淺談高強混凝土配合比設計

摘 要：高強度混凝土強度等級高，密實性能好，一般運用于高層建筑、大跨度橋梁等結(jié)構(gòu)中，已被列為建設事業(yè)“十一五”重點推廣技術(shù)領域重點推廣項目之一，如果混凝土的配合比設計不合理，會影響到混凝土的強度，縮短混凝土構(gòu)件的使用壽命。本文論述了高強度混凝土在原材料選擇及配合比設計時應注意的一些要點。

關鍵詞：高強度混凝土 原材料選擇 配合比設計

中圖分類號：TU528.31 文獻標識碼：A 文章編號：1006-7973（2007）03-0157-02

　　目前國內(nèi)一般把強度等級不低于C60 的混凝土稱為高強度混凝土。它是用強度不低于42.5 級的水泥和優(yōu)質(zhì)骨料摻配，并以較低的水灰比，通過充分振動密實作用制取而成的。其優(yōu)點是用于結(jié)構(gòu)物后，在保證結(jié)構(gòu)強度要求的前提下，可以顯著減少截面尺寸，結(jié)構(gòu)自重減輕，多用于高層建筑、大跨度橋梁等結(jié)構(gòu)工程中。已被列為建設事業(yè)“十一五”重點推廣技術(shù)領域重點推廣項目之一，下面對高強混凝土的原材料選擇、配合比設計需注意的事項和要點分述如下：

一、原材料

　　由于混凝土是一種復雜的非勻質(zhì)材料，原材料不同的混凝土其強度高低差異很大。而對于高強度混凝土來說，影響強度的因素比普通混凝土更為復雜，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1．水泥

　　水泥是影響混凝土強度的主要因素。配制高強度混凝土，應采用礦物組成合理、細度合格的高強度水泥，一般宜優(yōu)先選取旋窯生產(chǎn)的強度等級不低于42.5 的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。之所以對細度特別要求是因為水泥磨的愈細，比表面積就愈大，水化反應愈充分，早期強度就愈高。但要注意的是細度不宜過高，否則會造成水化熱過大，導致混凝土內(nèi)部產(chǎn)生裂縫，反而減低混凝土后期強度和耐久性。

2．粗集料

　　粗集料在混凝土的結(jié)構(gòu)中主要起骨架作用，骨料的性能對于高強度混凝土的抗壓強度能起到?jīng)Q定性作用。對于高強度混凝土，粗集料的抗壓強度、表面特征、最大粒徑、雜質(zhì)含量等對其強度有著重要的影響。

（1）抗壓強度

　　為了制備高強度混凝土，要優(yōu)先選取質(zhì)地堅硬的碎石，以免粗集料發(fā)生破壞。在試配混凝土之前，應合理確定粗集料的抗壓強度，其強度可用壓碎值或巖石立方體強度的來測定。碎石的壓碎指標值一般應小于12%?？箟簭姸炔粦∮谝笈渲频幕炷量箟簭姸戎笜说?.5 倍。所以，在選料時最好是采用輝綠巖、花崗巖等強度較高的巖類作為集料。

（2）表面特征

　　在混凝土初凝時，水泥砂漿與粗集料的粘結(jié)受集料表面特征的影響較大。一般應選取近似立方體形的碎石，其表面粗糙、多棱角，這樣提高了混凝土的粘結(jié)性能，從而提高了混凝土的抗壓強度，另外要嚴格控制針片狀顆粒含量、含泥量。

（3）最大粒徑

　　對于中、低強度混凝土來說，適當增加骨料粒徑對混凝土強度有利，但對于高強度混凝土則可能導致強度下降。在混凝土拌和物中，相同重量的大粒徑集料比小粒徑集料表面積要小，其與砂漿的粘結(jié)面積相應要小，則粘結(jié)力要低，且混凝土的工作性差，所以大粒徑集料很難配制出高強度混凝土。對強度等級為C60 的混凝土，其粗骨料的粒徑不應大于31.5cm；對強度等級高于C60 的混凝土，其粗骨料的粒徑最大不應超過25mm，采用標準為0.5～1cm 或0.5～1.5cm 規(guī)格的集料最適宜。

（4）級配

　　集料的級配要符合要求且集料的空隙要小，通常采用二種規(guī)格的石子進行摻配。如5～31.5mm 連續(xù)極配采用5～16mm 和16～31.5mm 二種規(guī)格的碎石進行摻配。5～25mm 連續(xù)級配采用5～16mm 和10～25mm 二種規(guī)格進行摻配。摻配時符合級配要求的范圍內(nèi)，可能有二種或三種符合級配范圍要求的摻配方案，選取其中體積密度較大者使用，因體積密度大則空隙率小。

3．細集料

　　砂材質(zhì)的好壞，對C60 以上混凝土和易性的影響比粗集料要大。一般應優(yōu)先選取級配良好、含泥量少、石英顆粒含量較多的江砂或河砂。砂的細度模數(shù)最好在2.6～3.1 的范圍內(nèi)，當細度模數(shù)＜2.6 時，拌制的混凝土拌和物會顯得粘稠，施工中難以振搗。另外如果砂子過細，在滿足拌和物和易性要求時，就會增大水泥用量。砂也不宜太粗，細度模數(shù)在3.1以上時，容易引起新拌混凝土的運輸澆筑過程中離析及保水性能差，從而影響混凝土的內(nèi)在質(zhì)量及外觀質(zhì)量。

