摘要：桥梁技术不断发展，高性能混凝土在大型桥梁的应用也越来越广泛，但是在高性能混凝土应用过程中配合比设计有一定的不足之处，这样就对高性能混凝土的性能产生很大的影响。只有将高性能混凝土的配合比设计合理，那么高性能混凝的使用质量才能得到保证。
关键词：高性能混凝土；配比；设计
1高性能混凝土概述
1.1高性能混凝土概念
高性能混凝土被正式定名是在1990年美国主办的一次混凝土材料研讨会上。但是从提出到现在，各个国家不同地区的学者并没有对高性能混凝土的定义形成统一的观点。
美国混凝土学会(ACI)认为高性能混凝土应该在施工中拥有良好的和易性，易于浇筑振捣、不分层、不离析;在使用中具有高强度、高韧性、良好的体积稳定性以及在不同环境中的高耐久性。
以Mehta为代表的学者则认为高性能混凝土应该具有足够的耐久性。他们在混凝土满足强度指标的基础上提出了耐久性的问题，即能够在各种恶劣环境中保证工作性的能力，包括抗渗性、抗冻性、抗碳化性能、抗氯离子渗透以及抗碱一骨料反应等方面。
国内的学者也未能就高性能混凝土的定义达成一致。冯乃谦在其著作《高性能混凝土》中提出，高性能混凝土必须具有高强度，一般情况下混凝土强度提高后自然能够满足耐久性的要求。另外指出，高性能混凝土得以发展的基础是高效减水剂和矿物掺合料，因此高性能混凝土必须添加减水剂和矿物掺合料。
吴中伟则认为，高性能混凝土应该根据其用途和经济性等条件有所侧重。高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，是采用现代混凝土技术制作的比普通混凝土性能更好的混凝土。他主要以耐久性为指标，在确保混凝土耐久性的前提下，应该将高性能混凝土向中低强度等级发展。同时还提出了绿色高性能混凝土的概念，提倡大量的工业废渣作为掺合料，节约水泥用量，减少污染和能源消耗，走可持续发展道路。
中国土木工程学会将高性能混凝土定义为以耐久性为基础，符合可持续发展要求并适应工业化生产与施工的混凝土。与以往的传统混凝土相比较，具有低用水量、低水泥用量、矿物掺合料掺量大等特点。
综上所述，高性能混凝土的定义和性能指标概括起来有以下几点:
（1）良好的和易性，大流动性，自密实性，坍落度损失小，无离析、沁水现象;
（2）水化过程中有较好的体积稳定性;
（3）具有良好的耐久性和抗腐蚀性能，能够适应各种环境作用;
（4）强度发展较快，早期强度高，后期强度不降低甚至持续增长;
（5）强度高，韧性高，裂纹少;
（6）原料易于获得，来源广泛，利用工业废料，污染较少;
（7）不同工程所需要的其他性能，例如:保温，隔热，抗渗，耐火，微膨胀，减震等。
1.2高性能混凝土研究现状
（1）强度
强度既是混凝土材料的基本力学指标，也是施工质量的重要指标。另外，混凝土材料的很多其他性能，如抗渗性、弹性模量等都取决于强度指标。
高性能混凝土中掺加了大量的超细矿物掺合料，由于这些超细粒子粒径都要小于水泥颗粒，进而填充了胶凝材料的空隙，使得混凝土更加密实;同时，借助于超细矿物的火山灰效应能够改善胶凝材料与骨料之间的界面过渡区，因此能够大大提高混凝土的强度。罗季英、冷发光等研究了掺加粉煤灰和矿粉对混凝土强度的影响，指出在水灰比较低的情况下能够充分发挥作用，但是掺量有所区别，矿粉掺量可大于40%；粉煤灰则不宜超过40%。在三峡大坝的浇筑中就是用了30%粉煤灰掺量的高性能混凝土。
养护温度对高性能混凝土的强度也有很大的影响，养护温度越高越有利于强度的发展。
（2）体积稳定性
