浅谈高强混凝土配合比设计

摘 要：高强度混凝土强度等级高，密实性能好，一般运用于高层建筑、大跨度桥梁等结构中，已被列为建设事业“十一五”重点推广技术领域重点推广项目之一，如果混凝土的配合比设计不合理，会影响到混凝土的强度，缩短混凝土构件的使用寿命。本文论述了高强度混凝土在原材料选择及配合比设计时应注意的一些要点。

关键词：高强度混凝土 原材料选择 配合比设计

中图分类号：TU528.31 文献标识码：A 文章编号：1006-7973（2007）03-0157-02

　　目前国内一般把强度等级不低于C60 的混凝土称为高强度混凝土。它是用强度不低于42.5 级的水泥和优质骨料掺配，并以较低的水灰比，通过充分振动密实作用制取而成的。其优点是用于结构物后，在保证结构强度要求的前提下，可以显著减少截面尺寸，结构自重减轻，多用于高层建筑、大跨度桥梁等结构工程中。已被列为建设事业“十一五”重点推广技术领域重点推广项目之一，下面对高强混凝土的原材料选择、配合比设计需注意的事项和要点分述如下：

一、原材料

　　由于混凝土是一种复杂的非匀质材料，原材料不同的混凝土其强度高低差异很大。而对于高强度混凝土来说，影响强度的因素比普通混凝土更为复杂，主要体现在以下几个方面：

1．水泥

　　水泥是影响混凝土强度的主要因素。配制高强度混凝土，应采用矿物组成合理、细度合格的高强度水泥，一般宜优先选取旋窑生产的强度等级不低于42.5 的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。之所以对细度特别要求是因为水泥磨的愈细，比表面积就愈大，水化反应愈充分，早期强度就愈高。但要注意的是细度不宜过高，否则会造成水化热过大，导致混凝土内部产生裂缝，反而减低混凝土后期强度和耐久性。

2．粗集料

　　粗集料在混凝土的结构中主要起骨架作用，骨料的性能对于高强度混凝土的抗压强度能起到决定性作用。对于高强度混凝土，粗集料的抗压强度、表面特征、最大粒径、杂质含量等对其强度有着重要的影响。

（1）抗压强度

　　为了制备高强度混凝土，要优先选取质地坚硬的碎石，以免粗集料发生破坏。在试配混凝土之前，应合理确定粗集料的抗压强度，其强度可用压碎值或岩石立方体强度的来测定。碎石的压碎指标值一般应小于12%。抗压强度不应小于要求配制的混凝土抗压强度指标的1.5 倍。所以，在选料时最好是采用辉绿岩、花岗岩等强度较高的岩类作为集料。

（2）表面特征

　　在混凝土初凝时，水泥砂浆与粗集料的粘结受集料表面特征的影响较大。一般应选取近似立方体形的碎石，其表面粗糙、多棱角，这样提高了混凝土的粘结性能，从而提高了混凝土的抗压强度，另外要严格控制针片状颗粒含量、含泥量。

（3）最大粒径

　　对于中、低强度混凝土来说，适当增加骨料粒径对混凝土强度有利，但对于高强度混凝土则可能导致强度下降。在混凝土拌和物中，相同重量的大粒径集料比小粒径集料表面积要小，其与砂浆的粘结面积相应要小，则粘结力要低，且混凝土的工作性差，所以大粒径集料很难配制出高强度混凝土。对强度等级为C60 的混凝土，其粗骨料的粒径不应大于31.5cm；对强度等级高于C60 的混凝土，其粗骨料的粒径最大不应超过25mm，采用标准为0.5～1cm 或0.5～1.5cm 规格的集料最适宜。

（4）级配

　　集料的级配要符合要求且集料的空隙要小，通常采用二种规格的石子进行掺配。如5～31.5mm 连续极配采用5～16mm 和16～31.5mm 二种规格的碎石进行掺配。5～25mm 连续级配采用5～16mm 和10～25mm 二种规格进行掺配。掺配时符合级配要求的范围内，可能有二种或三种符合级配范围要求的掺配方案，选取其中体积密度较大者使用，因体积密度大则空隙率小。

3．细集料

　　砂材质的好坏，对C60 以上混凝土和易性的影响比粗集料要大。一般应优先选取级配良好、含泥量少、石英颗粒含量较多的江砂或河砂。砂的细度模数最好在2.6～3.1 的范围内，当细度模数＜2.6 时，拌制的混凝土拌和物会显得粘稠，施工中难以振捣。另外如果砂子过细，在满足拌和物和易性要求时，就会增大水泥用量。砂也不宜太粗，细度模数在3.1以上时，容易引起新拌混凝土的运输浇筑过程中离析及保水性能差，从而影响混凝土的内在质量及外观质量。

