高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及其存在的問題

張志超

（山東萊克工程設(shè)計(jì)有限公司，山東 東營 257026）

高性能混凝土在強(qiáng)度、可塑性和耐久性上均具有顯著優(yōu)勢，是一種典型的先進(jìn)混凝土材料，可顯著提高工程的施工質(zhì)量。若忽視混凝土配合比設(shè)計(jì)，則會(huì)直接影響混凝土的性能，降低工程的施工質(zhì)量。因此，有必要不斷完善高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)。

1 性能混凝土配合比要求

首先，不同建筑工程中，高性能混凝土的強(qiáng)度要求存在著十分明顯的差異，C50-C80混凝土的耐久性和抗壓性要求更為嚴(yán)格。其次，高性能混凝土需具備較強(qiáng)的流動(dòng)性、粘聚性，滿足了高性能要求，澆筑混凝土后可自動(dòng)流入建筑材料之中，確保工程質(zhì)量。最后，建筑工程需要長期使用，對耐久性提出了較高的要求，而水泥、骨料和外加劑的配合比則是決定高性能混凝土耐久性的重要因素，工作人員務(wù)必正確處理原材料的配比關(guān)系。

2 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)原則分析

基礎(chǔ)工程中，常用的普通標(biāo)號水泥混凝土與工程施工標(biāo)準(zhǔn)相去甚遠(yuǎn)，影響了基建工程的質(zhì)量。為全方位滿足現(xiàn)代建筑的質(zhì)量要求，高性能混凝土在基建工程項(xiàng)目中得到廣泛應(yīng)用。混凝土配合比設(shè)計(jì)是制作高性能混凝土的關(guān)鍵。高性能混凝土配合比應(yīng)以普通混凝土配合比設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)，本質(zhì)上是對原混凝土配比設(shè)計(jì)的優(yōu)化調(diào)整。高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中需嚴(yán)格控制水泥量、外加劑量、用水量和砂率。控制混凝土原料比例可增大混凝土的強(qiáng)度，優(yōu)化混凝土性能，高度順應(yīng)基建工程施工要求。

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中，首先要堅(jiān)持混凝土體積密實(shí)的原則。配合比設(shè)計(jì)時(shí)，全方位考量混凝土原料的密實(shí)度和材料體積疊加后的最終效果。

其次，嚴(yán)格控制水膠比。研究顯示，混凝土中水膠比提高后，可明顯降低混凝土的強(qiáng)度。且混凝土水膠比要滿足混凝土膠凝材料用量最少要求，同時(shí)滿足綠色施工的要求。如設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，可以工業(yè)廢渣替代部分水泥材料，這一方面有利于資源的循環(huán)利用，另一方面也可嚴(yán)格控制混凝土早期水化熱和強(qiáng)度。

最后，堅(jiān)持最小單位用水量原則。設(shè)計(jì)混凝土配合比的過程中，需基于外加劑添加理論嚴(yán)格控制用水量，以此有效控制和解決混凝土坍損問題，增強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性。設(shè)計(jì)中要根據(jù)實(shí)際采用不同的方法，保證配合比設(shè)計(jì)的整體效果。

3 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)分析

3.1 合理選擇原材料

高性能混凝土的原料組成情況與普通混凝土相似，都是由粗骨料、細(xì)骨料、膠凝劑、水、水泥以及適量外加劑等混合而成的。為此，相關(guān)人員要合理選擇原材料。首先，選擇骨料時(shí)要重點(diǎn)關(guān)注高性能混凝土的強(qiáng)度、抗拉性能、彈性模量、抗壓性能以及抗裂性能等。其次，由于膠凝材料是由水泥、礦物摻合料等按照一定比例配制而成的，所以水泥的型號、規(guī)格以及性能往往會(huì)在很大程度上影響混凝土材料的強(qiáng)度。為此，就要從組成成分、細(xì)度以及顆粒粒徑等方面，嚴(yán)格篩選水泥。近年來，應(yīng)用較為普遍的礦物摻合料主要包括煤渣粉、煤炭粉和沸石粉等。在混凝土材料中加入適量的礦物摻合料，可以有效調(diào)整混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)，改善混凝土天然性能，從根源消除混凝土因性能缺陷而存在的質(zhì)量安全隱患。最后，要結(jié)合工程項(xiàng)目結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與使用需求，合理選擇外加劑。常見的外加劑主要包括減水劑、濃縮劑、抗?jié)B劑以及加強(qiáng)劑等。在混凝土材料中加入適量的外加劑，可以顯著提升混凝土的強(qiáng)度、抗拉性能、粘結(jié)性、抗壓性能以及耐久性。在實(shí)際施工過程中，要通過混凝土抽樣檢測與性能試驗(yàn)的方式，合理調(diào)整原材料配制比例。由此，在提高混凝土物料質(zhì)量，保障工程質(zhì)量安全的基礎(chǔ)上，節(jié)約材料成本。

