高性能混凝土配合比設計

高性能混凝土配合比設計摘要：高性能混凝土是當前較為常用的一種施工材料，其配合比設計直接關系到混凝土性能的好壞。本文對高性能混凝土配合比設計展開了探討，分析了高性能混凝土配合比設計的原則，并對其配合比設計試驗進行了介紹。關鍵詞：高性能混凝土；配合比；設計引言隨著我國社會經濟的快速發(fā)展，我國工程建設日益增加，對工程的施工質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、高強度、性能良好的混凝土，在現(xiàn)代工程建設中得到廣泛的應用。由于高性能混凝土的性能取決于混凝土的配合比設計，因此，對高性能混凝土配合比設計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計方案和理論依據(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)質外加劑，通過減少水泥用量、改善混凝土工作性能、增加密實度等措施，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：對于普通混凝土而言，高流動度容易出現(xiàn)離析和泌水，加入適量優(yōu)質的礦物摻合料，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，使混凝土內部的孔隙率降低，提高了混凝土的密實度，同時吸附大量的自由水，減少泌水現(xiàn)象，增強了耐久性能。摻合料的加入降低了水泥用量，減少了水化熱集中導致的混凝土內外溫差過大而產生的微裂縫，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，早期強度會有所減弱，根據(jù)客運專線施工工藝的要求，在進行混凝土配合比設計時將礦物摻合料的總量控制在30%以內。通過選用優(yōu)質外加劑，在混凝土內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，使物料潤滑流動的作用。2高性能混凝土配合比設計原則高性能混凝土配合比的設計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行計算即可。而在確定高性能混凝土配合比時，根據(jù)《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》、《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》以及混凝土所處的環(huán)境及設計圖紙的要求，應體現(xiàn)以下原則。原材料比選進行原材料的比選復試，確定品質性能滿足技術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)設計要求及施工工藝，膠材用量實際控制值為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?；炷涟韬臀镄阅馨凑宅F(xiàn)場施工工藝、運輸距離及泵送高程，混合出機坍落度按照200mm±20mm進行控制，30min坍落度損失為0，60min坍落度損失小于30mm。根據(jù)《客運專線預應力混凝土預制梁暫行技術條件》的要求，混凝土應具有F200的抗凍性，因此混凝土中應適量引人微氣泡，混凝土入模含氣量通?？刂圃?%?4%范圍內。同時要求混凝土不得泌水，試配過程中每30min復攪測試一次?；炷恋牧W性能對于立方體抗壓強度，梁體設計強度等級為C50，在配合比設計時，混凝土28d配制強度控制為不小于58.2MPa。對于靜力抗壓彈性模量，梁體設計彈性模量取34.5GPa，在配合比設計時，混凝土28d齡期彈性模量與強度相適應。混凝土的抗裂性對滿足混凝土拌和物性能要求的配合比進行抗裂性能對比試驗，選擇抗裂性能相對較好的混凝土配合比進行耐久性試驗?；炷恋哪途眯阅茉谀途眯栽O計中，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研究試驗混凝土配合比見表1?；炷量倝A含量和氯離子含量的計算依據(jù)原材料的復檢結果。按照《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》礦渣粉的可溶性堿按總堿量的1/2進行折算，粉煤灰的可溶性堿按總堿量的1/6進行折算?；炷量倝A含量和氯離子含量計算結果見表2，表3。從計算結果可知，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)進行拌和物性能試驗。3.1混凝土拌和物性能試驗混凝土拌和物性能試驗在溫度為20°C±5°C、濕度大于50%的環(huán)境下進行。混凝土采用60L強制式攪拌機拌和。試驗中，初始坍落度和含氣量在混凝土出機后3min內測試，30min坍落度和泌水率在混凝土出機靜置30min后經復攪測試。所拌制的6個配合比的混凝土拌和物均色澤一致、均勻、和易性良好。但通過對比試驗發(fā)現(xiàn)，單摻粉煤灰的混凝土發(fā)散，且強度增長較慢。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上具有適宜的強度值，而且雙摻時可以加大摻合材用量，因此在實體工程中采用礦物雙摻的方法是最經濟可行的。所選6個試驗配合比的拌和物試驗結果見表4。從表4可知，所選6個試驗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，滿足預期的控制范圍。從含氣量測試結果來看，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。滿足混凝土入模含氣量2%?4%的控制要求。因此6個試驗配合比均可進一步進行抗裂性能對比試驗。3.2混凝土抗裂性能的對比試驗混凝土抗裂性能對比試驗采用抗裂環(huán)法進行。將混凝土成型于內模尺寸為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)護觀測，定期檢查混凝土表面，觀察裂縫出現(xiàn)的時間和裂縫的寬度與長度，以比較混凝土抗裂性能的優(yōu)劣。經試驗觀測，6個試驗配合比成型的試件均未出現(xiàn)可見裂縫，說明按設計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е禄炷劣不陂g內外溫差大，由此產生的溫度應力會使混凝土產生大量微細裂縫。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混凝土力學性能的試驗按試驗配合比成型的混凝土試件標準養(yǎng)護各齡期強度和彈性模量試驗結果見表5。從表5的試驗結果可以看出：所有試件的28d齡期立方體抗壓強度均能滿足C50混凝土的配制要求，最大值為66.2MPa，最小值為60.7MPa，均高于配制強度58.2MPa。同時，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。試件強度3d可達到預張拉強度要求。高性能混凝土由于采用非早強水泥，又摻加了大量礦物摻合料，其早期強度發(fā)展不快，冬季施工時需采用蒸汽養(yǎng)護以達到各施工工序對強度的要求。后期強度發(fā)展相對平穩(wěn)，較普通混凝土而言強度值波動較小，經數(shù)理統(tǒng)計，檢驗期內混凝土標準差在2.0MPa左右。靜力彈性模量在終張拉時即可達到設計值且具有一定的富余系數(shù)。3.4混凝土耐久性能的試驗混凝土耐久性能試驗結果見表6。表6所示的試驗結果表明，混凝土電通量在548-704C，混凝土的密實度較高，6個試驗配合比的混凝土均具有較強的抵抗外界離子侵人內部的能力，_抗凍性，抗?jié)B性滿足技術條件要求。在箱梁預制中每澆筑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，進行抗凍性、抗?jié)B性及抗氯離子滲透性檢測，試驗結果均滿足技術條件的要求。代表結構實體具有優(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，影響混凝土質量；混凝土坍落度過小，則易造成堵管，延長灌注時間。所以在混凝土初期攪拌時，試驗室從攪拌、運輸、灌注3個環(huán)節(jié)來確定配合比的最終加水量，并隨時測定砂子、碎石含水量，及時調整，混凝土坍落度宜控制在160?190mm。4結論綜上所述，高性能混凝土的配合比設計是否合理直接影響到混凝土的性能好壞。因此，在混凝土配合比設計階段，要嚴格篩選原材料，把好材料的質量關卡，同時還要選擇合理的配合比設計方法進行