高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)摘要：高性能混凝土是當(dāng)前較為常用的一種施工材料，其配合比設(shè)計(jì)直接關(guān)系到混凝土性能的好壞。本文對(duì)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)展開了探討，分析了高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的原則，并對(duì)其配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)進(jìn)行了介紹。關(guān)鍵詞：高性能混凝土；配合比；設(shè)計(jì)引言隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國工程建設(shè)日益增加，對(duì)工程的施工質(zhì)量及性能也提出了更高的要求。在這背景下，高性能混凝土作為一種高耐久性、高強(qiáng)度、性能良好的混凝土，在現(xiàn)代工程建設(shè)中得到廣泛的應(yīng)用。由于高性能混凝土的性能取決于混凝土的配合比設(shè)計(jì)，因此，對(duì)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)展開探討具有十分重要的意義。1高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)方案和理論依據(jù)采用摻加礦物摻合料(單摻和雙摻兩種方案)的方法，配以優(yōu)質(zhì)外加劑，通過減少水泥用量、改善混凝土工作性能、增加密實(shí)度等措施，最終確保了高性能混凝土的長期耐久性能。其理論依據(jù)為：對(duì)于普通混凝土而言，高流動(dòng)度容易出現(xiàn)離析和泌水，加入適量優(yōu)質(zhì)的礦物摻合料，可使混凝土拌和物需水量有不同程度的降低，同時(shí)使混凝土的黏聚性得以改善。此外由于活性礦物摻合料的顆粒小，可以進(jìn)人到水泥顆粒的空隙中，因而起到了很好的填充作用，使混凝土內(nèi)部的孔隙率降低，提高了混凝土的密實(shí)度，同時(shí)吸附大量的自由水，減少泌水現(xiàn)象，增強(qiáng)了耐久性能。摻合料的加入降低了水泥用量，減少了水化熱集中導(dǎo)致的混凝土內(nèi)外溫差過大而產(chǎn)生的微裂縫，提高了混凝土的耐久性。但是考慮到用摻合料取代部分水泥后，早期強(qiáng)度會(huì)有所減弱，根據(jù)客運(yùn)專線施工工藝的要求，在進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)將礦物摻合料的總量控制在30%以內(nèi)。通過選用優(yōu)質(zhì)外加劑，在混凝土內(nèi)部引入大量分布均勻、穩(wěn)定而封閉的微小氣泡以提高混凝土的抗凍性能，而且這些微小氣泡的引入阻斷了水的滲透通道，使混凝土的抗?jié)B性能也得到相應(yīng)的提高。此外混凝土中適量引氣還可以明顯改善混凝土的和易性，這是由于引入的微氣泡可以看作是無數(shù)的微小滾珠，在混凝土拌和物攪拌、澆筑和振實(shí)過程中，小滾珠起著減小固體顆粒間的磨擦，使物料潤滑流動(dòng)的作用。2高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)原則高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)與普通混凝土不一樣，普通混凝土的配合比只要按照給定的公式進(jìn)行計(jì)算即可。而在確定高性能混凝土配合比時(shí)，根據(jù)《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》、《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》以及混凝土所處的環(huán)境及設(shè)計(jì)圖紙的要求，應(yīng)體現(xiàn)以下原則。原材料比選進(jìn)行原材料的比選復(fù)試，確定品質(zhì)性能滿足技術(shù)條件要求的各種原材料，用于梁體混凝土試配。