高性能混泥土配合比的设计要点

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意性鹾混凝土配合比昀设计要点
鞍山市建设工程质量检测中心 齐兴洲 刘岗
[摘要】设计高性能混凝土配合比，具体要求是选择适合的水泥、外加剂、掺合料、石子和砂子等。添加外加剂应保证使其与所用水
泥相适应。高性能混凝土配合比设计必须以数次试验的最佳配合比为准。原材料的质量必须经检验合格。
[关键词]掺合料 高性能混凝土 外加剂 集料掺合料胶凝材料
蔚陛能混凝土配合比设计是以耐久性和合适的工作性能为主要要
求。与普通混凝土相比无论是耐久性或体积稳定性等各方面都具有明
显的优势。所以对其组成材料例如水泥、矿物掺合料、集料、水以及外加
剂等的要求标准也比普通混凝土高。混凝土材料的构成决定了混凝土
的内部微观结构和主体宏观性能。为了配制高性能混凝土，设计时必须
充分利用其原材料本身的性能。高性能混凝土配合比设计材料的质量
控制实际是比较困难的。
水泥的质量控制：水泥是高性能混凝土中最主要的试配用胶凝材
料，选择优质的水泥对试配高性能混凝土十分重要。在选用水泥时除配
制普通混凝土要注意的因素外，也要注意水泥内在质量的稳定性和与高
效减水剂的相容性，另外，水泥的富余强度要选高的。相容性主要表现
在用其拌制工作度满足要求的高性能混凝土时，水灰比的大小与塌落度
损失率两方面。水泥的矿物成份影响它与高效减水外加剂的相容性，主
要包括：水泥的C3A含量与总碱含量，水泥的细度，石膏掺量。由于过
高的C3A含量水化速度快将导致新拌混凝土塌落度损失过快，因而应
尽量避免使用C3A含量太高的水泥。水泥的细度对新拌混凝土的工作
性及硬化后混凝土的强度都有影响，过大过小的细度都不利。配置高性
能混凝土的水泥细度比表面积一般不小于300rd／kg。不同的水泥品种，
由于其化学成分组成不同，其使用范围也不同。一般选择标准稠度用水
量较小，水泥水化热不能过高和放热速度不能过快、过早，因此硫铝酸
盐类早强水泥不可选用。施工中高性能混凝土一般选用普通硅酸盐水
泥或矿渣硅酸盐水泥。
高效减水剂的选择：设计配制高性能混凝土，需要掺人高效减水剂
和微膨胀剂等。目前商品混凝土搅拌站普遍使用的高效减水剂主要有
三种基本类型：三聚氰胺系、萘磺酸盐系和改性木质素系。其中萘磺酸
盐系应用最广。高效减水剂的使用可以大幅度地增加预拌混凝土的坍
落度及提高混凝土的强度。高效减水剂是一种能与水泥颗粒产生物理
与化学相互作用的聚合物。当它用于分散无胶凝性的微细粉状材料时，
仅发生物理性相互作用，水泥颗粒间还可产生化学作用。萘系高效减水
剂可以和水泥中最活跃的组份，特别是C3A发生反应并显著减小其初
期的表面水化率。在高性能混凝土中掺人高效减水剂后，使水泥浆体的
絮凝结构破坏，释放出自由水，混凝土的流动性显著提高。高效减水剂
不但要具有高的减水效率，而且要能与水泥相容。因此必须事先进行高
效减水剂与混凝土的配比试配工作，包括选择不同的常用水泥品种与
减水剂的相容性试验、减水剂的掺量和掺加方法等。减水剂对坍落度损
失的控制特性将决定它是否能够适合用于混凝土搅拌站或建筑工地的
现场浇注。
矿物掺合料的控制：矿物掺合料作为辅助增强胶凝材料，可等量或
部分取代部分水泥，大量的内在活性材料能降低新拌混凝土硬化过程中
的温升，改善施工性能，增加抗腐蚀能力，提高强度，改善耐久性。普通
掺合料的生产成本低于水泥，使用矿物掺合料配制高性能混凝土有一
定的经济效益。目前矿物掺合料已成为配制高强、高性能混凝土不可或
缺的重要组分。不同种类的矿物掺合料其共性是都具有较大的比表面
积，基本没有结晶相或结晶相很少。配制高性能混凝土最常用的矿物掺
合料，主要是硅灰、超细粉煤灰和磨细活性矿渣等。其中硅灰的掺加效
果为最好，活性也好。硅灰颗粒极其细微，由于其超细特性和高硅含量
f约90％左右)，因此表现出显著的火山灰活性材料特征。硅灰与水泥水
化生成的Caf0H) 发生二次反应可生成稳定的凝胶。硅灰配置高强混凝
