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来源：职称驿站所属分类：材料科学论文 发布时间：2012-08-20浏览：35次
摘要：简要介绍高性能混凝土的特点，设计原则，设计时的一般要求，并以具体实例说明高性能混凝土配合比的设计。
关键词：高性能混凝土，配合比，设计
高性能混凝土是20世纪90年代左右提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，具有耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等特性，已经被认为是性能最全面的混凝土，广泛的应用在桥梁、高层建筑等工程，也是今后混凝土技术的发展方向。
一、配合比的设计原则
1、水胶比适当原则
水胶比是混凝土中用水量与胶凝材料用量的比值，是影响混凝土强度、粘度、坍落度及坍落度扩展度的主要因素，同时对混凝土的收缩也有较大影响。
2、最小单位用水量原则
在水胶比固定，原材料一定的条件下，使用满足工作性能的最小单位用水量，可得到体积稳定的、经济的混凝土。
3、最小水泥用量原则
假如水泥用量过大，拌合用水偏高，必定会增大混凝土的收缩值而发生裂缝。再有水泥用量过大，水泥水化产生的水化热就多，使混凝土内外产生很大的温差，而引起的内应力，可能使正在凝结硬化的混凝土产生裂缝，降低耐久性。所以降低水泥用量可提高混凝土体积稳定性及收缩，同时降低工程成本。
4、混凝土密实体积原则
混凝土的组成是以石料为骨架，砂子填充石料间的空隙，浆体又填充砂石之间的空隙，并包裹砂石表面，以减少砂石间的摩擦阻力，保证混凝土有足够的流动性。可塑状态下混凝土总体积是水泥、砂、石、水密实体积之和，这一原则是计算混凝土配合比的基础。
二、配合比设计时的一般要求
1、原材料的选择及技术要求
高性能混凝土材料的组成，除与普通混凝土材料组成相同外，矿物掺合料是不可缺少的部分。科学合理的选择这些特殊掺合料，是成功配制高性能混凝土的关键。
①水泥
水泥的矿物组成和颗粒组成直接影响到水泥水化反应的速度，水化热和水化产物的组成和结构特点，也直接影响到混凝土的开裂，影响混凝土的强度和耐久性。对于高性能混凝土，需选择早期强度适中，早期水化热较低的水泥。为便于控制和调整外惨料的品质和比例，应采用标准稠度低，强度不低于42.5的硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，水泥中的铝酸三钙（C3A）含量应≤8%，氯离子含量≤0.03%。
②矿物掺合料
在混凝土中掺入矿物掺合料，不仅能改善混凝土的工作性，降低混凝土的温升速度，而且能改善其内部结构，提高混凝土的密实性，促进混凝土的后期强度的增长，并且还能抑制碱—集料反应的发生，提高混凝土的安全性和耐久性，是高性能混凝土组成不可缺少的材料。其掺量应根据混凝土的性能要求通过试验确定，且不宜小于胶凝材料总量的20%。在混凝土及处于冻融环境的混凝土中，掺量不宜大于30%，对暴露于空气中的一般构件混凝土，掺量不宜大于20%。
2、胶凝材料总量的要求
对不同强度等级混凝土的胶凝材料总量应进行控制，C40以上不宜大于400kg/m3，C40～C50不宜大于450kg/m3，C60及以上的非泵送混凝土不宜大于500kg/m3，泵送混凝土不宜大于530kg/m3。配有钢筋的混凝土结构，在不同的环境条件下，其最大水胶比和单方混凝土中胶凝材料的最小用量一般应符合下表规定。
高性能混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量（kg/m3）
环境作用等级 强度等级 最大水胶比 最小胶凝材料用量 强度等级 最大水胶比 最小胶凝材料用量
设计基准期100年 设计基准期50年
A C30 0.55 280 C25 0.60 260
B C35 0.50 300 C30 0.55 280
C C40 0.45 320 C35 0.50 300
D C45 0.40 340 C40 0.45 320
E C50 0.36 360 C45 0.40 340
F C50 0.32 380 C50 0.36 360
3、混凝土中总碱含量的要求
按规范要求，每立方米混凝土的总碱含量，对一般桥梁不宜大于3.0kg/m3，对特大桥、大桥和重要桥梁不宜大于1.8kg/m3，当混凝土结构处于受严重侵蚀的环境时，不得使用有碱活性反应的集料。同时还要控制氯离子含量，钢筋混凝土不应超过胶凝材料总质量的0.10%，预应力混凝土不应超过0.06%。
4、按照经验水胶比宜控制在0.28～0.35之间。
三、配合比设计实例（C50泵送混凝土配合比设计）
1、设计基本要求
神府高速公路窟野河特大桥现浇箱梁，混凝土设计等级为C50，坍落度设计180～220mm。
2、所用原材料
水泥:冀东海德堡（泾阳）水泥有限公司生产的“盾石”牌DP.O52.5R(低碱)普通硅酸盐水泥；
掺合料1：神木县若阳粉煤灰有限公司生产的C类Ⅰ级粉煤灰;
掺合料2：包头明峰建材有限公司生产的S75级矿粉；
砂:府谷县杨家庄黄河砂厂产的黄河Ⅱ区中砂；
碎石:内蒙古包头市大青山石场生产的二种单粒径规格5-10mm、10-20mm碎石，以30:70比例掺配成5-20mm连续级配;
水:当地饮用水;
外加剂：山西黄河化工有限公司生产的“红浪”牌UNF-1B聚羧酸高性能减水剂。
3、试验室经过反复试验，最终试验室配合比见下表：
强度等级 水泥 粉煤灰 矿粉 砂 石 水胶比 外加剂
C55 518 / / 705 1058 169 6.22
1 / / 1.36 2.10 0.33 0.012
372 73 73 715 1072 145 6.22
0.72 0.14 0.14 1.38 2.07 0.28 0.012
通过试验，坍落度（mm）、扩展度（mm）、28d抗压强度（MPa）和28d弹性模量（MPa）、56d抗压强度（MPa）及含气量（%）结果见下表：
强度等级 坍落度 扩展度 28d强度 28d弹性模量 56d强度 含气量 备注
C55 200 580 67.5 4.47×104 69.2 4.0 无掺合料
220 600 66.7 4.45×104 70.7 3.8 加掺合料
每方混凝土碱含量(kg)和氯离子含量（%）结果见下表:
强度等级 碱含量 氯离子含量 备注
C55 1.68 0.01 无掺合料
1.67 0.01 加掺合料
4、通过大量试验得出以下结论
①在高性能混凝土采用掺入一定量的粉煤灰、矿粉，是配制高性能混凝土的最好方法，胶凝材料的比例组成是配合比设计的关键。
②在高性能混凝土配制时，应采用低水胶比，尽量减少混凝土单位用水量，选用高性能减水剂，掺入较多的掺合料，以减少水泥用量，提高混凝土的耐久性。
③该方法可使混凝土的水泥用量大幅度降低，发挥了掺合料在混凝土中的特性，大大降低了混凝土的生产成本，会产生巨大的社会效益和经济效益，是未来混凝土的发展方向。
参考资料：
1.公路桥涵施工技术规范JTG/TF50-2011，中华人民共和国交通运输部发布
2.普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2011，中华人民共和国住房和城乡建设部发布
3.粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术规程JGJ28-86，中华人民共和国城乡建设环境保护部批准
《浅谈高性能混凝土配合比的设计》
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文章名称： 浅谈高性能混凝土配合比的设计
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