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摘要：高性能混凝土由于具有良好的体积稳定性、高耐久性、高强度和高工作性能，在建筑工程中得到了广泛的应用。本文作者结合实例对高性能混凝土配合比的设计进行了分析，旨在提高工程质量。
关键词：建筑工程；高性能混凝土；配合比设计
Abstract: High performance concrete with good volume stability, high durability, high strength and high performance, has been widely used in architectural engineering. The author of this paper with an example of mix design of high performance concrete are analyzed, in order to improve the quality of the project.
Key words: building engineering; high performance concrete; mix design
中圖分类号：TU2 文献标识码： 文章编号一、工程实例
宁夏吴忠黄河公路特大桥主桥为大跨度预应力混凝土连续箱梁，现浇节段法施工工艺，箱梁采用了C55高性能混凝土,在宁夏地区也是首次应用。
二、高性能C55混凝土应用的重要性
随着混凝土技术的发展，高性能混凝土（简称HPC）在工程中的应用也越来越广泛。关于高性能混凝土，一般是指高强度、高弹性模量、低渗透性和良好的抵抗外界破坏能力的混凝土。与普通混凝土相比，高性能混凝土具有优良的工作性、良好的体积稳定性和很高的耐久性，是一种具有广阔发展前景的环保型绿色建筑材料。
由于高性能混凝土以结构耐久性作为混凝土设计施工的首要技术指标，在配合比设计方法上，高性能混凝土与普通混凝土相比，既有相似之处，也有不同之处。在材料选择上，除要求采用优质原材料外，一般还需掺加足够数量的矿物掺料和高效外加剂来满足其特殊要求。宁夏回族自治区吴忠黄河公路特大桥主桥为大跨度预应力混凝土连续箱梁，现浇节段法施工工艺，箱梁采用了C55高性能混凝土。
由于C55高性能混凝土为宁夏地区首次应用，且项目所处地区为大陆性中温带干旱气候区，四季分明，冬寒夏热，气候干燥，蒸发强烈，降水集中，风大沙多，昼夜温差大，其变化幅度一般在10℃～20℃之间，故对混凝土结构得耐久性也有其特殊的要求。同时在研究大跨度预应力混凝土连续梁桥线形控制时，混凝土的收缩徐变性能是其必须考虑的重要因素之一，因此研究开发适用于宁夏地区的C55高性能混凝土配合比设计技术具有重要现实意义。
三、高性能混凝土配合比设计原则
1．最优砂率原则
混凝土的砂石比通常用砂率来表示，砂率主要影响混凝土的工作性能。高性能混凝土由于采用低用水量，因此砂浆量需由增加砂率来补充。
2．最优浆集比原则
混凝土浆集比为水泥浆与集料的比例。HPC的特点是具有较好的工作性能，即要求具有较高的流动性，因此高性能混凝土要求有较大的胶凝材料总质量。但研究表明，混凝土会随着胶凝材料用量的增加，弹性模量降低，收缩增加。因此，在高性能混凝土配合比设计中必须寻找最优的浆集比。试验研究表明，当采用适宜的集料时，固体浆集体积比取34：60可以很好地解决混凝土强度、工作性和尺寸稳定性之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。
3．高性能混凝土低水胶比原则
为达到HPC高耐久性的要求，必须要使所配置的高性能混凝土具有较低的渗透性，因此在高性能混凝土配置过程中水胶比一般在0．2―0．4之间，以保证混凝土具有足够的密实度。在此基础上通过混凝土强度调整水胶比，水胶比确定后，通过细掺量的掺加来保证混凝土的强度。
四、材料的选择
材料的选择必须结合地方资源供应情况，在满足工程技术应用条件和结构要求的条件下，以经济、合理、适用为原则。在宁夏地区，含有丰富粉煤灰、硅灰等材料，但同时也存在着无高强度水泥、碎石母岩抗压强度低的不足。目前宁夏地区各厂家生产的水泥最高强度等级为52.5MPa，地质资料表明，本地区石料抗压强度一般均在80MPa以下，且多以沉积岩为主，因而在混凝土配合比试配材料选择时也有其独特性要求。最终该工程选用C55高性能混凝土材料。
1.水泥
水泥选用宁夏青铜峡水泥股份有限公司生产的P.O52.5R普通硅酸盐水泥，外加剂选用山西建材化工有限公司生产的SMS型聚羧酸盐系高性能减水剂。
2. 矿物质掺和料
