1、浅析高性能混凝土 (HPC) 配合比优化设计及应用 严丽萍 兰州铁路技师学院 摘 要： 高性能混凝土是影响工程质量的关键因素之一, 通过优化配合比, 对各种原材料的比例进行控制, 是提高混凝土质量、保证建筑工程施工顺利进行的有利措施。通过采取不同措施对混凝土配合比进行优化, 使得混凝土强度及耐久性指标均得到了提高, 对同类工程具有借鉴意义。关键词： 混凝土配合比; 优化设计; 材料; 调整; 作者简介：严丽萍 (1982-) , 女, 讲师收稿日期：2017-09-26A brief analysis on the optimum design and application of High
2、Performance Concrete (HPC) matching ratioYan Liping Lanzhou Railway Technician College; Abstract： High Performance Concrete is one of the key factors affecting engineering quality, by optimizing the mix ratio and control the proportion of raw materials, it is a favorable measure to improve the quali
3、ty of concrete and ensure the smooth construction of the construction project. In this paper, the concrete mixture ratio is optimized by taking different measures, then the strength and durability of concrete have been improved, it can be used for reference to similar projects.Keyword： concrete mix
4、ratio; optimal design; material; adjust; Received： 2017-09-261 概述高性能混凝土是 20 世纪 80 年代末 90 年代初基于结构耐久性设计提出的一种以耐久性作为设计的主要指标, 针对不同用途要求, 有重点保证其工作性、适用性、强度、体积稳定性以及经济合理性的新概念混凝土。高性能混凝土与传统的混凝土相比, 其特点是把传统的水泥、砂、石、水等四组分改变为必须添加化学外加剂和矿物掺合料后的六组分, 在保证工程质量和施工要求的前提下, 使水泥用量减少, 用水量降低, 合理使用各种原材料, 进行用量优化, 从而降低工程成本, 取得良好的经济
5、效益。本文以如何优化高性能混凝土的配合比为切入点, 重点研究配合比优化的途径、方法及措施, 以具体工程案例为背景, 以期获得高速铁路施工中高性能混凝土 (HPC) 配合比优化设计的思路。2 配合比设计中存在的问题及优化策略在混凝土配合比设计中, 传统设计方法往往基于经验。而且普通混凝土使用要求与高性能混凝土的要求侧重点也有所不同。在配合比设计中主要存在以下缺陷:1) 粗细骨料的用量、水和水泥等设计变量太少;2) 受设计及验证过程影响, 设计周期比较长;3) 缺乏满足耐久性等要求的设计手段;4) 配合比的优化设计比较困难;5) 设计结果对混凝土生产中利用计算机控制非常不利1。混凝土配合比设计是混
6、凝土设计、生产和应用中最重要的环节之一。为提高混凝土配合比设计的工程适用性, 高性能混凝土配合比优化设计的策略主要有:1) 确定各类材料的最佳参数;2) 根据配合比设计要求, 对所需要的水量、水泥用量及矿物质掺和料的用量进行测算和试拌;3) 调整配合比参数, 同时对混凝土配合比设计中涉及的含气量、坍落度、早期强度和弹性模量等因素进行测试分析2。3 配合比优化设计思路和路径3.1 优化设计思路在责任成本管理正被提上议事日程, 工程质量趋稳向优的今天。为得到性能更好的混凝土, 高性能混凝土配合比在设计中需要考虑到砂率设计最优、水泥浆和集料比例最优、低水胶比2及矿物掺合料比例选择等设计原则。3.2