合理確定原料用量合理地確定膠材用量、水膠比及摻合料用量，根據(jù)設(shè)計(jì)要求及施工工藝，膠材用量實(shí)際控制值為460?490kg/m3；礦物摻和料總量不大于30%；水膠比為0.31?0.33；混凝土表觀密度控制在2400?2500kg/m3范圍內(nèi)?；炷涟韬臀镄阅馨凑宅F(xiàn)場施工工藝、運(yùn)輸距離及泵送高程，混合出機(jī)坍落度按照200mm±20mm進(jìn)行控制，30min坍落度損失為0，60min坍落度損失小于30mm。根據(jù)《客運(yùn)專線預(yù)應(yīng)力混凝土預(yù)制梁暫行技術(shù)條件》的要求，混凝土應(yīng)具有F200的抗凍性，因此混凝土中應(yīng)適量引人微氣泡，混凝土入模含氣量通常控制在2%?4%范圍內(nèi)。同時(shí)要求混凝土不得泌水，試配過程中每30min復(fù)攪測試一次?；炷恋牧W(xué)性能對(duì)于立方體抗壓強(qiáng)度，梁體設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)為C50，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土28d配制強(qiáng)度控制為不小于58.2MPa。對(duì)于靜力抗壓彈性模量，梁體設(shè)計(jì)彈性模量取34.5GPa，在配合比設(shè)計(jì)時(shí)，混凝土28d齡期彈性模量與強(qiáng)度相適應(yīng)。混凝土的抗裂性對(duì)滿足混凝土拌和物性能要求的配合比進(jìn)行抗裂性能對(duì)比試驗(yàn)，選擇抗裂性能相對(duì)較好的混凝土配合比進(jìn)行耐久性試驗(yàn)。混凝土的耐久性能在耐久性設(shè)計(jì)中，要求混凝土56d齡期電通量不大于1000C，抗凍性不小于F200，且混凝土抗?jié)B性不小于P20。3高性能混凝土配合比的試驗(yàn)研究試驗(yàn)混凝土配合比見表1。混凝土總堿含量和氯離子含量的計(jì)算依據(jù)原材料的復(fù)檢結(jié)果。按照《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》礦渣粉的可溶性堿按總堿量的1/2進(jìn)行折算，粉煤灰的可溶性堿按總堿量的1/6進(jìn)行折算?；炷量倝A含量和氯離子含量計(jì)算結(jié)果見表2，表3。從計(jì)算結(jié)果可知，初步選定的混凝土配合比中的堿含量為2.24?2.78kg/m3。氯離子含量在0.063%?0.076%之間，均未超過膠凝材料用量的0.1%，可繼續(xù)進(jìn)行拌和物性能試驗(yàn)。3.1混凝土拌和物性能試驗(yàn)混凝土拌和物性能試驗(yàn)在溫度為20°C±5°C、濕度大于50%的環(huán)境下進(jìn)行。混凝土采用60L強(qiáng)制式攪拌機(jī)拌和。試驗(yàn)中，初始坍落度和含氣量在混凝土出機(jī)后3min內(nèi)測試，30min坍落度和泌水率在混凝土出機(jī)靜置30min后經(jīng)復(fù)攪測試。所拌制的6個(gè)配合比的混凝土拌和物均色澤一致、均勻、和易性良好。但通過對(duì)比試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，單摻粉煤灰的混凝土發(fā)散，且強(qiáng)度增長較慢。單摻礦粉的混凝土黏著力較大，而采用礦物雙摻的方法可使混凝土在獲得良好的和易性的基礎(chǔ)上具有適宜的強(qiáng)度值，而且雙摻時(shí)可以加大摻合材用量，因此在實(shí)體工程中采用礦物雙摻的方法是最經(jīng)濟(jì)可行的。所選6個(gè)試驗(yàn)配合比的拌和物試驗(yàn)結(jié)果見表4。從表4可知，所選6個(gè)試驗(yàn)配合比的混凝土初始坍落度均在200?220mm之間，30min坍落度損失均為0，滿足預(yù)期的控制范圍。從含氣量測試結(jié)果來看，所用外加劑具有較為穩(wěn)定的引氣作用，30min含氣量損失在1%以內(nèi)。滿足混凝土入模含氣量2%?4%的控制要求。因此6個(gè)試驗(yàn)配合比均可進(jìn)一步進(jìn)行抗裂性能對(duì)比試驗(yàn)。