矿物质掺和料包括粉煤灰和硅灰。粉煤灰选用宁夏青铜峡大坝电厂生产的Ⅰ级优质粉煤灰，其细度为5.3%，烧失量为0.66%；硅灰选用宁夏石嘴山市惠农区天先特种材料研究所生产的SF型硅灰，二氧化硅含量92.86%，烧失量（900℃）为0.9%，28d活性指数91%。
3.细集料
混凝土用砂采自井口砂场水洗砂，为Ⅱ区中砂，细度模数为2.77，表观密度2.656g/cm3，堆积密度1.675g/cm3。
4. 粗集料
混凝土用砂采自青铜峡丰鑫石料厂生产的碎石，最大粒径20mm。为保证碎石的颗粒级配，采用二级级配，由5～10mm及10～20mm两组级配组成。
碎石二级级配组成通过搭配试验按照最大密实原则确定，试验中按粗档(10～20mm)和细档(5～10mm)组成比例依次为55:45、60:40、65:35、70:30、75:25五个组别依次进行了颗粒分析、堆积密度、表观密度、空隙率试验等，选取空隙率最小、堆积密度最大的一组进行了搭配。最终确定的粗档与细档掺配比例为65%:35%，此时测得的空隙率最小，堆积密度最大。实测空隙率为40.9%，表观密度2.646g/cm3，堆积密度1.563g/cm3，压碎值指标8.9%，针片状颗粒含量2.8%。
5. 水
工程用水来自黄河河水，澄清后使用。使用前进行了水质分析试验，实测PH值为6.7，各项检测指标均符合混凝土用水标准。
五、配合比设计的步骤方法
1.确定混凝土的配制强度
高性能混凝土配制强度与普通混凝土配合比配制强度计算方法相同。计算公式如下：
Fcu，0≥Fcu,k+t*σ
式中：Fcu，0—混凝土试配强度(MPa)；
Fcu,k—混凝土设计强度标准值(MPa)，本工程实例中为55MPa；
t—混凝土强度保证率系数，高性能混凝土一般取t=1.645；
σ—混凝土强度标准差，按企业以往施工质量水平测算，如无历史统计资料，
可选用普通混凝土配合比设计规程中的推荐值，对C55混凝土，可取σ=6。
根据以上资料计算，本实例中混凝土试配强度按64.9MPa考虑。
2.配合比参数确定。
(1)用水量在水灰比一定、原材料一定的情况下，使用满足工作性的最小加水量(即最小的浆体量)，可得到体积稳定、高强度的混凝土。因此，用水量根据混凝土拌合物坍落度的大小和高效减水剂的效果而定，一般wo≯175kg/m 。(2)水胶比。严格控制水胶比是保证高性能混凝土质量的关键之一。低水胶比能降低混凝土的孔隙率并减小孔隙尺寸，通过混凝土的低渗透性来保证其耐久性。高性能混凝土的水胶比[ (水泥+矿物微细粉)]一般不大于0.38。(3)浆集比。水泥浆与骨料(亦称集料)的比例为浆集比。采用适宜的集料时，固定浆集体积比为35：65时可以很好地解决强度、工作性和体积稳定性之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。(4)砂率砂率。主要影响混凝土的工作性。当水胶比不同时，高性能混凝土中的最优砂率也有所变化。高性能混凝土的砂率可根据胶凝材料总量、粗细骨料的颗粒级配及混凝土泵送要求等因素来确定，宜采用37％一44％。(5)胶凝材料掺量。在进行配合比参数设计时，为保证混凝土的耐久性，混凝土中胶凝材料总量应处在1个适宜范围内，胶凝材料总量宜为450kg/m3～600kg/m3，其中矿物微细粉用量宜≤胶凝材料总量的40％。(6)高效减水剂掺量。高效减水剂是混凝土实现大流动性的唯一途径，高效减水剂掺量应根据坍落度要求确定，其最佳掺量一般占胶凝材料质量的1％～2％。
六、结束语
总之，合理的材料配合比设计应该在符合相关规范给出的包括强度、耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等要求的前提下，确定各种成分的用量，获得最经济和适用的混凝土。
参考文献：
[1]张天一．高性能绿色混凝土的耐久性试验研究[J]．水泥与混凝土.2009(4)：48-53．
[2]崔东霞，秦鸿根，张云升，等．不同品种外加剂对混凝土耐久性的影响[J]．商品混凝土，2010(3)：51．55．
关键词：建筑工程；高性能混凝土；配合比设计
Abstract: High performance concrete with good volume stability, high durability, high strength and high performance, has been widely used in architectural engineering. The author of this paper with an example of mix design of high performance concrete are analyzed, in order to improve the quality of the project.
