高性能混凝土配合比設計優化與質量控制措施

何彩云

（中國水利水電第十一工程局有限公司，河南 鄭州 450001）

一、高性能混凝土的特性

高性能混凝土是針對工程具體要求，尤其是對特定要求而制作的混凝土。例如：針對典型腐蝕環境條件需采用相應耐久性能要求而制作的混凝土；又如針對鋼筋密集的結構部位而采用免振搗的自密實性能要求制作的混凝土等；同時也可以針對常規情況但對混凝土有較高技術性能要求的情況，等等。

高性能混凝土具有的性能：易于振搗，不易離析，早期強度高，力學性能高，體積穩定性好，抗碳化、抗凍性、抗滲性、抗氯離子滲透等耐久性性能高，概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結構的使用年限，降低工程造價。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結構的使用年限，降低工程造價。但同時也要正確認識到：

（一）高性能混凝土的特性是針對具體應用和環境而開發的。

（二）高性能混凝土制備技術應該注意克服追求高早強的傾向，這對混凝土的體積穩定性意義重大。

（三）流動性不可作為高性能混凝土的指標，需根據工程特點注意拌合物的工作性。

高性能混凝土應加入足夠的礦物細摻料，且前提是水膠比較低，不可說只要加入"礦物細摻料"就是高性能混凝土。

（四）C30-C50中等強度混凝土應"壽命優先，強度適宜"的混凝土配合比設計思路。

（五）混凝土高性能化的發展重點應該是:混凝土的長期性和耐久性。

二、實現高性能混凝土質量的前提

（一）混凝土拌合站要求

1.為了能夠保證高性能混凝土的質量，應采用預拌混凝土生產方式。預拌混凝土生產方式是當今混凝土的主流生產方式，具有集成化和現代化的特點，有利于綠色化生產。高性能混凝土比普通混凝土生產工序管理嚴格，其生產設備應滿足現行國家標準《混凝土攪拌站（樓）》GB/T10171要求，另一方面要加強每一道工序的管理，嚴格按照工序實施的流程進行操作，保證混凝土生產質量。在整個高性能混凝土配比的過程中，需要通過相關的監督制度以及監控系統，嚴格的監控每一個生產流程，保證所有的人都能夠按照相關的規章制度辦事，嚴格按照每一道工序，遵守每一個配比環節，保證高性能混凝土的質量。

2.對于混凝土拌合站機組也有一定的技術要求。拌制高性能混凝土應采用臥軸式、行星式、或者逆流式強制攪拌機拌制。混凝土拌合站，具有電子自動計量裝置，計量偏差自動調整，自動存儲機密碼鎖定功能，確保計量精度滿足要求。根據混凝土配合比設計要求，設置好粉料罐和外加劑儲料罐，粉料罐一般應在4個以上，滿足儲料需要，外加劑設置在2個以上，考慮引氣劑與高性級減水劑兩種；骨料堆場有防雨、防揚塵設施，按照配比情況設置骨料倉，宜在5個以上，分為合格倉和待檢倉，建議采用輕鋼結構搭設。施工現場的場地面積以及整個原材料是否有足夠的空間進行儲藏，廠房的各項布置要布局合理，各項原材料尤其是一些粉料罐要嚴格地做好標識。

3.現行混凝土施工提倡綠色施工，高性能混凝土綠色生產重點是三方面：對攪拌站的要求、對綠色生產設備設施的要求、對廢水、廢漿、廢棄新拌混凝土處理和再生利用設備施的要求。要求正常生產時段PM2.5廠界平均濃度不大于75毫克每立方米，嚴格控制廢水、廢漿、廢棄新拌混凝土和廢棄混凝土的排放，廢水、廢漿、廢棄新拌混凝土要達到零排放。

（二）嚴格控制原材料質量

混凝土原材料是制備高性能混凝土的關鍵因素。原材料應符合國家現行標準的規定外，各項出廠檢驗報告齊全，還應通過試驗人員檢測合格后方能使用，各種原材料要有明確的標識，標明名稱、品種、生產廠家和日期。原料的選擇應注意以下幾方面：

