探讨混凝土配合比的设计要求

摘要：随着科学技术的进步和科学生产的发展，混凝土已经越来越广泛的应用于工程建设中。了解高性能混凝土的用料组成特点和结构耐久性基本规定，正确选用高性能混凝土配合比用料定额，是对工程建设质量的保证。对大力开展高性能混凝土的研究和应用具有重要意义。

关键词： 混凝土配合比 设计要求 基本组成 设计原则

中图分类号：TV331 文献标识码： A

前言：混凝土具有强度高、原材料储量大、可塑性能优异、成本低廉，在工程建设中起着极其重要的作用，是现代应用最广泛的建筑材料。它是由水泥、砂、石、添加剂、外加剂和适量水混合逐渐硬化形成的人工石材，因此原材料的种类、性质和用量等因素直接关系到混凝土的质量、成本和性能，关系到工程结构物的品质、造价和寿命。

一、混凝土配合比设计要求

混凝土配合比设计它牵涉到很多问题主要有：⑴保证混凝土的强度和耐久性和所要求的其他性能；⑵满足施工工艺易于操作而又要具有施工要求的工作性；⑶在符合上述两项要求下选用合适的材料和计算各种材料用量；⑷针对上述设计的结果进行试配、调整使之达到工程的要求，同时降低成本。

二、高强高性能混凝土的基本组成

2.1水泥： 高性能水泥应满足高强高性能混凝土的强度要求和工作性的要求，主要表现为高流动性、保水性、保塑性和抗离析性，必须具有高抗渗性、抗碱集料反应性、体积稳定性和抗蚀性，确保能够用最少的水泥配制出性能最好的混凝土。

2.2掺合料： 高强混凝土的水泥用量大，有很高的水化温升，宜采用掺加硅灰或者优质矿粉、粉煤灰等矿物掺合料以减小水泥用量，在降低水化热的同时，并不降低混凝土强度，甚至提升混凝土后期强度。矿物掺合料的总掺量宜为25%-40%。对粉煤灰的品质要求不低于II级，需要有较小的细度、质量均匀、高火山灰活性，并且与工程所用材料相适应，常用I级电厂灰。粒化高炉矿渣宜为S95以上的优质矿粉，掺量多为15%-35%。硅灰作为高活性材，在配置高强混凝土时有极大的强度贡献，常用在C80及其以上强度等级的混凝土。

2.3集料：高强混凝土集料强度将直接影响混凝土的强度，试验证明：采用玄武岩作为粗集料配制混凝土，其抗压强度是最高的。由此看来，在配制高强混凝土时，采用高强度并且低压碎值的粗集料会比采用低强度且高压碎值的粗集料更容易达到强度要求。为了保证高强高性能混凝土的各种性能要求，必须对材料组分的粒型、尺寸、级配、孔结构、集料中有害物质含量、集料界面区结构以及各种集料的相互作用、物理力学等严格要求。

2.4外加剂： 优选萘系减水剂Na2SO4含量小于5%，高浓度的FND，掺量控制在胶凝材料总量的1%～2%，与水泥应有良好的相溶性，各项技术指标均符合现行国家标准的规定。

三、高性能混凝土配合比设计内容

3.1原材料的选择。普通混凝土一般所需要的水泥、水、粗骨料、细骨料四种材料， 对于目前出现的高性能混凝土除去以上四种材料外， 还需要高效减水剂和活性矿物掺合料。

3.2混凝土的抗压强度。对于高性能混凝土， 混凝土的抗压强度与其他耐久性相比， 强度试验仍容易进行， 而且， 高性能混凝土的许多性质， 诸如： 抗渗性、弹性模量等均直接与强度有关。尽管实际结构中， 混凝土的受力是复杂的， 但单轴压力试验最容易进行， 混凝土的单轴抗压强度已广泛地作为混凝土强度的通用指标。对于混凝土（或高性能混凝土）的抗压强度的因素， 除了原材料外， 一些配合比参数如： 胶结材料、胶结浆体数量、水胶比是主要的影响因素。

3.3混凝土的工作性。混凝土的工作性 ，又称为和易性。是指混凝土拌合物易于施工操作（拌合、运输、浇筑、捣实）并能获得质量均匀、成型密实的性能。工作性是一项综合的技术性质， 包括流动性、粘聚性和保水性等三方面的含义。

3.4配合比设计方法。 混凝土的配合比设计方法， 大致可分为三种。第一理论分析方法，如法国路桥中心F.De Larrard等基于最大密实理论， 提出了优化高性能的混凝土配合比设计的数学模型。第二半经验半试验方法。这种方法基本要点：对适当的粗骨料， 为得到高的体积稳定性， 胶结浆体与骨料的体积分别占35% 和65%为宜；根据混凝土强度等级确定用水量；胶结材料根据具体的情况可有不同的选择；高效减水剂的掺量可取1%；混凝土的粗细骨料体积比对强度等级不同的可取相对应的比例。第三经验性的方法，这类方法基本上是完全建立在实验的基础上。如： 法国路桥中心（ LCPC）提出的用胶结浆体进行流变试验。冯乃谦等根据高性能混凝土所处的环境及技术要求的不同， 即根据不同的耐久性要求， 提出的配合比设计方案。

