高性能混凝土配合比

高性能混凝土配合比（精选12篇）

高性能混凝土配合比 第1篇

近年来,随着超高层、大跨度建筑物的大量出现,对混凝土材料性能的要求也越来越高,尤其是混凝土的耐久性能,如果建筑物的耐久性能较差,将直接影响建筑物的使用寿命。在高强高性能混凝土的配制过程中,其配合比是否恰当将直接影响到混凝土的性能和质量,所以,人们将优化方法引入到高强高性能混凝土配合比设计中,以求能达到混凝土性能最优,而且造价最小。

本文提出的基于Matlab的优化设计算法,能够快速地、便捷地、高效地对高强高性能混凝土配合比进行优化设计。

1 高性能混凝土

高性能混凝土相对于普通混凝土具有强度高、耐久性好、工作性强等优点,根据大量试验将结果总结出:高性能混凝土和普通混凝土的性能差异主要是由于掺加的材料有所不同而导致的。为得到性能更好的混凝土,本文的高性能混凝土的材料组分中除了掺加水泥、水、石子和砂子这些普通混凝土原料外,还掺加了聚羧酸高效减水剂、硅灰、粉煤灰。

1)优质粉煤灰:一般选用Ⅰ级灰,利用其内含的玻璃微珠润滑作用,降低水灰比,以及细粉末填充效应和火山灰活性效应,提高混凝土强度和改善综合性能。

2)硅粉:它是生产硅铁时产生的烟灰,故也称硅灰,是高强混凝土配制中应用最早、技术最成熟、应用较多的一种掺合料。硅粉中活性Si O2含量达90%以上,比表面积达15 000 m2/kg以上,硅粉活性高,且能填充水泥的空隙,从而极大地提高混凝土密实度和强度。

3)聚羧酸系高效减水剂:掺加聚羧酸系高效减水剂的混凝土具有强度高和耐热性、耐久性、耐候性好等优异性能。其特点是在高温下坍落度损失小,具有良好的流动性,在较低的温度下不需要大幅度增加减水剂的加入量。

2 高性能混凝土配合比优化设计数学模型

高强高性能混凝土必须首先对下列性能有重点地予以保证:强度、耐久性、工作性、适用性、体积稳定性,其次才考虑经济性,所以高性能混凝土配合比的数学模型就以以上性能为约束条件,以工程造价为目标函数。

2.1 材料约束

本文通过分析高强高性能混凝土配合比试验数据,确定各种材料的最佳取值范围。

1)水泥。水泥强度等级的选择一般为:C50～C80混凝土宜用强度等级为42.5的水泥,C80以上选用更高强度的水泥,本文所选的混凝土强度等级为52.5。1 m3混凝土中水泥的用量要控制在500 kg以内,且尽可能的降低水泥用量,水泥和矿物掺合料的总量不应大于600 kg/m3。

2)掺合料。a.硅粉:硅粉可以极大地提高混凝土的密实度和强度,硅粉掺量不宜大于胶凝材料总量的20%,其适宜掺量为胶凝材料用量的5%～10%。b.优质粉煤灰:一般选用Ⅰ级灰,粉煤灰掺量不宜大于胶凝材料总量的30%,一般控制在20%～30%之间。

3)外加剂。高效减水剂,减水率一般要求大于20%,以最大限度降低水灰比,提高强度。高效减水剂掺量宜为胶结材料总量的0.4%～1.5%。

4)砂、石料。一般选用级配良好的中砂,细度模数宜大于2.6,含泥量不应大于1.5%。砂的砂率宜为28%～34%,当采用泵送工艺时,可为34%～44%。石子宜选用碎石,最大骨料粒径一般不宜大于25 mm,强度宜大于混凝土强度的1.20倍。对强度等级大于C80的混凝土,最大粒径不宜大于20 mm。针片状含量不宜大于5%,含泥量不应大于1.0%,对强度等级大于C100的混凝土,含泥量不应大于0.5%。

5)水胶比。配制高性能混凝土所用的水胶比(水与胶结料的重量比)宜采用0.25～0.42。强度等级愈高,水胶比愈低。

2.2 配合比优化模型

把混凝土材料的经济成本最低化作为优化目标,目标函数为:

1 m3强度等级为C60的高性能混凝土中水泥、砂、石、水、减水剂、硅粉、粉煤灰的用量(kg)分别是x1,x2,x3,x4,x5,x6,x7;各原材料的单价(kg/元)分别是y1,y2,y3,y4,y5,y6,y7。

各组成材料的用料约束:

其中,xi(l),xi(u)(i=1,2,…,7)分别为材料的下、上限。

材料体积约束:

其中,ρi为各材料的密度(i=1,2,3,4,5,6,7);α为混凝土的含气量,不掺加引气剂时,取α=1。

3 Matlab函数的选择

Matlab优化工具箱中,用于求解多元线性问题的函数主要是linprog,用于求解有约束非线性函数最小化的函数主要是fmincon,利用以上两种函数对本文中的问题进行多次求解后发现,fmincon得到的结果更优,所以本文采用后者。

假设多元线性规划问题的数学模型为:

fmincon函数的调用格式如下:

4 高性能混凝土配合比优化设计实例

某C60的高性能混凝土,水泥选用强度等级为52.5的普通硅酸盐水泥,密度是3.1 g/cm3,细骨料选用河沙,密度为2.61 g/cm3,粗骨料采用碎石,粒径为5 mm～20 mm,密度为2.75 g/cm3,硅灰(SF)的表观密度为2.2 t/m3,活性指标110%,采用Ⅰ级粉煤灰,表观密度为2.2 g/cm3,本试验选择了聚羧酸系高效减水剂,现场试拌要求坍落度为18 cm～20 cm。材料的市场价格参考为:水泥0.35元/kg,砂0.025元/kg,石0.035元/kg,水0.002元/kg,聚羧酸系高效减水剂4.5元/kg,硅粉1.4元/kg,粉煤灰0.02元/kg。

1)目标函数:

2)约束条件:各材料用量取值范围见表1。

kg

Matlab求解程序为:

1)编写目标函数M文件fop.m。

2)设定约束条件,并调用fmincon函数求解上述问题:单位立方米混凝土中,Matlab优化后的配合比见表2。

kg

经与其他资料对比发现:不仅配合比适用,材料费用也较低。

摘要：在满足强度、耐久性和和易性的基础上,从工程造价最小化方面对高强高性能混凝土配合比进行优化,然后确定高性能混凝土配合比优化设计的数学模型,通过Matlab编程求解有约束条件的线性优化问题,优化实例表明,采用的优化思路是可行有效的。

关键词：高性能混凝土,配合比,优化设计,Matlab

参考文献

[1]陈斌,李富强.混凝土配合比的非线性多目标优化算法研究[J].浙江大学学报(工学版),2005,39(1):16-19.

[2]王继宗,梁晓颖.基于Matlab语言的高性能混凝土配合比优化设计[J].工业建筑,2005(1):67-68.

[3]B H Bharatkumar,R.Narayanan.Naraynan Mix proportioning of high performance concrete[J].Cement&Concrete Composites,2001(23):71-80.

[4]曹卫华,郭正.最优化技术方法及MATLAB的实现[M].北京:化学工业出版社,2005:145-147.

[5]冯乃谦.高性能混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社,1996.

高性能混凝土配合比 第2篇

在对于高性能绿色混凝土进行泵送之前，首先必须要对于泵送设备进行合理的选择，泵送设备对于高性能绿色混凝土的施工质量也有着非常重要的影响，而在进行泵送设备选型的过程中，一般需要根据实际的泵送距离来进行选择，对于管道的阻力进行估算，在估算了管道的阻力之后依据所计算压力值初选混凝土泵的型号，然后再依据泵送设备的泵送性能曲线来对于对应的输送量进行查找，如果压力和方量能够满足要求，则确定泵送设备，如果不满足要求，则重新进行选择。

2.2 泵送管路的布置

在完成了泵送设备的选型之后，接下来就需要对于泵送管理进行布置，泵送管路的布置对于高性能绿色混凝土泵送施工的效果也有着非常重要的影响，应注意以下事项：第一，输送管路不能够承受任何来自于外界的.拉力，并且在泵送过程中要保证管道的水平;第二，在进行管路的布置时，应该按照最短距离和最少弯头的原则来进行布置;第三，在布置输送管路的过程中，必须要将管路布置在易于接近的地方，以便于管路的清洁和更换;第四，各个管路之间的连接必须要牢固和稳定，避免在泵送的过程中出现松脱或者摇晃的情况;第五，各个管卡不能够同地面或者是支撑物相接触，必须要留有一定的间隙。

2.3 泵送施工

在进行高性能绿色混凝土泵送施工的过程中，首先必须要有效地对于施工人员进行组织，确保施工人员能够满足泵送施工的需求，在料斗处应该配备一门专门的工人，对于筛框上的大骨料来进行清理。在进行混凝土的泵送时，首先应该开机启动主机，然后再泵水，在泵水之后再泵砂浆，在泵砂浆的过程中，应该先在泵机出口处管路中放入一只海绵球，然后再将砂浆倒入料斗之中，如果管路的长度小于150m，则使用1：1的水泥砂浆，如果管路的长度大于150m，则应该使用2.5： 1的水泥砂浆。

3 结语

高性能绿色混凝土有着很多的优势，但是在对于高性能绿色混凝土加以应用的过程中，必须要注重对其配合比的设计以及泵送施工，只有合理地进行配合比设计，并且严格按照泵送施工工艺流程来进行泵送施工，从而有效地保证高性能绿色混凝土的施工质量。

参考文献

试论C55高性能混凝土配合比设计 第3篇

高性能混凝土配合比设计，应根据工程设计标准、规范、规程要求，以及混凝土结构、强度等级、耐久性、原材料品质、工艺方法、环境因素等综合依据为指导，通过计算、试配、各种指标检测后经调整确定。配制成的混凝土应能满足设计强度等级，耐久性指标和施工工艺等要求。检验项目符合要求。其配合比设计原则：

