高耐久性混凝土優(yōu)化配比試驗研究

王 勇 太原市政建設集團有限公司

1 前言

建筑工程施工過程中，混凝土是必不可少的一項重要材料。隨著社會的不斷發(fā)展，對于建筑工程施工中混凝土澆筑施工技術也提出了更高的要求，為了適應建筑工藝的需求，必須不斷進行技術革新，這樣才能更好地保障建筑工程施工的質(zhì)量，保證施工過程安全進行。

2 高耐久性混凝土優(yōu)化配比概述

在建筑材料中，材料的組成比例非常重要，比例過多過少都會影響會混凝土的質(zhì)量和性能。為了讓混凝土質(zhì)量和性能滿足建設項目的要求，符合國家標準，建筑材料組成需要進行嚴格化的設計和控制，保證每一步的操作都具有很強的合理性，讓材料的每一個特性發(fā)揮到最佳，確保混凝土的性能。

在建筑材料配比的過程中，水泥的用量要控制在一個適當?shù)姆秶鷥?nèi)，水泥和水是混凝土的黏合劑，因此水泥漿要有一定的稠度，這樣才能避免因為材料的脫落導致施工混凝土質(zhì)量的下降。

建筑材料在配比設計的過程中，首先要選用適當?shù)哪z凝材料和粗細骨料，其次是根據(jù)對現(xiàn)場環(huán)境和工程質(zhì)量等方面的條件，對混凝土的強度、和易性和耐久性等多方面性能的要求，加入適量的外加劑，確保混凝土的質(zhì)量復合物工程要求，還可以根據(jù)原材料的質(zhì)量隨時進行適當?shù)恼{(diào)整，保證其質(zhì)量能夠做到最佳。

在配料攪拌的過程中，要根據(jù)嚴格的設計標準控制各種材料的用量。如果各種材料的配比有誤或者有一點偏差，必須重新進行配比，寧愿浪費一些成本，也不能造成混凝土施工質(zhì)量的下降，最后導致工程質(zhì)量下降，嚴重影響企業(yè)的聲譽和名譽。

3 試驗設計

試驗時混凝土的水灰比（水膠比）以骨料在飽和面干狀態(tài)下的混凝土單位用水量對單位膠凝材料用量的比值為準。混凝土各項性能試驗主要按SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》以及GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》進行。水膠比必須同時滿足混凝土結(jié)構(gòu)強度和耐久性的要求。

綜合分析水膠比、水泥品種、含氣量、摻合料品種及其配比對混凝土工作性、強度、抗?jié)B、抗凍、抗碳化以及抗氯離子和硫酸鹽侵蝕等耐久性能的影響，開展了各配合比的工作性能、力學性能、干縮變形性能、不同膠材組合的水化熱、抗?jié)B、抗凍、碳化、氯離子滲透、硫酸鹽侵蝕等耐久性能的試驗。

4 混凝土配合比性能試驗

4.1 粘接性能

硅烷類材料的粘接強度最高，在3.0MPa以上，其次是環(huán)氧材料，在2.8MPa左右。自制有機硅產(chǎn)品、外購產(chǎn)品以及丙烯酸樹脂類的都在2.0MPa以內(nèi)。液體硅烷和膏體硅烷中含有大量的活性基團（硅氧烷），能與混凝土表面的羥基發(fā)生化學反應，且硅烷的滲透深度大，因此其粘接強度更高。環(huán)氧材料也類似，其結(jié)構(gòu)中有大量易與羥基反應的環(huán)氧基團。

自制產(chǎn)品、外購產(chǎn)品雖然同樣是滲透型的有機硅材料，但其粘接強度較低，這可能是由于材料不同層間存在相對較弱的作用力所致。丙烯酸樹脂主要是在混凝土表面成膜，利用物理作用與混凝土結(jié)合在一起，因此強度較弱。

4.2 抗碳化性能

依照《水工混凝土試驗規(guī)程》進行了各配合比的加速碳化試驗。隨著水膠比的增加，混凝土的抗碳化性能逐漸下降；在強度等級、水膠比相同的條件下，粉煤灰摻量高的混凝土碳化深度略高；引氣混凝土與非引氣混凝土、抗硫水泥與普硅水泥混凝土的碳化深度基本一致。根據(jù)JGJ/T 193—2009《混凝土耐久性檢驗評定標準》，在快速碳化試驗中，若28d碳化深度小于20mm 的混凝土，其抗碳化性能較好，一般認為可滿足大氣環(huán)境下50年的耐久性要求。

4.3 防腐蝕性能

除環(huán)氧材料外，自制產(chǎn)品的氯化物降低率是最高的，達到了85.5%，表明自制美化材料具有非常好的抗腐蝕性能。自制美化材料具有防水的效果，水分難以滲透進混凝土的內(nèi)部，因此，氯離子也很難滲透。

環(huán)氧樹脂材料之所以氯化物降低率最高（達到了94%）是由于其形成的膜是全封閉的。而自制的美化材料還具有一定的透氣性，因此，氯離子的降低效果要弱一些，其他材料也是相似的原因。自制產(chǎn)品相比于外購產(chǎn)品，在氯化物的降低方面具有優(yōu)勢，具有非常好的防腐蝕能力。

4.4 抗凍性能

依照SL/T 352—2020《水工混凝土試驗規(guī)程》進行了各配合比的抗凍性能試驗，試驗齡期為90d。對設計強度C30的配合比，經(jīng)200 次凍融循環(huán)后，各配合比最小相對動彈模為84.2%，質(zhì)量損失最大為2.1%；對設計強度C40 的配合比，經(jīng)250次凍融循環(huán)后，各配合比最小相對動彈模為83.8%，質(zhì)量損失最大為2.4%，依據(jù)相對動彈模下降至60%及質(zhì)量損失5%的條件判斷，各配合比均達到或超過F200的抗凍等級要求。

