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摘要：混凝土配合比是以通过计算、实验试配和调整，最后确定基本变量值的一个系统过程。本文从提出配合比设计步骤出发，详细地探讨高强混凝土的材料选取以及配合比设计与计算，旨在为同类工程提供参考借鉴。
关键词：高强混凝土；配合比设计；外加剂；掺合料
Abstract: the concrete proportion is through the calculation, experiment test match and adjustment, the final determination basic variable value of a system process. This paper put forward steps starting from the mix proportion design, detailed study of high-strength concrete material selecting and mix design and calculation, so as to provide a reference for similar projects.
Keywords: high strength concrete; Mix design; Admixtures; admixtures
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1． 引言
随着中国城市化的快速发展，高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高,强度等级一般为C60及以上。那么对于高强混凝土配合比的设计，其设计选材与普通混凝土又有什么不同呢？关于高强混凝土的设计与应用，其实行业内已经有了较为丰富的经验，而新标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011也为我们提供了更多的依据。
2． 高强混凝土配合比材料要求
为了配制高强度混凝土，我们需要根据高强混凝土高强度的特点而合理地选取材料以配制出高强混凝土。通过结合行业经验与工程实践，笔者总结了关于高强混凝土配合比设计中其材料的选取要求：
（1）水泥选取。水泥的品质是影响高强混凝土质量至关重要的因素。高强混凝土要选用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，注意C3A和C4AF的总含量，尽可能选用活性与非活性混合材控制严格的品牌，以保证水泥质量的稳定。[1]由于高强混凝土水泥用量大，宜选用需水量小、水化热相对低的水泥。配置高强混凝土时，常用的水泥等级为42.5(R)和52.5(R)，所用的水泥量不宜大于500kg/m3。
（2）掺合料选取。高强混凝土的水泥用量大，有很高的水化温升，宜采用掺加硅灰或者优质矿粉、粉煤灰等矿物掺合料以减小水泥用量，在降低水化热的同时，并不降低混凝土强度，甚至提升混凝土后期强度。矿物掺合料的总掺量宜为25%-40%。对粉煤灰的品质要求不低于II级，需要有较小的细度、质量均匀、高火山灰活性，并且与工程所用材料相适应，常用I级电厂灰。粒化高炉矿渣宜为S95以上的优质矿粉，掺量多为15%-35%。硅灰作为高活性材，在配置高强混凝土时有极大的强度贡献，常用在C80及其以上强度等级的混凝土。对掺加的硅灰需含有90%以上的sio2，细度约为20m2/g～25m2/g，常见掺量为5%-10%。
（3）外加剂选取。高强混凝土应该用高性能减水剂拌制，而聚羧酸类高性能减水剂的在此类工程中的应用已经相当广泛。聚羧酸类高性能减水剂与萘系、蒽系、木质素系、氨基磺酸系等传统型减水剂相比，具有更高的减水率，容易达到30%以上。且聚羧酸类高性能减水剂配置高强混凝土时，具有更优异的拌合性能，相对而言更易达到施工性能，不易过掺、板结，还能减少混凝土收缩。[2]
（4）集料选取。拌制高强混凝土的细集料宜采用细度模数在2.6-3.0以上的河砂，可获得良好的和易性和强度，有的学者甚至认为可采用3.0以上的粗砂。细骨料的含泥量不应大于2.0%，泥块含量不应大于0.5%。细骨料的其他质量指标应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006的规定。同时拌制高强混凝土的粗集料适宜采用5～25mm的连续粒径级配碎石。粗骨料的最大粒径不宜大于25mm，针片状颗粒含量不宜大于5%，含泥量不应大于0.5%，泥块含量不应大于0.2%。粗骨料的其他质量指标应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006的规定。
