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摘要：混凝土配合比一直都是建筑学中最为基础也最为重要的一个课题，相较于一般混凝土，高性能混凝土在组成成分上更加复杂，无论是耐久性与强度，还是流动性，都要远远优于一般混凝土，低水灰比更是其最为显著的特征之一。实际上，高性能混凝土在配合比上无法选择一般配合比方案，本文尝试探究高性能混凝土的配合比设计。
关键词：高性能混凝；试验；配合比；设计方案
随着城市化进程的不断推进，城市土地资源愈加紧张，为了充分利用空间资源，各大开发商、建筑企业开始致力于超高层建筑的建设。由于超高层建筑具有更高的高度，其所受到的应力也更加复杂，因此在性能上具有更高的要求，作为建筑主要材料的混凝土其性能要求也随之提高。而高性能混凝土具有高体积稳定性与高耐久性，其优越的高工作性使得其在超高层建筑的建设上发挥了不可或缺的作用。而为了确保高性能混凝土可以发挥出理想的效果，需要获得最合理的配合比。
一、高性能混凝土
（一）概念
美国ACI与NST于1990年提出了“高性能混凝土”的概念，在这种概念下的高性能混凝土需要具备如下性能：①浇捣难度低且不易离析；②早期具有较高的强度和较好的韧性且具有优异的体积稳定性；③具有高超的力学性能且可以长时期保持下来；④即使使用条件非常恶劣也能保持较长的使用寿命。
（二）发展现状
自高性能混凝土这一定义诞生起，科技工作者一直致力于探寻这种混凝土的最佳配合比，但是即使经过了十余年的研究，科技工作者们依然只是取得了一些科研成果而已。并且，受技术难度与高性能混凝土经济性等因素所限，关于高性能混凝土配合比的研究依然停留在实验室与理论研究的阶段，所得出的成果与结论是“碎片式”的，相关理论缺乏系统性。
二、涉及的掺料
高性能混凝土之所以具有高强性能，是因为其在混凝土中参加了硅粉、优质粉煤灰以及聚羧酸减水剂等掺料。
（一）硅粉（硅灰）
硅粉是工业生产硅铁时出现的副产物，比表面积一般大于1.5*104m2/kg，对于混凝土来说具有非常显著的增强作用。区别于其他掺合料，硅粉具有超细形态，平均粒径为100~200nm，最早被应用在高性能混凝土的配置中，至今为止其技术已经发展到比较成熟的阶段。硅粉的主要成分为活性二氧化硅，占比在90%以上，因此硅粉本身的活性也比较高，再加上其超细的粒径，使得水泥孔隙可以被硅粉有效填充，因此掺有硅粉的高性能混凝土具有极高的强度与密实度。
（二）聚羧酸减水剂
聚羧酸减水剂并不是指一种减水剂，而是一系列的减水剂，具有非常高的减水效率，相较于其他减水剂，聚羧酸减水剂的减水率高达25%~30%甚至更高。将聚羧酸减水剂掺入混凝土，可以提高混凝土本身的耐热性能与耐久性能，甚至是耐候性也能得到提高，即使在高温环境中也有良好的流动性，其坍落度损失更是非常小，此外在较低温度的环境中，也不必大剂量加用减水剂。
三、理论基础
高性能混凝土的一大特点就是空隙小，为了实现这一目标便需要控制骨料比例。事实上，骨料至少占据了混凝土体积的2/3，只要将单位体积的固体材料进行重量最大化处理，便能实现空隙最小化的目标，最终也会获得高性能混凝土的最佳级配。同时，在水灰比不变的前提下，若是颗粒材料可以得到最佳堆积，那么骨料将体的用量、拌合物水用量也会随之减少，混凝土弱界面与收缩裂缝的发生率也会降低，耐久性得到提高。
四、设计方案
（一）水胶比
水泥实现完全水化的过程中大约需要耗费相当于水泥用量25%的用水量，考虑到15%左右的水会由于物理吸附作用而被限制于胶体空隙之中，无法参与化学反应，因此用水的重量应为水泥重量的0.04倍。从试验结果可以发现，若水灰比＜0.05，虽然水胶比有所下降，但是混凝土的强度反而会有所增高，这是因为水泥没有完全水化，低水灰比降低了混凝土孔隙率，没有水化的水泥相当于细微集料，可以增加混凝土的密实度与强度。
（二）砂率
相较于一般混凝土，高性能混凝土具有更高的强度，因此混凝土中使用的粗集料要比中低强度混凝土更多，并且随着水泥用量的增加粗集料的用量也应随之增加。通过相关实验可以发现，当砂率≈0.33%时，高性能混凝土的强度要高于砂率=0.4%或砂率=0.5%时，并且砂率若是继续降低，高性能混凝土的强度也会增加。但是需要注意一点，若是砂率过低将会影响高性能混凝土的工作性，不利于泵送。目前，砂率的决定大多取决于工作人员的经验，其级配要求等可参考表3：
（三）单位用水量
单位用水量的确定对于高性能混凝土配合比的设计来说是必须的，若是普通混凝土，通过粗集料类型、坍落度以及集料最大粒径即可计算出。高性能混凝土中掺入了聚羧酸减水剂，其坍落度就有了很大的可变性，因此需要根据减水剂的掺入量与性质来进行具体分体具体分析。一般而言，单位用水量越多则混凝土强度越低，如C90强度的混凝土单位用水量约为145kg/m3，C80强度则为155kg/m3。
结语：
高性能混凝土的配合比设计涉及单位用水量、砂率、水胶比三项因素、硅粉、粉煤灰、减水剂三种掺料，本文试对其进行了分析与研究，以供相关人员参考。
参考文献：
[1]薛保勇,徐希娟,岳卫民.高性能混凝土配合比设计实例分析[J].公路交通科技(应用技术版),2014(11).
[2]黎敏,张学政,李青,胡凯.港珠澳大桥桥墩120年寿命高性能混凝土配合比设计[J].混凝土,2014(05).
[3]郑山锁,赵鹏,商效瑀.高强高性能混凝土配合比优化设计[J].中国科技论文,2013,7(05).
论文作者:孙晓涣
论文发表刊物:《基层建设》2017年2期
论文发表时间:2017/4/18
标签：混凝土论文; 高性能混凝土论文; 强度论文; 用水量论文; 羧酸论文; 减水剂论文; 水灰比论文; 《基层建设》2017年2期论文;