浅析高性能混凝土配合比设计及其存在的问题

李展华

摘要：建筑施工过程中对高性能混凝土的效能有严格要求，必须有较高的稳定性、强度和耐久性，为发挥好这些效能，必须设计出科学合理的配合比。本文结合《高性能混凝土评价标准》的相关要求，着重分析探究高性能混凝土配合比设计的技术及要点，主要有掺入活性矿物掺合料与高效减水剂、合理选择配合比参数。

关键词：高性能混凝土；配合比；高效减水剂

高性能混凝土配合比设计需要同时满足三大目标，即强度、耐久性和稳定性，以求发挥出最佳的效能。在当前的高性能混凝土配合比设计中，积累了较多的成功经验和配合比设计技术，可以设计出理想的配合比，对保证和提高建筑施工的安全性有十分大的裨益。不过在高性能混凝土配合比设计过程中也经常面临一些问题，比如会出现双掺或多掺控制问题、粗细骨料搭配问题。这些问题的出现对高性能混凝土配合比设计质量有一定的影响，必须有效解决。

1. 高性能混凝土配合比设计效果的影响因素

高性能混凝土配合比设计时，必须要同时达到强度、耐久性和稳定性的目标，但设计过程中会受到较多因素的影响。

在强度这一性能要求中，高性能混凝土必须有理想的强度。常规要求将高性能混凝土的水胶比控制在0.45以下，但为更好的保障高性能混凝土的强度，需要将水胶比设定在0.40以下[1]。高性能混凝土的强度影响因素主要有两点，一是矿物掺合料量，二是水胶比。在耐久性这一性能要求中，与一般性的混凝土有所不同，高性能混凝土配合比必须有良好的耐久性。耐久性可以涉及抗碳化性、抗化学侵蚀性、碱集料反应、抗渗性、抗冻性。通常情况下，高性能混凝土的质量降低主要原因是水侵入有害介质，也就是抗渗性可以直接影响到高性能混凝土的耐久性。为此，在高性能混凝土配合比设计中，要重视抗渗性这一要素的考虑，抗渗等级不小于P12。在稳定性这一性能要求中，稳定性关乎到高性能混凝土的质量，主要受到外加剂种类、浆骨比、骨料级配这些因素的影响，高性能混凝土配合比设计时要重点分析。

2. 高性能混凝土配合比设计的技术及要点
   1. 掺入活性矿物掺合料

高性能混凝土配合比设计时，可以加入一些活性矿物掺合料，主要有硅灰、钢渣粉、优质粉煤灰、矿渣粉、磷渣粉。以硅灰为例，活性SiO2（二氧化硅）是关键活性组分，可以与水泥进行水化反应，生成氢氧化钙，继续与氢氧化钙进行反应。在混凝土界面的一些孔隙之中，所生成的凝胶水化硅酸钙可以较有效的提高界面的粘结强度、抗渗性能。除此之外，在高性能混凝土中掺加适量的活性矿物细掺合料，水泥的使用量可以由此减少，并降低高性能混凝土水化热，后续施工过程中不易出现温差裂缝。

2.2掺入高效减水剂

提高高性能混凝土的强度时，需要使用较多的胶凝材料，但按照《高性能混凝土评价标准》的相关要求，必须将凝胶材料每方的用量控制在550kg以内。为有效降低胶凝材料的用量，必须降低水胶比，可以考虑掺入适量的高效减水剂，比如聚羧酸系列减水剂，可以有效增强高性能混凝土的工作性能。在长时间的研究应用中发现，通过使用高效的聚羧酸系列减水剂，不仅有效增强高性能混凝土的工作性能，且可以避免混凝土损失坍落度，通常在一个半小时以内不会有坍落度损失，值得推广应用。

2.3合理选择配合比参数

从合理选择配合比参数这一角度来说，要将重点放在四个方面，一是控制水胶比，二是控制浆骨比，三是控制砂率，四是控制高效减水剂的掺量。

在控制水胶比时，要确保高性能混凝土的配制可以达到低水胶比的效果，通常是将水胶比控制在0.40以下，待浇筑完成后必须确保足够密实。当水胶比小于0.40时，水胶比越低则高性能混凝土的强度可以越高[2]。如表1，高性能混凝土配制时常用的水胶比。

