试论高性能混凝土及其在工程中的应用(四)

    2．高性能混凝土配合比设计

        根据高性能混凝土的特点，在配合比设计时应遵循以下法则：

     (1).灰水比法则：混凝土的强度与水泥强度成正比，与灰水比成正比。灰水比在确定后不能任意改变。这里的“灰”包括所有的胶结材料，也被称为胶水比。

     (2).混凝土密实体积法则：塑性混凝土总体积是水、水泥（胶凝材料）、砂石密实体积之和。这一规律是计算混凝土配合比的依据。

     (3).最小单位用水量或最小胶凝材料用量法则：当水泥与水的比例固定且原材料固定时，采用满足工作性的最小水量(即最小浆料量)即可得到体积稳定且经济性好的混凝土。

     (4).最小水泥用量法则：为了降低混凝土温升，提高混凝土抗环境因素的能力，在满足混凝土早期强度要求的前提下，应尽可能减少水泥材料中的水泥用量。

   3.高性能混凝土配合比参数的选择

     高性能混凝土的配合比参数主要包括水胶比、浆液比、砂率和减水剂用量。

    (1).水胶比：水灰比（或胶凝比）不仅对混凝土的强度有很大影响，而且对混凝土的抗渗性和耐久性也有很大影响。水灰比大的水泥石具有较大的毛细孔隙率、较高的渗透性和较低的耐久性。《普通混凝土配合比设计技术规程》[5]中由于对耐久性有要求，规定了最大水灰比与最小水泥用量。对于高性能混凝土，为达到低渗透性以保证混凝土的耐久性，其水灰比不宜大于0.35～0.40。有研究表明，硅酸盐水泥水化时，结合水约占水泥重量的22%，即在目前所用水泥和高效减水剂的条件下，采用普通的拌合、浇筑和养护技术措施，最佳水灰比约为0.22。水灰比小于0.22，则水泥石达不到足够的密实程度，因此高性能混凝土的水灰比取值范围应为0.22～0.35。如陕西钟佳墙采用0.236的水胶比，掺加Ⅱ级粉煤灰配制出C80的泵送达流动性混凝土[6]。

(2).浆集比：在确定了水灰比后，胶结材料总量反映了水泥浆与骨料的比值，即浆液比。试验证明，高性能混凝土中水泥浆与集料的体积比为35/65。为了保证混凝土的良好流动性，需要大量的胶凝材料。但随着胶凝材料的增加，混凝土的弹性模量降低，混凝土的收缩率增大。根据经验，HPC胶凝材料总量不应超过550kg/m3，并随着混凝土强度等级的降低而减少，但至少不应小于300kg/m3。另外，由于水灰比低、水泥含量高，高性能混凝土将具有较高的水化热、较高的温升，容易引起体积变形、温度裂缝。因此，从技术和经济方面考虑，有必要添加辅助胶凝材料，以降低混凝土的温升和干缩率，提高抗化学侵蚀能力，增加密度，降低成本。一般用10%-30%的辅助胶凝材料代替水泥，可单独与硅灰、矿渣、粉煤灰或硅灰、矿渣混合。

    (3).砂率：当水泥浆的数量是固定的，细骨料对混凝土配合比的影响比粗集料更明显。当重量固定时，细集料的表面积远远大于粗集料的表面积。所有的骨料表面都需要用胶凝材料浆料包封。因此，砂粒级配和砂率的大小对浆体都有一定的要求。直接影响。高性能混凝土胶凝材料用量较大，如果细集料用量少，粗骨料用量较大，可以减少水泥浆用量，比较经济，还可以获得更高的强度，所以容易性能满足施工要求，可以选择一个较小的适合的砂率。P.K.Mehta认为[4]，应用适当的粗集料，水泥浆/集料的体积比为35/65的条件下，可以制造出尺寸稳定性好的高性能混凝土，在粗集料最大粒径为12～19mm时，推荐的砂率为36%～39%。通过对国外典型工程和实验室配合比的统计，发现对于28d抗压强度为60～120的高性能混凝土，砂率大多在34%～44%范围内；当强度在80～100之间时，砂率主要集中在38%～42%之间；且随混凝土强度的增高，砂率呈减少的趋势。如内蒙古杭美艳采用0.36的砂率，掺加650㎡/kg的超细矿渣配制出C80的高性能混凝土[7]。

(4).减水剂掺量：在低水灰比条件下，很难配制出高性能混凝土，因此必须采用高效减水剂。高效减水剂具有很强的分散效果，减水率可达30%以上。当水泥用量大或水泥颗粒较细时，分散效果更为显著。超塑化剂的掺量约为水泥质量的1.0%，或添加0.8%-1.0%的超塑化剂和0.2%的木质素磺酸钙来控制混凝土的坍落度损失。当胶凝材料用量较大时，应增加高效减水剂的用量。

  (三)高性能混凝土的施工控制

1.搅拌。混凝土原材料应严格按照施工配合比的要求进行准确称重。称重允许的最大偏差应满足以下要求（按重量计）：胶凝材料(水泥、掺合料等)±1%；外加剂±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。混凝土搅拌采用卧式、行星式或逆流强制搅拌机，原材料计量采用电子计量系统。搅拌时间不得少于2分钟，不得超过3分钟。在热季或冷季搅拌混凝土时，必须采取有效措施控制原材料的温度，以确保混凝土的模温满足要求。

2.运输。应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中的均匀性，各项性能指标无明显波动。运输设备应采取保温措施，防止局部混凝土温升（夏季）或冻结（冬季）。应采取适当措施防止水进入运输容器或蒸发。

3.浇筑。(1)混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比和泌水率在混凝土浇注成型前应通过专用设备测量，只有其搅拌性能达到设计或配合比要求的混凝土才能浇注成型。一般来说，混凝土浇筑自由落体高度不大于2m时，混凝土温度应控制在5-30℃（2），当混凝土浇筑自由落体高度大于2m时，应使用溜槽、管柱、漏斗等设备辅助混凝土输送，以确保混凝土的凝结。ETE不出现分层偏析现象。（3）混凝土浇筑应通过分层和连续推进进行。清除时间不应超过90分钟，施工缝不应随意保留。(4)新浇混凝土与相邻自硬混凝土或岩土介质的温差不得超过15摄氏度。

4．振捣。混凝土可采用插入式振动棒、附加式平板振捣器、表面式平板振捣器等振捣设备进行振捣。在振动过程中，应避免碰撞模板、加强件和嵌入件。采用插入式振捣器振捣混凝土时，宜采用竖向振捣器进行振捣。每个点的振捣时间是基于表面水淹或大气泡的。一般情况下，不应超过30秒，避免振捣。如果需要改变振杆在混凝土混合料中的水平位置，则首先应垂直缓慢地拉出振杆，然后应将振杆移动到新的位置，并且不应该将振杆放在混合料中并拖平。

5.养护。高性能混凝土的早期强度迅速提高，一般3天达到设计强度的60％，7天达到设计强度的80％。因此，混凝土早期养护显得尤为重要。通常，浇注后，混凝土主要是用模具养护，辅以浇水，使混凝土表面保持湿润。养护时间不少于14天。