高性能混凝土配合比优化设计

高性能混凝土配合比优化设计

黎佩英

佛山市科衡水利水电工程质量检测有限公司

摘要：高性能混凝土的优点很多，比如：耐久性高、工作性高及体积稳定性高等。通过应用高性能混凝土，可以明显提升建筑工程质量，减少全寿命周期成本，实现节能减排，促进循环经济的发展。然而，为了优化其配合比设计，则还应进一步进行探究。为此，本文主要研究了高性能混凝土配合比的优化设计。

关键词：配合比；高性能混凝土；优化；设计

目前，随着超高层与大跨度建筑的不断增多，对混凝土性能也提出了更高的要求，特别是混凝土的耐久性。若建筑的耐久性不好，则会严重影响建筑的使用期限。在配制高性能混凝土的过程中，配合比会直接影响混凝土的质量和性能，因此，需要不断优化高性能混凝土的各种配合比设计，以便在确保造价最小的前提下，最优化混凝土性能。

1设计高性能混凝土配合比的原则

1.1砂率最优

一般采用砂率来表示混凝土的砂石比，砂率会对混凝土的工作性能产生影响。由于高性能混凝土的用水量一般较低，所以，应通过砂率的增加来补充砂浆量。

1.2浆集比最优

水泥浆与集料的比便是混凝土浆集比。高性能混凝土需要具有足够好的工作性能，即其流动性应较高，所以，高性能混凝土的总胶凝材料量应较大。而相关研究却显示，随着胶凝材料量的不断增多，混凝土弹性模量也会逐渐降低，而增大收缩。所以，在设计高性能混凝土具体的配合比时，也找出最优的浆集比。相关试验表明，当所用集料适宜时，采用35︰65的固体浆集体积比能将混凝土工作性能、强度及稳定性之间存在的矛盾切实解决好，使配制出的高性能混凝土较理想。

1.3低水胶比

为了高性能混凝土的耐久性能满足要求，则所配混凝土的渗透性必须较低。所以，在配置高性能混凝土的过程中，通常将水胶比控制为0.2~0.4，以确保混凝土的密实度足够。基于此，再适当调整水胶比，并在确定水胶比以后，再掺加细掺料，以确保混凝土的强度足够高。

2优化高性能混凝土中配合比的设计

2.1确定所配混凝土的强度

配制高性能混凝土的强度计算公式为：

Fcu，0≥Fcu，k+t*σ

其中：Fcu，0为试配混凝土强度（MPa）；Fcu，k为设计混凝土的标准强度值（MPa）；t为强度保证率系数，通常高性能混凝土会取t=1.645；σ为强度标准差，若混凝土为C55，则σ=6。例如：若混凝土强度的标准值为55MPa，按以上资料计算，则其试配强度最小应为64.9MPa。

2.2确定配合比参数

2.2.1用水量

在确定水灰比及原材料时，采用符合工作性能的最小用水量，能获得强度高的稳定混凝土。所以，应结合拌合物坍落度及减水剂效果来确定用水量，通常不大于175kg/m。

2.2.2水胶比、浆集比、砂率

上述设计原则中，已对水胶比、浆集比、砂率进行了简单的介绍。如下介绍其优化设计。

水胶比对于高性能混凝土质量十分关键。低水胶比可减小混凝土孔隙率，降低孔隙尺寸，采用低渗透性可确保混凝土耐久性。对于高性能混凝土，其水胶比应小于0.38。

浆集比为水泥浆和骨料的比。当集料适宜时，宜采用设计原则中35︰65的浆集体积比，便能配制出高性能混凝土。

针对不同的水胶比，高性能混凝土所需的最优砂率也不一样。宜结合总胶凝材料量、骨料颗粒级配和泵送要求等来确定高性能混凝土的具体砂率，一般采用37％~44％会较佳。

2.2.3胶凝材料掺量

在设计配合比参数时，为了确保混凝土耐久性，其中的总胶凝材料量必须适宜，为450kg/m3~600kg/m3会较佳，而矿物微细粉用量应不大于40％的胶凝材料总量。

2.2.4减水剂的掺量

为了提高混凝土的流动性，则必须掺加高效减水剂。应结合坍落度要求来确定所掺高效减水剂的量，通常1％~2％的胶凝材料质量是其最佳掺量。

3混凝土耐久性提高的方法

3.1掺加高效减水剂

为了混凝土拌和物能保持所需的工作性，则应在拌和时适当增加用水量，但会导致水泥结构中出现过多的孔隙。而添加减水剂后，通过其定向排列，可使水泥表面带有同性电荷。在斥力的影响下，既能使水泥体系相对稳定，又能在水泥表面产生一层水膜，进而水泥絮凝体会释放游离水，以实现减水。

3.2优化耐久性的设计

混凝土的密实程度直接影响着混凝土的耐久性，破坏混凝土的侵蚀都是通过水而侵入有害介质而产生的，故阻止外界有害介质的侵入是混凝土的重要防线。混凝土抗渗透性一般会受到混凝土的不密实、干缩及温度裂缝的影响。为了将混凝土的密实性提高，在进行配合比的设计时，需要结合工程结构、材质及施工工艺等，选用合适的矿物掺合料及高效减水剂，进而形成较好的多级微颗粒级配，以改善浆体结构，进而提高其抗渗性、抗冻性及抗腐蚀能力。

3.3消除自身的结构破坏因素

除了环境方面会破坏混凝土结构外，混凝土自身的物化因素也会严重破坏混凝土结构，导致混凝土失效。比如，混凝土中过大的化学收缩及干缩导致的开裂、过高的水化热导致的温度裂缝和碱集料反应等。所以，为了将混凝土的耐久性提高，则必须将上述结构破坏因素减小或消除掉。减少或消除原材料中的碱及SO3等能破坏结构和腐蚀钢筋物质的含量，控制好施工环节，以防产生收缩或温度裂缝，进而将混凝土的耐久性提高。

4分析案例

某建筑工程施工中，需用到C80高性能混凝土，选用等级为52.5的普通水泥，细骨料可选河沙，采用1级粉煤灰，选用聚羧酸高效减水剂，在搅拌时，要求坍落度为18~20厘米。按照上述数据和材料的各种约束条件，算出不同材料的具体用量，并参照不同材料的市场价格，算出总的材料费用为300.94元，具体如表1所示。

表1对比优化前后高性能混凝土的性能

分析表1中的数据发现，在材料总费用方面，优化后远远低于优化前，所以，通过对高性能混凝土实际配合比进行的优化，可以有效提高混凝土的耐久性和强度，与此同时，还可以减少材料费用，从而将整体的施工成本降低。

5结语

综上所述，现阶段，高性能混凝土在建筑工程项目中的应用范围越来越广泛，所以，也要求不断提高高性能混凝土的各种性能，在以后进行发展的过程中，必须高度重视对高性能混凝土所采用配合比的改善，适当将设计优化，以提高混凝土的耐久性，进而提升工程建设的整体质量，同时也为中国的建筑行业的发展提供更好的基础条件。

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