1.1选择优质的原材料。

1.2在满足工艺性能的前提下，采用尽可能低的水胶比及最优的含砂率。

1.3在满足强度的前提下，胶凝材料的浆体体积（全部胶凝材料与水的体积）占混凝土体积的百分比尽可能小，一般不超过35%，最好控制在28%～32%之间。

1.4选择合理的组成材料及其单位用量，以满足耐久性及特殊性能要求。

1.5掺用效果好，减水率高，流动性保持能力强，多功能复合型混凝土外加剂，以改善和提高混凝土的综合性能。

1.6选用适应的外掺料，如粉煤灰、矿粉、硅粉等，可起到改善混凝土的技术性能，节约水泥、降低成本的良好作用。

2.原材料的选择及技术要求

高性能混凝土的组成材料，除与普通混凝土相同的组成材料——水泥、砂、石、水等，高效减水剂和超细矿物掺和料是不可缺少的组分。科学合理的选择这些特殊掺合料，是成功配制高性能混凝土的关键。

2.1水泥

水泥的矿物组成和颗粒组成直接影响到水泥水化反应的速度，水化热和水化产物的组成和结构特点，也就直接影响到混凝土的开裂机率，以及混凝土的强度和耐久性。对于高性能混凝土，需选择早期强度适中，早期水化热较低的水泥。为便于控制和调整外掺料的品种和比例，应采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥进行配制。

配制高性能混凝土的水泥的技术要求为：强度等级为42.5或52.5的质量符合国家标准《硅酸盐或普通硅酸盐水泥》，水泥中铝酸三钙（C3A）含量宜控制在6%～12%，氯离子含量应低于0.03%，碱含量≤0.6%。

2.2矿物掺和料

在混凝土中掺入矿物外掺料，特别是多元复合掺入，不仅能改善混凝土的工作性，降低混凝土温升速度，而且能改善其内部结构，提高混凝土的密实性，促进混凝土后期强度的发展，并且还能抑制碱——集料反应的发生，从而提高混凝土的安全性和耐久性。矿物外掺料在混凝土中具有许多特殊的功能，是高性能混凝土不可缺少的材料组成。

矿物掺和料包括粉煤灰、磨细高炉矿碴、硅灰等，其技术条件应符合国家标准《高强高性能混凝土用矿物外掺料》（GB/T18736-2002）的规定。

2.3高性能混凝土材料品质指标要求

2.3.1粉煤灰品质指标

粉煤灰应选择料源固定、品质稳定、来自燃煤工艺先进电厂的原状灰，也可采用磨细灰。

2.3.2磨细矿碴粉品质指标

磨细矿碴粉应选用品质稳定均匀，料原固定的产品。

2.3.3聚羧酸外加剂品质指标

外加剂应具有减水率高、坍落度损失小、适量引气，能细化混凝土结构，能明显改善提高混凝土耐久性能，与水泥有良好的适应性等性能。

2.3.4细骨料品质指标

细骨料应选择级配合理＼质地均匀坚固的天然中粗河砂，细度模数为2.6～3.2，不宜使用机制砂和山砂，严禁使用海砂。

2.3.5粗骨料品质指标

粗骨料应采用级配合理、质地均匀坚固的碎石，也可采用卵碎石或卵石，不宜采用砂岩碎石。粗骨料宜采用二级配石。粗骨料的最大公称粒径不大于31.5mm，且不宜超过钢筋保护层厚度的2/3，不得超过钢筋最小间距的3/4。配制预应力混凝土，粗骨料最大粒径不大于25 mm。

2.3.6水泥的品质指标

水泥的质量应符合国家现行标准。

2.3.7拌合水的品质指标

混凝土拌合用水的质量可采用饮用水。

3.高性能混凝土配合比设计

3.1概念

设计高性能混凝土配合比，应根据结构混凝土设计等级、混凝土耐久性以及侵蚀环境类别，施工工艺对工作性的要求，原材料品质、施工管理水平的要求进行配合比设计，通过科学试配、调整、检测、分析、总结等步骤确定配合比。配制的混凝土拌合物性能应满足施工和验收标准要求外，还必须满足设计强度和耐久性的技术要求。

3.1.1最小和最大总胶凝材料控制

高性能混凝土最小和最大总胶凝材料应根据根据环境类别、侵蚀类别及强度等级确定。通常情况下，C30以下混凝土的胶凝材料总量不宜低于280kg/m3和高于400kg/m3；C35～C40混凝土不宜低于320 kg/m3和高于450kg/m3；C50及以上混凝土不宜低于360kg/m3和高于500kg/m3。

3.1.2矿物掺合料的确定

为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的工作性能和抗裂性能，混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、矿碴粉或硅灰等矿物掺合料。不同的矿物掺合料应根据混凝土的性能要求通过试验确定。矿物掺合料总量应控制在胶凝材料总量的25%～45%之间。粉煤灰掺量超过30%时，其水胶比不得大于0.45，有冻融环境粉煤灰掺量不宜大于30%；矿碴粉的掺量宜为25%以下；灰质活性指数大于95%为宜。其技术指标符合要求。

3.1.3高性能外加剂的确定

高性能混凝土中，必须适量掺加高性能复合外加剂，优先选用聚羧酸高效复合减水剂，其掺量应根据性能试验确定。技术指标应符合要求。

3.2配合比设计技术要求

3.2.1掌握工程结构类型及设计技术标准，环境类别及环境作用等级。

3.2.2水胶比尽量控制在0.28～0.35之间。

3.2.3根据工艺、结构、气候等情况，确定混凝土坍落度和扩散度，确保混凝土工作性良好。

3.2.4确保施工需要。混凝土1天抗压强度<12Mpa，3～7在达设计85%以上，弹模强度达80%以上。56天达设计强度110%以上。

3.2.5耐久性指标满足设计要求。当设计对混凝土的耐久性指标无具体要求时，应按《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》附录G要求确定。

3.3凝土配合比正交设计法

正交设计是用正交表来安排与分析多因素试验的，因此首先必需了解正交表的构造和使用方法。

正交表是利用“均衡分散性”与“整齐可比性”两条正交线原理，挑选出具有代表性的试验点，排列成有规律的表格即正交表。

4.配合比现场验证和优化

4.1现场配合比验证

现场配合比验证是指在生产线上对配合比进行施工前的验证，验证指标必须根据设计、验收评定标准和工艺性能指标进行，检测这些指标是否与室内设计检测指标相符，若差异过大，要进行分析，并进行最终调整，只有通过现场验证合格的配合比，才能投入施工生产。

4.2配合比优化

配合比的优化原则：必须在符合设计规程，满足施工规范，达到评定标准，有利工艺性能的基础上进行。

5.结果总结

5.1高性能混凝土采用粉煤灰、矿粉高掺量技术，是配制高性能耐久性混凝土的先进技术，总胶凝材料的比例组成是配合比设计的关键。

5.2高性能减水剂，特别是聚羧酸不仅减水率高，而且混凝土坍落度保持性好，对大计量的外掺料混凝土有较好的激发作用。

5.3在有弹模要求的桥梁及有冻融要求的混凝土施工中，粉煤灰的掺量不宜过高，宜在15%之内。

5.4砂率对混凝土弹模影响较大，在满足工作性的条件下，应尽量降低为宜。

5.5坍落度对于高性能混凝土的工作性，经测试已经不敏感，宜采用扩展度和粘度进行控制。

5.6平板抗裂性能试验对于高性能混凝土，已经不敏感。圆环抗裂试验与实际结构差异较大，不能真正反映不同体积、不同结构、不同环境、不同温度混凝土抗裂性的真实性。

高强高性能混凝土配合比设计初探 第4篇

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。

普通混凝土配合比 第5篇

(三)混凝土的搅拌与运输

1、混凝土搅拌一般宜有场外商品混凝土搅拌站或现场搅拌站搅拌，应严格掌握混凝土配合比，确保各种原材料合格，计量偏差符合标准规定要求，投料顺序、搅拌时间合理、准确，最终确保混凝土搅拌质量满足设计、施工要求，当掺有外加剂时，搅拌时间适当延长。

2、混凝土在运输中不宜发生分层、离析现象;否则，应在浇筑前二次搅拌。

3、要尽量减少混凝土的.运输时间和转运次数，确保混凝土在初凝前运至现场并浇筑完毕。

(四)泵送混凝土

1、泵送混凝土是利用混凝土泵的压力将混凝土通过管道输送到浇筑地点，一次完成水平运输和垂直运输。泵送混凝土具有输送能力大、效率高、连续作业、节省人力等优点。

2、混凝土泵有活塞泵、气压活塞式混凝土泵固定安装在汽车底盘上，并装有回转三段折叠臂架式的布料杆、操作系统、传统系统、清洗系统等，使用时开至需要施工的地点，进行混凝土泵送作业。

高性能混凝土配合比 第6篇

【摘要】富沥青混凝土（FAC， 即Full asphaltAC）是一种粗集料和沥青用量较多，并添加适量细集料以填充骨架空隙成为一种与SMA类似的骨架密实型沥青混合料。论文以FAC-13为例，采用马歇尔试验进行了FAC-13配合比设计，得到了FAC-13的级配和最佳油石比范围；对比了FAC-13与SMA-13的高温性能、水稳定性能以及疲劳性能，结果表明，FAC-13各项路用性能与SMA接近，但造价却比SMA要降低20%左右。

【关键词】道路工程；富沥青混合料；FAC-13；SMA；路用性能评价

【Abstract】Rich asphalt concrete （FAC， namely Full asphaltAC） is a coarse aggregate and asphalt content more， and add the appropriate amount of fine aggregate to fill the gap becomes a skeleton with SMA similar skeleton dense asphalt mixture. Thesis FAC-13， for example， using the Marshall test conducted FAC-13 mix design， has been graded and the best Whetstone FAC-13 ratio range； compared FAC-13 and SMA-13 high temperature performance， water-stable performance and fatigue properties， the results show， FAC-13 road performance with the SMA close， but to reduce the cost of SMA than about 20%.

