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摘要：高强混凝土配合比的设计直接关系到高强混凝土的性能以及工程的整体质量，对其设计参数进行合理的选择十分必要。本文结合工程实例，对该工程高强混凝土原材料以及配合比设计参数的选择进行了详细的介绍，为类似工程提供参考。
关键词：高强混凝土；配合比设计；设计参数
0 引言
随着我国社会经济的快速发展，交通事业取得了极大的进步，公路工程的建设也日益增加。在公路工程建设中，高强混凝土具有抗压强度高、密度大、孔隙率低等优点，得到了广泛的应用。其中，高强混凝土原材料的选择以及配合比设计直接关系到高强混凝土的整体性能，基于此，笔者进行了相关介绍。
1 工程概况
某高速公路桥梁工程现浇梁片，采用泵送方法施工，现场有比水泥南方P.052.5级及南方P.042.5级普通硅酸盐水泥供选择、天然中砂，5～20mm碎石，外加剂为聚羧酸高性能减水剂，掺量为胶结料的1.3％，减水率大于25%，，混凝土单方用水量为160kg。
2 原材料
2.1 水泥
水泥品种和胶凝物质的数量是影响水泥混凝土强度和工作性的主要因素。从试验和观察水泥混凝土的破坏过程可知，混凝土其破坏常常发生在水泥石与骨料的界面处，强度主要取决于水泥石与骨料的粘结力。因此水泥品种的确定非常重要，它不仅要把骨料粘结在一起，而且本身硬化后还必须具有高的强度，以承受荷载，骨料能否发挥作用，与水泥材料本身强度和粘结力有很大关系。在配制高强混凝土时，水泥的强度等级的选用要求应高于相对应的混凝土强度等级，或者是略低于混凝土的强度等级，最好控制在水泥混凝土对应强度等级的0.9～1.5倍范围内，方能满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）中胶凝物质的数量最高控制范围要求。
为便于对试验数据进行分析，结合工程概况中的数据，根据鲍罗米混凝土强度公式fcu.0=0.304fce（C/W+0.62）分别计算水胶比，基准水泥用量等参数如表1和表2所示。
通过上述表1和表2中数据比较，在相同用水量和高性能减水剂掺配比例的前提下，为保证混合料具有相同的工作度，采用南方P.042.5级水泥配制C50强度等级混凝土根据鲍罗米混凝土强度公式fcu.0=0.304fce（C/W+0.62）计算所得水泥用量远远大于《公路桥涵施工技术规范》（JTG/TF50-2011）要求范围，按照工程经验需要通过掺入部分外掺料（硅粉和粉煤灰）在混凝土中兼起活性粘结料和填料的作用，以实现减低水泥用量，提高混凝土强度的目的；而采用南方P.052.5级水泥配制C50强度等级混凝土，水泥用量完全可以不借助掺入外掺料（硅粉和粉煤灰）就可以满足规范用量要求。从施工实践证明可知，水泥混凝土中胶凝物质的数量直接影响到水泥石与界面的粘结力，为保证具有一定的工作度，应增加砂浆中胶凝材料的比例，水泥用量要高，但一般不宜超过桥涵规范要求范围内，否则，易于引起水化期间散热太慢或收缩量过大等问题。从经济上考虑，就应减少水泥用量，最好是掺加一部分高质量的粉煤灰或者其它粉状硅质材料来提高混凝土强度，把水化放热和干缩负作用减少到最低限度。
综合上述，对水泥品种及强度等级的选用，应根据项目工程自身特点结合周边附近水泥供应情况，制定符合本项目施工要求的技术指标以弥补我国现阶段大部分水泥厂家28天水泥强度富余系数不足之缺点，并通过项目材料招标合同得以实现。
2.2 骨料
水泥混凝土的骨料有细骨料和粗骨料之分。配制高强混凝土过程中，骨料选用应按以下几点原则进行选取。
2.2.1 细骨料
细骨料可分为天然砂和机制砂，在高强混凝土组成中，细集料所占比例同样要比普通强度混凝土所用的量要少些。作为混凝土填充材料，在地材相对丰富的地方，优先使用含泥、含粉量低，级配良好的天然中砂或粗砂，最好是圆形颗粒级配良好的天然河砂，以采用洁净的石英质河砂为佳，可以避免混凝土过于干硬。在天然砂严重匮乏的情况下，可以考虑使用技术指标满足相关规范及设计文件要求的机制砂。
2.2.2 粗骨料
