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【摘 要】通常所使用的高性能混凝土都需求比较突出的耐久性特征，即在混凝土的水胶比例、胶体结合材料组成以及单位用水量上，都以提升耐久性为目的进行配合。本文基于混凝土配合比调整方案，从耐久性着手出发，在保证混凝土强度足够的情况下，有效提升混凝土的耐久性指标。具体采取理论配合公式量化标准，找寻强度基准下，高性能耐久型混凝土的交汇点。以推导水胶比 c/d、胶体材料组成、每单位混合胶质所需水量配比，综合考虑到混凝土强度保障基准fcu 数值范围，基于数学理论关系，寻求最佳配比，继而找到耐性配比的精确定量。
【关键词】混凝土配比；耐久性；配比设计；高性能高强度混凝土
引言：当前，市面主要使用的混凝土成品配比功能大都偏向于强度为核心，围绕强度指标，参考进行配比设计。具体采用鲍罗米公式推算出定量水灰比，据此选择适当的水量和砂量，再进一步定量配比，得出需求的混凝土强度。不过以上传统配合比设计，注重强度指标，却在混凝土耐久性上考虑不周，容易产生过刚易折的情况。耐久性能在混凝土功能实现中意义重大，只有满足耐性指标，才能在自然条件下保持较好弹性，保持原有性能不损失，抗渗性能、抗冻性能、抗腐蚀、以及耐磨性能等各项耐性都有良好表现。
一、以耐久性为核心的混凝土配合比设计
近年来，由于混凝土耐久性太差所导致的安全事故层出不穷，混凝土内部结构失调，部分性能不稳，耐久性不足，从而导致不可逆性的损坏，也造成了各方面巨大的经济损失和负面影响，使得耐久性配比研究在工程界混凝土使用方面受到了越来越多的重视。以下笔者具体探究在保持原有强度性能情况下，耐久性最大化的混凝土配合比。
1.1 耐久性影响因素分析
当前使用的高性能混凝土是由符合超塑化剂，掺杂少量细致矿物质，经过反复搅拌、混合后作为主效能剂，再加注入大量的水泥、粗细各类集料、注水再搅拌、掺和，而后经浇注以及养护硬化等一系列复杂过程制作而成的人工复合材料。
以上制作过程中，影响混凝土加工成品耐久性的材料因素，主要包括：水泥品种选用、具体掺和浇注过程中水胶比的选取和量化控制，还有计划设计的材料强度等几方面影响。而混凝土配合中最主要的几种环境因素则包含：化学介质腐蚀、钢筋锈蚀、碱性集料内部反应、以及来流入的氯离子侵蚀，还包括可能存在的碳化影响都会或多或少的影响到混凝土的耐久性体现。具体成分控制如下：
（1）浇注掺和过程中碱性集料反应现象不可避免，只要控制总体混凝土配合过程中碱性集料含量小于 3.2kg/m3 ，抑制不定型集料的产生即可。
（2）化学介质侵蚀，由于原料无法做到绝对纯净，再加工过程中的多层渗透影响，同样无法杜绝，因此只要做到控制导致钢筋锈蚀的主要因素——氯离子扩散即可避免大部分内部腐蚀损坏，同样可以避免混凝土中性化的问题产生。
1.2 强度影响配比及相关公式设计
基于客观环境影响和杂质的不可避免性，要提高混凝土的耐久性和强度系数，必须减少腐蚀裸露成分面积，同时提高混凝土材质细密性，减少原生裂痕以及收缩裂痕。在材料不变的基础上，影响混凝土强度的主要参数包含：单位用水量、水胶比、胶体结合材料掺和量。[1]
因此，根据目前普遍采用的主流化混凝土体积设计模型，经理论推导结合数据，得出公式。即基于水泥与主材质细料矿质掺和料体积之比 ，同胶体结合材料掺和量的比值有：