【Key words】Road works；Rich asphalt mixture；FAC-13； SMA；Performance Evaluation

1 引言

（1）富沥青混凝土（FAC， 即Full asphaltAC）是一种粗集料和沥青用量较多， 以粗集料形成空间骨架嵌挤结构， 然后以适量的细集料填充粗集料空隙， 成为一种与SMA有着类似的骨架嵌挤密实型沥青混合料。FAC是根据交通条件和气候条件确定设计参数， 以干涉理论为原理建立数学模型， 从而准确计算出最佳矿料级配和沥青用量， 并通过各种检验方法检验模型的准确性。所谓“富沥青”就是在最佳油石比的基础上将沥青用量再提高0.3～0.5%左右，从而使沥青路面更加密实，提高抗疲劳性能，达到较长寿命的目的。另外，由于富沥青混合料有效地发挥了粗集料的骨架嵌挤作用和沥青胶浆的耐疲劳性能， 与密级配沥青混合料相比， 其高温稳定性、耐疲劳性能、低温抗裂性能、抗滑性能等得到了显著提高， 同时具有良好的水稳定性。与SMA沥青玛蹄脂碎石相比， 以上各项指标并无明显下降， 但是， 造价却降低约20% 左右。

（2）本文以FAC-13为例，通过室内试验研究了FAC-13的配合比设计，并与SMA的路用性能进行对比研究。

2. 富沥青混凝土设计原则与方法

2.1富沥青混凝土设计应遵循以下原则：

（1）FAC 混凝土的配合比设计采用马歇尔试件体积设计方法。

（2）FAC 混凝土属于骨架密实结构， 必须具有互相嵌挤紧密的粗集料骨架， 形成石-石嵌擠结构。FAC混凝土采用4.75 mm 以上的粗集料， 矿料级配的VMA必须大于15%。

（3）马歇尔试件的空隙率必须在要求范围内。

2.2FAC设计方法和步骤同常规的AC一样，首先，按照《公路沥青路面施工技术规范》（ JT J 032- 94） 和设计文件要求选择性能满足要求的沥青胶结料、粗集料、细集料、矿粉等原材料，并做各项检测。然后，按照马歇尔设计方法步骤，确定初始沥青用量，选择粗中细三个试验级配成型混合料进行试验，最后根据体积指标确定最佳油石比和级配。对于FAC型混合料，需要增加一个VCA指标的检验，即通过测定沥青混合料粗集料骨架间隙率（VCA mix）是否小于设计主骨料空隙率（VCA）来检验沥青混合料中粗集料的骨架嵌挤结构是否真正形成。

3. FAC-13混合料路用性能评价

3.1原材料技术性能。

（1）沥青。FAC-13与SMA-13均采用I-D级SBS改性沥青，沥青各指标检测结果见表1。

（2）矿质石料。

粗集料采用3～5mm、5～10mm、10～15mm玄武岩碎石，细集料采用0～3mm玄武岩机制砂，填料为石灰岩矿粉。石料指标检测结果见表2～表4。

（3）抗车辙与木质素纤维。

进行FAC-13沥青混合料设计时，掺加某公司生产的HD-II型抗车辙剂。抗车辙剂与SMA混合料木质素纤维技术要求如表5与表6所示。

3.2配合比设计。

（1）FAC-13富沥青混合料（FAC）矿料级配范围见表8，确定的试验级配如表9。

（2）在设计级配下，选择4.5%、4.8%、5.0%三个油石比进行马歇尔试验。不同油石比马歇尔试件的毛体积密度、空隙率、矿料间隙率、沥青饱和度以及稳定度指标见表10所示。由试验结果确定最佳油石比为4.9%，最佳油石比下马歇尔各项指标如表11。

（3）SMA-13。

A.SMA-13沥青玛蹄脂矿料级配范围见表12，采用马歇尔设计方法，估算油石比6.2%，纤维掺量为0.3%，确定的试验级配见表13。

B.在设计级配下，选用5.9%，6.2%，6.5%三个油石比，纤维掺量为混合料质量的0.3%，进行马歇尔试验，不同油石比的马歇尔试验结果如表4.34所示。由马歇尔试验结果确定的最佳油石比为6.1%，最佳油石比马歇尔指标如表4.35谢伦堡析漏试验与肯塔堡飞散试验结果如表14。

3.3混合料性能对比评价。

3.3.1高温性能。

（1）采用60℃车辙试验和浸水汉堡车辙试验对比两种沥青混合料的高温性能，试验结果如下表17、表18。

次数均达到了最终碾压次数20000次；FAC-13混合料达到最终碾压次数时的车辙深度为4.76mm，SMA-13混合料的车辙深度为2.85mm。可见，无论从车辙试验还是浸水汉堡车辙试验来看，SBS-FAC-13沥青混合料的抗高温变形性能与SMA-13混合料比较接近，SMA-13混合料的性能优势并不明显。

3.3.2水稳性能。

（1）采用真空饱水马歇尔试验与50℃浸水汉堡车辙试验对比几种沥青混合料的水稳定性能，浸水汉堡车辙试验结果见上表18，真空饱水马歇尔试验结果见下表19。

（2）对比SMA-13與FAC-13沥青混合料试验结果发现：图4-12中两种混合料的汉堡车辙试验曲线均比较连续，并没有出现拐点，说明SMA-13与FAC-13两种混合料在碾压到20000次的过程中均没有发生剥落现象；表4.38中真空饱水马歇尔试验结果表明两种混合料浸水48小时后的残留稳定度均较高，差异也不明显。因此，认为SMA-13与FAC-13两种沥青混合料的抗水损害性能基本相当。

3.3.3疲劳性能。

（1）采用滚动疲劳加载试验评价几种沥青混合料的抗疲劳性能，试验结果见下表20所示。试验过程见图1。

（2）对比SMA-13与FAC-13沥青混合料试验结果发现：SMA-13沥青混合料初裂、从初裂到终裂以及终裂三个阶段的疲劳加载次数均大于SBS-FAC-13沥青混合料。其中初裂阶段加载次数提高了13.4%，从初裂到终裂阶段加载次数提高了19.3%，终裂阶段提高了15.6%。可见SMA-13沥青玛蹄脂混合料的抗疲劳性能比SBS-FAC-13混合料有优势。

4. 结语

C50高性能混凝土配合比研究 第7篇

对于高性能混凝土 (High Performance Concrete, HPC) , 为了达到较高的强度, 通常采取低水胶比, 一般在0. 22～0. 40之间。但同时为了满足施工要求, 保证一定的和易性, 通常要加入高效减水剂。本文试图通过大量的对比试验, 找出C50高性能混凝土最佳试验室配合比。

1 原材料的选择

1.1 水泥

福建水泥股份有限公司炼石水泥厂生产的炼石牌P.O42.5普通硅酸盐水泥, 细度1.8%、28天抗压48.6MPa。

1.2 粗骨料

霞浦石料厂生产的 (5-25) mm连续粒级碎石, 含泥量0.3%、表观密度2640kg/m3、堆积密度1520kg/m3、紧密密度1640kg/m3.

1.3 细骨料

霞浦Ⅱ区粗砂, 含泥量0.2%。

1.4 粉煤灰

长乐华能电厂生产的Ⅱ级粉煤灰, 细度10.8%, 需水量比93%、烧失量2.12%。

1.5 矿渣微粉

福建益材生产的S95级矿渣微粉, 比表面积481m2/kg、活性指数R28=98%。

1.6 外加剂

厦门宏发先科化工建材有限公司生产的FDN-5R缓凝高效减水剂和上海格雷斯化工建材有限公司生产的ADVA-152-A缓凝高效减水剂, 掺量分别为1.5%和1.3%。

2 混凝土配合比设计的一般步骤、试验过程与结果分析

耐久性、强度及工作性是影响高性能混凝土拌和物性能的因素, 因此高性能混凝土配合比的特点是:水胶比低、粉体量大、浆集比大、粗集料量小。据此, 先介绍一下配合比参数、混凝土配合比设计的一般步骤及主要试验方法。

2.1 混凝土配合比设计的一般步骤

(1) 根据设计要求, 初步选定混凝土的水泥、矿物掺合料、骨料、外加剂、拌合水的品种以及水胶比、胶凝材料总用量、矿物掺合料和外加剂的掺量;

(2) 参照《普通混凝土配合比设计规程》 (JGJ55-2000) 的规定计算单方混凝土中各原材料组分用量;

(3) 采用工程中实际使用的原材料和搅拌方法, 通过适当调整混凝土外加剂用量或砂率, 调配出符合要求的混凝土配合比, 该配合比作为基准配合比;

(4) 改变基准配合比的水胶比、胶凝材料用量、矿物掺合料掺量、外加剂掺量或砂率等参数, 调配出拌合物性能与要求值基本接近的配合比3-5个;

(5) 按要求对上述不同配合比混凝土制作力学性能对比试件, 养护至规定龄期时进行试验;

(6) 从上述配合比中优选出拌合物性能和抗压强度适宜的一个配合比成型一组耐久性试件, 养护至规定龄期时进行试验;

(7) 根据上述配合比混凝土拌合物的性能、抗压强度、抗裂性以及耐久性能试验结果, 按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则, 选定该配合比作为理论配合比;

(8) 采用工程实际使用的原材料拌合混凝土, 测定混凝土的表观密度。根据实测拌合物的表观密度, 求出校正系数, 对理论配合比进行校正。校正系数按下式计算:校正系数 = 实测拌合物密度值 ∕ 理论配合比拌合物密度值

(9) 当混凝土的力学性能或耐久性能试验结果不满足设计或施工的要求时, 则应重新选择水胶比、胶凝材料用量或矿物掺合料用量, 并按照上述步骤重新试拌和调整混凝土配合比, 直至满足要求为止。

2.2 试验过程

根据高性能混凝土配合比设计原则, 选定初步配合比为:

外加剂为厦门宏发先科化工建材有限公司FDN-5R缓凝高效减水剂

(1) 外掺料为粉煤灰。

(2) 外掺料为矿渣微粉。

(3) 外掺料为粉煤灰和矿渣微粉各半。

(4) 外掺料为粉煤灰和矿渣微粉各半, 外加剂为上海格雷斯化工建材有限公司ADVA-152-A缓凝高效减水剂。

(5) 两种配合比电通量和抗裂性结果汇 (外掺料为粉煤灰和矿渣微粉各半)