7、优化设计路径某高速铁路施工中混凝土配合比设计和优化主要从以下三方面入手:1) 减少胶凝材料用量。在配合比设计中胶凝材料包括了水泥、粉煤灰两种组分。根据 TB/T 32752011 铁路混凝土4的规定, 不同强度等级混凝土的最大胶凝材料用量、最小胶凝材料用量和最大水胶比应满足表 1 的要求。表 1 不同强度等级混凝土配合比要求 下载原表 根据配合比设计原则及材料特性, 在混凝土配合比设计、试配过程中, 具体材料用量进行了表 2表 4 所列数据的调整。表 2 C40 桩基、承台混凝土配合比每立方米材料用量 kg/m 下载原表 表 3 C35 桩基、承台混凝土配合比每立方米材料用量 kg/m 下载原
8、表 表 4 C30 桩基、承台混凝土配合比每立方米材料用量 kg/m 下载原表 在上述优化措施中, 外加剂采用了减水率大于 20%的高效减水剂, 实现最大限度的降低水灰比, 提高混凝土的强度。2) 更换原材料。遵循质优价廉、货源充足以及便于施工的原则, 对部分原材料进行更换。优化主要以卵石代换碎石, 根据 TB 104242010, J 11552011 铁路混凝土工程施工质量验收标准5的要求, 无抗拉和抗疲劳要求的 C40 以下强度等级混凝土可采用符合要求的卵石, 在材料制备中重点生产 5 mm25 mm 和 20 mm40 mm 两种规格的卵石, 经过取样试验各项指标均符合指标要求。在材料
9、选用方面, 公称粒径 5 mm25 mm 的用于 CFG 桩混合料施工, 公称粒径 5 mm25 mm 和公称粒径 20 mm40 mm 的按 60%40%掺配后用于 C30 和 C35 桩基、承台混凝土施工以及路基附属工程施工。经过大量试配调整, 调整出坍落度、和易性、工作性均符合要求的混凝土配合比, 最后经过力学性能和耐久性试验, 特别是耐久性试验, 筛选出各项指标均满足设计要求的混凝土配合比, 结合经济性确定了最终理论混凝土配合比, C30 和 C35 桩基、承台混凝土配合比每立方米材料用量以及 CFG 桩混凝土配合比每立方米材料用量见表 5表 7。表 5 C35 碎石和卵石桩基、承台混
10、凝土配合比每立方米材料用量 下载原表 表 6 C30 碎石和卵石桩基、承台混凝土配合比每立方米材料用量 下载原表 表 7 CFG 桩碎石和卵石混凝土配合比每立方米材料用量 下载原表 3) 采用粉煤灰和矿渣粉双掺。在混凝土中添加矿渣粉是为了提高混凝土的抗腐蚀性, 减低混凝土硬化、干缩而产生性能变化的可能性, 而掺入粉煤灰则是利用了其后期强度比较高的特点。所以掺入优质粉煤灰和细矿渣粉来代替水泥是必不可少的6。针对在无砟轨道道床板混凝土施工中, 新浇筑的混凝土与轨枕间易产生裂纹的问题, 通过试验证明复合使用微珠、粉煤灰和矿粉等掺合料技术, 在确保高性能混凝土工作性能、强度的同时, 可以改善高性能混凝
11、土水化热及收缩率, 从而改善混凝土收缩裂缝, 解决无砟道床板开裂的问题。C40 无砟轨道混凝土配合比单掺粉煤灰与双掺粉煤灰和矿渣粉每立方米材料用量对比见表 8。表 8 C40 无砟轨道混凝土单掺粉煤灰与双掺粉煤灰和矿渣粉材料用量对比 下载原表 通过配合比优化设计、调整之后发现, 双掺粉煤灰和矿渣粉的混凝土和易性、粘聚性、保水性均优于单掺粉煤灰混凝土。特别是在混凝土强度和耐久性试验检测过程中, 双掺粉煤灰和矿渣粉强度指标均高于单掺粉煤灰, 后期强度增长高, 各项耐久性指标均好于单掺粉煤灰。4 结语高速铁路施工中, 通过对混凝土配合比设计采用减少胶凝材料用量、更换原材料和采用粉煤灰和矿渣粉双掺等措
12、施后, 混凝土的强度和耐久性试验指标均得到了相应的提高。故对于混凝土配合比的优化设计, 在选择材料时需要做到建立完善的原材料进场和检验台账, 保证所有的原材料经过检测合格后方可使用, 而在配合比设计中则要考虑到各种组成成分的特性, 使其充分发挥各自的效应, 对于优化设计后的混凝土配合比, 在生产过程中也要进行混凝土质量监控, 确保优化后的混凝土满足工程性能的要求1。混凝土配合比优化是一项长期持续的工作, 在优化设计中要根据各地地理环境、气候环境收集各种相关数据, 有条件时要进行路外试验段可行性试验, 以保证高性能混凝土强度和耐久性等各项指标在最优条件下实现, 让工程有保护环境和节约能源的优越性。参考文献1刘勇.论混凝土配合比设计发展思路J.科技创新与应用, 2016 (19) :253. 2程振坤.高性能混凝土配合比优化分析J.江西建材, 2016 (7) :90. 3赵国堂.高速铁路高性能混凝土应用管理技术M.北京:中国铁道出版社, 2010. 4TB/T 32752011, 铁路混凝土S. 5TB 104242010, J 11552011, 铁路混凝土工程施工质量验收标准S. 6贾建良.高铁高性能混凝土设计与应用J.赤峰学院学报 (自然科学版) , 2015, 2 (31) :58-59.
