淺談高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

【摘 要】 隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，混凝土其用途也越來(lái)越廣泛，已經(jīng)滲入當(dāng)今社會(huì)的各個(gè)領(lǐng)域。特別是高性能混凝土多應(yīng)用于建設(shè)工程的重要結(jié)構(gòu)部位，如何能夠保證高性能混凝土滿足施工要求是我們的一項(xiàng)重要工作，本文對(duì)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意的幾個(gè)問(wèn)題進(jìn)行了分析，并提出相應(yīng)的施工控制措施。

【關(guān)鍵詞】 高性能混凝土、配合比設(shè)計(jì)、施工控制

區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，應(yīng)用于重要結(jié)構(gòu)主要包括：橋基，承臺(tái)，橋臺(tái)，墩身，預(yù)制梁，現(xiàn)澆梁、主梁接縫混凝土、涵基涵身混凝土、房屋建筑及路基支擋結(jié)構(gòu)混凝土、防撞墻等。在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，被認(rèn)為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向，現(xiàn)從配合比設(shè)計(jì)的幾個(gè)重要的方面進(jìn)行一些簡(jiǎn)單探討：

1、高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算基礎(chǔ)

由于高性能混凝土更突出了耐久性，且在某種條件下要求有更高的工作性能，因此配制高性能混凝土?xí)r，要求配制人員必須具備必要的專業(yè)知識(shí)，并且充分了解原材料各組分的性能、相互作用及對(duì)混凝土性能的影響。而對(duì)于高性能混凝土目前沒(méi)有固定的方法，大都是已經(jīng)驗(yàn)為主的半定量設(shè)計(jì)方法。本文應(yīng)用混凝土體積模型建立混凝土用水量和砂率的計(jì)算公式，再結(jié)合水膠比定則，可以全面的確定高性能混凝土中各組分用量，再結(jié)合實(shí)際經(jīng)驗(yàn)可以更好更方便地實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的配合比計(jì)算。

混凝土配合比設(shè)計(jì)是混凝土材料科學(xué)中最基本而又最重要的問(wèn)題。根據(jù)混凝土強(qiáng)度與水灰比關(guān)系。有：

該式為混凝土配合比設(shè)計(jì)的強(qiáng)度基礎(chǔ)。

根據(jù)混凝土體積模型1）混凝土各組成部分具有體積可加性2）石的空隙由砂漿來(lái)填充3）砂漿中的砂的空隙由水泥漿來(lái)填充4）膠凝材料的空隙由水和空氣隙來(lái)填充5）膠凝材料為水泥，粉煤灰等膠凝材料（表1）。

根據(jù)混凝土體積模型每方混凝土中令Vw+Va+Vc+Vf=Vm，Va+Vc+Vf+Vs=Vsm（2）其中Vw、Va、Vc、Vf、Vs 、Vg分別表示混凝土中水、空氣、水泥、細(xì)摻料、砂和石的體積含量。

根據(jù)美國(guó)Mehta 和Aitcin 教授在對(duì)高性能混凝土進(jìn)行了大量研究后認(rèn)為：要使高性能混凝土同時(shí)達(dá)到最高的施工和易性和強(qiáng)度以及尺寸穩(wěn)定性膠凝材料漿體體積宜為混凝土體積的35%左右。我們?nèi)m：（Vs+Vg）=35：65這一事實(shí)確立了高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中膠凝材料漿體體積和骨料體積的定量關(guān)系。

假設(shè)細(xì)摻料加入量為水泥的x%

由（2）可得：

W=Vm-Vc-Vf-Va 其中A、B為回歸系數(shù)表1-3給出了A、B的取值。

其中，為水泥，細(xì)摻料的密度。

公式中系數(shù)的大小與細(xì)摻料的摻入量有關(guān)（表2）。

公式（3）（4）（5）表明高性能混凝土用水量取決于強(qiáng)度和水膠比，混凝土強(qiáng)度越高，水膠比越小，則用水量越少；礦物細(xì)摻料的品種和摻入量影響混凝土的用水量；引氣量越大，則混凝土用水量越少。

砂率的確定：根據(jù)混凝土體積模型觀點(diǎn)（2）石的空隙由砂漿來(lái)填充 當(dāng)單位體積的混凝土中，石的間隙剛好被砂漿填滿時(shí)，有砂漿的體積為

Vsm=1000）（6）

其中、分別為石的表觀密度和堆積密度。

砂率：

其中 、分別砂和石的密度。

由于砂石表觀密度相差不大近視 =公式可以（7）簡(jiǎn)化為

SP=x100% （8）

公式（7）、（8）表明混凝土砂率隨混凝土用水量的增加而增加，隨膠凝材料的用量增加而減小。根據(jù)高性能混凝土體積相關(guān)觀點(diǎn)我們可以取Vm=350l/，集料體積Vs+Vg=650l/，。這樣公式（8）可以簡(jiǎn)化為：

