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【摘要】高性能混凝土（简称HPC）是一种具有良好体积稳定性、高耐久性、高强度和高工作性能的混凝土，它是在大幅度提高常规混凝土性能基础上采用现代混凝土技术，选用优质原材料，包括水泥、水、粗细集料以及矿物掺合料和高效外加剂配制而成的新型混凝土，具有高质量和高耐久性。本文主要谈谈高性能混凝土配合比设计原则、影响因素、方法等。
【关键词】高性能 混凝土 配合比 设计
Abstract： The high performance concrete is a good dimensional stability, high durability, high strength and high work performance concrete, which greatly improve the performance of conventional concrete on the basis of modern concrete technology, high quality raw materials, including cementwater, the thickness of the aggregate and mineral admixture and efficient admixture from the preparation of new concrete, high quality and durability. In this paper, talk about high-performance concrete with than the design principles, influencing factors, methods.
Key words ：high-performance concrete mix design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、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。
二、配制目标及其主要影响因素
1、耐久性
高性能混凝土配合比设计首先要保证其满足耐久性要求，这与普通混凝土不同。耐久性要求包括抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性、抗碳化性和体积稳定性以及碱一集料反应等。由于大多数造成混凝土劣化的原因都是有害介质通过水的侵入而发生的，所以混凝土抗渗性直接影响到混凝土的耐久性。
2、强度
混凝土的强度是其最基本的性能特征。高层建筑、大跨度桥梁等都对混凝土强度提出了更高的要求。一般认为，只要水胶比低于0．4，各种强度等级的混凝土都可做成高性能混凝土。影响强度的主要因素是水胶比和细矿物掺和料的用量。
3、工作性
高性能混凝土拌合物的工作性比强度还重要，是保证混凝土浇筑质量的关键。高性能混凝土拌合物具有高流动性(坍落度应不小于200mm)、可泵性，同时还应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性。影响高性能混凝土拌合物的因素主要有水泥砂浆用量、集料级配、外加剂品种及用量等。
三、高性能混凝土配合比设计
1、原材料的选择
高性能混凝土对原材料的要求较高，原材料较小的变化也会对高性能混凝土的质量造成比较大的波动，高性能混凝土对原材料的敏感性决定了在生产高性能混凝土时必需要对其原材料加以重点控制。当前，高性能混凝土一般由水泥、砂、石、水、外加剂再加上粉煤灰、矿粉、硅灰中的一种或几种所组成，对高性能混凝土的原材料进行控制，主要是对这几种原材料进行合理的选用和控制，使其能够满足工程的设计要求且能最大程度的降低工程的造价。
1）水泥。高性能混凝土采用的水泥一般选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。其要求各项指标均能满足GB175-2007通用硅酸盐水泥标准要求。同时应注意以下几点：a、流动性好，需求量低。b、低的碱含量，恰当的颗粒级配。C、与外加剂的相容性。
2）矿物掺和料。矿物掺和料应选用品质稳定的产品。矿物掺和料的品种宜为粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰,均应符合相应的质量标准要求。
3）骨料。①、细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的天然洁净中粗河砂，不得使用海砂；②、粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石。高性能混凝土所用粗骨料应采用二级或多级配碎石混配而成，其要求各项指标均能满足《混凝土工程施工质量验收标准》。
4）外加剂。应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品，外加剂与水泥之间应具有良好的相容性。
2、高性能混凝土配合比设计技术措施
1）大量掺用粉煤灰改善混凝土性能
粉煤灰中的玻璃微珠能使水泥砂浆粘度和颗粒之间的摩擦力降低，使水泥颗粒充分分散，在相同稠度下使混凝土用水量减少，提高其和易性。另一方面，由于粉煤灰颗粒较细，可以起到改善胶凝材料的颗粒级配的作用，使填充胶凝材料的空隙水量减少，因而也有效的降低了混凝土用水量。粉煤灰掺入高性能混凝土中，在早期基本不参与水化，而只起到填充作用，使混凝土获得较好的工作性能，而后期大部分粉煤灰颗粒开始和水泥水化产物作用，形成大量的填充颗粒，使混凝土强度得以发展，内部结构不断密实，从而有效的提高了混凝土的抗渗性。