3.2 合理調(diào)整配比參數(shù)

3.2.1 水膠比

與普通混凝土相比，高性能混凝土的水膠比比例更低。在實(shí)際施工中嚴(yán)格控制水膠比比例，可以延長混凝土的有效使用期限，增強(qiáng)混凝土的抗壓性能、抗拉性能以及抗?jié)B性能。通過性能測試與配比試驗(yàn)可知，混凝土材料的水膠比比例與強(qiáng)度條件之間存在著負(fù)相關(guān)關(guān)系。換言之，混凝土材料的水膠比越大，混凝土材料的強(qiáng)度等級越低；混凝土材料的水膠比越小，混凝土材料的強(qiáng)度等級越高，結(jié)構(gòu)密度越良好，出現(xiàn)裂縫的概率越小。由此，保障工程的質(zhì)量安全。

3.2.2 漿集比

水泥砂漿與骨料集料之間的比例簡稱為漿集比，漿集比也是衡量混凝土性能的關(guān)鍵指標(biāo)之一。結(jié)合上文內(nèi)容可知，礦物摻合料會(huì)在很大程度上影響混凝土的強(qiáng)度等級與使用效能。而連接骨料的性能品質(zhì)則會(huì)影響水泥砂漿的作用。據(jù)相關(guān)性能測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，當(dāng)水泥砂漿與骨料集料的配合比為65∶35時(shí)，混凝土的強(qiáng)度和穩(wěn)定性處于最佳水平。由此，最大程度的發(fā)揮高性能混凝土的性能優(yōu)勢。

3.2.3 嚴(yán)格控制減水劑摻量

水膠比和用水量是混凝土強(qiáng)度及使用壽命的決定性因素。如果水膠比和用水量較低，則高性能混凝土的強(qiáng)度較大，壽命較長。混凝土中加入適量高效減水劑，能夠增強(qiáng)混凝土的流動(dòng)性，也可推動(dòng)后續(xù)施工環(huán)節(jié)的有序進(jìn)行。施工中需加入1%-2%的減水劑。

3.3 細(xì)化混凝土配比過程

混凝土配合具有較強(qiáng)的復(fù)雜性，每一個(gè)細(xì)節(jié)均關(guān)系到高性能混凝土的質(zhì)量。所以，工作人員務(wù)必細(xì)化混凝土配比，確保混凝土配比的合理性。如基于建筑工程的要求確定原材料的類型和參數(shù)等。若在混凝土配比中出現(xiàn)膠凝材料和用水量過大問題，工作人員需先調(diào)整減水劑的類型，及時(shí)止損。粗細(xì)骨料配比中，工作人員應(yīng)確定高性能混凝土的砂率范圍，使砂率符合規(guī)定要求。混凝土最佳砂率為34%-44%。盡管降低砂率能夠增加混凝土強(qiáng)度，但是也會(huì)影響混凝土的適用性。

4 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中的問題及對策

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中的影響因素較多，在配合比設(shè)計(jì)中也會(huì)出現(xiàn)諸多的問題，主要體現(xiàn)在雙摻控制、粗細(xì)骨料、設(shè)計(jì)規(guī)范等方面。以下筆者就從這三個(gè)方面簡要分析高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中的問題以及相應(yīng)解決對策。