混凝土的体积稳定性反映了混凝土硬化前后保持其原有形状的能力。
高性能混凝土内部胶凝材料水化会引起体积收缩，该收缩是一种化学收缩，主要受矿物掺合料的细度和掺量影响。
硬化后的混凝土内部存在不同形态的水，包括自由水、结合水、化合水和层间水，这些水在高温的作用下不断减少，从而引起混凝土的干燥收缩。干燥收缩与混凝土的水胶比、掺合料、外加剂的用量均有关。
混凝土内部的水化产物会与空气中的二氧化碳产生化学反应，从而引起混凝土的碳化收缩。有研究表明，相对湿度保持在中等水平时混凝土的碳化收缩最为显著。掺加矿物掺合料后的高性能混凝土降低了水胶比，减少了混凝土的碳化收缩。
由于混凝土内部是一种非常复杂的非均匀体系，收缩变形就成了混凝土的固有特性。除此之外，混凝土的弹性变形、温度引起的膨胀以及长期荷载作用产生的徐变等都对混凝土的体积稳定性有较大的影响。
（3）耐久性
高性能混凝土是一种基于耐久性而设计的混凝土，它的水胶比较低，减水剂和矿物微粉的掺入使混凝土内部水泥浆体结构更密实，渗透性更低，抗侵蚀能力更强，耐久性更好。因此，对于高性能混凝土的研究更多的是围绕其耐久性展开的。
2003年，我国组织专家针对混凝土的耐久性和安全性进行了研讨，并颁布了《混凝土结构耐久性设计及施工指南》。
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中南大学研究了高性能混凝土掺加超细粉煤灰后对耐久性的影响，结果表明超细粉煤灰的加入改善了混凝土的抗渗性、抗冻性和抗硫酸盐腐蚀的能力，并且对混凝土早期强度有增强作用，对干缩性也有较大的改善。
葛洲坝检测公司研究了矿粉与粉煤灰双掺对高性能混凝土耐久性的影响，他们认为双掺矿粉和粉煤灰的混凝土比单掺的混凝土拥有更好的耐久性。同时也节约了水泥，降低了成本，具有很好的经济效益。
在南京长江第四大桥的主塔施工中也采用了高性能混凝土施工，对主塔使用的耐久性也提出了更高的要求。也取得很好的经济效益。
2高性能混凝土配合比操作时的需要注意的相关问题
2.1高性能混凝土结构设计时对质量的控制
不同的桥梁工程对于混凝土性能要求也不一样。在特定的桥梁工程实施之前，要明确该桥梁的用处，对于混凝土的设计参数要进行科学，合理的选择，计算和验算要充分满足建筑要求。使桥梁的构造的耐久性，稳定性，强度等方面都能达到设计要求。特定的桥梁工程对于高性能混凝土各方面的都有严格的控制体系，保证桥梁的质量符合国家标准。
2.2高性能混凝土对于原材料的选择
对于桥梁原材料的使用，都需要达到高性能混凝土原料的最低要求。砂石骨料作为高性能混凝土的主要原料之一，其质量的好坏对于高性能混凝土的性能有着非常大的影响。但是目前，我国对于砂石骨料的质量还不够重视，一直没有严格的进行把控。对于砂石原料的选择，应该即符合国家对于砂石使用的标准，又要使砂石原料能与其他高性能混凝土的原材料相融合，用以降低高性能混凝土的成本，这样一来桥梁工程的质量也能得到应用的保障。
2.3不同的桥梁工程要有不同的配合比
高性能混凝土配合比要根据桥梁工程的不同而进行适当的调整，并且根据相关要求进行合理的设计。在进行配合比设计时，可以首先确定水泥或者胶凝材料等的用量，再根据水灰比将用水量计算出来，如果高性能混凝土的流动性不符合设计要求时，还可以通过减水剂的种类，参量等进行调节，以达到最好的使用效果。
2.4按照生产标准继续施工