Key words: building engineering; high performance concrete; mix design
中圖分类号：TU2 文献标识码： 文章编号一、工程实例
宁夏吴忠黄河公路特大桥主桥为大跨度预应力混凝土连续箱梁，现浇节段法施工工艺，箱梁采用了C55高性能混凝土,在宁夏地区也是首次应用。
二、高性能C55混凝土应用的重要性
随着混凝土技术的发展，高性能混凝土（简称HPC）在工程中的应用也越来越广泛。关于高性能混凝土，一般是指高强度、高弹性模量、低渗透性和良好的抵抗外界破坏能力的混凝土。与普通混凝土相比，高性能混凝土具有优良的工作性、良好的体积稳定性和很高的耐久性，是一种具有广阔发展前景的环保型绿色建筑材料。
由于高性能混凝土以结构耐久性作为混凝土设计施工的首要技术指标，在配合比设计方法上，高性能混凝土与普通混凝土相比，既有相似之处，也有不同之处。在材料选择上，除要求采用优质原材料外，一般还需掺加足够数量的矿物掺料和高效外加剂来满足其特殊要求。宁夏回族自治区吴忠黄河公路特大桥主桥为大跨度预应力混凝土连续箱梁，现浇节段法施工工艺，箱梁采用了C55高性能混凝土。
由于C55高性能混凝土为宁夏地区首次应用，且项目所处地区为大陆性中温带干旱气候区，四季分明，冬寒夏热，气候干燥，蒸发强烈，降水集中，风大沙多，昼夜温差大，其变化幅度一般在10℃～20℃之间，故对混凝土结构得耐久性也有其特殊的要求。同时在研究大跨度预应力混凝土连续梁桥线形控制时，混凝土的收缩徐变性能是其必须考虑的重要因素之一，因此研究开发适用于宁夏地区的C55高性能混凝土配合比设计技术具有重要现实意义。
三、高性能混凝土配合比设计原则
1．最优砂率原则
混凝土的砂石比通常用砂率来表示，砂率主要影响混凝土的工作性能。高性能混凝土由于采用低用水量，因此砂浆量需由增加砂率来补充。
2．最优浆集比原则
混凝土浆集比为水泥浆与集料的比例。HPC的特点是具有较好的工作性能，即要求具有较高的流动性，因此高性能混凝土要求有较大的胶凝材料总质量。但研究表明，混凝土会随着胶凝材料用量的增加，弹性模量降低，收缩增加。因此，在高性能混凝土配合比设计中必须寻找最优的浆集比。试验研究表明，当采用适宜的集料时，固体浆集体积比取34：60可以很好地解决混凝土强度、工作性和尺寸稳定性之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。
3．高性能混凝土低水胶比原则
为达到HPC高耐久性的要求，必须要使所配置的高性能混凝土具有较低的渗透性，因此在高性能混凝土配置过程中水胶比一般在0．2―0．4之间，以保证混凝土具有足够的密实度。在此基础上通过混凝土强度调整水胶比，水胶比确定后，通过细掺量的掺加来保证混凝土的强度。
四、材料的选择
材料的选择必须结合地方资源供应情况，在满足工程技术应用条件和结构要求的条件下，以经济、合理、适用为原则。在宁夏地区，含有丰富粉煤灰、硅灰等材料，但同时也存在着无高强度水泥、碎石母岩抗压强度低的不足。目前宁夏地区各厂家生产的水泥最高强度等级为52.5MPa，地质资料表明，本地区石料抗压强度一般均在80MPa以下，且多以沉积岩为主，因而在混凝土配合比试配材料选择时也有其独特性要求。最终该工程选用C55高性能混凝土材料。
1.水泥
水泥选用宁夏青铜峡水泥股份有限公司生产的P.O52.5R普通硅酸盐水泥，外加剂选用山西建材化工有限公司生产的SMS型聚羧酸盐系高性能减水剂。
2. 矿物质掺和料
矿物质掺和料包括粉煤灰和硅灰。粉煤灰选用宁夏青铜峡大坝电厂生产的Ⅰ级优质粉煤灰，其细度为5.3%，烧失量为0.66%；硅灰选用宁夏石嘴山市惠农区天先特种材料研究所生产的SF型硅灰，二氧化硅含量92.86%，烧失量（900℃）为0.9%，28d活性指数91%。