据此，可以得出高性能混凝土耐久性能主要影响因素集中在细料掺和水胶比、浇注过程中胶体结合材料组成以及浇注单位用水量三方面上。
二、混凝土耐久性配合比优化设计
2.1 抗离子腐蚀（Cl-）为例耐久性设计
现行需求的高性能混凝土参数要求下，大部分材料配合中都掺入了活性材料，水胶比都严格作为配合比控制参数，并且作为建立扩散系数Deff 的耐久性参考指标。作为需要快速做出渗透性判定和离子含量的成分，水溶性的高浓度氯盐（常见最多为 NaCl），以其饱和水溶液电导率为基准，掺和混凝土加注后，再有相关方程推算出氯离子在此种类混凝土中的具体扩散系数，我们称之为 NEL 判定法。
下表为具体的混凝土水胶比率、氯离子扩散系数的对比参考值。
注解：上表数据为基于饱和盐融混凝土电导率在 26 度下，以 NaCl 溶液作为电解液的混凝土电导率关系表。
下图描绘出有效扩散系数Deff在特定溶液环境下与混凝土设计水胶比选取的相关性。
基于上述关系，在满足相应扩散系数同水胶比相关性条件下，取其中交叉基准量作为最后采用的设计水胶掺和比率，拟定组成系数，综合混凝土强度线性曲线，求出单位用水量[2]。
随后，根据下式计算胶体材料组成，和凝胶质掺和用量。
两式联合求解得出 S、g，然后进行具体的适配测试实验。
另外，硫酸盐耐久性配比水胶比以及掺和率的求解方法同氯离子。在此不详细介绍。
2.2 抗冻坏耐久性设计
在混凝土配比设计中，抗冻损伤特性最重要的是伸缩性，也就是务必保证土质内部所含有的间隙数量，以此确保混凝土总体含气量，从而减小混凝土受低温冷冻收缩所造成的开裂影响。为了达到较良好的抗冻性能，混凝土浇注掺和过程中，必须严格控制气泡间隔系数处在 200-240um ，总体间隙含气量应当至少占总体积的3.6%以上。同时在 HPC 设计抗冻性能提升过程中，必须额外添加入部分引气剂。但是需要格外注意，混凝土总体间隙增多，是会影响到混凝土的强度的。因而，必须充分考虑引气剂所照成的强度影响，确保不会制约主性能的发挥。
具体可以采取10%的硅粉末，掺和超细的矿渣，或者取用等量含量在20% 至40%之间的水泥。这样既可以保持混凝土高强度性能，同时也能大幅提升总体的抗冻性，还能避免冰类盐质的腐蚀。
此外，还有多种类型的耐久性设计，但总体都可以参照上述设计方案，在局部根据性能需求或者材料特性，合理进行局部改动，就能提升大部分的耐久性能，从而大大提升高性能混凝土的使用寿命和稳定性，降低意外和不可逆损伤的发生。
结语：混凝土的强度和耐久性能是混凝土加工制造中最重要的使用性能，在工程界设计配比研究中，也一直在不断的改良优化，以寻求到更好的配合比，来达到更加完备的性能表现。本文结合两种性能，主要以耐久性中的抗 Cl-、抗电解质类硫酸盐分腐蚀，以及抗冻性能，抗碳化等等综合考量，建立了水胶比、和胶体结合材料组成、单位用水量以及混凝土强度计算公式，奠定了高性能混凝土在耐久性能上的实践理论基础。
参考文献：
[1]冯乃谦,邢锋.高性能混凝土技术[M].北京:原子能出版社,2014,6.
[2]王立久.普通混凝土耐久性设计方法[J].低温建筑技术,2013,(4)7～ 9.
论文作者:黄杏荣
论文发表刊物:《低碳地产》2016年8月第15期
论文发表时间:2016/11/3
标签：混凝土论文; 耐久性论文; 强度论文; 性能论文; 材料论文; 胶体论文; 系数论文; 《低碳地产》2016年8月第15期论文;