粗骨料在混凝土的组织结构中起主要骨架作用，粗骨料的性能对混凝土的抗压强度及弹性模量起到决定性的制约作用。混凝土强度的影响主要取决于骨料强度、表面特性、粒料级配及最大粒径等四方面性能。
（1）骨料强度
作为混凝土骨架的材料，其强度的高低会对混凝土强度产生较大影响。若所选的骨料成为混凝土合格骨料，其抗压强度是有一定要求的。一般情况下，所选的骨料抗压强度要达到混凝土设计强度的1.5～2.0倍，才能在其本身材料上有效地保证混凝土强度。对于高强混凝土而言，从骨料作为混凝土骨架和抗变形的作用来说，若一味的增加水泥用量以及改变水胶比，不能很好地提高混凝土强度。因为骨料强度不高，不论如何改变水泥用量或水胶比，都不能达到高强混凝土的要求。
（2）骨料表面特性因素
作为混凝土骨架的碎石从加工特性上通常有球形、立方体形、针状及片状等，从实际工程的应用情况看，球形和立方体形的碎石拌制的混合料效果较好，而片状和针状效果较差。针片状碎石会增加混凝土空隙率，影响混凝土搅拌时的和易性，降低骨料的粘结力，在受到外部的各种应力时，容易发生折断；同时在高空隙率的条件下，混凝土容易发生泌水，坍落度损失较为严重，严重影响了混凝土的强度发展。所以要配制高强混凝土，应采用球形或立方体形的碎石，针片状含量应不大于5%，同时碎石的表面必须干净而无粉尘，否则要影响混凝土内部的粘结力。
（3）骨料最大粒径
有关实验证明，在较小的混凝土水胶比的情况下，碎石的最大粒径会对混凝土强度产生较大影响。对于大部分的岩石而言，只要把最大粒径控制在9.5～16mm范围内，就能很好的控制骨料存在的缺陷，甚至可以消除。为使表面积增加的多（可改善总的粘结作用），骨料最大粒径（方孔筛）一般要低于19mm。通常用粒径为4.75～16mm的骨料可得到最大强度，采用4.75～9.5mm或4.75～16mm粒级的骨料是最适宜的。
（4）骨料的粒料级配
骨料的级配对混凝土的力学性能有着很大的影响，好的骨料级配应该是在保证密实度的前提下能够减少水泥用量，因而需要大堆积密度和小空隙率，通过减少表面积来减少润滑骨料的用水。但为确保混凝土的和易性要求，需要一段的细骨料，粗骨料占石子总量70%时，堆积密度可达到最大，混凝土强度可达到最大。
综合上述，粗骨料的选择，应从骨料的本身岩性特性及加工特性方面综合考虑。
2.3 外掺料
水泥混凝土中矿物掺合料可包括粉煤灰、粒化高炉矿渣粉、硅粉等材料。配制高强混凝土用粉煤灰、粒化高炉矿渣粉等量替代部分水泥可以改善工作度，降低水化热，减少高效减水剂用量，减少坍落度随时间的损失，并增加混凝土的强度。硅粉在混凝土中兼起活性粘结料和填料的作用，以实现减低水泥用量，提高混凝土强度的目的；工程实践上，配制高强混凝土用矿渣或粉煤灰同时加入少量硅粉成为常态，当混凝土强度高于C80时，掺加硅粉几乎成为获得高强的唯一手段。因此，外掺料的选择应视工程自身特点和要求及经济性而定。
2.4 减水剂
减水剂（又称塑化剂），特别是高性能减水剂，具有一定的引气性，较高的减水率和良好的坍落度保持性能，掺入混凝土中，特别是干硬性混凝土中，可提高混凝土的流动性。与其他减水剂相比，高性能减水剂在配制高强度混凝土和高耐久性混凝土时，具有明显的技术优势和较高的性价比。如果保持施工要求的流动性不变，则可通过减少单位用水量，降低混凝土混合物的水胶比，从而取得提高强度和密实度的效果。无论何种高效减水剂，使用前一定要结合工程自身特点进行质量复试及水泥的相容性等试验。
3 结语
综上所述，高强混凝土以其优越的性能，在高速公路工程中得到广泛的应用，而高强混凝土原材料及配合比设计参数的选择是其中的重点。相关施工人员要严格把好原材料的质量关卡，选择合适的原材料，并选择合理的高强混凝土配合比设计参数，从而确保高强混凝土的性能。
参考文献：
[1]高层建筑C40大体积混凝土配合比设计原则及其原材料选择[J].毛山红.广东建材.2014（11）
[2]混凝土原材料选择及配合比设计研究与分析[J].陈永坚.中国高新技术企业.2014（03）
论文作者:郑元杰
论文发表刊物:《基层建设》2017年第8期
论文发表时间:2017/7/13
标签：混凝土论文; 骨料论文; 强度论文; 水泥论文; 用量论文; 粒径论文; 原材料论文; 《基层建设》2017年第8期论文;