高强高性能混凝土配合比设计初探

高强高性能混凝土是近年发展起来的一种新型混凝土。它与传统混凝土相比, 具有很多优越的技术性能, 突出表现为高强、高流动性、高耐久性、高体积稳定性和良好的经济性, 越来越被广大工程技术人员和专家认可。高强高性能混凝土到目前为此, 还没有一个比较全面可靠的配合比设计方法。现通过本人的经验和理论知识, 提出了一种高强高性能混凝土配合比设计方法。

1 基本思路

高强高性能混凝土配合比设计不能完全套用传统中低强度普通混凝土配合比方法, 针对高强高性能混凝土的特点, 可从以下几个方面考虑。

1.1 集浆比

依据清华大学吴中伟教授提出的四项法则之一密实体积法则, 即假设以石子为骨架, 以砂子充石子间隙, 又以浆体填充砂石空隙, 并包裹砂石表面, 以减少砂石间的摩擦阻力, 保证足够的流动性, 这样, 可朔性状态混凝土总积为水、胶凝材料、砂、石的密实体积之和。那么, 材料稳定情况下, 可以认为固定集浆比为35∶65, 这样能更好地保证混凝土的技术性能。

1.2 胶凝材料选用

(1) 水泥。根据高强高性能混凝土的特点, 应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥, 强度等级为42.5级。

(2) 矿物掺合料。选用优质的粉煤灰、磨细矿渣。在配制过程中采用双掺法, 充分发挥“超叠效应”, 掺量为胶凝材料 (水泥和矿物掺合料总量) 的25%, 其中粉煤灰、磨细矿渣为10%。粉煤灰选用1级灰, 磨细矿渣的比表面积为4000cm2/g～6000cm2/g。

1.3 用水量

依据恒定用水量法则之原理, 即材料一定的情况下, 混凝土单方用水量为一恒定值。根据估计算, C60级混凝土单方用水量为135kg, C100级混凝土单方用水量为120kg。

1.4 粗细集料

(1) 粗集料。选用碎石, 采用连续级配, 最大粒径控制在20mm～25mm范围, 含泥量控制在0.5%以下, 泥块含量控制在0.2%以下, 其它质量应符合现行国家标准的规定。

(2) 细集料。选用洁净的中砂, 细度模数控制在2.6～3.1, 颗粒级配符合11区, 含泥量控制在2.0%以下, 泥块含量控制在0.5%以下, 其它质量应付合现行国家保证的规定。

1.5 砂率

砂率大小将影响粗、细集料的总表面积和空隙率, 因此对混凝土拌合物的和易性产生显著影响。为保证混凝土拌合物的和易性, 需采用最佳砂率, 根据高强高性能混凝土的特点, C60混凝土取40%, C80混凝土取38%, C100混凝土取36%。

1.6 混凝土外加剂

优选萘系减水剂中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%, 于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。

2 高强高性能混凝土配合比的设计方法与步骤

2.1 确定浆体体积组成, 计算出胶凝材料和水的体积

因不掺引气剂时, 混凝土中一般含有1%～2%的空气, 若有抗冻要求的混凝土, 混凝土一般含有5%～6%的空气, 在计算时应扣除空气的体积。

2.2 确定集料各体积组成

2.3 根据密度计算各材料用量 (p.c-3.14, 砂2.65, 石2.70, 粉煤灰、磨细矿2.2)

2.4 试验室试配调整

套用普通混凝土配合比设计规程之规定, 当配合比确定后, 应用该配合比进行不少于6次的重复实验验证, 其平均值不应低于配制强度。

3 高强高性能混凝土的技术性能

采用次配合比技术配制的混凝土具有以下几个方面的技术性能。

3.1 高强度

混凝土试件采用标准养护28天的抗压强度平均值可达到65MPa～120MPa。

3.2 高流动性

通过在混凝土掺入高效减水剂, 混凝土拌合物的坍落度可达到200mm～250mm, 根据此坍落度和材料特点, 可适合泵送混凝土之用。

3.3 高耐久性

经凝结硬化后的混凝土具有高的抗渗性、抗侵蚀性、抗冻性及高的抗碱集料反应等性能。

3.4 高体积稳定性

通过在混凝土中掺入适量的矿物参合料, 防止了混凝土的自收缩和干燥收缩, 降低了混凝土的温升, 尺寸变化小。

3.5 良好的经济性

通过在混凝土中掺入矿物参合料, 可节约水泥用量, 从而大大降低了成本造价, 具有突出的经济效果。

4 结语

高强高性能的混凝土的优越特性, 大大减少了传统普通混凝土的某些缺点, 为混凝土的发展提供了方向, 将成为21世纪混凝土发展的趋势。为保证高强高性能混凝土的质量, 只有采用合理经济的配制方法, 才能获得应有的技术性能, 并为工程应用打下良好的技术基础。随着科学技术的发展, 高强高性能混凝土的配制方法和施工技术一定会走向成熟。

摘要：高强高性能混凝土是近年发展起来的一种新型混凝土。具有高强、高流动性、高耐久性、高体积稳定性和良好的经济性等技术性能, 一直被广大科研和工程技术人员重视, 普遍认为是21世纪混凝土技术发展的趋势。本文通过理论分析和经验, 提出了高强高性能混凝土组成的配合比设计方法, 为其在土木工程中的应用提供了有利的依据和有力的保证。

关键词：高强高性能,混凝土,配合比