2.3 结果分析

根据以上数据分析, 28天观测试件顶面和外侧面, 均未出现裂缝, 说明这两种配合比体积稳定性较好, 抗裂性均较好;由于1#配合比骨料含量少于2#配合比, 所以1#配合比28自由收缩应变大于2#配合比;而1#配合比比2#配合比有较好的工作性、较大的表观密度、较高的28天抗压强度和较低的电通量。但根据电通量法, 40天时, 1#配合比的渗透能力属于低, 而2#配合比的渗透能力为中等。选择掺厦门宏发先科化工建材有限公司FDN-5R缓凝高效减水剂、外掺料为粉煤灰和矿渣微粉各半的配合比为基准配合比进行进一步研究。 最后, 按照基准配合比进行试拌, 得到相关数据汇总如下:

(1) 抗压强度和抗折强度。

(2) 抗劈裂强度。

(3) 轴心抗压强度和弹性模量

(4) 抗渗试验。

按基准配合比成型的试件经标准养护到28天后进行抗渗性能试验, 压力从0.1MPa起, 每隔8小时加压0.1MPa, 直到压力加到3.2MPa时六个试件仍未渗水, 说明抗渗等级至少大于P32。

(5) 抗冻试验质量损失情况和强度损失情况。

3 试验中出现的问题

由于高性能混凝土具有高强、高耐久性和高工作性等特点, 一般只在一些重要的或是有特殊要求的工程中使用。由于我们缺少高性能混凝土方面的经验, 这给高性能混凝土的开发和研究带来了一定的困难。在试验过程中遇到了以下一些问题:

(1) 在高性能混凝土配合比设计方面, 我国目前尚无关于高性能混凝土的试验标准和验收规范, 即使是建议的方法也很少。所以, 在设计初步配合比时, 是在以往试验的基础上获得的。

(2) 在仪器设备方面, 使用的是传统的普通混凝土设备, 因而在制作和测定混凝土试块性能方面可能会存在一定的误差。

(3) 高性能混凝土对原材料的性能和试验方法反应比较敏感, JGJ 55—2000《混凝土配合比设计规程》等对强度等级高于C 50的混凝土, 其粗骨料的针片状颗粒含量宜≯5. 0 %, 含泥量应≯0. 5 %。细骨料的细度模数宜> 2. 6, 含泥量应≯2. 0 %。在本试验中石子的针、片状颗粒含量为7.8%, 超过了规范的规定, 因而在试块强度测定时有一定的离散性。

4 结束语

(1) 获得高强度混凝土的重要条件是低水胶比, 因而在拌制过程中必须控制用水量, 必须扣除各类原材料 (特别是砂子和溶液型的高效减水剂) 中的含水量。

(2) 高性能混凝土对原材料的要求很高, 为了获得高强度, 要控制粗骨料的最大粒径一般≯25 mm, 并仔细检查粗骨料的各种性能, 必要时可以通过人工筛选粗骨料。

(3) 高性能混凝土的强度与活性混合材料的种类关系较为密切, 本试验采用的活性混合材料为Ⅱ级粉煤灰和S 95级矿粉, 若采用不同的混合材料, 其试验结果可能有较大的差异。

(4) 为了防止大尺寸混凝土开裂, 应采取低热水泥和矿物掺合料, 以降低水化热。

综上所述, 只要水泥、外掺料和外加剂用量能够得到有效控制, 则C50级高性能混凝土质量能够得到充分保证。

参考文献

[1]赵国藩.高性能混凝土发展简介[J].混凝土, 2002, (4) :1-2.

[2]冯乃谦.高性能混凝土[M].北京:中国建筑工业出版社, 1996:6-7.

高性能混凝土发展和简单配合比设计 第8篇

关键词：高性能混凝土,普通混凝土,配合比设计

1 高性能混凝土的新型理念

1.1 普通混凝土的应用

1.1.1 普通混凝土的概念

一般指以水泥为主要胶凝材料, 与水、细集料、粗集料, 必要时掺入化学外加剂和矿物掺和料, 按适当比例配合, 经过均匀搅拌、密实成型及养护硬化而成的人造石材。

1.1.2 普通混凝土的应用

普通混凝土在当今市场条件下, 主要应用于民用建筑、桥梁、港口、码头等一些不是特殊的工程中。主要是造价低, 应用广泛, 原材料充足。

1.1.3 普通混凝土的病害以及缺点

常见混凝土的病害主要有三类:

(1) 混凝土板损坏

纵向裂缝、横向裂缝、龟裂、交叉裂缝、掉脚、孔洞、局部磨损。

(2) 混凝土接缝破损

接缝挤碎、拱起、唧泥和板底脱空、错台、填缝料失落

(3) 混凝土冻融破坏

我国地域辽阔, 有相当大的部分处于严寒地带, 致使不少水工建筑物发生了冻融破坏现象。根据全国水工建筑物耐久性调查资料, 在32座大型混凝土坝工程、40余座中小型工程中, 22%的大坝和21%的中小型水工建筑物存在冻融破坏问题, 大坝混凝土的冻融破坏主要集中在东北、华北、西北地区。尤其在东北严寒地区, 兴建的水工混凝土建筑物, 几乎100%工程局部或大面积地遭受不同程度的冻融破坏。除东北地区普遍发现混凝土的冻融破坏现象外, 地处较为温和的华东地区的混凝土建筑物也发现有冻融现象。

1.2 高性能混凝土

1.2.1 高性能混凝土的概念

在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的新型高技术混凝土。针对不同的用途要求, 对下列性能有重点地予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性等。

1.2.2 高性能混凝土的新型理念

据有关统计:中国生产全世界三分之一的混凝土。在每年生产15.6亿吨混凝土的过程中, 相当数量的二氧化碳被排放到空气中。目前大气的二氧化碳浓度为390ppm。二氧化碳在全球温室气体总量中占85%。生产一吨水泥大约需要两吨石灰石和页岩。这在电能、工艺热量和运输方面消耗4, 000, 000, 000焦耳。

据最新资料, 我国每年因拆出建筑产生的固体废弃物达2亿吨以上, 其中一半以上为废弃混凝土;美国每年大约产生6000万吨废弃混凝土;欧洲每年有16200万吨废弃混凝土产生;日本每年约有1600万吨废弃混凝土, 在德国每年拆除废弃混凝土约为0.3t/人。

所以高性能混凝土需要解决使废弃混凝土减少的问题, 理由如下:

(1) 混凝土原材为不可再生资源

据统计地球上的资源是有限的, 许多是不可再生的。土木工程是人类在自然界进行物质交换量最大的活动, 全世界每年混凝土用量达到90亿吨, 大量材料的生产和使用, 消耗大量资源。150多年前, 以硅酸盐水泥为胶凝材料的混凝土问世, 不以其二原材料资源丰富、价格低廉为主要优点, 很快受到世人的青睐, 而成为近代、现代土木建筑工程的主要材料。但是这些年来, 由于用量越来越大, 大量开山、采石, 已经严重破坏了自然景观和绿色植被, 挖河取沙, 造成水土流失或河流改道等严重危机。

所以混凝土的需求将会越来越多, 对原材资源的利用也将是很多的, 这些资源都是不可再生的资源, 用没了那就是永远的没了, 大量的山被开采, 植被破环, 生态环境严重受害。所以我们需要提高混凝土的性能, 将其优化, 使其耐久性长远。

(2) 混凝土的设计年限

普通混凝土设计年限比较短, 一般六七十年, 这就大大地折扣了混凝土的有效利用率, 所以就需要高性能混凝土解决这个问题, 将设计年限大大延长上百年甚至更长, 这就需要混凝土技术的更加精湛, 要求高科技条件下设计高性能混凝土, 用以提高设计年限。

(3) 混凝土解决施工困难

比如大体积混凝土施工, 就得解决水泥水化反应产生的热, 这是一个施工的难点, 也需要专业的施工队伍, 施工经验方面必须保证, 使得大体积混凝土散热以及养护能够得到保证, 最终保证达到施工质量的要求。

还如冬季施工, 这个要求非常高, 温度低环境恶劣, 严重阻碍了施工进度, 以及质量的达标, 混凝土的养生难度也是非常大的, 比如在这寒冷的北方地区还有高海拔以及常年冻土地区, 将使混凝土冬季施工面临很大的难度, 所以高性能混凝土有待解决这些施工问题。

(4) 混凝土造价问题

高性能混凝土原材要求严格、技术要求高, 所以对应的造价就会高, 虽然现在国民经济发达, 科技水平提高, 但是我们在优化混凝土质量的同时尽量优化造价问题。

2 高性能混凝土的理论设计

2.1 对原材的要求

2.1.1 水泥

(1) 应有水泥标准稠度用水量指标 (≤26.0%) 。考虑水泥熟料在比表面积350m2/kg时, 标准稠度用水量在24%~25%, 即使普通硅酸盐水泥允许有不超过15%的混合材掺入, 也必须严格控制水泥的标准稠度用水量≤26.0%。

(2) 提出水泥和外加剂相容性要求。目前, 我们对水泥厂提出, 按推荐掺量掺减水剂后水泥净浆流动度≥180mm, 以满足使用要求。

(3) 要有出厂水泥温度控制要求 (≤65℃) 。

2.1.2 外加剂

(1) 高性能混凝土用外加剂要满足在低水胶比下提高混凝土流动性的要求, 混凝土坍落度的经时变化要小。

(2) 水泥和外加剂要容。

(3) 高性能混凝土都必须要掺加掺和料, 掺和料掺入后能改变水泥和外加剂的相容性, 提高新拌混凝土的内聚性, 减少泌水和离析, 改善混凝土的和易性, 有效降低坍落度的损失。

2.1.3 掺和料

混凝土掺和料是为了改善混凝土性能, 节约用水, 调节混凝土强度等级, 在混凝土拌和时掺入天然的或人工的能改善混凝土性能的粉状矿物质。掺和料可分为活性掺和料和非活性掺和料。活性矿物掺和料本身不硬化或者硬化速度很慢, 但能与水泥水化生成氧化钙, 生成具有胶凝能力的水化产物, 如粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、沸石粉、硅灰等。非活性矿物掺和料基本不与水泥组分起反应, 如石灰石、磨细石英砂等材料。活性掺和料在掺有减水剂的情况下, 能增加新拌混凝土的流动性、粘聚性、保水性、改善混凝土的可泵性, 并能提高硬化混凝土的强度和耐久性。