4．水

　　饮用水一般可不经试验直接使用，其他水拌制混凝土要注意不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害物质、油脂、糖类等。水的PH 值应大于4。

5．高效减水剂

　　配制高强混凝土时最常用的为高效减水剂，高效减水剂实际减水率可达到25％左右，掺入混凝土后，可以提高混凝土的流动性，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗压、抗弯性能，同时降低了水泥用量，减少工程成本。但掺高效减水剂的混凝土的坍落度损失一般较快，所以施工时宜采用二次掺入法或掺入相应的缓凝剂，以减少坍落度损失。另外，当日最低温度低于0℃时，高效减水剂虽能增加和易性，其增加强度的作用会大大降低，因此，高效减水剂宜在春季、

秋季使用。

二、配合比设计

　　原材料的选择是得到高强度混凝土的前提和基础，而合理的确定高强度混凝土的配合比，是保证高强度混凝土达到设计要求的另一个重要方面。混凝土配合比设计实际上就是对各种原材料在单位体积内的用量进行计算和掺配。

1．水灰比的确定

　　高强混凝土水灰比的计算不能采用普通混凝土的强度的公式，应根据试验资料进行统计，提出混凝土强度和水灰比的关系式，然后用作图法或计算法求出与混凝土配制强度（fcu.0）相对应的水灰比。当采用多个不同的配合比进行混凝土强度试验时，其中一个应为基准配合比，其他配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少0.02～0.03。例如C60 混凝土可采用0.30、0.33、0.36 三个水灰比进行试拌，来确定最佳水灰比。可选取0.33 作为基准水灰比。

2．集料用量

　　（1）每立方碎石用量G0 高强混凝土每立方的碎石用量VS 为0.9～0.95m3，则每立方中碎石质量为：G0＝VS×碎石松散容重

　　（2）每立方砂用量S0S0＝［G0/(1-QS)］QSQS－砂率，应经试验确定，一般控制在28～36％范围内。

3．用水量

　　计算高强混凝土配合比时，其用水量可用普通混凝土用水量的基础上用减水率法加以修正。在不掺外加剂的混凝土用水量中扣除按外加剂减水率计算得出的减水量即为掺减水剂时混凝土的用水量。此时注意一定要通过试验确定外加剂的减水率。

4．水泥用量

　　生产高强混凝土时，水泥的用量是至关重要的，它直接影响到水泥胶砂与骨料的粘结力。为了增加砂浆中胶质结料的比例，水泥含量要比较高，但要注意的是，水泥用量又不宜过高，否则会引起水化期间放热速度过快或收缩量过大等问题。高强混凝土水泥用量一般不宜超过550 kg/m3。如配制C60 混凝土所需水泥用量通常在500～550 kg/m3 的范围内。

5．试拌调整

　　对计算所得的配合比结果要通过试配、试拌来验证。拌制高强混凝土必须使用强制式搅拌机，振捣时要高频加压振捣，保证拌和物的密实。要注意试拌量应不小于拌和机额定量的1/4，混凝土的搅拌方式及外加剂的掺法，宜与实际生产时使用的方法一致。对试拌得出的拌和物要进行实测和仔细观察，检验坍落度是否满足要求，粘聚性和保水性是否良好。试拌得出的拌和物坍落度不能满足要求或粘聚性和保水性不好时，应保证水灰比不变的条件下，调整用水量和外加剂的掺量或砂率，用水量调整的幅度不宜过大，因高强混凝土的水灰比低，用水量的增加会使水泥用量也大幅度增加。如通过以上调整，混凝土拌和物仍不能满足施工工艺、性能要求，则要考虑重新选择水泥或外加剂。

6．配合比的确定

　　当拌和物实测密度与计算值之差的绝对值不超过计算值2％时，可不调整。大于2％时按《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55—2000 规定进行相应的调整。混凝土配合比确定后，应对配合比进行不少于6 次的重复试验进行验证，其平均值不应低于配制的强度值，确保其稳定性。

三、结语

　　高强混凝土的配制技术要求较严格，对各种原材料质量和用量均有较严格要求。要想获得优质的高强混凝土，首先必须对原材料进行优选，除了要求有良好的性能指标外，还必须质量稳定，即在施工期内主要性能不能产生较大波动。其次，一些在普通情况下不太敏感的因素，在低水灰比的情况下会变得相当敏感，这就要求在配合比设计时必须对各种原材料及外加剂的用量应合理选取、仔细计算。最后，设计结果一定要进行试拌验证，确保在实际施工时拌和物的工作性满足实际要求。

参考文献

　　[1]《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-2000）［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2001.

　　[2]《混凝土外加剂应用技术规范》（GB50119-2003）［S］. 北京：中国建筑工业出版社，2003.

　　[3] 张应立.《现代混凝土配合比设计手册》［M］. 北京：人民交通出版社，2002.