高性能混凝土的配合比設計與強度試驗

高全玲

(二連浩特市建筑工程質量監督站，內蒙古 二連浩特 011100)

高性能混凝土的配合比設計與強度試驗

高全玲

(二連浩特市建筑工程質量監督站，內蒙古 二連浩特 011100)

摘要：當前大型混凝土建筑物施工要求越來越高，如何實現良好的耐久性，保持更長使用壽命成為亟待解決的難點。從高性能混凝土配合比角度進行了優化設計，確定了混凝土配置強度、水膠比和用水量等參數，通過優化混凝土確定了施工的配合比。對邊長為150 mm的立方體試件完成了混凝土試驗檢測。結果表明，優化配合比后的混凝土具有高耐久性、穩定性、均勻性以及較強韌性等特點。劈裂抗拉強度試驗進一步驗證了試驗配合比的合理性，為設計推廣提供了有力的證明，對于國內建筑行業發展有一定的理論和實際意義。

關鍵詞：混凝土；建筑物；強韌性；配合比

當前大量的超高、超大型混凝土建筑物不斷出現，如：高層建筑、跨海大橋、海底隧道、核反應堆和有害廢物處理等工程[1]。然而，上述混凝土工程施工與維修非常困難，所處的環境也非常差，這對于混凝土的施工性能要求特別高，澆筑時最好不要出現問題，且需要具備良好的耐久性，這樣才能保證其使用壽命[2]。高性能混凝土是目前使用最多的一種人造石，而環境受到混凝土使用的影響是當前研究人員關注的熱點問題[3]。另外，因為混凝土提前退化，拆除過后的混凝土廢物怎樣處理也是需要考慮的問題，故應從根本上降低混凝土中的水泥量，盡可能的使工業廢棄物得到合理的利用。本文基于上述背景，針對高性能混凝土進行了特性研究。

1實現高性能混凝土的配合比設計

因為高性能混凝土具有較低的強度等獨特性質，且對其造成影響的因素比較多，所以鮑洛米公式已不再適用于其配合比設計。目前，該領域還沒有一個統一適用的方法，不同國家的相關研究人員都基于自己的試驗，對具體的配合比進行了大概的計算，再進行試配，最終將配合比確定下來。下述基于筆者的工作經驗，進行高性能混凝土配合比設計分析。

1.1確定混凝土配置強度

高性能混凝土配置強度的計算公式為：

fcu,o=fcu,k+1.960σ=

50+1.960×6=61.76 (MPa)

式中，fcu,o是混凝土配制強度；fcu,k是混凝土設計強度；σ是混凝土強度標準差(其取值見表1)，在混凝土強度的保證率為97.5%的情況下，其概率度為1.96。

表1　混凝土強度標準差σ取值

1.2計算水膠比W/(C+M)

碎石所配制成的高性能混凝土的強度計算公式為：

fce=γc×fcu,k=1.16×42.5=49.3 (MPa)

式中，fce是混凝土碎石強度，單位為MPa；C是灰用量；M是礦物質摻和量；W是用水量；γc是水泥標號的富余系數，其值可根據表2來確定。

表2　水泥標號的富余系數γc取值

1.3確定用水量

1 m3混凝土的用水量見表3。

表3　混凝土用水量　(kg)

根據結構構件截面尺寸的大小、配筋的疏密和施工搗實的方法來確定。

1.4計算初步配合比

由計算結果可得初步配合比，也就是1 m3混凝土所需水泥、水、砂、石子以及減水劑等材料的質量分別為437、149、544、1 270和6.56 kg，因此，配合比為水泥∶水∶砂∶石子∶減水劑=1∶0.34∶1.24∶2.90∶0.015。

1.5確定施工配合比

上述所得的初步配合比是干燥的狀態，但工地上的砂石等材料并非是完全干燥的，因此，要根據這種情況來修改現場材料的真實稱量，更改過后的配合比即施工配合比。對砂、石進行檢測得知其含水率為2%和3%，下述嘗試對1袋水泥的施工配合比進行計算。

1袋水泥的質量是50 kg，那么砂的質量與含水率分別為：50×(1.24+2%)=63 (kg)、50×1.24×2%=1.24 (kg)，石的質量與含水率分別為：50×(2.9+3%)=146.5 (kg)、50×2.9×3%×4.35 (kg)，水的質量為：50×0.34-1.24-4.35=11.41 (kg)，由此可以得出該混凝土施工配合比為1∶1.26∶2.93∶0.23∶0.015。

2設計的配合比高性能混凝土試驗檢測

2.1抗壓試驗檢測

2.1.1試驗設計

根據標準方法制成邊長為150 mm的立方體試件，將其置于約為20 ℃且空氣濕度>90%的環境中，經過4 w的養護之后，使用標準的測試與計算方法所得的強度值即是水泥混凝土的抗壓強度。