2.1.4 粗集料

(1) 采用硬质高强的集料;粗集料应选择坚硬岩石轧制的碎石, 岩石强度等级应为混凝土强度等级的两倍以上。碎石宜呈近似正立方体, 有棱角以及形成具有高内摩擦力的骨架。碎石表面组织应粗糙, 使其与水泥具有优良的粘结力。通常碎石最大粒径不大于15mm, 混凝土可达到较高的抗压强度。

(2) 采用含碱量低的粗集料。

2.1.5 细集料

(1) 采用特细砂配制的特细砂HPC和混合砂HPC容易产生早期塑性裂缝, 细骨料采用天然中砂配制的HPC抵抗早期开裂的能力较强。

(2) 采用混合砂配制的PHC, 随着混合砂细度模数的增加, 混凝土早期塑性开裂的可能性越小, 且模数在中砂范围的混凝土的开裂行为和中砂的接近。

(3) 在其他配制参数相同条件下, 对混合砂和中砂高性能混凝土, 均存在一个最佳砂率, 使混凝土抵抗早期塑性收缩开裂的能力最强。

(4) 采用特细砂配制的HPC与混合砂、中砂配制的HPC的收缩开裂行为有相似之处, 但不完全一致。

2.1.6 水

采用磁化水拌和, 磁化水是普通的水以一定速度径流磁场, 由于磁化作用提高了水的活性。用磁化水拌制混凝土, 容易进入水泥颗粒内部, 使水泥水化更安全、充分。

2.2 配合比优化

2.2.1 C50混凝土初步配合比设计

(1) 确定混凝土等级为C50

式中:fcu.o-混凝土配置强度;

fcu.k-混凝土立方体抗压强度的标准值;

α-由施工单位质量管理水平确定的混凝土强度标准差。

强度标准值可根据强度等级按表1规定取值。

(2) 确定水灰比

水泥采用p.ll42.5

最终确定水灰比符合耐久性的要求。

(2) 确定单位用水量

根据混凝土设计规程JGJ55-2000表4.0.1-1要求确定单位用水量为180kg。

(3) 确定水泥用量

(4) 确定砂率

根据混凝土配合比设计规范JGJ55-2000表4.0.4初步确定砂率为34%。

根据体积法计算单位混凝土粗集料和细集料的用量:

经计算得mgo=1093.97

最终确定初步配合比为

2.2.2 试验配合比

本配合比采用减水率大于25%的减水剂, 初步掺和量为1.0%, 配置25L混凝土进行试验。

坍落度为30cm, 但是混凝土有和易性。由于坍落度太小没有流动性, 所以将砂率提高4个百分点, 水泥降到522kg, 水调到177kg, 外加剂提高3个百分点, 经试拌符合设计坍落度, 并且混凝土具有保水性、流动性。

经试验得出最终配合比:

mco∶mgo∶mso∶mwo=472∶1057∶644∶177, 外加剂1.3%, 粉煤灰50kg。

2.2.3 密度校核

经试验密度校核后确定配合比:

mco∶mgo∶mso∶mwo=572∶1057∶644∶177, 外加剂1.3%, 粉煤灰50kg。

2.2.4 强度28d抗压

经标准养生, 强度符合设计的目的, 并且强度无富余。

所以最终确定该C50混凝土的配合比设计值为:

mco∶mgo∶mso∶mwo=472∶1057∶644∶177, 外加剂1.3%, 粉煤灰50kg。

3 结论

在一线项目工地试验经历也有三年之多, 唯独混凝土知识接触的最多, 所以我就想着能够自己独立设计出一些混凝土配合比, 目的是发挥混凝土的性能, 以达到我们所需要的强度、耐久性、抗腐蚀性、抗盐碱性, 符合混凝土绿色状态。在这经济发达的社会, 混凝土设计尽可能地考虑资源的整合利用以及自然环境的保护, 更重要的是达到高效耐久的新型高性能混凝土。

此次配合比的设计, 考虑了混凝土的经济性、抗冻性以及耐久性, 最终达到了设计的目的, 同时更加丰富了对混凝土的认知。相信在以后工作中将积累更多的实际经验以及丰富的知识, 配制出更多经济合理、耐久抗冻融的、符合当地施工的最佳混凝土配合比。

参考文献

[1]建设部.混凝土结构耐久性设计[M].北京:建筑工业版社, 2004.09.

[2]交通部.混凝土配合比设计手册[M].北京:人民交通版社, 2001.09.

[3]JGJ 17671-1999, 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥[S].

[4]土木工程材料[M].北京:高等教育出版社, 2003.

高性能混凝土配合比 第9篇

1 高性能混凝土定义及特性

1990年5月, 美国国家标准与技术研究所和混凝土协会组织了全世界第一届高性能混凝土讨论会。在该次会议上, 首次提出了高性能混凝土 (英文名称:High Performance Concrete, 简称HPC) 的概念。日本、加拿大等很多国家对高性能混凝土也进行了研究和应用。到目前为止, 各国对高性能混凝土的要求和涵义均不相同。在我国, 根据CECS 207-2006高性能混凝土应用技术规程中的规定, 高性能混凝土是一种采用常规材料和工艺生产, 具有混凝土结构所要求的各项力学性能, 具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。我国的高性能混凝土专家吴中伟院士将其定义为:在大幅度提高普通混凝土性能的基础上, 采用现代混凝土技术制作, 以耐久性为设计指标的一种新型高技术混凝土, 能够适用于任何强度等级。在普通混凝土的微结构中, 由于多相且不均匀, 骨料与硬化水泥浆体界面存在着薄弱的过渡区, 这使得其强度和耐久性能受到影响。加强过渡区和改善均匀性是提高混凝土性能的关键。值得强调的是, 就某一种高性能混凝土而言, 并不要求其各方面性能都高性能化, 而是根据建筑物所处环境和工程施工的需要, 在强度、耐久性和流动性等一个或以上方面优于普通混凝土。如果用数值1.0表征普通混凝土的强度、耐久性和流动性, 那么高性能混凝土的性能可表示为如图1所示。与普通混凝土相比, 高性能混凝土具有以下特性:低孔隙率;在水化物中, 氢氧化钙减少, 钙矾石和水化凝胶增加;未水化颗粒多, 未水化颗粒和矿物细掺料等各级中心质增加, 且各中心质间距缩短, 有利的中心质效应增多, 中心质的网络骨架得到强化;界面过渡层厚度小, 氢氧化钙取向程度下降。

2 高性能混凝土配合比设计原则

高性能混凝土性能要求是具有高耐久性、高强度、低渗透性、高工作性和高体积稳定性。要实现该目标要求, 必须坚持以下原则:1) 低渗透性的原则。2) 为了保证混凝土具有良好的施工性, 并提高混凝土的耐久性。在设计中, 胶凝材料总量应比设计同等强度的传统混凝土时的水泥用量高。3) 在胶凝材料中, 各组分密度相差较大。因此, 在配合比设计中, 宜采用绝对体积法进行计算。4) 根据施工性要求, 可以适当的调整混凝土的砂率, 但不宜超过45%, 以免影响混凝土的弹性模量。

3 高性能混凝土配合比设计

在高性能混凝土的制作中, 原材料的质量、配合比设计及施工中的质量控制 (匀质性) 是确保高性能混凝土质量的重要因素。在本文中, 仅对配合比设计的因素进行分析和说明。

在混凝土配合比设计中, 耐久性要求低水胶比 (在0.4以下) 。为保证混凝土的高流动性, 就要增大浆集比和砂率。当降低粗集料的用量时, 混凝土强度会有所提高, 但却会对混凝土的弹性模量造成影响, 增加干缩和徐变。从图2可以看出, 对高性能混凝土性能影响的因素有水胶比、浆集比、砂率及减水剂用量。配合比设计的任务就是正确地选择原材料和配合比参数, 使其中的矛盾得到统一, 得到经济、合理的混凝土拌和物。

3.1 水胶比

在高性能混凝土的制备中, 合理确定水胶比是高性能混凝土配合比设计的关键。高性能混凝土制备的特征之一是低水胶比, 这对确保混凝土的低渗透性及耐久性至关重要。在配合比设计中, 为确保混凝土的密实度, 无论强度多少, 高性能混凝土的水胶比一般都得超过0.40。

3.2 浆集比

浆集比最主要是会对混凝土的施工性产生影响。在一定程度上, 浆集比还会对混凝土的强度、弹性模量和干缩率产生影响。

高性能混凝土的特点是流动性大, 低水胶比。为了确保混凝土具有足够的流动性, 就要提高胶凝材料的总用量。

集料孔隙率:砂浆填充集料孔隙, 取合适的富裕系数 (1.2~1.4) ;浆体填充粗集料和细集料的孔隙率, 取适当的富裕系数 (1.2~1.4) ;胶凝材料总量不能低于300 kg/m3, 但也以不超过550 kg/m3为宜。

3.3 砂率

在高性能混凝土中, 水泥浆量一定时, 砂率最主要会对施工性产生影响。高性能混凝土的用水量很低, 主要通过增加砂率来补充砂浆量, 砂率宜较大。采用泵送混凝土时, 砂率宜控制在40%~45%之间。

1) 当采用连续级配的集料时, 在施工中采用泵送混凝土应比普通混凝土的砂率再提高5%左右;当石子级配不好时, 还应当再提高砂率。

2) 根据日本在高性能混凝土施工中的经验, 当平均坍落度每提高20 mm时, 砂率应提高1%, 这对强度的影响很小。

3) 根据我国建筑科学院的实验数据表明, 当水灰比为0.55~0.53时, 将砂率控制在34%~46%之间, 这对强度的影响很小。从表1可以看出:

1) 从性能来看, 最优砂率控制在38%~46%之间为宜。超过此范围后, 坍落度减小。

2) 随着混凝土中砂率的增加, 强度呈增长趋势, 但弹性模量呈现出下降趋势。

3) 石子级配越差, 则要求的砂率越大, 越要求使用粗的砂。

4) 掺入密度小的辅助胶凝材料时, 可减小砂率。

3.4 减水剂用量

可根据水泥与减水剂的适应性分析和施工和易性来确定。

在高性能混凝土的配合比设计中, 匀质性是普通混凝土技术向高性能混凝土发展的关键。从提高原材料的匀质性开始, 包括水泥活性和外加剂的变异、骨料含水量的波动, 直到拌合物的工作度和温度等。可以说, 尽量确保混凝土微结构的均匀, 这是保证混凝土制备质量的重中之重。

