探析高性能混凝土配合比的設計和應用

摘要：高性能混凝土（簡稱HPC）是一種具有良好體積穩定性、高耐久性、高強度和高工作性能的混凝土，它是在大幅度提高常規混凝土性能基礎上采用現代混凝土技術，選用優質原材料，包括水泥、水、粗細集料以及礦物摻合料和高效外加劑配制而成的新型混凝土，具有高質量和高耐久性。本文主要談談高性能混凝土配合比設計原則、影響因素、方法等。

關鍵詞：高性能混凝土;配合比;設計

1.高性能混凝土的概述及特點

1.1高性能混凝土的概念

高性能混凝土，一般是指高強度、高彈性模量、低滲透性和良好的抵抗外界破壞能力的混凝土。與普通混凝土相比，高性能混凝土具有優良的工作性、良好的體積穩定性和很高的耐久性，是一種具有廣闊發展前景的環保型綠色建筑材料。

1.2高性能混凝土的特點

（1）具有高抗滲能力和相當的強度，但是高性能混凝土不一定就是高強度的，低和中強度的也可以。

（2）具有良好的工作性是高性能混凝土的又一主要特征。混凝土的拌合物，要求具有比較高的流動性，并且在成型的過程中不離析和不分層，非常易于充滿模型;自密實混凝土和泵送混凝土都具有非常良好的自密實性能和可泵性。

（3）高性能混凝土的使用壽命，一般比較長久。在一些特殊護理工程中的特殊位置，耐久性才是對于結構設計進行控制的主因素，而不是人們一般認為的混凝土的強度。高性能混凝土應用的主要目的，就在于它們能使混凝土的結構安全，非常可靠的達到50～100年以上，這個作用非常了不起。

（4）具有比較高的體積穩定性是高性能混凝土具有的又一重大優勢，這就體現在其硬化初期，混凝土就有著比較低的水化熱，在硬化的后期則收縮變形會比較小。

2.高性能混凝土配合比設計原則

2.1最優砂率原則

砂率。主要影響混凝土的工作性。當水膠比不同時，高性能混凝土中的最優砂率也有所變化。高性能混凝土的砂率可根據膠凝材料總量、粗細骨料的顆粒級配及混凝土泵送要求等因素來確定，宜采用37%一44%。

2.2最優漿集比原則

混凝土漿集比為水泥漿與集料的比例。HPC的特點是具有較好的工作性能，即要求具有較高的流動性，因此高性能混凝土要求有較大的膠凝材料總質量。但研究表明，混凝土會隨著膠凝材料用量的增加，彈性模量降低，收縮增加。因此，在高性能混凝土配合比設計中必須尋找最優的漿集比。試驗研究表明，當采用適宜的集料時，固體漿集體積比取34：60可以很好地解決混凝土強度、工作性和尺寸穩定性之間的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。

2.3最優膠凝材料原則

在進行配合比參數設計時，為保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應處在1個適宜范圍內，膠凝材料總量宜為450kg/～600kg/，其中礦物微細粉用量宜≤膠凝材料總量的40%。（6）高效減水劑摻量。高效減水劑是混凝土實現大流動性的唯一途徑，高效減水劑摻量應根據坍落度要求確定，其最佳摻量一般占膠凝材料質量的1%～2%。

3.高性能混凝土配合比的設計影響因素

3.1混凝土工作性

1.1流動性

流動性用坍落度表示，泵送混凝土屬于大流動性混凝土。出攪拌機的混凝土坍落度為T0，入泵混凝土坍落度為T1，則ΔT="T0-"T1稱為坍落度損失。坍落度損失越小越好，一般需要控制1小時坍落度損失率不大于20%。

混凝土入泵坍落度與混凝土泵送高度有關，根據混凝土的入泵坍落度與坍落度損失，即可算出混凝土初始坍落度T0，即"T0="T1+ΔT。

1.2可泵性

可泵性表示混凝土易于泵送而不產生堵管或分層離析和泌水等性能，可泵性好的混凝土，不但混凝土原材料應滿足要求，流動性大，而且粘聚性、保水性好。常壓泌水率要小，壓力泌水值一般控制在40-130ml，以70-130ml為好。