壓力試驗機上、下承壓板的剛度要夠強，為了試件更好的對中，盡量在上承壓板上設置一個球形支座。壓力機的相對誤差應≤2%，需定期對其進行檢查，從而使其示值更加準確。針對混凝土試件的破壞荷載來確定壓力機的量程，如果試件破壞，則其讀數還須滿足在全量程的20%～80%。

2.1.2試驗方法

1)根據試驗需要所得試件，在標準的養護下進行規定周期的養護。

2)取出試件，第1步對其尺寸與形狀進行檢查，相對的2個平面要平行，其表面傾斜高度應≤0.5 mm。對棱長進行測量，精確到l mm。根據試件與壓力機上、下接觸面的平均值計算出其受力截面積，若試件有蜂窩現象，那么在試驗頭三天要將其填平，可選擇較濃的水泥漿，同時應在報告中作相應的說明。在試驗時，應保持試件干燥，然后再對其質量進行稱量。

3)將成型時的側面作為其上、下受壓面，將試件放置于壓力機中心的球座上，試件或球座與機臺中心的距離應≤5 mm，以0.6 MPa/s的速度均勻地施加荷載，如果試件開始變形，此時就不要對試驗機油門進行調整了，直到試件損壞，將此時的破壞荷載記錄下來。

2.1.3試驗記錄

立方體抗壓記錄結果見表4。

表4　立方體抗壓記錄結果

表3中的數據充分表明了高性能混凝土具有的高耐久性、穩定性、均勻性以及較強的韌性等特點，也驗證了試驗設計的合理性。

2.2混凝土劈裂抗拉強度試驗

為了進一步分析其特性，下述將探討其劈裂抗拉強度。

2.2.1試驗設計

劈裂抗拉強度的試驗設計如下：從養護地將試件取出之后，將其擦干，然后對其尺寸進行測量，在該試件中部劈裂面位置線處進行標記。劈裂面垂直于成型時的頂面，測量結果精確到1 mm；將試件置于球座的對中點上，將墊層墊條放好，方向垂直于成型時頂面；一定要以0.06 MPa/s的速度不間斷地、均勻地施加荷載，通過墊條將荷載均勻地施加給試件，在上壓板靠近試件時，就要對球座進行相應的調整，均衡兩者直接的接觸，若試件即將損壞，就不要進行油門的調整了，直到試件損壞，將破壞荷載記錄下來，精確到0.01 kN。

2.2.2試驗計算方法

1)根據下述公式來計算混凝土劈裂抗拉強度Rt：

式中，Rt是混凝土劈裂抗拉強度，單位為MPa；P是極限荷載，單位為N；A是試件劈裂面面積，單位為mm2。

2)混凝土抗壓強度測定值的取舍原則與劈裂抗拉強度測定值的取舍原則相同。

3)通過此試驗方法所測的劈裂抗拉強度值，若要進行軸心抗拉強度換算，則要與換算系數0.9作乘積運算。

2.2.3計算結果分析

記錄結果見表3，因此Rt=0.637×54.6=34.78 (N·mm-2)，這一試驗結果進一步驗證了試驗配合比的合理性，為這一設計推廣給出了有力的證明。

3結語

高性能混凝土對于當前大型特種建筑物中的應用具有較為重要的作用，本文主要進行了詳細的高性能混凝土配合比設計，確定了施工配合比；特性檢測結果驗證了高性能混凝土具有的高耐久性、穩定性、均勻性以及較強的韌性等特點，這一研究對于高性能混凝土進一步合理應用有明顯的意義。

參考文獻

[1] 余志武,丁發興,羅建平. 高溫后不同類型混凝土力學性能試驗研究[J]. 安全與環境學報,2005(5):1-6.

[2] 汪冬冬,周士瓊,李俊,等. 粉煤灰高性能混凝土力學性能影響因素試驗研究[J]. 商品混凝土,2005(6):15-20,39.

[3] Zhang D C. Carbonation resistance of sulphoaluminate cement-based high performance concrete[J]. Journal of Wuhan University of Technology(Materials Science Edition),2009(4):663-666.

責任編輯鄭練

The Mix Design and Strength Tests With High-performance Concrete

GAO Quanling

(Erenhot City Construction Engineering Quality Supervision Station, Erenhot 011100, China)

Abstract：The current large-scale construction of concrete structures have become increasingly demanding, and how to achieve better durability to keep longer life become an urgent difficulty. The optimal design with high-performance concrete is done. Ensure the configuration of the concrete strength, water-cement ratio, water consumption and other parameters, then optimize the mix proportion of concrete construction. The cube with length of 150 mm concrete specimens test is completed. The results show that: the optimizing concrete mix has high durability, stability, uniformity, strong toughness and other characteristics. Splitting tensile strength test further validates the test ratio is reasonable, and supplies a strong proof of the design and promotion. The study for the development of the domestic construction industry has certain theoretical and practical significance.

Key words:concrete, building, strength and toughness, ratio

收稿日期：2014-11-14

作者簡介：高全玲(1965-)，女，高級工程師，主要從事建筑工程質量等方面的研究。

中圖分類號：TU 528

文獻標志碼:A