在高性能混凝土设计时要严格的按照有关标准规范进行。对于桥梁工程的检验与验收切不可马虎，严格的按照相关规定进行，保证桥梁的安全性。水灰比对于混凝土强度有着决定性的作用，但是目前仍然没有完善的使用标准，水灰比的选定一般根据原材料的质量和桥梁工程技术人员的经验来确定。
3高性能混凝土配合比设计中的优化
3.1高性能混凝土配合比设计原则
（1）对于耐久性的设计应该满足工程设计的抗渗指标并且确定氯离子的扩散系数，这些数据的确定对于水胶比的选择有了一定的依据。水胶比一般不超过0.42。
（2）对于凝胶材料总用量进行设计时，要与相同强度等级的传统混凝土用量相同，用以来保证混凝土的耐久性。对于不同强度的混凝土，凝胶材料的总量一般在400kg/m3左右，并且不能超过500kg/m3。
（3）砂率的确定与混凝土的施工性息息相关。为了保证混凝土的弹性模量，砂率要小于0.45。一般情况下，混凝土中材料的最佳取值范围如下：水胶比在0.25左右；砂率在0.35左右；聚羧酸系高效减水剂掺量在2%左右；硅灰掺量在5%～10%之间；粉煤灰掺量在25%左右。
由此可见，不同强度混凝土的优化配合比存在差异，因此实际配合原则也还应当视混凝土强度的等级要求而定。
3.2高性能混凝土对于配合比设计中原料的优化
高性能混凝土使用的原料与普通混凝土除了加入矿物细掺料和高效外加剂之外都是相同的。由于高性能混凝土的成分较多，所以对于原材料都有较大的影响。在进行高性能混凝土配合比设计中需对外加剂及矿物细掺料的格外注意：矿物细掺料问题在于没有评估其质量的体系。矿物细掺料可以作为一种商品来进行供应，对于其的质量要进行严格地把控，在进行高性能混凝土配合比设计过程中，要将矿物细掺料作为高性能混凝土的必要组成条件。高效外加剂的问题在于外加剂与混凝土原料的融合问题。
3.3高性能混凝土配合比设计规范的优化
目前高性能混凝土配合比设计过程中没有明确的规范标准。现在使用的混凝土配合比设计规程对于高性能混凝土来说并不适用，不能很好的解决矿物细掺料，高效外加剂在设计中出现的问题。桥梁工程技术人员在进行高性能混凝土配合比设计师往往都是凭借着以往的经验来进行配置，并且通过试配来调整高性能混凝土的配合比，不能科学有效的进行配置。水胶比值的大小决定着高性能混凝土强度的高低。
3.4高性能混凝土配合比设计的数字化
高性能混凝土配合比不仅仅包括混泥土配合比的设计，还包括高性能混凝土配合比使用的数字化，使高性能混凝土配合比设计进行的更科学，更准确。影响高性能混凝土质量的因素有很多，所以利用数字化技术将高性能混凝土配合比设计中的误差缩到最小。
4结语
随着现在桥梁施工难度不断增加，普通混凝土已经逐渐不能满足现在桥梁的需求，因此高性能混凝土应运而生。在高性能混凝土拌制过程中，要想保证其整体性能，就要有良好的配合比，这就需要在胶结材料、集料和外加剂的选择上多加注意，在对高性能混凝土拌制时还要注意水胶比、单位用水量和砂率，这样拌制出来的混凝土才能符合要求。
参考文献：
[1]刘艳.高性能混凝土配合比设计的研究[D].山东大学,2011.
[2]张爱玲.高性能混凝土配合比设计中应注意的问题[J].工程建设与设计,2011,07:141-142+149.
[3]张伟民,康琼.高性能混凝土配合比优化设计[J].浙江建筑,2008,01:62-64+68.
论文作者:曾燕玲 曹毅
论文发表刊物:《基层建设》2016年第34期
论文发表时间:2017/3/20
标签：混凝土论文; 高性能混凝土论文; 耐久性论文; 强度论文; 矿物论文; 桥梁论文; 材料论文; 《基层建设》2016年第34期论文;