4 试配和调整

对配合比的工作性能与力学性能进行试验, 检验其是否能够满足具体工程混凝土的技术指标, 并对其进行适当的调整。

1) 坍落度主要是通过调整超塑化剂掺量来实现的。当增加超塑化剂的掺量时, 可能会导致拌和物出现离析、泌水和缓凝现象。当出现这种情况时, 可通过增加砂率或是减小砂的细度模量来克服离析、泌水的现象。

2) 对于出现的过分缓凝现象, 可通过更换超塑化剂来实现, 可改用含促凝早强成分的超塑化剂。

3) 当增加超塑化剂还不起作用时, 其原因可能是水泥中的C3A含量过大, 可更换水泥。

4) 如混凝土28 d强度低于预计的强度, 可减少用水量或考虑将粗集料改为碎石。

5 结语

在我国, 高性能混凝土是一种新型环保建筑材料, 具有良好的施工性和耐久性, 其特性很好的满足了工程性能要求和施工要求, 有效的延长了混凝土结构的使用寿命, 对降低工程造价, 提高工程效益具有重要意义。要使其发展得到可靠的保证, 必须要建立相适应的标准和规范, 减少不同标准规范的协调性和适应性问题, 加大政策扶持力度。

推广和应用高性能混凝土, 对于提升混凝土应用水平、推动建筑节材, 提升混凝土耐久性、延长结构寿命, 提升混凝土生产水平、加快产业转型升级, 提高工程和产品质量, 提升整个建筑业的发展质量和科技水平, 都具有重要意义。

参考文献

[1]两部委联推高性能混凝土.http://www.chinajsb.cn/bz/content/2014-03/06/content_120704.htm, 2014-03-24.

[2]蔺胜江.双掺高性能混凝土配合比设计及工程应用[J].山西建筑, 2012, 38 (15) :104-105.

高性能混凝土配合比 第10篇

关键词：桩基,海工高性能混凝土,配合比

近几年来, 国内跨海桥梁建设越来越多, 杭州湾大桥、胶州湾大桥等相继建成, 北方海域也开始建造跨海大桥。跨海大桥对混凝土质量的要求极高, 要求采用高性能混凝土, 既要保证强度与耐久性, 又要兼顾工作性, 这对配合比设计提出了极高的要求。

1 工程概况

(1) 长山大桥是目前国内最大跨径的预应力混凝土矮塔斜拉桥, 是东北地区第一座真正意义上的跨海大桥, 是连接长山群岛中的第一座连岛大桥。大桥全长1790m, 主桥跨径组合为 (140+260+140) m, 全宽23m, 桥面以上塔高37.4m, 桥下通航净空27.4m。引桥跨径布置为25×50m, 全宽21m, 采用移动模架逐孔现浇。全桥共有桩基144根, 其中岸上10根, 水中134根。

(2) 长山大桥地处北方冰冻海域, 外海孤岛施工, 受潮汐、台风、大雾、严寒等影响极大, 受强腐蚀海水和北方冬季影响极大, 对桥梁混凝土防腐蚀和抗冻融要求极高, 施工区域海水较深, 平均水深16.3m, 主墩附近水深达19～21m。

(3) 长山大桥采用高流态耐海水侵蚀的抗冻高性能混凝土, 掺矿物外加剂改善混凝土抗氯离子渗透性, 采用低水胶比提高混凝土密实性。

2 混凝土配合比设计原则

(1) 混凝土配合比设计依据

①《公路桥涵施工技术规范》 (JTJ041-2000)

②《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》 (JTG/T B07-2006)

③《水运工程混凝土施工规范》 (JTJ268-1996)

④《水运工程混凝土试验规程》 (JTJ270-1998)

(2) 选用低水化热和低含碱量的水泥;选用高效减水剂 (泵送剂) , 取用偏低的拌和水量;限制混凝土中胶凝材料的最低和最高用量, 并尽可能降低胶凝材料中的硅酸盐水泥用量;掺用粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等矿物掺和料;通过适当引气提高混凝土耐久性, 新拌混凝土中引气量一般控制在4%～6%, 气泡间隔系数小于250μm;混凝土拌和物中各种原材料引入的氯离子总质量不应超过胶凝材料总量的0.1% (钢筋混凝土结构) 和0.06% (预应力混凝土结构) 。

(3) 胶凝材料用量不宜高于500kg/m3, 不应超过550kg/m3, 最大水胶比 (W/B) 不超过0.5, 并根据规范对水胶比进行严格控制。

(4) 按照耐久性设计规范, 对混凝土进行配合比设计, 并对混凝土各项性能、抗压强度、氯离子扩散系数、坍落度、扩散度、抗裂性能、初凝时间、终凝时间指标等指标进行试验、汇总, 各项性能、指标均按照相关规范严格控制, 同时根据结论对混凝土配合比进行修改以确定最佳配合比, 使各项性能、指标均能达到规范要求。

(5) 各部位混凝土耐久性要求见表1。

3 高性能混凝土配合比设计

3.1 原材料

(1) 水泥作为混凝土中最重要的胶凝材料, 与混凝土的强度、耐久性、工作性能等密切相关, 选择水泥在重视品种、规格和标号的同时, 也要关注凝结时间、细度、比表面积等对混凝土工作性能的影响。本项目选用大连水泥厂生产的海鸥牌普通硅酸盐P·O42.5水泥, 各项检测指标见表2。

(2) 集料占混凝土总体积的60%～80%, 集料的性能如最大粒径、颗粒形状、压碎值、含泥量、级配、细度模数等均会对混凝土强度、碱集料反应、体积稳定性以及耐久性等性能产生重要的影响。集料属地方性材料, 各地质量差异较大, 施工中要加强动态检测, 含泥量超标时采取水洗等方法提高质量, 级配、细度模数变化较大时要及时对配合比进行调整。本项目选用普兰店大沙河中砂, 选用普兰店刘大碎石5～10mm和10～20mm (30%:70%) 掺配石灰岩碎石, 各项检测指标见表3、表4。

(3) 掺和料是为改善混凝土性能、减少水泥用量及降低水化热而掺入混凝土中的煤粉灰、磨细矿渣等活性或惰性材料, 掺和料不但起到分散、填充作用, 对混凝土的强度发展、密实度、耐久性能都有较大贡献。选择掺和料时, 要重点关注粉煤灰、矿渣粉的细度、比表面积、烧失量和活性指数。本项目选用庄河黑岛电厂的Ⅰ级粉煤灰, 选用大连金桥S95级粒化高炉矿渣粉, 各项检测指标见表5、表6。

(4) 混凝土外加剂是指为改善和调节混凝土的性能而掺加的物质, 外加剂的添加对改善混凝土的性能起到一定的作用, 海工高性能混凝土需要选择高效减水剂和引气剂, 减水剂 (或泵送剂) 的减水至少达到25%, 外加剂中氯离子含量不得大于混凝土中胶凝材料总重的0.01%。本项目减水剂选用马贝建筑材料 (上海) 有限公司生产的SR3聚羧酸系缓凝高性能减水剂, 各项检测指标见表7, 引气剂选用青岛科力PC-2型, 检测泡沫度45%符合相关规范要求。

(5) 高性能混凝土拌和用水及养护用水不得采用海水、污水和PH值小于5的酸性水, 以及氯离子和硫酸盐含量超标的水。本项目混凝土拌和用水各项检测指标见表8。

3.2 配合比设计

(1) C30桩基配合比设计 (无抗冻要求) 见表9。

(2) C30桩基配合比设计 (抗冻等级F300) 见表10。

3.3 配合比验证

(1) C30桩基配合比 (无抗冻要求) 验证情况见表11。

(2) C30桩基配合比 (抗冻等级F300) 验证情况见表12。

4 需要注意的问题

(1) 对有抗冻要求的高性能混凝土必须添加引气剂, 无抗冻要求的高性能混凝土添加少量引气剂, 可以改善混凝土坍落度、流动性和可塑性。但要控制好引气剂的用量, 引气剂添加过多会降低混凝土强度和耐久性, 引气剂添加过少将影响混凝土抗冻等性能。

(2) 聚羧酸系高性能减水剂, 使用时要注意消泡效果, 避免将无效气泡引入混凝土, 而导致混凝土强度和耐久性的降低。

(3) 现行规范混凝土含气量试验方法中采用振动台振动, 而桩基混凝土施工时无法振捣, 建议采用插捣方法检测桩基混凝土含气量。

(4) 海工高性能混凝土较粘稠, 如控制不好、过于粘稠将对桩基水下混凝土施工不利, 大大增加灌注风险, 故施工中要严格控制坍落度、扩展度和含气量等指标。

5 小结

无砂透水混凝土配合比优化试验 第11篇

关键词：无砂透水混凝土；透水系数；抗压强度；骨料粒径

无砂透水混凝土是由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻的特点，作为环境负荷减少型混凝土，无砂透水混凝土的研究开发越来越受到重视。为此本文重点探讨了不同配合比设计对无砂透水混凝土综合性能的影响规律。

1 配合比设计

1.1 试验材料选取

水泥：四川星船城水泥股份有限公司生产的普通硅酸盐水泥，强度等级为42.5。骨料采用5mm～10mm、10mm～20mm两种单一粒级的卵石，材料产地：四川腾龙资中石料场，严格控制针片状颗粒。拌合及养护用水为饮用水。

1.2 试验过程

首先根据试验要求将全部骨料与约3%的水装入搅拌机中预拌（搅拌采用水泥包裹法），再加入水泥拌合，最后加入剩的水搅拌均匀。这样的投料顺序和搅拌程序能使骨料表面形成均匀厚度的水泥浆层，以保证混凝土的强度和透水性。试件以3～6个为一组，将混凝土拌合物一次装入试模。经自然养护28天后，分别在万能试验机上测试混凝土抗压强度，在透水系数测定仪上测定其定水位透水系数。试件大小为长×宽×高均为100mm的正方体试件。

