摘要:高性能混凝土配合比设计方法，从配置强度、水胶比、单位用水量、胶凝材料用量、砂率五方面详述各参数选取。依托工程实践，介绍高性能混凝土施工中搅拌、振捣、养生工艺，对工程项目干缩性能和抗渗性能进行检验。研究结果表明:不同配合比下高性能混凝土其干缩率随龄期的增长而增长，掺入适量粉煤灰能有效减少收缩并提高抗渗性能，但随着胶凝材料用量增加，其抗渗性能有所下降。随着我国基础建设快速发展，水泥混凝土广泛应用于公路、桥梁、建筑等各领域。普通水泥混凝土存在着韧性、耐久性、抗裂性能差、脆性大的缺陷，难以满足现代基建耐久性好、强度高的要求。本文依托某实际工程，详述配合比设计中集料、水、外掺剂、凝胶材料的选用，介绍高性能混凝土的施工工艺。
关键词:高性能;混凝土;配合比;施工
一、配合比设计
1.1遵循的原则
高性能混凝土配合比设计是在普通水泥混凝土配合比设计的基础上，针对单位用水量、水胶比、砂率及外掺剂种类进行优化，综合考虑混凝土的各种性能。其遵循着以下原则:(1)混凝土密实体积原则，即混凝土在可塑状态下的体积等于其组成材料密实状态下的体积叠加。(2)水胶比原则，即针对所需配置的混凝土标号选取水胶比，其值越大，反而会抑制混凝土标号的增长。(3)胶凝材料水泥用量最小原则。为响应国家绿色发展战略，现阶段常使用工业废渣代替部分水泥以控制混凝土的早期水化热、早期强度等因素，同时能提升材料的经济性价比。(4)最小单位用水量原则。为减少高性能混凝土坍落度变化应选择适当减水剂以增大混凝土的流动性。高性能混凝土配合比设计方法有三类:定量设计方法;基于经验半定量法;基于试验试配法。本文从配置强度、水胶比、单位用水量、胶凝材料用量、砂率五方面详述原材料各参数的确定。
1.2配置强度
基于《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2011)规定，配置强度按照fcu，0≥fcu，k+1.645σ确定，不等式左边为目标配置强度，右边表示立方体抗压强度标准值，其中σ为标准差，为达到混凝土强度95%的保证率及低离散率以保证经济性、安全性，标准差σ的取值如表1所示。
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当水泥混凝土达到C60－C80甚至更高强度等级时，其fcu，0≥1.15fcu，k。
1.3水胶比
如表2所示。
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高性能混凝土设计时常加入粉煤灰、高炉矿渣、硅灰等活性矿物掺和料，其掺量对胶凝材料抗压强度有较大影响，在原有28d抗压强度的基础上需乘以影响系数K，即fb=k×fce，g。活性矿物掺和料影响系数如表3所示。
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以C50混凝土为例，取凝胶材料中粉煤灰20%，硅灰10%按照普通混凝土配合比设计计算水胶比得0.40。参考《高性能混凝土应用技术规程》中对高性能混凝土水胶比的规定，水胶比不宜大于0.38，故综合考虑表1－2混凝土强度等级和建议水胶比的关系及水胶比对所配置混凝土性能的作用，最终选用0.35水胶比作为高性能混凝土的配合比设计。
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1.4单位用水量
普通混凝土单位用水量由粗集料类别、粒径最大值及坍落度综合查表确定。高性能混凝土中掺入减水剂及活性矿物，其用水量比一般水泥混凝土用水量少20kg/m3～30kg/m3，以提高混凝土强度、耐久性及回弹模量，减少胶凝材料用量，提升经济效益。高性能混凝土单位用水量建议值如表4所示。
1.5胶凝材料用量
胶凝材料用量分为水硬性胶凝材料水泥和活性矿物掺和料，其对混凝土的强度、弹性模量、耐久性能有很大的影响。普通水泥混凝土胶凝材料最小用量为330kg/m3，高性能混凝土胶凝材料总量一般不超过525kg/m3，且用量随着强度的增加而递减，故建议值为350kg/m3～500kg/m3。
