步提升，高强高性能混凝土的使用越来越广泛。采用不合适的配合比比例，是高强高性能混凝土出现早期体积稳定性差且容易开裂的原因，这是制约高性能混凝土在工程应用中的重要因素[3]。因此，研究高强高性能混凝土的配合比设计方法具有非常重要的意义，超高强高性能混凝土已成为水泥基复合材料发展的重要方向之一。

1高强高性能混凝土的应用现状

我国黄大能教授认为[5]：高性能混凝土必须具有优良的耐久性能和工作性能，并具有适当的高强性能，而且在未来的使用过程中，混凝土在长期保持自身稳定性的前提下并能够抵抗并减少使用环境中化学侵蚀的作用。然而，我国的高强高性能混凝土的发展虽稳步上升但仍不广泛，高强和超高强性能混凝土仅集中于发达城市的应用较普及，尤其在大跨度桥梁、高层建筑等建筑物中的应用中，但最高混凝土强度等级已经达到了C130，并已在实际工程中应用。

1.1实现高性能化

实现高性能化是一项艰巨的系统工程，高性能混凝土具有多项优良性能，较好的体积稳定性、优良力学性能和工作性能，在经济上也较合理，弥补了传统混凝土的不足之处。目前高强高性能混凝土试件在我国国内院校以及试验室中成功配制，但是当应用于工程项目中，仍存在实际问题。针对高性能混凝土，应将实现高性能化放在首位，使设计和实际生产的性能达成一致。因此高强高性能混凝土在整个流程中，需确保优良性能充分发挥[7]。

1.2绿色发展模式

目前全世界各行各业共同追求的目标是绿色发展模式，节能环保。同样节约资源保护环境这种环保理念也要应用在高强高性能混凝土中，比如在设计和施工过程中，为了实现高性能混凝土绿色可持续发展，可以采用外掺剂从而减少水泥的使用。

1.3标准化研究

高强高性能混凝土在我国混凝土设计规范中的内容较欠缺，应根据大量研究成果进行修订和完善，从而使相关技术规范化，高强混凝土标准化研究并推广的意义十分重大。

2.配合比设计基本原则

2.1基本原则

2.1.1提高配置强度的基本原则由于高性能混凝土的强度受众多因素的影响，任何一个因素产生偏差对混凝土的最终强度都会发生很大的改变，所以在配制混凝土前要考虑一定的

富裕系数来提高混凝土的配制强度。目前国内高性能混凝土配制强度还广泛采用的是普通混

凝土配合比设计规程的方法[8]，其计算公式为：

𝑓𝑐𝑢,p≥𝑓𝑐𝑢,o+1.645𝜎（1）

式中：𝑓𝑐𝑢,p—高性能混凝土的配制强度；

𝑓𝑐𝑢,o—高性能混凝土的强度设计值；

𝜎—高性能混凝土强度标准差。

2.1.2采用较小的水胶比的基本原则较高的胶凝材料用量和较低的用水量是制备高性能混凝土的前提条件，进而降低水胶比，然而胶凝材料用量过多和用水量过少并不一定会改善高性能混凝土的性能，反而会起到相反的作用，粉煤灰掺量过高对高性能混凝土的强度没有太大贡献，反而会降低混凝土的强度，而如果用水量过少，胶凝材料水化反应的需水量会不足，造成部分胶凝材料没有发生反应，降低混凝土的强度。

2.1.3合理选用砂率的基本原则混凝土的砂石含量通常用砂率来表示，砂率主要影响混凝土的工作性能，通常情况下，砂率的增加，混凝土的强度有增加的趋势，但混凝土的弹性模量有减小的趋势。与中低强度等级的混凝土相比较，高强高性能混凝土的粗骨料用量较高，若砂率过小，细骨料就没有足够的数量来填充粗骨料之间的空隙，就使得过多的浆体来填充，对混凝土的强度有很大的影响，如果骨料之间仍然填充不满，将严重影响混凝土的密实性，导致强度和耐久性严重下降。

2.1.4对外加剂和矿物掺合料选用的优化原则在混凝土中掺入外加剂和矿物掺合料的目的是改善混凝土的某项性能指标，使混凝土成为高性能混凝土，外加剂和矿物掺合料种类的不同，在改善混凝土性能上也会不同，有的会相互互补，有的则会相互叠加。如高效减水剂能使在用水量低的情况下，使混凝土的工作性能大大提高，达到减水的效果，而矿物掺合料需水量则有所不同，粉煤灰需水量相对少些，而硅灰则要增加用水量，所以要综合考虑外加剂和矿物掺合料对混凝土性能影响程度，进而合理选择各自的掺入比例。同时对矿物掺合料而言，通过之前的分析看，双掺要比单掺对混凝土性能改善要优越些，充分发挥矿物掺合料优势互补的作用。

6结论

此试验数据表明需考虑浆集比对高性能混凝土强度的影响因素，其水胶比并不是影响混凝土强度的唯一原因，而浆集比数值可通过简化计算和后期配合比验证来确定，其数值过大和过小都对混凝土强度产生不利影响。若高强高性能混凝土的材料以固定，则浆集比存在为最佳数值。高性能混凝土配合比设计工作是将混凝土各项组成材料进行合理配制，充分发挥各种材料的最佳性能，是高性能混凝土形成的关键工作，各种组成材料含量的多少以及相互之间的比例关系对高性能混凝性能有很大的影响，必须要考虑浆集比的影响。

参考文献：

[1]董方园,郑山锁.高性能混凝土研究进展Ⅰ:原材料和配合比设计方法[J].材料导报.2018,32（01）：159-166

[2]江见鲸,李杰,金伟良.高等混凝土结构理论[M].北京:中国建筑工业出版社,2006

[3]安明喆,朱金铨,覃维祖.高性能混凝土的自收缩问题[J].建筑材料学报,2001,4(2):159-166.

[4]蒲心诚,王冲,刘芳,等.特超强高性能混凝土的研制与展望[J].混凝土与水泥制品,2008(2):1－5．

[5]RAHMANS,MOLYNEAUXT，PATNAIKUNII.Ultrahighperformanceconcrete:recentapplicationsandresearch［J］．AustralianJournalofCivilEngineering,2005。

[6]张明征.高性能混凝土的配制与应用[M].2003.

[7]马庆华,程刚.自密实高性能混凝土配合比优化设计及计算探讨[J].混凝土2017(10):131-134.

[8]黄大能.外加剂、流变学与高性能混凝土[J].混凝土与水泥制品,2000,2:3-4