土目前得到了迅速的发展，但是试验室和施工现场的使用都显示含有硅
灰的混凝土有使塑性收缩裂缝进一步增多的趋势，因此往往需要对含硅
灰的预拌混凝土进行及时的表面养护覆盖处理措施，以防止水分的快速
蒸发。磨细矿渣也是具有相当活性的矿物掺合料。含磨细矿渣的高性能
混凝土，在水中养护，早期7天强度稍低，但三个月后，即使超细矿渣掺
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量达55％，其强度仍高于其它混凝土。磨细矿渣的细度对混凝土的抗压
强度影响很大，细度大，含磨细矿渣混凝土，无论是早期或后期强度都
高。磨细矿渣混合材掺入矿渣硅酸盐水泥时注意掺量不能重复。虽然用
硅灰、磨细矿渣性能好，但其产量低且价格高，而粉煤灰量大，加工费用
低且性能优良，因而成为一种常用的高性能混凝土掺合料。一般情况
下，将超细粉煤灰掺人混凝土中，其早期强度低，后期强度逐渐增大，且
掺粉煤灰混凝土的强度受粉煤灰的质量、取代率与混凝土配合比的影
响。粉煤灰主要成分是氧化硅、氧化铁和不定量的氧化铝和未燃碳。微
量元素有钾、磷、钻、翎、硼、锰等。粉煤灰颗粒常成中空球体，粒径大小和
比重不同，大多数是实心含铁的混合物。利用粉煤灰的效益是改善混凝
土工作度，减少泌水率，减少离析，减少水化热，减少干收缩，增加抗硫
酸盐性质，增加极限抗拉强度，高性能混凝土中使用的粉煤灰一般是超
细粉煤灰。
石子和砂子等集料的选择：粗细集料总量一般占混凝土体积65％
一75％ ，是混凝土的主要组成部分。正确合理选择骨料，是配制高性能混
凝土的基础。集料含泥量高可引起需水量增加、减弱混凝土陛能及容易
被风化、阻碍水泥与骨料的胶结、妨碍水泥的正常水化，大多数骨料中
含有一种或几种杂质，其中以粘土和石粉最为常见。它们在混凝土中以
种种不同的形式起作用，对混凝土的强度、收缩、徐变、抗渗、抗冻、耐磨
等性能等都会产生不利的作用。因此含泥量要低，同时必须考虑粗细集
料的内在品质，单位体积混凝土中粗集料所占体积及石子最大粒径这几
项材料指标。
细集料：由于圆颗粒外形和光滑表面的细集料的需水性较小，因而
适宜配制高性能混凝土。高性能混凝土的细集料的最优级配主要取决
于它对需水性的影响，而不是它的物理压实性。试验研究表明，细度模量
低于2．5的细集料配制的混凝土过于粘稠，不宜浇注密实；而细度模量
为2．7～3．0的建筑用砂能够达到最佳工作性能和抗压强度。砂的级配
对混凝土的早期强度没有显著的影响，但影响后期强度的发展，连续级
配较不连续级配的细集料更为有利。
粗集料；对于高性能混凝土而言，粗集料的最大粒径以19—26em为
宜。一般而言，配制高性能混凝土宜采用较小粒径的粗集料，这是因为
其颗粒周围的应力集中较小，而应力集中主要是由于水泥浆体与集料的
弹性模量不同而造成的。配制高性能混凝土采用碎石较卵石更为有效。
这主要是因为碎石的棱角对机械咬合的增长起了促进作用。然而，过多
的棱角使需水性增大从而降低了混凝土的工作性能。因此从强度与流
动性能综合方面考虑，理想的粗集料应是：干净、粗糙等径、有棱角、避
免平或长的颗粒。除了机械咬合，集料与水泥浆体的化学粘结也是一个
重要因素，因此，集料的矿物特性也很重要，水泥中碱含量应不大于
0．60％，避免发生碱骨料反应。
拌合用水的控制：高性能混凝土是以耐久性为主的混凝土，必须具
备高的耐久性和体积稳定性，设计高性能混凝土配合比应采用市政供应
的自来水拌制高性能混凝土，采用河水或湖水及地下水时应符合混凝土
拌和用水_ GJ 63—2006标准并检验合格时再用。
设计配制高性能混凝土必须合理地选择优质的原材料。其中关键
是选用适合的水泥、化学外加剂与矿物掺合料。在选用水泥时需注意水
泥质量的稳定性和与高效减水剂的相容性。此外，集料和拌合用水的质
量应符合混凝土拌和用水—JGJ 63—2006标准，也必须注意。
参考文献
[1]混凝土质量控制标准
[2]混凝土拌和物性能试验方法标准
[3]混凝土拌和用水—_Jq 63—2006