1.水泥的品種和標號

原則上說，配制高性能混凝土應盡可能采用C3A含量低、強度等級高的水泥。但考慮生產成本等因素，不同強度和性能要求的高性能混凝土可選用不同標號及不同品種的水泥。水泥應選擇42.5MPa以上，堿含量應小于0.6%。嚴寒地區抗凍要求的混凝土宜采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，有硫酸鹽侵蝕的，應采用抗硫酸鹽水泥。另外，水泥強度等級的選擇還與所采用的減水劑和活性超細粉的種類、品質及施工工藝有一定關系，應與其他材料有適應性。

2.集料

高性能混凝土強度和耐久性提高的主要原因之一是集料與硬化水泥漿體界面得到了改善和強化。因此，集料的強度和表面性能及集料的級配對高性能混凝土性能的影響比對普通混凝土的更大。碎石應為連續級配，松散堆積空隙充不大于45%；人工砂應注意石粉含量不大于10%，MB值應小于1.4；采用天然砂宜為Ⅱ區中砂。

3.混合材料

用于高性能混凝土的粉煤灰宜為Ⅱ級粉煤灰，礦渣粉應滿足S95級以上，硅粉sio2含量不小于85%。

4.外加劑

生產高性能混凝土應采用高效減水劑，不降低水膠比。外加劑要與水泥滿足相容性要求因奈系減水劑保坍性能差，建議采用高性能減水劑。生產中應注意，外加劑的濃度是否與樣品送檢時保持一致，否則要及時調整用量。

（三）現場施工管理

高性能混凝土不但在原材料、配合比、制備方面要求嚴格，在施工過程中也要嚴格控制。混凝土生產中應嚴格測定砂、粗骨料的含水率，應及時根據含水量的變化，調整配合比。

嚴格控制各項原材料的稱量誤差，誤差要小于普通混凝土要求。拌合時間要大于普通混凝土攪拌時間。高性能混凝土攪拌宜采用二次投料法，時間不少于3min；混凝土運輸時間不宜超過120分鐘，嚴禁在運輸過程中加水。養護過程要注意更嚴格的保溫和保濕。因為高性能混凝土水泥用量較大，且水泥中C3S含量較高，因此水化熱相對較高。

三、高性能混凝土配合比設計優化策略

（一）高性能混凝土配合比設計優化原則

在進行高性能混凝土配合比的設計過程中必須要遵循幾個設計原則，首先是低用水量，其次低水泥用量，限制膠凝材料用量原則，水泥的用量和配制普通混凝土一樣，水泥用量不僅影響新拌混凝土的和易性，而且影響混凝土的強度，耐久性及收縮變形等一系列性能。水泥用量低，混凝土的強度降低，但水泥用量過高，又會出現水化熱釋放過高并引起混凝土化學收縮、干濕變形和蠕變性增加。因此膠凝材料總量范圍需控制在400kg/cm3-600kg/cm3之間，高標號混凝土水膠比不宜大于0.38，進而能夠保證混凝土的質量。再者需要嚴格遵守最大用水量原則，在整個高性能配合混凝土配合比設計優化的過程中，必須要時刻的關注整個配合過程中的用水量和需水量，但是需要控制用水量在一百八十千克每立方米之內。三是以礦物摻合料和外加劑為必要條件，采用“雙摻”技術。在混凝土中摻加外加劑和礦物摻合料，推動了混凝土技術的發展，也是高性能混凝土的基礎。

（二）高性能混凝土配合比優化設計策略

大量研究表明，影響混凝土性能(尤其是強度和耐久性)的最主要因素有兩個方面：

一是混凝土中硬化水泥漿體的孔隙率，孔分布和孔特征；二是混凝土硬化水泥漿體與集料的界面。要想提高混凝土的強度和耐久性，必須降低混凝土中水泥石的孔隙率，改善孔分布(即盡可能降低有害大孔)，減少開口孔。根據以上因素，主要從以下幾方面的技術措施實施上述途徑：

1.選用優質的、同時符合一定要求的水泥和粗細集料。這是配制高質量混凝土的基本條件，更是配制高性能混凝土的必要條件。

2.選用高效減水劑。在滿足新拌混凝土大流動度的同時，降低W／C，使混凝土中水泥石孔隙率降低。

3.選用具有一定潛水硬性的活性超細粉。如硅灰、稻殼灰、超細沸石粉、超細礦渣粉、超細粉煤灰、超細石灰石粉等。通過摻用活性超細粉提高混凝土的性能是目前高性能混凝土研究中最活躍的課題。