1.6砂率高性能混凝土砂率的配置应根据粗集料种类、粒径、坍落度综合实验确定，其取值范围如表5所示。
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二、工程实践
2.1工程概况
某公路设计时速30km/h，全长2.78km，起点桩号k577+520，终点桩号k580+300，面层采用C35高性能混凝土。基于前文所述配合比设计方法，本工程设计如表6所示，4种方案并分别铺筑试验段以供优选。
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2.2施工工艺
(1)搅拌工艺。严格控制原材料投入顺序与搅拌时间，首先将水泥、粉煤灰、砂充分均匀搅拌1min，再将洁净水与适量减水剂加入搅拌3min，出料并检测坍落度是否满足设计要求，在混凝土运输过程中做好隔热措施以防混凝土出现漏浆现象。(2)混凝土捣实。混凝土运至现场摊铺，采用插入式高频振捣器进行振捣，局部通过附壁式振捣器与插入式振捣器同时振捣，振捣时间以1min左右为宜。全面振捣后利用振捣梁多次往返进一步振实并整平，使混凝土表面泛浆，赶走多余气泡。(3)混凝土拆模与养生。拆模养生时间根据季节气温因地制宜，特别时冬季气温较低时应适当延长，一般不少于两天。拆模后继续淋水保证养生环境的湿润性，潮湿养护时间一般不少于14d。
三、高性能混凝土配合比的设计
（1）高性能混凝土配合比设计是建立在传统混凝土配合比的前提下，以传统混凝土配合比为基础原则，优化单位用水量、水胶比、砂率和掺入剂的种类的设计，从整体上来思考混凝土的性能问题[1]。设计应该遵循如下原则：①水胶比；不同标号的混凝土所选取的水胶比是不一样的，水胶比的数值越大，混凝土的标号越小。②胶凝材料的使用量最小原则；我国经济发展践行绿色GDP的原则，建筑企业也要遵循其原则，限制通过用工业废渣来替代混凝土中的一部分的水泥，从而控制混凝土在前期水化热问题，与此同时，还能够提高使用材料的价值。③最小单位用水量；为了能使高性能混凝土的坍落度的变化降低，适量的使用减水剂从而来增加混凝土的流动性。高性能混凝土的配合比设计方案一般有三种：一种是定量设计法；第二种是根据经验使用的半定量设计法；第三种是试验试配设计法。本文即通过配置强度、水胶比、单位用水量、胶凝材料用量及砂率这五个方面来阐述参数是如何确定的。（2）高性能混凝土的配置强度根据《普通混凝土配合比设计规程》的根据，混凝土的配置强度根据ccu，0≥ccu，k+1.645来制定，不等式方程的左边是混凝土目标的配置强度，不等式的右边是立方体的承受压力的标准数值，σ是标准差，为了保证混凝土的强度为95％和混凝土具有较低的离散率，降低混凝土用料的成本和提高混凝土的安全。混凝土的强度到C60~C80之上的强度时，ccu，0≥1.15ccu,k。（3）水胶比。高性能混凝土的设计方案中会常常使用粉煤灰、矿渣等活性的物质掺料，而且掺料的使用量会影响胶凝材料的抗压强度，根据原本的28d的抗压强度，还要加上影响混凝土承受压力的强度的系数K，得到方程式fb=k×fce,g。本文选取C50为例，使用的掺和料20%粉煤灰和10%的矿粉，根据传统混凝土的配合比的设计方案进行计算水胶比为0.4。根据《高性能混凝土应用技术规程》所制度的高性能混凝土的水胶比方案，高性能混凝土的水胶比不能够超过0.38，所以通过整体的思考得到，高性能混凝土强度和水胶比之间的关系，最后决定使用0.35的水胶比作为本次配合比的最终水胶比。（4）单位用水量。在传统的混凝土中是用水量是根据集料的种类、粗料的大小和坍落度来整体确定而得到的。高性能混凝土中使用减水剂和活性物质，高性能混凝土的用水量要比传统的混凝土的用水量少20kg/m3-30kg/m3，从而来提升混凝土的使用强度和耐久度和回弹模量，胶凝材料的使用量减低，来减少成本，提高经济利益。（5）胶凝材料的使用量。胶凝材料的使用量主要分为两方面，水硬性胶凝材料和活性胶凝材料的矿物掺合料，胶凝材料对混凝土的性能有着极大的影响。传统的混凝土的胶凝材料的最少使用量在330kg/m3，由此高性能的混凝土使用胶凝材料正常情况下不能多于500kg/m3，而且胶凝材料的使用量与强度呈反比，使用胶凝材料的合适数值为350kg/m2~500kg/m3。（6）砂率。高性能混凝土的砂率需要以粗集料的类别、颗粒的直径、坍落度进行整体化的试验来确定。