4．水

　　飲用水一般可不經(jīng)試驗直接使用，其他水拌制混凝土要注意不得含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害物質(zhì)、油脂、糖類等。水的PH 值應大于4。

5．高效減水劑

　　配制高強混凝土時最常用的為高效減水劑，高效減水劑實際減水率可達到25％左右，摻入混凝土后，可以提高混凝土的流動性，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗壓、抗彎性能，同時降低了水泥用量，減少工程成本。但摻高效減水劑的混凝土的坍落度損失一般較快，所以施工時宜采用二次摻入法或摻入相應的緩凝劑，以減少坍落度損失。另外，當日最低溫度低于0℃時，高效減水劑雖能增加和易性，其增加強度的作用會大大降低，因此，高效減水劑宜在春季、

秋季使用。

二、配合比設計

　　原材料的選擇是得到高強度混凝土的前提和基礎，而合理的確定高強度混凝土的配合比，是保證高強度混凝土達到設計要求的另一個重要方面?；炷僚浜媳仍O計實際上就是對各種原材料在單位體積內(nèi)的用量進行計算和摻配。

1．水灰比的確定

　　高強混凝土水灰比的計算不能采用普通混凝土的強度的公式，應根據(jù)試驗資料進行統(tǒng)計，提出混凝土強度和水灰比的關系式，然后用作圖法或計算法求出與混凝土配制強度（fcu.0）相對應的水灰比。當采用多個不同的配合比進行混凝土強度試驗時，其中一個應為基準配合比，其他配合比的水灰比，宜較基準配合比分別增加和減少0.02～0.03。例如C60 混凝土可采用0.30、0.33、0.36 三個水灰比進行試拌，來確定最佳水灰比?？蛇x取0.33 作為基準水灰比。

2．集料用量

　?。?）每立方碎石用量G0 高強混凝土每立方的碎石用量VS 為0.9～0.95m3，則每立方中碎石質(zhì)量為：G0＝VS×碎石松散容重

　?。?）每立方砂用量S0S0＝［G0/(1-QS)］QSQS－砂率，應經(jīng)試驗確定，一般控制在28～36％范圍內(nèi)。

3．用水量

　　計算高強混凝土配合比時，其用水量可用普通混凝土用水量的基礎上用減水率法加以修正。在不摻外加劑的混凝土用水量中扣除按外加劑減水率計算得出的減水量即為摻減水劑時混凝土的用水量。此時注意一定要通過試驗確定外加劑的減水率。

4．水泥用量

　　生產(chǎn)高強混凝土時，水泥的用量是至關重要的，它直接影響到水泥膠砂與骨料的粘結(jié)力。為了增加砂漿中膠質(zhì)結(jié)料的比例，水泥含量要比較高，但要注意的是，水泥用量又不宜過高，否則會引起水化期間放熱速度過快或收縮量過大等問題。高強混凝土水泥用量一般不宜超過550 kg/m3。如配制C60 混凝土所需水泥用量通常在500～550 kg/m3 的范圍內(nèi)。

5．試拌調(diào)整

　　對計算所得的配合比結(jié)果要通過試配、試拌來驗證。拌制高強混凝土必須使用強制式攪拌機，振搗時要高頻加壓振搗，保證拌和物的密實。要注意試拌量應不小于拌和機額定量的1/4，混凝土的攪拌方式及外加劑的摻法，宜與實際生產(chǎn)時使用的方法一致。對試拌得出的拌和物要進行實測和仔細觀察，檢驗坍落度是否滿足要求，粘聚性和保水性是否良好。試拌得出的拌和物坍落度不能滿足要求或粘聚性和保水性不好時，應保證水灰比不變的條件下，調(diào)整用水量和外加劑的摻量或砂率，用水量調(diào)整的幅度不宜過大，因高強混凝土的水灰比低，用水量的增加會使水泥用量也大幅度增加。如通過以上調(diào)整，混凝土拌和物仍不能滿足施工工藝、性能要求，則要考慮重新選擇水泥或外加劑。

6．配合比的確定

　　當拌和物實測密度與計算值之差的絕對值不超過計算值2％時，可不調(diào)整。大于2％時按《普通混凝土配合比設計規(guī)程》JGJ55—2000 規(guī)定進行相應的調(diào)整。混凝土配合比確定后，應對配合比進行不少于6 次的重復試驗進行驗證，其平均值不應低于配制的強度值，確保其穩(wěn)定性。

三、結(jié)語

　　高強混凝土的配制技術(shù)要求較嚴格，對各種原材料質(zhì)量和用量均有較嚴格要求。要想獲得優(yōu)質(zhì)的高強混凝土，首先必須對原材料進行優(yōu)選，除了要求有良好的性能指標外，還必須質(zhì)量穩(wěn)定，即在施工期內(nèi)主要性能不能產(chǎn)生較大波動。其次，一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會變得相當敏感，這就要求在配合比設計時必須對各種原材料及外加劑的用量應合理選取、仔細計算。最后，設計結(jié)果一定要進行試拌驗證，確保在實際施工時拌和物的工作性滿足實際要求。

參考文獻

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　　[3] 張應立.《現(xiàn)代混凝土配合比設計手冊》［M］. 北京：人民交通出版社，2002.