四、高性能混凝土配合比質量控制措施

（一）礦物摻合料摻量調整標準

首先，為了能夠控制高性能混凝土配合比的質量，必須要對礦物摻合料摻量進行相應的調整，符合國家相關的標準。比如在選擇礦物摻合料的時候可以選擇雙摻粉煤灰和礦粉。單粉煤灰可以提高混凝土流動性能，單摻礦粉能夠增加混凝土的粘稠性和泌水量，但是雙摻粉煤灰和礦粉可以使得二者的實現想優勢互補，進而能夠使得高性能混凝土的質量提升，使得混凝土塌落度增加，泌水性能得到改善。對于粉煤灰摻配的原則，需要適當的降低水膠比，最好是小于0.4，水膠比到0.4到0.5的時候可以通過滿足各項標準的前提之下，適當的增加一些粉煤灰摻量，如果水膠比大于0.5時候不宜單摻粉煤灰，如果粉煤灰和礦粉活性指數較低的時候應該要減少摻量，活性指數較高的時候應該要盡可能的增加其摻量。在整個礦物摻合料的調整劑量的過程中必須要加強對水泥和膠材進行粘稠度試驗，進而了解其需要的用水量，其次要對比水泥和膠材的流動程度，從而也能夠判斷其需要多少的水量，進而能夠確定好高性能混合土的配合比。同時必須要嚴格地確定好粉煤灰礦粉雙摻配比比例才能夠使得高性能混凝土的質量得到相應的保證，根據不同的氣候、施工進度等等，都需要適當的調整相應的標準。

（二）砂率選擇分析

為了保證混凝土的粘聚性，砂率最好要選擇35%-44%之間，為了能夠保證高性能混凝土的質量，相關的人員還需要對砂率進行相應的選擇，比如采用河砂的時候應該要根據粗骨料來進行相應的比例選擇。選用機制砂的時候，砂率應該要相比于河砂適當的提高，如果采用混合砂的時候砂率只需要提高1%-3%即可，如果砂率選擇的過程中必須要積極的考慮到細骨料的粗細級配以及粗骨料的粒徑、級配等等。如果出現了細骨料細度模數大而粗骨料最大粒徑較小，且級配較差的時候應該要適當提高砂率。通過對砂率的選擇能夠在整個高性能混凝土配合的過程中保證其質量，進而為后續的工程打下堅實的基礎。

（三）改善混凝土施工工藝

改善混凝土施工工藝也是制備高性能混凝土的有效途徑之一，目前效果比較顯著的有以下幾種。

1.水泥裹砂混凝土攪拌工藝；

2.采用超聲波振動或高頻振動密實；

3.對澆筑成型的新拌混凝土進行真空吸水

（四）經濟價值對比分析

在控制好高性能混凝土的質量的過程中，也要對其經濟價值進行相應的對比分析。在對粉煤灰礦粉進行雙摻的時候，應該有充分的考慮兩者的單價，進而了解如果進行摻是否會使得整個工程的生產成本提高，而如果礦粉的單價較高的時候，應適當的提高粉煤灰的摻和比，如果粉煤灰的價格較高的時候，應適當的提高礦粉的摻和量，并且再通過礦粉替代水泥的過程中應該要充分的考慮兩者的單價進行對比，哪一種價格較高，如果礦粉的價格較高，那么就可以采用礦粉來代替水泥，如果水泥的價格較高，那么就可以適當的提高礦粉的用量。通過靈活的處理長，保證用量能夠使得整個高性能混凝土配合的過程中獲得最大的經濟效益，以最優的成本來獲取較高的利潤，進而能夠幫助整個工程實現高效益的發展，幫助企業單位能夠在控制生產成本的過程中保證施工原材料的基本質量，進而幫助后續的工程能夠實現高效的發展。

五、小結

綜上所述，當前混凝土已經成為了我國在發展過程中不可或缺的一種原材料，高性能混凝土因其力學性能強、耐久性強，成功應用在上海金茂大廈及北京西客站等工程，適用于高層、大跨度、大荷載、特殊使用條件和嚴酷使用環境以及對建設速度、經濟、節能等有更高要求的工程建設中。本次通過對高性能混凝土配合比設計優化與質量控制的相關措施，可簡單了解如何對混凝土進行高性能配合比設計優化，從而對其質量采取相應的控制措施，保證當前混凝土能夠朝著高性能、高質量的方向發展，進而為社會的發展發揮其自身的實際作用。