（5）水适宜采用饮用水。高强混凝土的用水量，日本学者有设定：C50～C60混凝土，单位用水量为165～175kg/m3；C75以上混凝土，单位用水量为150kg/m3，对C75混凝土，强度每增加15MPa，每立方米混凝土用水量可减少10kg。[3]
3． 混凝土配合比设计步骤
混凝土配合比是以通过计算、实验试配和调整，最后确定基本变量值的一个系统过程。其主要确定的基本变量值涉及单位混凝土中各种组分如水泥、砂、石和水的质量。在混凝土配合比的表示方法中，常以各种材料的质量表示，如对于每一立方米混凝土用水泥372Kg，水190Kg，砂587Kg，石1276Kg。为了准确地设计出高强混凝土配合比，笔者遵循了下面的配合比设计流程。具体而言，对于高强混凝土配合比设计，在选择了合适的原材料之后，应根据以下公式确定高强混凝土配制强度：f cu,0≥1.15 fcu,k，这与普通配合比设计是不同的（其中：f cu,0 ----混凝土配制强度；fcu,k ----混凝土抗压强度标准值）；确定混凝土水灰比W/C和用水量W；确定水泥用量C，C=W•（C/W）；确定砂率，SP= S/（S+G）*100%；计算砂用量S和石子用量G；根据矿物掺合料取代量和取代系数确定掺合料用量；确定外加剂掺量。
对于设计后的混凝土配合比应当采取试拌调整，确定基准配合比。在试配测定混凝土的工作性能（检测混凝土拌和物的坍落度与扩展度、粘聚性、保水性等指标）之后，以标准养护下的实体试件28d强度最终检验配合比。
4． 高强混凝土配合比设计示例
根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中关于高强混凝土配合比的规定，其对高强混凝土的水胶比、胶凝材料用量等都有相应的要求（见表1）。对外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，应通过试验确定。设计示例如下：
表1水胶比、胶凝材料用量和砂率
（1）原材料选取：华润P•II42.5R水泥，沙角电厂I级灰，华润S95矿粉，天恺硅灰，巴斯夫聚羧酸高性能减水剂，西江河沙细度2.9，惠州产连续粒径碎石5-25mm。所有材料均符合选材要求。
（2）为配置C80强度混凝土，计算配合比试配强度为92.0Mpa。现选取水胶比0.26，砂率40%，外加剂按推荐掺量1.0%，假定表观密度为2450kg/m³。按照上述高强配合比设计步骤，初步得到表1中的配合比：
表2配合比设计（质量单位：kg）
（3）笔者按照以往试配经验，矿物掺量按照硅灰5%，矿粉20%，粉煤灰10%，均按等量取代，进一步得到表3的配合比：
表3配合比设计（质量单位：kg）
（4）试配中采用3个不同水胶比的配合比进行试验，水胶比分别增减0.02（与普通配合比设计增减0.05不同），同时上下调整砂率1%以平衡浆体量，可得到另外表4中另外2个试配配合比：
表4 配合比设计（质量单位：kg）
（5）按照上述3个不同水胶比的配合比进行试配，表观性能均较好，扩展度都能达到600mm以上，实测表观密度2450kg/m³。以上配合比28d抗压强度如下表：
表5 配合比设计（强度单位：Mpa）
為了达到C80高强混凝土92.0Mpa的设计强度，同时考虑经济效益，可最终选择C80高强混凝土配合比如下：
5、结语
高强混凝土的应用越来越广泛，大家对高强配合比的认知也越来越清晰，相信随着高强混凝土技术的发展，我们会接触到更为成熟的配制技术和更为完善准确的标准，所配制出的高强混凝土经济效益更加显著，质量更加稳定。而这些，正需要我们行业中人不断地开拓创新，不断地分享进步。
参考文献：
[1] 关沃康，吴石川.C80高性能混凝土的研究与应用. [J].商品混凝土，2010，(09)：46～47.
[2] 聂法智.，王天刚，王天柱，李丽霞.聚羧酸外加剂在C60-C80高性能混凝土中的应用[J]. 商品混凝土，2005，(05)：35～38.
[3] 蒋亚清.高性能混凝土用水量[Z].中国论文网，2006，（03）.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：高强混凝土；配合比设计；外加剂；掺合料
Abstract: the concrete proportion is through the calculation, experiment test match and adjustment, the final determination basic variable value of a system process. This paper put forward steps starting from the mix proportion design, detailed study of high-strength concrete material selecting and mix design and calculation, so as to provide a reference for similar projects.