四、高性能混凝土配合比设计要点

4.1最优砂率

混凝土的砂石比通常用砂率来表示，砂率主要影响混凝土的工作性能。高性能混凝土由于采用低用水量，因此砂浆量需由增加砂率来补充。混凝土要具有良好的工作性、泵送时不堵塞泵机和管道、浇筑成型时易振捣、好抹面，选择合理的砂率就尤为重要。砂率过小，混凝土中砂浆量小，拌合物的流动性小，同时也容易产生石子离析；砂率过大，不仅会影响混凝土的工作性和强度，而且会增大收缩和产生裂缝。高性能混凝土的砂率一般宜控制在35%～45%，但为了保证混凝土强度，砂率最好控制在40%以内。

4.2最优浆集比

混凝土浆集比为水泥浆与集料的比例。HPC的特点是具有较好的工作性能，即要求具有较高的流动性，因此高性能混凝土要求有较大的胶凝材料总质量。但研究表明，混凝土会随着胶凝材料用量的增加，弹性模量降低，收缩增加。因此，在高性能混凝土配合比设计中必须寻找最优的浆集比。试验研究表明，当采用适宜的集料时，固体浆集体积比取34：60可以很好地解决混凝土强度、工作性和尺寸稳定性之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。

4.3 混凝土胶材用量

在配制高性能混凝土时应严格控制胶材用量，在能够满足混凝土强度需求的情况下，尽量减少胶材用量，而增加级配良好、形状规则、表面粗糙、线膨胀系数小、材质优良洁净的粗骨料。细骨料尽量采用级配良好、干净的中砂，这样会有效地减少混凝土内部空隙，可以降低胶材用量，减少混凝土自缩。同时，因胶材用量的减少，可有效的抑制混凝土的水化反应，减少水化热和混凝土内部毛细孔，改善混凝土内部结构，增强结构密实性。水胶比不仅对混凝土强度、耐久性有影响，而且对混凝土的流动阻力也有很大影响。过大的水胶比特别不利于混凝土内部微观结构的发展，将会在混凝土内部形成大量的开口和闭口空隙或气泡，以及因水分的移动形成的贯通水路，极大的影响到混凝土的强度和耐久性，所以在高性能混凝土的配合比设计时，水胶比是重点考虑和控制的参数，一般以控制在0.4以下为最佳。为达到HPC高耐久性的要求，必须要使所配置的高性能混凝土具有较低的渗透性，因此在高性能混凝土配置过程中水胶比一般在0.2―0.4之间，以保证混凝土具有足够的密实度。在此基础上通过混凝土强度调整水胶比，水胶比确定后，通过细掺量的掺加来保证混凝土的强度。

4.4坍落度

目前的高性能混凝土由于掺加了粉煤灰、外加剂，混凝土的和易性和工作性都得到了很大改善，保证满足施工工艺的坍落度相对比较容易，但因目前减水剂性能的不稳定性，以及施工现场自然环境、温度等因素的影响，坍落度常常会发生变化，尤其是减水剂的影响尤为重要，所以在进行配合比设计时应重点对坍落度损失值进行控制，一般情况下在配制混凝土时60min坍落度损失不应大于30mm。

4.5混凝土含气量

在对高性能混凝土配合比设计时，含气量也是一个必须考虑的指标之一。混凝土含气量除对混凝土抗冻性能起到很好的作用外，对混凝土的和易性、流动性和耐久性等指标也有明显的影响，混凝土的含气量可在混凝土中产生大量的球形气泡，在不同介质界面之间起到很好的作用，并在混凝土内形成均布的细小微孔，这些微孔可以有效的阻断内部贯通的毛细孔通路，降低毛细水的渗透，并可吸收和抵抗外界化学侵蚀，这些毛细孔是由混凝土中分布的均匀的气泡产生的闭口空隙，与因水胶比过大或水路贯通而产生的缺陷孔道有本质上的区别，二者不能混为一谈。虽然混凝土的含气量对混凝土的耐久性和工作性有一定的好处，但含气量也不能过大，混凝土的含气量主要是由引气剂或有引气功能的减水剂引起的，如果含气量过大，一方面混凝土内部空间会充满大量气泡，造成混凝土拌合物表观密度降低，混凝土密实性不够，强度损失较大；另一方面流动的混凝土也会因时间的推移，内部的气泡不断发生破裂而减少，造成混凝土坍落度损失较大，在规定的时间内无法满足施工工艺的要求。

结束语：

目前，高强混凝土的应用越来越广泛，对高强配合比的认知也越来越清晰，重视混凝土的配合比设计工作，合理搭配各种胶凝材料的比例关系，混凝土强度可以显著提高，不仅降低了成本，而且对于环保也具有非常明显的现实意义。