3.2配制強度

混凝土的抗壓強度，是結構混凝土最主要的指標，必須達到設計要求，混凝土強度等級保證率不低于95%。但混凝土抗壓強度也不宜過高，即超標太多。如超過設計強度3個等級以上，該混凝土不是最佳的混凝土，不僅增加了材料成本，而且還會使混凝土的膠凝材料用量過高，從而降低了混凝土的長期耐久性能。

3.3混凝土耐久性

近年來人們對混凝土耐久性的認識日益提高，國外各標準中也均把耐久性列為混凝土的最重要指標，也就是說，不是對有特殊要求的混凝土才要考慮耐久性，而對應對所有混凝土都予以考慮。

4.高性能混凝土配合比確定參數方法

4.1用水量在水灰比一定、原材料一定的情況下，使用滿足工作性的最小加水量（即最小的漿體量），可得到體積穩定、高強度的混凝土。因此，用水量根據混凝土拌合物坍落度的大小和高效減水劑的效果而定，一般wo≯175kg/m。

4.2水膠比。嚴格控制水膠比是保證高性能混凝土質量的關鍵之一。低水膠比能降低混凝土的孔隙率并減小孔隙尺寸，通過混凝土的低滲透性來保證其耐久性。高性能混凝土的水膠比[（水泥+礦物微細粉）]一般不大于0.38。

4.3漿集比。水泥漿與骨料（亦稱集料）的比例為漿集比。采用適宜的集料時，固定漿集體積比為35：65時可以很好地解決強度、工作性和體積穩定性之間的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。

4.4砂率砂率。主要影響混凝土的工作性。當水膠比不同時，高性能混凝土中的最優砂率也有所變化。高性能混凝土的砂率可根據膠凝材料總量、粗細骨料的顆粒級配及混凝土泵送要求等因素來確定，宜采用37%一44%。

4.5膠凝材料摻量。在進行配合比參數設計時，為保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應處在1個適宜范圍內，膠凝材料總量宜為450kg/m3～600kg/m3，其中礦物微細粉用量宜≤膠凝材料總量的40%。

4.6高效減水劑摻量。高效減水劑是混凝土實現大流動性的唯一途徑，高效減水劑摻量應根據坍落度要求確定，其最佳摻量一般占膠凝材料質量的1%～2%。

5.高性能混凝土配合比設計技術措施

5.1大量摻用粉煤灰改善混凝土性能

粉煤灰中的玻璃微珠能使水泥砂漿粘度和顆粒之間的摩擦力降低，使水泥顆粒充分分散，在相同稠度下使混凝土用水量減少，提高其和易性。另一方面，由于粉煤灰顆粒較細，可以起到改善膠凝材料的顆粒級配的作用，使填充膠凝材料的空隙水量減少，因而也有效的降低了混凝土用水量。粉煤灰摻入高性能混凝土中，在早期基本不參與水化，而只起到填充作用，使混凝土獲得較好的工作性能，而后期大部分粉煤灰顆粒開始和水泥水化產物作用，形成大量的填充顆粒，使混凝土強度得以發展，內部結構不斷密實，從而有效的提高了混凝土的抗滲性。

5.2采用復摻技術

“復摻”是指在混凝土中摻入兩種或兩種以上的細摻料。“復摻”利用的化學機理是：粉煤灰的化學活性相對較低，它對混凝土早期強度影響較大，尤其是在摻量較高的情況下，影響更大。為了彌補這一缺陷，加人粉煤灰后再復合活性較高的超細礦渣粉，可提高火山灰效應，增加體系中微粒間的化學交互、誘導激發，從而提高粉體的化學活性。粉煤灰和礦渣粉復摻后，在混凝土強度上有一定互補，產生單一混合材所不具有的優良效果，發揮其更大的優勢。“復摻”料后混凝土具有良好的工作性能和耐久性能，而且有較好的經濟效益。

6.結語

綜上所述，高性能混凝土的研究與開發應用，對普通混凝土的技術性能指標有了重大的突破和發展，對節能、工程質量、工程經濟、環境與勞動保護等方面都具有重大意義。因此，合理的材料配合比設計應該在符合相關規范給出的包括強度、耐久性、均勻性、和易性、滲透性和經濟性等要求的前提下，確定各種成分的用量，獲得最經濟和適用的混凝土。

參考文獻：

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