高性能混凝土由于其高的強(qiáng)度和耐久性、和易性。原材宜使用標(biāo)準(zhǔn)稠度低，強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的普通和中熱硅酸鹽水泥。細(xì)骨料宜選用級(jí)配良好，細(xì)度模數(shù)為2.6到3.2的中粗砂。粗骨料宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好，針片狀少，空隙率小的碎石，壓碎指標(biāo)不大于10%，骨料的最大粒徑不宜大于25mm 外加劑應(yīng)與水泥匹塌落度損失小的高效減水劑，減水率不宜小于20%，最好大于25%其他細(xì)摻料應(yīng)符合國(guó)家相關(guān)規(guī)定。

2、混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算步驟

（1） 配制強(qiáng)度：

（2） 水膠比：

（3） 用水量：W=

（4） 膠凝材料用量：，

F=為細(xì)摻料的加入量

（5） 砂率及集料用量：砂率SP== x100% S=

（6） 外加劑：外加劑應(yīng)與水泥匹塌落度損失小的高效減水劑加入量應(yīng)保證混凝土有很好的和易性加入量宜為5%-12%

（7） 配合比調(diào)整和試配：當(dāng)采用3 個(gè)不同的配合比進(jìn)行混凝土強(qiáng)度試驗(yàn)時(shí)，其中一個(gè)為基準(zhǔn)配合比，另外兩個(gè)配合比水灰比，宜教基準(zhǔn)配合比分別增加和減少0.02～0.03。配合比確定后還應(yīng)用該配合比進(jìn)行不少于6次的重復(fù)試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

3、對(duì)配合比設(shè)計(jì)的討論

在以上混凝土配合比設(shè)計(jì)中，配制強(qiáng)度，水膠比，用水量，膠凝材料的組成與用量，砂率以及粗細(xì)骨料的用量都可以用公式計(jì)算確定，這樣可以減少配制時(shí)對(duì)經(jīng)驗(yàn)的依賴和減少尋找時(shí)間。當(dāng)然在計(jì)算種涉及幾個(gè)參數(shù)的取值問(wèn)題比如水泥漿體體積和骨料體積，這些取值都有比較成熟的研究成果。與傳統(tǒng)比較科學(xué)性和定量化大大方便試驗(yàn)人員。

4、在實(shí)際操作中容易存在的問(wèn)題

不少施工單位在配合比設(shè)計(jì)時(shí)純粹是為了達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度，按規(guī)范要求或以往經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行一組配合比設(shè)計(jì)，試配后強(qiáng)度達(dá)到要求就算完成了；若達(dá)不到要求，唯一的方法就是增加水泥用量，很少有人從材料調(diào)配、經(jīng)濟(jì)效益、混凝土工作質(zhì)量等方面綜合考慮。水泥用量過(guò)多，往往導(dǎo)致混凝土收縮裂縫的產(chǎn)生和徐變?cè)龃?，而且也相?yīng)的增加了成本。

5、相應(yīng)的措施

在規(guī)范要求允許的條件下，試驗(yàn)室應(yīng)配制不同的配合比，從經(jīng)濟(jì)、工作性能、質(zhì)量等方面綜合考慮擇優(yōu)選用，并應(yīng)針對(duì)不同施工部位、不同評(píng)定方法給予適當(dāng)調(diào)整，盡量避免凡是同一強(qiáng)度均使用一個(gè)配合比的做法，試驗(yàn)室還應(yīng)收集每次配合比及施工情況的詳細(xì)數(shù)據(jù)，并注意對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，以便得出本試驗(yàn)室的水灰比、用水量、砂率、水泥用量范圍及σ數(shù)值，日積月累，就能成為一個(gè)很可觀、很寶貴的參考資料，對(duì)以后的施工將會(huì)起到不可估量的作用。

6、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高性能混凝土由于其優(yōu)良的性質(zhì)，近年來(lái)倍受關(guān)注，這不僅是一種技術(shù)性能很好的混凝土，而且是一種綠色混凝土，是可持續(xù)發(fā)展的，但是要體現(xiàn)它的高性能不只是一個(gè)優(yōu)質(zhì)的配合比，更主要的是看施工企業(yè)是怎么去實(shí)際操作，從各個(gè)環(huán)節(jié)上作到科學(xué)，合理施工。

參考文獻(xiàn)

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[2] 高性能混凝土及施工工藝

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