2 影响因素分析

2.1 透水系数影响因素分析

（1）灰骨比（C/S）对透水系数影响

在骨料类型和水灰比等都基本相同的情况下，改变灰骨比。其设计配合比见表2—1。

由上图可知：随着无砂透水混凝土灰骨的增加，透水系数逐渐降低，但当灰骨比在0.2～0.22之间时，对于骨料粒径为5～10mm的无砂透水混凝土，其透水系数最佳。

（2）水灰比（W/C）对透水系数的影响

根据图2—1的测试结果，选取透水系数最佳的灰骨比（C/S=0.22），改变水灰比，设计配合比见表2—2。

由上图可知：无砂透水混凝土的透水性，随水灰比的增大，透水系数增大，且粒径小的比粒径大的混凝土的透水系数略高，对于骨料粒径为5～10mm的无砂透水混凝土，当水灰比约在0.28～0.3之间，其透水系数最佳。

2.2 抗压强度影响因素分析

（1）灰骨比（C/S）的选择

增大灰骨比，即在保持骨料用量不变的情况下，增加水泥用量。灰骨比的增加使得骨料周围所包覆的水泥薄膜厚度加大，增大了粘结面，进而提高了无砂混凝土强度。但由于粘结面的增大，降低了内部有效孔隙度，导致其透水系数变弱。因此，在保持无砂透水混凝土合理透水性前提下，尽可能提高水泥用量，才能比较合理地选定灰骨比。根据水灰比、灰骨比对透水系数的影响规律，当水灰比为0.3时，改变灰骨比得抗压强度与灰骨比关系如图2—3所示。

由上图可知：无砂透水混凝土的抗压强度，随灰骨比的增大，抗压强度逐渐增大，且粒径小的比粒径大的混凝土的抗压强度更高。

（2）水灰比（W/C）的选择

无砂透水混凝土的水灰比既影响无砂混凝土的强度，又影响其透水性。对某一特定的骨料，存在一个最佳的水灰比，当水灰比小于最佳值时，无砂混凝土因干燥拌料不易均匀，达不到适当的包裹，使无砂混凝土骨料之间粘结不牢，不利于强度的提高。反之，如果水灰比过大，水泥浆可能把透水孔隙部分或全部堵死，既不利于透水，也不利于强度的提高。

由上图可知：在灰骨比相同的情况下，随着水灰比得增加，混凝土的抗压强度先增加后降低，最佳水灰比在0.28～0.30之间，粒径为5～10mm的骨料其抗压强度比粒径为10～20mm骨料的抗压强度高出约35%。

3 结论

（1）无砂透水混凝土的抗压强度与水泥用量和水灰比有关，抗压强度随灰骨比增加而增加，随水灰比先增加后减低；对粒径为5～10mm的骨料拌制无砂混凝土，最佳灰骨比范围为（0.2～0.22）和水灰比范围为（0.28～0.30）。

（2）无砂透水混凝土的透水系数随水泥用量增大而降低，且粒径小的比粒径大的透水性略高。

（3）无砂透水混凝土质量与原材料的选择、配合比的确定、搅拌运输浇筑、养护均有较大的关系，只有施工人员按照行业规范标准，结合工程实际，严格履行各自职能，才能保证施工质量。

参考文献

[1] 姜健，金怡，陈元元.无砂透水混凝土透水系数影响因素分析研究[J].2006，226（8），91—92.

[2] 魏丽，魏柯.无砂混凝土的施工质量控制[J].山西建筑，2010，36（14），209—210.

高性能混凝土配合比 第12篇

一、国外HPC配合比设计方法概述

1. 美国Mehta PK和Aitcin PC的体积设计法

为获得适当的尺寸稳定性 (即弹性模量高、干缩和徐变小) 的混凝土将水泥浆体与骨料的体积比固定为35:65, 用水量根据混凝土强度取不同的设定值, 假定含气量, 再根据用水量和水泥浆体积算出水泥用量。水泥与矿物掺合料体积比为75:25, 粗细集料体积比为60:40, 高效减水剂掺量为饱和掺量。其各种关系式如下:

(1) M a x=2 0 4.6 4-0.7 1 f c R=1.0 0; (2) VLa=0.635+7.11×10-4fc R=1.00; (3) Rs=1.08-VLa R=1.00; (4) Ma=VLa×YLa; (5) Ms=Ma·Rs/ (1-Rs) 。其中Max为最大用水量, R为相关系数, fc为混凝土强度, VLa为粗集料松散堆积体积分数, Rs为砂率, Ma为石子用量, YLa为粗集料松散堆积密度, Ms为砂子用量。

2. 美国混凝土协会 (ACI) 的优化设计法

ACI211委员会制定的“使用粉煤灰和硅酸盐水泥的高强混凝土设计指南”此方法主要针对中高强混凝土, 使用不同粉煤灰掺量及胶凝材料总用量进行比对试验, 找出最优配合比, 该方法主要提供了一种设计思路。

3. 法国国家路桥试验室 (LCPC) 的模型软件法

该配合比设计方法的主要思想是:在模型材料上进行大量的试验, 用胶凝材料浆体进行流变试验, 用砂浆进行力学试验, 这样可避免用直接的方法优化HPC配合比参数时所进行的大量试配工作。LCPC还开发了HPC配合比设计的计算机辅助软件用于建立若干个数学模型, 各自表述某种工作性能和混凝土组成的关系, 然后将这些模型组合起来。

4. 英国的Domone PLJ等的骨料最大密实设计法

该方法的主要设计步骤如下:a.根据混凝土的28d强度与水胶比关系选择混凝土水胶比;b.选择高效减水剂掺量;c.利用专门设计的仪器量测不同砂率下集料颗粒堆积物的空隙含量, 找出空隙率最小的砂率;d.试验研究集料堆积物的空隙含量与其表面积的综合效应;e.确定最优砂率。

二、国内HPC配合比设计方法简介

1. 全计算法

陈建奎、王栋民教授基于普遍适用的混凝土体积模型首次提出了“干砂浆体积”概念, 其观点如下: (1) 混凝土各组成材料 (包括固、液、气三相) 具有体积加和性; (2) 石子空隙由干砂浆来填充; (3) 干砂浆的空隙由水来填充; (4) 干砂浆由水泥、细掺料、砂和空气所组成。根据美国Mehta和Aitcin教授最佳浆骨比Ve: (Vs+Vg) =35:65的定量关系, 并结合干砂浆体积与水胶比定则推导得出用水量和砂率的定量计算公式。

用水量公式:Vw= (Ve-Va) /{1+1/[ (1-φ) pc+φpf] (fcu, p/Afce+B) }

砂率公式:Sp= (Ves-Ve+Vw) ps/[ (VesVe+Vw) ps+ (1000-Ves-Vw) pg]×100%

其中Vw为单方用水体积, Ve为净浆体积, Va为空气含量, φ为掺合料体积掺量, pc为水泥密度, pf为掺合料密度, fcu, p为配制强度, A、B回归系数, fce为胶凝材料强度, Sp为砂率, Ves为干砂浆体积, ps、pg为砂、石表观密度。

2. 逆填配合比设计法

台湾科技大学的黄兆龙博士于20世纪90年代基于最大密实原理提出“逆填配合比设计法”, 其关键是寻求混凝土中固态材料在最佳级配时的最大单位重, 从而获得最小空隙率体积。逆填模式:粉煤灰先填中砂, 二者最佳混合物再加入碎石;正填模式:中砂加至碎石中, 粉煤灰再加入二者最佳混合物中。逆填配合比设计步骤:

(1) 用四分法取样测单位重的逐次逼近, 求得粉煤灰填充砂, 以及二者的混合物填充碎石的最佳填塞率, 由此求出最小孔隙Vv;

(2) 由Vp=n Vv确定水泥浆体积即用浆量 (n为浆体富余系数) ;

(3) 通过1-p即固态实体总体积和组成材料的比例关系求出粉煤灰、砂、石的用量;

(4) 由水胶比确定水泥实际用量和不使用减水剂时水的总用量;

(5) 根据胶凝材料用量求出减水剂的用量, 进一步求出加入减水剂后水的实际用量。

3. 简易绝对体积法

吴中伟院士提出的混凝土配合比设计简易绝对体积法其基本原则是:要求砂石有最小的混合空隙率。设计步骤如下:

(1) 按混凝土工作性及耐久性指标确定水胶比。

(2) 测定砂石混合空隙率, 确定最佳砂石比, 可以38%~40%砂率开始混合均匀后分三次装入一个15L~20L钢筒, 各捣30下 (或振动) 刮平表面后称重, 计算紧密密度p’o, 并测出砂石混合后的表观密度po, 计算砂石混合空隙率Vc= (1-p’o/po) ×100%, 最小空隙率以16%为佳, 一般在20%左右。

(3) 计算胶凝材料浆量

VP=Vc+△VPVP浆体积, △VP浆富余量, 其中△VP一般设8%~12%。

(4) 计算各组分用量

设1份胶凝材料中掺入粉煤灰量为f, 表观密度为pf, 磨细矿渣粉掺量为k, 表观密度为pk, 水泥掺量为c (c=1-f-k) , 表观密度为pc, 水的质量W, f+k+c=1, 则1份胶凝材料浆体体积为Vb=f/pf+k/p K+c/pc+w/1, 每升浆体胶凝材料用量 (胶凝材料质量/浆体积) b=1/Vb, 则1m3各材料用量计算如下:

胶凝材料B=VP×b, 集料总量A= (1000-VP) po, 水泥C=B×c, 粉煤灰F=B×f, 磨细矿渣粉K=B×k, 水W=B× (W/B) , 砂S=A×Sp (砂率) , 石G=A-S。

4. 相关要素选择法

传统混凝土配合比设计的三要素:水胶比、砂率、单位用水量, 现代混凝土则成为:水胶比、砂率、浆集比、矿物掺合料掺量。要素选择法设计比较有代表性的是清华大学的廉慧珍教授等, 其要素选择参考表如下:

此外国内不少研究机构、大专院校及业内专家从不同角度提出高性能混凝土配合比优化设计方法, 如浙江大学陈斌等倡导的多目标优化模型, 其它如人工神经网络的应用以及基于知识加推理的专家系统等等。

随着高性能混凝土的深入研究不断有新的设计思路和方法出现, 但到目前为止高性能混凝土仍然没有一种方法是大家普遍认可接受的。由于混凝土原材料的区域性特点及对混凝土性能影响各异, 而且每种方法涉及到参数取值的问题, 其应用的局限性是客观存在的。无论选择以上哪一种方法设计都要与其它方法及相关标准、当地的原材料进行结合, 不能拘泥于某一特定方法或思路。综合各种方法的优点, 笔者提出“因地制宜、综合计算、试配检验”的设计思路。

高性能混凝土设计目标:耐久性、强度、工作性、体积稳定性、经济性, 其中耐久性是核心内容。

高性能混凝土设计参数:掺合料掺量、水胶比、浆集比、单位用水量、砂率。

高性能混凝土设计原则:水胶比定则、混凝土致密性原则、最小浆集比原则、低用水量与最小水泥用量及胶凝材料用量原则 (GB/T50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》标准规定胶凝材料总量≤530kg/m3) 。

高性能混凝土设计技术路线:优质胶凝材料 (水泥与掺合料) 与高性能外加剂。

三、高性能混凝土配合比的综合计算

1. 原材料选择基本原则:

以品种合格为前提, 以材料优质为基准, 以符合产品性能要求为低限。具体是:a.水泥品种根据混凝土耐久性要求选择, 强度等级不低于42.5级, 首选普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥, 强度富余系数不小于1.13, 与外加剂适应性好;b.矿物掺合料选用优质粉煤灰和磨细矿渣粉且具备减水效应, C70以上高强度混凝土建议掺加硅粉;c.粗细集料选择当地优质品种, 砂宜用天然河砂中砂, 石子宜用5~15 (mm) 、15~25 (mm) 的二级配碎石, 石子混合空隙率不大于42%, 粗细集料质地坚硬, 颗粒圆润, 吸水率小于2%, 无潜在碱活性;d.外加剂为环保型高效减水剂, 减水率大于25%。

2. 综合计算相关参数的选择与计算

(1) 掺合料掺量

掺合料掺量根据掺合料品质及混凝土耐久性要求而定, 在计算混凝土配合比时要首选确定。

(2) 水胶比

传统混凝土配合比以鲍罗米公式fcu, p=Afce (C/W-B) 为强度设计的理论基础, 高性能混凝土配合比设计除了全计算法用此公式外, 其它方法均是选择水胶比而不计算, 主要由于该公式对高强混凝土灰水比线性关系差而予以舍弃。当混凝土砂石品种一定, 胶凝材料强度相等的情况下, 从强度C60~C100, 按《普通混凝土配合比设计规程》的水胶比公式计算相邻强度等级之间水胶比差值在0.01~0.03之间, 随强度等级依次递减, 等级越高差值越小, 这符合水胶比定则规律。高性能混凝土可以用此公式计算水胶比并参考相关标准选择水胶比数值, 选取较低值。

(3) 单位用水量

目前配制高性能混凝土普遍认为均是低用水量, 但这也只是对高强高性能混凝土而言, 而对一般中低强度混凝土 (C50以下) 如果也是低用水量不仅对材料要求过于严格, 也不利于常规材料的广泛应用, 高强混凝土由于水胶比低及最大胶凝材料限制必须要用低水量。用常规材料配制中低强度高性能混凝土可用固定用水量法, 高强高性能混凝土用水量则用随强度提高逐次递减的调整用水量法。固定用水量法以普通混凝土配合比设计规程为基准最大用水量不宜大于185kg/m3 (以砂石干燥状态计) , 调整用水量法公式可用全计算法或简易绝对体积法, 全计算法用水量公式体积掺量需改成质量掺量公式。设胶凝材料体积为Vb=f/pf+k/pk+ (1-f-k) /pc, 其中f、k为粉煤灰、矿渣粉质量掺量, pf、pk、pc为粉煤灰、矿渣粉、水泥的密度 (g/cm3) , 灰水比改成水胶比的倒数形式, 则全计算法用水量公式经推导可简化为Wo=W= (Ve-Va) /[1+Vb/ (W/B) ]。

(4) 浆集比

美国Mehta和Aitcin教授在对高性能混凝土进行了大量的研究后认为:要使HPC同时达到最佳的施工和易性和强度性能, 其水泥浆与骨料应有一个最佳体积比:35:65。这种体积比适合配制高强混凝土, 由于高性能混凝土包含中低强度混凝土, 配制要求以最小浆骨比为原则, 因此浆集比35:65可以作为参考值而不能作为决定值。当能确定浆集比时利用全计算法或简易绝对体积法计算混凝土配合比较方便, 但预先设定的浆集比是否准确非常重要。

(5) 砂率

关于砂石比我国引入了砂率概念, 前苏联利用砂浆拔开系数, 英国使用集灰比, 美国采用粗集料最佳用量。设计混凝土配合比时砂、石应符合堆积密实原则, 且在满足工作性和施工性前提下粗骨料用量多一点, 确定合理的砂、石比非常关键, 这与骨料组合结构有关。骨料的组合结构有:悬浮密实结构、骨架密实结构、骨架空隙结构。对于流动性混凝土而言要求悬浮密实结构体系。根据混凝土材料体积加和性原理及骨料悬浮密实结构体系, 以混凝土松散堆积密度ρs’乘以松散堆积体积系数v (泵送混凝土以系数0.70为上限基准, 其它非泵混凝土视浇筑部位而定, 一般在0.70~0.80之间) 加砂子细度 (以Mx=2.6为基准) 修正值来确定, 粗集料用量公式mg=ρs’v+50 (2.6-MX) , 该公式以混凝土拌合物可泵性和施工性为先决条件, 砂子用量根据体积法最后计算, 砂率值只作为一个参考值。

四、高性能混凝土配合比综合计算实例

1. 甬台温铁路工程:

C50箱梁泵送混凝土, 要求混凝土设计使用年限100年, 坍落度160 (mm) ~180 (mm) , 环境作用等级L2级, 环境条件特征离涨潮岸线100m以内的陆上近海区, 按TB10005-2010《铁路混凝土结构耐久性设计规范》规定56d电通量<800C, 其为典型的氯盐环境, 必须按抗盐害耐久性设计。

2. 原材料性能

(1) 水泥为尖峰登城P.O42.5级, 28d抗压强度为49.6MPa, 视密度3.12g/cm3, 比表面积376.3m2/kg。

(2) 粉煤灰为温州电厂Ⅰ级低钙灰, 28d活性78%, 需水量比96%, 视密度2.18g/cm3。

(3) 粒化高炉矿渣粉为天津S95级, 比表面积396m2/kg, 流动度比102%, 活性指数103%, 视密度2.81g/cm3。

(4) 砂为福建闽江淡水中砂细度2.6, 表观密度2600kg/m3, 堆积密度1470kg/m3, 吸水率1.9%。

(5) 石子为当地采石场二级配碎石, 其中5~15 (mm) 占比33%, 15~25 (mm) 占比67%, 混合级配表观密度2620kg/m3, 堆积密度1520kg/m3, 吸水率1.0%。

(6) 外加剂为江苏博特新材料有限公司产聚羧酸JM-PCA (Ⅰ) 型缓凝高效减水剂, 含固量19%, 减水率27%。

3. 配合比综合计算步骤

(1) 配制强度:fcu, o=fcu,

k+1.645σ=50+1.645×6=59.9 (MPa)

(2) 掺合料掺量:粉煤灰15%, 矿粉22%, 胶凝材料28d强度为44.2MPa。

(3) 水胶比:W/B=aafb/ (fcu, o+aaabfb) =0.3 6 3, 该水胶比与相关标准规定进行比较。CECS207:2006《高性能混凝土应用技术规程》规定水胶比≤0.38, GB/T50476-2008《混凝土结构耐久性设计规范》规定水胶比≤0.36, TB10005-2010《铁路混凝土耐久性设计规范》规定水胶比≤0.40, 四者水胶比进行比较选取最低值0.36。

(4) 浆集比:根据最小浆集比原则, 结合廉慧珍教授和美国Mehta、Aitcin教授对浆集比的最佳选择范围, 本配合比选取34:66, 其中空气含量1.5%。

(5) 单位用水量:按调整用水量公式计算, 用全计算法:Wo=W= (Ve-Va) /[1+Vb/ (W/B) ]

将以上原材料和相关计算数据代入公式得W=165 (kg/m3) 。

(6) 计算胶凝材料用量:胶凝材料总量B=W/ (W/B) =458 (kg/m3) , 粉煤灰用量F=B×15%=69 (kg/m3) , 矿渣粉用量K=B×22%=101 (kg/m3) , 水泥用量C=B-F-K=288 (kg/m3) 。

(7) 计算砂、石用量:粗集料用量按填充体积法计算, 泵送混凝土体积系数取0.70, 则石子用量mg=ρs’v+50 (2.6-MX) =1520×0.70+50 (2.6-2.6) =1064 (kg/m3) , 石子体积含量为406L, 集料总体积量为660L, 则砂子体积含量为254L, 砂子用量ms=254/1000×2600=660 (kg/m3) , 砂率为38.3%。

(8) 外加剂用量:ma=458×0.8% (外加剂掺量) =3.7 (kg/m3) 。

该配合比经试配砂率符合要求, 流动性偏小140 (mm) , 将外加剂掺量提高至1.0%, 实际用量为4.6kg/m3, 实测坍落度为180 (mm) , 设其为混凝土基准配合比, 各项性能试验如表2所示。

五、结论

1. 综合计算法建议还是从配合比设计的要素着手, 先确定掺合料掺量, 水胶比按鲍罗米公式计算并结合相关标准选取较低值, 高强高性能混凝土应选择浆集比, 用水量公式按全计算法或简易绝对体积法计算较方便, 中低强度高性能混凝土用固定用水量法时最高用水量不宜大于1 8 5 kg/m3 (以砂石干燥状态计) 。粗集料用量按填充体积法确定, 砂子根据体积法最后计算求得。