3.细集料
混凝土用砂采自井口砂场水洗砂，为Ⅱ区中砂，细度模数为2.77，表观密度2.656g/cm3，堆积密度1.675g/cm3。
4. 粗集料
混凝土用砂采自青铜峡丰鑫石料厂生产的碎石，最大粒径20mm。为保证碎石的颗粒级配，采用二级级配，由5～10mm及10～20mm两组级配组成。
碎石二级级配组成通过搭配试验按照最大密实原则确定，试验中按粗档(10～20mm)和细档(5～10mm)组成比例依次为55:45、60:40、65:35、70:30、75:25五个组别依次进行了颗粒分析、堆积密度、表观密度、空隙率试验等，选取空隙率最小、堆积密度最大的一组进行了搭配。最终确定的粗档与细档掺配比例为65%:35%，此时测得的空隙率最小，堆积密度最大。实测空隙率为40.9%，表观密度2.646g/cm3，堆积密度1.563g/cm3，压碎值指标8.9%，针片状颗粒含量2.8%。
5. 水
工程用水来自黄河河水，澄清后使用。使用前进行了水质分析试验，实测PH值为6.7，各项检测指标均符合混凝土用水标准。
五、配合比设计的步骤方法
1.确定混凝土的配制强度
高性能混凝土配制强度与普通混凝土配合比配制强度计算方法相同。计算公式如下：
Fcu，0≥Fcu,k+t*σ
式中：Fcu，0—混凝土试配强度(MPa)；
Fcu,k—混凝土设计强度标准值(MPa)，本工程实例中为55MPa；
t—混凝土强度保证率系数，高性能混凝土一般取t=1.645；
σ—混凝土强度标准差，按企业以往施工质量水平测算，如无历史统计资料，
可选用普通混凝土配合比设计规程中的推荐值，对C55混凝土，可取σ=6。
根据以上资料计算，本实例中混凝土试配强度按64.9MPa考虑。
2.配合比参数确定。
(1)用水量在水灰比一定、原材料一定的情况下，使用满足工作性的最小加水量(即最小的浆体量)，可得到体积稳定、高强度的混凝土。因此，用水量根据混凝土拌合物坍落度的大小和高效减水剂的效果而定，一般wo≯175kg/m 。(2)水胶比。严格控制水胶比是保证高性能混凝土质量的关键之一。低水胶比能降低混凝土的孔隙率并减小孔隙尺寸，通过混凝土的低渗透性来保证其耐久性。高性能混凝土的水胶比[ (水泥+矿物微细粉)]一般不大于0.38。(3)浆集比。水泥浆与骨料(亦称集料)的比例为浆集比。采用适宜的集料时，固定浆集体积比为35：65时可以很好地解决强度、工作性和体积稳定性之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。(4)砂率砂率。主要影响混凝土的工作性。当水胶比不同时，高性能混凝土中的最优砂率也有所变化。高性能混凝土的砂率可根据胶凝材料总量、粗细骨料的颗粒级配及混凝土泵送要求等因素来确定，宜采用37％一44％。(5)胶凝材料掺量。在进行配合比参数设计时，为保证混凝土的耐久性，混凝土中胶凝材料总量应处在1个适宜范围内，胶凝材料总量宜为450kg/m3～600kg/m3，其中矿物微细粉用量宜≤胶凝材料总量的40％。(6)高效减水剂掺量。高效减水剂是混凝土实现大流动性的唯一途径，高效减水剂掺量应根据坍落度要求确定，其最佳掺量一般占胶凝材料质量的1％～2％。
六、结束语
总之，合理的材料配合比设计应该在符合相关规范给出的包括强度、耐久性、均匀性、和易性、渗透性和经济性等要求的前提下，确定各种成分的用量，获得最经济和适用的混凝土。
参考文献：
[1]张天一．高性能绿色混凝土的耐久性试验研究[J]．水泥与混凝土.2009(4)：48-53．
[2]崔东霞，秦鸿根，张云升，等．不同品种外加剂对混凝土耐久性的影响[J]．商品混凝土，2010(3)：51．55．