高强度建筑混凝土配合比的设计研究
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摘要：随着国民经济基础建设的飞速发展，具有高强度、高耐久性的混凝土得以快速发展。相比普通混凝土，高强度混凝土对材料及水、灰配合比设计显得尤为重要，必须要进行大量的试验。本文针对高强度混凝土配合比的设计要素和具体设计步骤进行分析，以期通过本文的阐述规范高强度混凝土设计标准，促进工程质量。
关键字：高强度混凝土材料设计配合比
高强度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、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。
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l0％。粉煤灰选用l级灰，磨细矿渣的比表面积为4000cm2/g～4000cm2/g。
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。
4、粗细集科
（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，细度模数控铜在2.6～3.1，颗粒级配符合l1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。
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4O％，C80混凝土取38％，C100混凝土取36％。
6、混凝土外加剂
优选萘系减水剂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。
由于高性能混凝土不同于一般的普通混凝土，其配合比的设计应按下列步骤进行：
（1）在原材料品质满足设计要求的前提下，选择高性能混凝土的平均或常用性能指标或具体的工程指标为基准，试配、调整，满足其他条件（例如要求耐久性为28d电通量低于1000库仑，配制强度为40～50MPa，坍落度为180mm～200mm的高性能混凝土)；(2)测定、计算砂、石混合料的空隙率a，选择砂、石混合料的空隙率a的最小值。可以从砂率为38％或4O％开始，将不同砂石比的砂、石混合，分3层装入15～20L的容积升内，用直径15mm的捣棒各插捣30次，或在振动台上震动到不再下落为止，刮平表面，称量、计算堆积密度，测定其表观密度(一般为2.65g/cm3)，计算空隙率(最经济的空隙率为l6%，一般为2O～25)：(3)计算胶凝材料的用量：胶凝材料料浆量为砂、石空隙体积加上胶凝材料富裕量。胶凝材料富裕量的大小取决于混凝土工作性的要求和外加剂的性质、掺量，可按坍落度为180mm～200mm估计，一般为8％～12％(可由试验决定)。假设为l2％，空隙率假设为23％，则浆体体积为：12％+23％=35％，即：1m3，的混凝土中有浆体350L；(4)计算各组分的用量。设选用的水胶比为0.32(受耐久性要求，在进行混凝土配合比设计时，最大水胶比可从规范中直接查用)。掺入矿渣粉为30％、粉煤灰为20％，水泥密度为3.1g/cm3，矿粉密度2.5g/cm3。粉煤灰密度为2.1g/cm3，则：
即：1L浆体有胶凝材料1.3764kg，所以，1m3混凝土中有胶凝材料
B=1.3764×350=482kg
水泥用量C=482kg×0.5=241kg；
粉煤灰用量F=482×0.2=96kg；
矿渣粉用量K=482×0.3=145kg；
用水量W=482×0.32=154kg；
集料的总用量S+G=(1000-350)×2.65=1722kg；
取砂率为42％。则砂用量S=1722kg×42％=723kg
碎石用量G=1722kg×(1-42％)=999kg：
各组分的用量见表1
表1各组分用量/kg
水泥C 矿渣粉K 粉煤矿F 水W 砂子S 碎石G
241 145 96 154 723 999
混凝土的工作性和状态依据混凝土减水剂的性能和减水率的大小进行调整。直到状态最佳。以此为基础，综合考虑含气量等因素对混凝土强度的影响(混凝土中的含气量每增加1％，混凝土强度约降低5MPa左右)，以0.O5的间隔降低一到两个水胶比制作混凝土配合比，从中选取胶凝材料用量少，耐久性及抗压强度均满足设计要求的配合比作为理论配合比指导施工生产。应该注意的是。由于引入了浆体富裕系数，使得总体积要大于lm3。所以要依据实际测定的混凝土表观密度进行材料用量校正。
三、结束语
通过本文的试验可以看出，混凝土配合比设计的思路要开阔，不要拘泥于常规，试验中发现：胶凝材料总量不变的情况下，合理搭配各种胶凝材料的比例关系，混凝土强度可以显著提高，不仅降低了成本，而且对于环保也具有非常明显的现实意义。虽然看似简单的几个参数，利用数学方法，经过排列组合后，产生的效果可能非常出乎意料，为我们找到经济有效的混凝土配合比提供了可能。因此，其配合比设计也将得到更深入的研究。
参考文献：
[1]张文华.高性能混凝土配合比设计方法研究[D].广州:广州大学，2008.
[2]韩建国，阎培渝.系统化的高性能混凝土配合比设计方法[J].硅酸盐学报，2006，34(8)