表1 高性能混凝土配制时常用的水胶比

混凝土强度等级	C50	C60	C70	C80	C90	C100
水胶比	0.37-0.33	0.34-0.30	0.31-0.27	0.28-0.24	0.25-0.21	0.23-0.19

在控制浆骨比时，要求将高性能混凝土的总胶凝材料掺入量控制在≤550kg/m3这一范围，当混凝土的强度越低时，控制掺量要越少，并且要尽可能减少水泥使用量。为始终确保高性能混凝土有良好的耐久性，通常是要将总胶凝材料掺入控制在300kg/m3及以上。结合当前高性能混凝土配合比设计的一些研究成果来看，如果是配制C50-C70的高性能混凝土，可以加入15-30%的优质粉煤灰，也可以加入20-50%的矿渣，以此替代水泥用量。如果配制C80以上的高性能混凝土，则可以加入15-35%的矿渣，或者加入5-10%的硅灰[3]。

在控制砂率时，要明确一点，即随着混凝土砂率的不断提高，高性能混凝土的强度会逐渐降低，且弹性模量也会减小。基于此，控制砂率时要充分考虑高性能混凝土的总胶凝材料用量、输送要求、粗细颗粒骨料级配。

在控制高效减水剂的掺量时，为有效确保高性能混凝土的强度、耐久性，要控制用水量、水胶比在一个较低的范围内，同时可使用高效减水剂来增大流动性。但往往将高效减水剂的掺量控制在一定量以上时，无法取得明显的成效，经济性不高。所以，在当前的高性能混凝土配合比设计中，多是将高效减水剂的掺量控制在1.5-2.0%之间，效果较佳。

3. 高性能混凝土配合比设计的常见问题及处理方法

从当前高性能混凝土配合比设计来看，整个工程中容易出现两种问题，一是双掺或多掺控制问题，二是粗细骨料搭配问题。

双掺或多掺控制不当时，总掺量势必增多，此时高性能混凝土的凝结时间被延长，强度增长时间也会延长，最终影响到整个工程。另外，如果掺入的掺合料质量不佳，则会同时影响到高性能混凝土的塑性和强度。针对双掺或多掺控制问题，解决时要充分考虑现场的施工条件与要求，确定出最佳的活性矿物掺合料的总掺入量。如果所使用的硅酸盐水泥是高标号，则可以适当性的提高活性矿物掺合料的总掺量，但必须确保质量，不能对高性能混凝土的性能造成不利影响[4]。

粗细骨料的配合比可以直接影响到高性能混凝土的性能，要适当性的提高粗细骨料的有关强度。当前在搭配粗细骨料时存在一定的问题，质量不佳且砂率未能有效优化时，高性能混凝土的工作性能随之受到影响。为此，在粗细骨料的配合比设计中，应尽量使用少量的水泥，借助粗细骨料的级配实施优化处理，一方面是减小空隙率，另一方面是将粗骨料松散堆积的密度控制在1600kg/m3以上。通常情况下，空隙率要控制在40%以下，吸水率则要控制在2%以下。除此之外，高性能混凝土的配比过程中应有针对性的改善搅拌工艺，通过增加搅拌时间提高混凝土的强度和耐久性。

4. 结束语

高性能混凝土配合比设计中涉及较多专业知识，有复杂性和专业性的特点，务必重视配合比设计工艺的不断优化。在高性能混凝土配合比设计过程中，要重点放在砂率、浆骨比、水胶比、高效减水剂掺量的控制上，同时针对性的解决配合比设计中易出现的质量问题，以求保障和提高高性能混凝土配合比设计质量，满足建筑施工要求。

参考文献

[1]徐天良,王卿,周洋.泵送高性能混凝土配合比设计和变形性能研究[J].中外公路,2022,42(02):238-241.

[2]李龙.高性能混凝土配合比设计及施工技术研究[J].工程技术研究,2021,6(09):123-124.

[3]肖凤祥.高性能混凝土配合比设计及性能测试[J].粉煤灰综合利用,2020,34(04):129-131.

[4]严明辉.浅谈绿色高性能混凝土配合比设计[J].智能城市,2020,6(09):152-153.