2）采用复掺技术
“复掺”是指在混凝土中掺入两种或两种以上的细掺料。“复掺”利用的化学机理是：粉煤灰的化学活性相对较低，它对混凝土早期强度影响较大，尤其是在掺量较高的情况下，影响更大。为了弥补这一缺陷，加人粉煤灰后再复合活性较高的超细矿渣粉，可提高火山灰效应，增加体系中微粒间的化学交互、诱导激发，从而提高粉体的化学活性。粉煤灰和矿渣粉复掺后，在混凝土强度上有一定互补，产生单一混合材所不具有的优良效果，发挥其更大的优势。“复掺”料后混凝土具有良好的工作性能和耐久性能，而且有较好的经济效益。
3）限制碱含量防止混凝土碱骨料反应
为防止工程建成后发生碱骨料反应破坏而影响工程的耐久性，从长期耐久性考虑，除必须满足混凝土设计规范中对水泥、粗骨料、细骨料、外加剂、拌和用水和混凝土中的碱总含量提出的限制要求外，还必须要求在混凝土配合比设计时进行总碱含量验算，以控制混凝土中碱骨料反应，确保结构的耐久性。
3、高性能混凝土配合比设计的计算机化
高性能混凝土配合比不仅包括混凝土配合比设计，即各材料之间的相对比例，还包括混凝土配合比设计的计算机化。高性能混凝土配合比设计的计算机化是一个发展方向。高性能混凝土配合比设计的计算机化，可大大提高配合比设计的准确性、经济性，而且，高性能混凝土中的组分多，生产过程中其质量的影响因素也多，有必要引入使用计算机的方法。正如美国著名混凝土专家SandorPopovics所说：“计算机以及掺有化学外加剂和矿物细掺料的现代混凝土的广泛应用才是混凝土的未来” 。
目前，很多混凝土工作者围绕计算机化试图建立有关数学模型以及开发高性能混凝土配合比设计的软件。在现阶段急需做的工作是尽快建立原材料的数据库，并逐渐扩展和扩大，建立可靠而易于操作的系统。
结语
总之，近年来，高性能混凝土的研究和应用日益受到人们的重视。作为一种现代混凝土，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水和集料外，必須掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。
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】危加阳．以耐久性为目标设计高性能混凝土【J】．人民长江，2007(8)：178•180．
【3】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．
【4】陈智．原材料对混凝土耐久性的影响【J】．隧道建设，2009(12)：650-652．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
【关键词】高性能 混凝土 配合比 设计
Abstract： The high performance concrete is a good dimensional stability, high durability, high strength and high work performance concrete, which greatly improve the performance of conventional concrete on the basis of modern concrete technology, high quality raw materials, including cementwater, the thickness of the aggregate and mineral admixture and efficient admixture from the preparation of new concrete, high quality and durability. In this paper, talk about high-performance concrete with than the design principles, influencing factors, methods.
Key words ：high-performance concrete mix design
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
一、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。
二、配制目标及其主要影响因素
1、耐久性
高性能混凝土配合比设计首先要保证其满足耐久性要求，这与普通混凝土不同。耐久性要求包括抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性、抗碳化性和体积稳定性以及碱一集料反应等。由于大多数造成混凝土劣化的原因都是有害介质通过水的侵入而发生的，所以混凝土抗渗性直接影响到混凝土的耐久性。
2、强度
混凝土的强度是其最基本的性能特征。高层建筑、大跨度桥梁等都对混凝土强度提出了更高的要求。一般认为，只要水胶比低于0．4，各种强度等级的混凝土都可做成高性能混凝土。影响强度的主要因素是水胶比和细矿物掺和料的用量。
3、工作性