3.2混凝土抗裂性能的對(duì)比試驗(yàn)混凝土抗裂性能對(duì)比試驗(yàn)采用抗裂環(huán)法進(jìn)行。將混凝土成型于內(nèi)模尺寸為305mmx425mmx100mm的試模中，24h后拆除外模移入溫度為20°C，濕度為60%的環(huán)境中養(yǎng)護(hù)觀測，定期檢查混凝土表面，觀察裂縫出現(xiàn)的時(shí)間和裂縫的寬度與長度，以比較混凝土抗裂性能的優(yōu)劣。經(jīng)試驗(yàn)觀測，6個(gè)試驗(yàn)配合比成型的試件均未出現(xiàn)可見裂縫，說明按設(shè)計(jì)的配合比配置的高性能混凝土具有良好的抗裂性能?；炷林械乃嗨艧峒袑?dǎo)致混凝土硬化期間內(nèi)外溫差大，由此產(chǎn)生的溫度應(yīng)力會(huì)使混凝土產(chǎn)生大量微細(xì)裂縫。而高性能混凝土中摻和料的加入能將水泥有效分散并大幅度減少水泥用量，減少了水泥水化放出的總熱量，從而降低了混凝土的溫升。從現(xiàn)場不同環(huán)境溫度下的箱梁芯部溫度測試結(jié)果可以得出，即使在炎熱的夏季，梁體芯部溫度也可以控制在65C以下，未發(fā)現(xiàn)可見裂紋。3.3混凝土力學(xué)性能的試驗(yàn)按試驗(yàn)配合比成型的混凝土試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)各齡期強(qiáng)度和彈性模量試驗(yàn)結(jié)果見表5。從表5的試驗(yàn)結(jié)果可以看出：所有試件的28d齡期立方體抗壓強(qiáng)度均能滿足C50混凝土的配制要求，最大值為66.2MPa，最小值為60.7MPa，均高于配制強(qiáng)度58.2MPa。同時(shí)，所有試件28d齡期靜力彈性模量均能滿足C50混凝土的配制要求。試件強(qiáng)度3d可達(dá)到預(yù)張拉強(qiáng)度要求。高性能混凝土由于采用非早強(qiáng)水泥，又摻加了大量礦物摻合料，其早期強(qiáng)度發(fā)展不快，冬季施工時(shí)需采用蒸汽養(yǎng)護(hù)以達(dá)到各施工工序?qū)?qiáng)度的要求。后期強(qiáng)度發(fā)展相對(duì)平穩(wěn)，較普通混凝土而言強(qiáng)度值波動(dòng)較小，經(jīng)數(shù)理統(tǒng)計(jì)，檢驗(yàn)期內(nèi)混凝土標(biāo)準(zhǔn)差在2.0MPa左右。靜力彈性模量在終張拉時(shí)即可達(dá)到設(shè)計(jì)值且具有一定的富余系數(shù)。3.4混凝土耐久性能的試驗(yàn)混凝土耐久性能試驗(yàn)結(jié)果見表6。表6所示的試驗(yàn)結(jié)果表明，混凝土電通量在548-704C，混凝土的密實(shí)度較高，6個(gè)試驗(yàn)配合比的混凝土均具有較強(qiáng)的抵抗外界離子侵人內(nèi)部的能力，_抗凍性，抗?jié)B性滿足技術(shù)條件要求。在箱梁預(yù)制中每澆筑20000m3混凝土分別從梁體底板、腹板和頂板取樣留置耐久性試件，進(jìn)行抗凍性、抗?jié)B性及抗氯離子滲透性檢測，試驗(yàn)結(jié)果均滿足技術(shù)條件的要求。代表結(jié)構(gòu)實(shí)體具有優(yōu)異的耐久性能。另外，在高性能混凝土澆筑養(yǎng)護(hù)過程中，高性能混凝土坍落度不易控制，混凝土坍落度過大，易造成翻漿，影響混凝土質(zhì)量；混凝土坍落度過小，則易造成堵管，延長灌注時(shí)間。所以在混凝土初期攪拌時(shí)，試驗(yàn)室從攪拌、運(yùn)輸、灌注3個(gè)環(huán)節(jié)來確定配合比的最終加水量，并隨時(shí)測定砂子、碎石含水量，及時(shí)調(diào)整，混凝土坍落度宜控制在160?190mm。4結(jié)論綜上所述，高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)是否合理直接影響到混凝土的性能好壞。因此，在混凝土配合比設(shè)計(jì)階段，要嚴(yán)格篩選原材料，把好材料的質(zhì)量關(guān)卡，同時(shí)還要選擇合理的配合比設(shè)計(jì)方法進(jìn)行