4.1 雙摻控制

當(dāng)前，建筑工程高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中的影響因素較多，若設(shè)計(jì)人員未準(zhǔn)確計(jì)算和區(qū)分礦物摻合料的重量，盲目添加礦料，則會(huì)延長高性能混凝土凝固時(shí)間，施工人員無法嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)方案的要求組織施工，最終會(huì)影響工程的進(jìn)度。如礦物摻合料添加量超過標(biāo)準(zhǔn)范圍，則會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度和剛度，增加高性能混凝土早期裂縫的發(fā)生率，破壞建筑物的應(yīng)用性能。

在建筑工程施工中，設(shè)計(jì)人員還需依據(jù)工程要求、混凝土強(qiáng)度等級、工程所在地的氣候條件及建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，準(zhǔn)確計(jì)算礦物摻合料的摻量。水泥中摻入的鋁酸三鈣的含量控制在總量的0.8%以內(nèi)，以提高摻合料的質(zhì)量，抑制高性能混凝土在凝固過程中出現(xiàn)剛度和強(qiáng)度下降問題。若工程在冬季施工，設(shè)計(jì)人員應(yīng)在配合比設(shè)計(jì)中加入非緩凝型減水劑，嚴(yán)格控制抹面時(shí)間，以此優(yōu)化工程的施工質(zhì)量。

4.2 粗細(xì)骨料

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中，粗細(xì)骨料是不可或缺的原料。在實(shí)際配置中，所選的粗細(xì)骨料會(huì)對高性能混凝土的性能產(chǎn)生顯著的影響。因此，在高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中，要依據(jù)工程施工要求選擇粗細(xì)骨料。工作人員需選擇未出現(xiàn)風(fēng)化問題的巖石或破碎石。工作人員必須嚴(yán)格控制碎石粒徑，以此有效控制粗細(xì)骨料配比，改善高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)水平。

設(shè)計(jì)人員在配合比設(shè)計(jì)中發(fā)現(xiàn)水灰比較低，水泥的用量較大，砂率較小。如無法嚴(yán)格按照規(guī)定要求控制粗細(xì)骨料，則高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)也會(huì)受到較大的影響。對此，設(shè)計(jì)人員必須嚴(yán)格控制粗細(xì)骨料配比，在單方混凝土中適度增加粗骨料的摻量，以降低混凝土空隙率。在粗細(xì)骨料配置的過程中，要以二級配合方法設(shè)計(jì)粗骨料配合比，與此同時(shí)，確保粗骨料的堆積密度不小于1500kg/m，混凝土的空隙率不得超過40%，吸水率不得超過2%。在C50高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的過程中，需選擇粒徑不超過25mm的粗骨料。且在混凝土中添加適量增強(qiáng)劑后，利用強(qiáng)制技術(shù)攪拌混合料，這樣可顯著提高混合料的強(qiáng)度，也可減少水泥的實(shí)際用量，降低工程成本投入的同時(shí)，全面改善混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

4.3 設(shè)計(jì)規(guī)范

建筑工程中，高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)與普通混凝土的配合比設(shè)計(jì)存在十分明顯的差異，在建筑工程施工中并未出臺與設(shè)計(jì)方案配套的設(shè)計(jì)規(guī)范和制度。工作人員主要依據(jù)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)方案和計(jì)算方法，設(shè)計(jì)高性能混凝土的配合比，該設(shè)計(jì)方式直接影響了高性能混凝土的質(zhì)量和性能。為及時(shí)解決上述問題，設(shè)計(jì)人員應(yīng)及時(shí)調(diào)整和轉(zhuǎn)變混凝土配合比設(shè)計(jì)的思路，結(jié)合高性能混凝土的特性完成配合比設(shè)計(jì)。此外，在混凝土配合比設(shè)計(jì)中也必須嚴(yán)格控制用水量，以此改善設(shè)計(jì)水平，確保高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

5 結(jié)語

現(xiàn)如今，為全方位展現(xiàn)高性能混凝土的優(yōu)勢，務(wù)必高度重視配合比設(shè)計(jì)，第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)中的問題，解決混凝土質(zhì)量缺陷。相關(guān)部門還需依據(jù)相關(guān)規(guī)定和要求完善高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)，為整體工程的高質(zhì)量竣工打下基礎(chǔ)。