高性能混凝土拌合物的工作性比强度还重要，是保证混凝土浇筑质量的关键。高性能混凝土拌合物具有高流动性(坍落度应不小于200mm)、可泵性，同时还应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性。影响高性能混凝土拌合物的因素主要有水泥砂浆用量、集料级配、外加剂品种及用量等。
三、高性能混凝土配合比设计
1、原材料的选择
高性能混凝土对原材料的要求较高，原材料较小的变化也会对高性能混凝土的质量造成比较大的波动，高性能混凝土对原材料的敏感性决定了在生产高性能混凝土时必需要对其原材料加以重点控制。当前，高性能混凝土一般由水泥、砂、石、水、外加剂再加上粉煤灰、矿粉、硅灰中的一种或几种所组成，对高性能混凝土的原材料进行控制，主要是对这几种原材料进行合理的选用和控制，使其能够满足工程的设计要求且能最大程度的降低工程的造价。
1）水泥。高性能混凝土采用的水泥一般选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。其要求各项指标均能满足GB175-2007通用硅酸盐水泥标准要求。同时应注意以下几点：a、流动性好，需求量低。b、低的碱含量，恰当的颗粒级配。C、与外加剂的相容性。
2）矿物掺和料。矿物掺和料应选用品质稳定的产品。矿物掺和料的品种宜为粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰,均应符合相应的质量标准要求。
3）骨料。①、细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的天然洁净中粗河砂，不得使用海砂；②、粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石。高性能混凝土所用粗骨料应采用二级或多级配碎石混配而成，其要求各项指标均能满足《混凝土工程施工质量验收标准》。
4）外加剂。应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品，外加剂与水泥之间应具有良好的相容性。
2、高性能混凝土配合比设计技术措施
1）大量掺用粉煤灰改善混凝土性能
粉煤灰中的玻璃微珠能使水泥砂浆粘度和颗粒之间的摩擦力降低，使水泥颗粒充分分散，在相同稠度下使混凝土用水量减少，提高其和易性。另一方面，由于粉煤灰颗粒较细，可以起到改善胶凝材料的颗粒级配的作用，使填充胶凝材料的空隙水量减少，因而也有效的降低了混凝土用水量。粉煤灰掺入高性能混凝土中，在早期基本不参与水化，而只起到填充作用，使混凝土获得较好的工作性能，而后期大部分粉煤灰颗粒开始和水泥水化产物作用，形成大量的填充颗粒，使混凝土强度得以发展，内部结构不断密实，从而有效的提高了混凝土的抗渗性。
2）采用复掺技术
“复掺”是指在混凝土中掺入两种或两种以上的细掺料。“复掺”利用的化学机理是：粉煤灰的化学活性相对较低，它对混凝土早期强度影响较大，尤其是在掺量较高的情况下，影响更大。为了弥补这一缺陷，加人粉煤灰后再复合活性较高的超细矿渣粉，可提高火山灰效应，增加体系中微粒间的化学交互、诱导激发，从而提高粉体的化学活性。粉煤灰和矿渣粉复掺后，在混凝土强度上有一定互补，产生单一混合材所不具有的优良效果，发挥其更大的优势。“复掺”料后混凝土具有良好的工作性能和耐久性能，而且有较好的经济效益。
3）限制碱含量防止混凝土碱骨料反应
为防止工程建成后发生碱骨料反应破坏而影响工程的耐久性，从长期耐久性考虑，除必须满足混凝土设计规范中对水泥、粗骨料、细骨料、外加剂、拌和用水和混凝土中的碱总含量提出的限制要求外，还必须要求在混凝土配合比设计时进行总碱含量验算，以控制混凝土中碱骨料反应，确保结构的耐久性。
3、高性能混凝土配合比设计的计算机化
高性能混凝土配合比不仅包括混凝土配合比设计，即各材料之间的相对比例，还包括混凝土配合比设计的计算机化。高性能混凝土配合比设计的计算机化是一个发展方向。高性能混凝土配合比设计的计算机化，可大大提高配合比设计的准确性、经济性，而且，高性能混凝土中的组分多，生产过程中其质量的影响因素也多，有必要引入使用计算机的方法。正如美国著名混凝土专家SandorPopovics所说：“计算机以及掺有化学外加剂和矿物细掺料的现代混凝土的广泛应用才是混凝土的未来” 。
目前，很多混凝土工作者围绕计算机化试图建立有关数学模型以及开发高性能混凝土配合比设计的软件。在现阶段急需做的工作是尽快建立原材料的数据库，并逐渐扩展和扩大，建立可靠而易于操作的系统。
结语
总之，近年来，高性能混凝土的研究和应用日益受到人们的重视。作为一种现代混凝土，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水和集料外，必須掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。
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】危加阳．以耐久性为目标设计高性能混凝土【J】．人民长江，2007(8)：178•180．
【3】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．
【4】陈智．原材料对混凝土耐久性的影响【J】．隧道建设，2009(12)：650-652．
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。