4.5 透氣性能

自制的底層、中層和面層都是滲透型產(chǎn)品，只要不人為破壞，表面的涂層就不會與混凝土分離。傳統(tǒng)的涂料是在混凝土表面進行覆蓋，不能讓混凝土保持正常的“呼吸”，時間久了，混凝土內(nèi)部的水出不來，涂料與混凝土之間就會形成水氣，導致起皮脫落。

采用砂芯漏斗，在其上表面涂覆自制的美化材料，觀察材料的透氣性和憎水性，試驗表明與不涂覆相比，涂覆美化材料能有效地起到隔離水的效果。采用洗耳球從砂芯漏斗的底部鼓氣，可以看到氣泡能很好地從美化材料中滲出。

5 優(yōu)化水泥混凝土配合比的措施

5.1 理調(diào)節(jié)和優(yōu)化配合比參數(shù)

在混凝土配制過程中，對于配合比的設計還需要對各項參數(shù)進行控制，如水膠比、漿骨比、砂率、用水量等。水膠比的合理控制是需要根據(jù)混凝土的特點和實際項目的需要，也就是降低水膠比，提升混凝土的耐久性和滲透性。通常情況下，要想制備高性能的混凝土，需要將水膠比控制在0.4 以內(nèi)，例如，C50水泥混凝土，其水膠比應該控制在0.37～0.32之間。

C80 水泥，水膠比控制在0.26～0.22 之間。在對混凝土等級確定后，對水膠比進行設計，也就是對礦物摻合料的種類和使用量進行設計，也可以通過這些因素對混凝土的性能進行調(diào)節(jié)。漿骨比就是水泥漿與骨料用量之間的比，通常情況下，漿骨比在7∶13，在這個比例背景下，水泥混凝土的狀態(tài)是最佳的。

C50～C70 型號水泥，20%～50%水泥可以替換成15%～30%的礦渣或者粉煤灰，C80 型號水泥中相同質(zhì)量的水泥可以由15%～30%的礦渣或者粉煤灰與5%～10%硅灰代替；砂率也是混凝土的重要控制參數(shù)，對其配合比進行合理控制能夠有效提升混凝土的強度，而低砂率的混凝土其強度和彈性模量也會隨之降低，這樣的情況下需要同時合理控制總膠凝材料的用量及粗細料級配等方面的內(nèi)容。

5.2 適當使用外加劑

混凝土的結(jié)構(gòu)施工質(zhì)量單從一個方面控制是不可能進行有效的控制，應該從多個方面入手。如使用外加劑，外加劑和混凝土的混合使用可以改善混凝土性能，提高混凝土質(zhì)量的同時確保施工質(zhì)量的。添加劑的使用能夠增加混凝土的強度、耐用性和加工，還能適當?shù)亟档鸵恍┙ㄖ牧系某杀尽?/p>

水泥的使用必須保證水和水泥的消耗量控制在一定的范圍內(nèi)，增加混凝土的流動性的同時要保持強度不變。添加適當?shù)耐饧觿┠軌驕p少水的使用；各種材料通過不同的配比進行混合使用可以適當控制堿性聚合的反應。

由于地理位置的差異，有些地區(qū)溫度很高或者混凝土施工體積大的，可以加入少量的緩凝劑，這樣能夠進行運輸和泵送，還能夠減少掉落所造成的材料損失，保證延長初凝時間的條件下，后期強度仍然保持不變，不會造成任何的質(zhì)量問題。

5.3 嚴格落實試驗管理制度

在水利工程施工的過程中，需要嚴格執(zhí)行水利質(zhì)量監(jiān)督程序，按照水利工程建設管理的相關要求，將所有混凝土配比和澆筑工作嚴格進行試驗檢測，要圍繞工程施工的實際情況，制定嚴格的試驗監(jiān)督體系，對工程的試驗檢測人員和材料管理都進行全面把控，把控好施工的各階段質(zhì)量標準。

根據(jù)這些監(jiān)督管理要求將責任劃分到個人，讓各階段的工作工序可以有效銜接，建立好相關的質(zhì)量保障體系試驗抽檢制度，讓工程質(zhì)量得到有效保障。因此在日常要加強對這些混凝土施工操作人員試驗技術培訓，讓他們能夠在工作中樹立質(zhì)量意識，注重施工質(zhì)量，提升責任感。相關的試驗檢測人員也要做好試驗工作，發(fā)現(xiàn)問題及時處理，找出對應的解決方法，工程技術人員要圍繞著施工過程做好各方面的試驗檢測和技術交底。

6 結(jié)束語

我國各項建筑項目已經(jīng)迅速發(fā)展起來，并且逐漸增多。工程建筑項目中主要的建筑材料就是水泥混凝土，而混凝土質(zhì)量正是決定建筑質(zhì)量的重要因素，直接影響項目的經(jīng)濟效益和使用安全性。

因此，要在制備水泥混凝土的過程中合理調(diào)整和優(yōu)化混凝土的配合比，確保能夠符合實際的工程要求及項目所處環(huán)境要求，使得經(jīng)過優(yōu)化后配合比制備的混凝土更具耐久性、安全穩(wěn)定性、實用性等，同時節(jié)約資源，降低成本，提升項目的經(jīng)濟效益。