四、高性能混凝土的施工技术
4.1混凝土原材料的质量监控高性能混凝土的配合的原材料必须符合图纸设计及相关规范要求，应使用低水化热的和含碱量低的硅酸盐水泥，需要对水泥中含有的氧化钙、氢氧化钠的含量和氯离子的含量进行控制，对混凝土中的骨料应该选择针片状含量少、孔隙率小的骨料，细骨料的选择最适宜的河沙，对混凝土掺和物的投放进行有效控制，要使用高效减水、适量引气、能够细化的外加剂提高高性能混凝土的内部孔隙结构，对混凝土中的水胶比进行严谨的控制。
4.2混凝土搅拌
高性能混凝土的搅拌要选择具有自动计量和检测的装置的搅拌站，在搅拌时需要注意季节的影响因素，在温度较高的季节里，在原材料的存放的应搭建遮阳防晒的简易棚、使用温度较低的水进行搅拌来降低原材料的温度，或者可以选择在温度较低的午夜进行搅拌，从而保证高性能混凝土的入模的温度符合相关的要求。冬季施工时原材料在加入搅拌之前需要对其进行预热，原材料的预热不能直接进行加热，需要把原材料放入暖棚进行加热，预热后的原材料要有严格的顺序加入搅拌。
4.3高性能混凝土的运输
在运输中要保证混凝土运输车的运输路途的平稳顺畅及运输的均衡性；混凝土运输中要保持温度的适宜；混凝土的运输的尽量缩短运输时间且需要有序的不间断地进行。
4.4混凝土的浇筑
高性能混凝土的浇筑工作的顺序应为分层连续性推进的浇筑方法工作，在进行大体积框架浇筑时，需要施工人员以浇筑体积的平面的大小，预先采取必要的降温防裂措施，其主要措施包括搭建遮阳防晒的简易棚、构建循环的水冷系统等进行环境降温。刚浇筑的混凝土和已经成型的混凝土之间的衔接部分的温度差不能太大。
4.5混凝土捣实
高性能混凝土运输到施工现场进行浇筑，使用高频率振捣器进行混凝土的振捣，局部范围的混凝土能够使用附壁式的振捣装置和插入式的振捣装置共同进行振捣，持续的最佳时间为一分钟。在进行混凝土的全方位振捣之后，在使用振捣梁装置对其再进行振捣使其平整，从而使混凝土的表层出浆，排出混凝土中多余的气泡。
4.6混凝土的拆模和养护
高性能混凝土的养护相较于一般混凝土的要求更加严格，因高性能混凝土的水泥使用量较大，容易出现早期脱水和养护中缺水的现象，从而造成混凝土的抗渗透性能不足的问题，因此，要求混凝土的养护要根据混凝土的湿度为标准，进行洒水养护。混凝土的拆模和养护阶段与施工场地的温度湿度和气候有关系，在温度较低的情况下，拆模和养护的时间要适当地延长而且通常在两天以上。混凝土进行拆模之后需要对表面进行浇淋水，从而确保养护的环境的湿度得到保证，湿度氧化的时间要长于14d。
结束语
高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水和集料外，必须掺加足够数量的掺和料和高效外加剂。本文通过对高性能混凝土配比的设计过程进行了总结和分析，并对相关施工技术进行论述，希望可以为相关试验人员提供一些借鉴。
参考文献
[1]高性能混凝土配合比设计常见问题及解决[J].童峰.佳木斯职业学院学报.2018(10)
[2]高性能混凝土配合比设计及其存在的问题[J].游洋.中小企业管理与科技.2019(10)
[3]高性能混凝土配合比优化设计[J].于靖诚.山西建筑.2017(11)
[4]高性能混凝土配合比设计及施工技术研究[J].郭华.绿色环保建材.2019(11)
[5]高性能混凝土配合比的设计要点以及质量控制[J].周达.建筑施工.2018(8)
[6]高性能混凝土配合比设计的影响因素探析[J].贾莲.山西建筑.2018(6)