Keywords: high strength concrete; Mix design; Admixtures; admixtures
中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：
1． 引言
随着中国城市化的快速发展，高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高,强度等级一般为C60及以上。那么对于高强混凝土配合比的设计，其设计选材与普通混凝土又有什么不同呢？关于高强混凝土的设计与应用，其实行业内已经有了较为丰富的经验，而新标准《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011也为我们提供了更多的依据。
2． 高强混凝土配合比材料要求
为了配制高强度混凝土，我们需要根据高强混凝土高强度的特点而合理地选取材料以配制出高强混凝土。通过结合行业经验与工程实践，笔者总结了关于高强混凝土配合比设计中其材料的选取要求：
（1）水泥选取。水泥的品质是影响高强混凝土质量至关重要的因素。高强混凝土要选用普通硅酸盐水泥或硅酸盐水泥，注意C3A和C4AF的总含量，尽可能选用活性与非活性混合材控制严格的品牌，以保证水泥质量的稳定。[1]由于高强混凝土水泥用量大，宜选用需水量小、水化热相对低的水泥。配置高强混凝土时，常用的水泥等级为42.5(R)和52.5(R)，所用的水泥量不宜大于500kg/m3。
（2）掺合料选取。高强混凝土的水泥用量大，有很高的水化温升，宜采用掺加硅灰或者优质矿粉、粉煤灰等矿物掺合料以减小水泥用量，在降低水化热的同时，并不降低混凝土强度，甚至提升混凝土后期强度。矿物掺合料的总掺量宜为25%-40%。对粉煤灰的品质要求不低于II级，需要有较小的细度、质量均匀、高火山灰活性，并且与工程所用材料相适应，常用I级电厂灰。粒化高炉矿渣宜为S95以上的优质矿粉，掺量多为15%-35%。硅灰作为高活性材，在配置高强混凝土时有极大的强度贡献，常用在C80及其以上强度等级的混凝土。对掺加的硅灰需含有90%以上的sio2，细度约为20m2/g～25m2/g，常见掺量为5%-10%。
（3）外加剂选取。高强混凝土应该用高性能减水剂拌制，而聚羧酸类高性能减水剂的在此类工程中的应用已经相当广泛。聚羧酸类高性能减水剂与萘系、蒽系、木质素系、氨基磺酸系等传统型减水剂相比，具有更高的减水率，容易达到30%以上。且聚羧酸类高性能减水剂配置高强混凝土时，具有更优异的拌合性能，相对而言更易达到施工性能，不易过掺、板结，还能减少混凝土收缩。[2]
（4）集料选取。拌制高强混凝土的细集料宜采用细度模数在2.6-3.0以上的河砂，可获得良好的和易性和强度，有的学者甚至认为可采用3.0以上的粗砂。细骨料的含泥量不应大于2.0%，泥块含量不应大于0.5%。细骨料的其他质量指标应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006的规定。同时拌制高强混凝土的粗集料适宜采用5～25mm的连续粒径级配碎石。粗骨料的最大粒径不宜大于25mm，针片状颗粒含量不宜大于5%，含泥量不应大于0.5%，泥块含量不应大于0.2%。粗骨料的其他质量指标应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006的规定。
（5）水适宜采用饮用水。高强混凝土的用水量，日本学者有设定：C50～C60混凝土，单位用水量为165～175kg/m3；C75以上混凝土，单位用水量为150kg/m3，对C75混凝土，强度每增加15MPa，每立方米混凝土用水量可减少10kg。[3]
3． 混凝土配合比设计步骤
混凝土配合比是以通过计算、实验试配和调整，最后确定基本变量值的一个系统过程。其主要确定的基本变量值涉及单位混凝土中各种组分如水泥、砂、石和水的质量。在混凝土配合比的表示方法中，常以各种材料的质量表示，如对于每一立方米混凝土用水泥372Kg，水190Kg，砂587Kg，石1276Kg。为了准确地设计出高强混凝土配合比，笔者遵循了下面的配合比设计流程。具体而言，对于高强混凝土配合比设计，在选择了合适的原材料之后，应根据以下公式确定高强混凝土配制强度：f cu,0≥1.15 fcu,k，这与普通配合比设计是不同的（其中：f cu,0 ----混凝土配制强度；fcu,k ----混凝土抗压强度标准值）；确定混凝土水灰比W/C和用水量W；确定水泥用量C，C=W•（C/W）；确定砂率，SP= S/（S+G）*100%；计算砂用量S和石子用量G；根据矿物掺合料取代量和取代系数确定掺合料用量；确定外加剂掺量。
对于设计后的混凝土配合比应当采取试拌调整，确定基准配合比。在试配测定混凝土的工作性能（检测混凝土拌和物的坍落度与扩展度、粘聚性、保水性等指标）之后，以标准养护下的实体试件28d强度最终检验配合比。
4． 高强混凝土配合比设计示例
根据《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55-2011中关于高强混凝土配合比的规定，其对高强混凝土的水胶比、胶凝材料用量等都有相应的要求（见表1）。对外加剂和矿物掺合料的品种、掺量，应通过试验确定。设计示例如下：
表1水胶比、胶凝材料用量和砂率
（1）原材料选取：华润P•II42.5R水泥，沙角电厂I级灰，华润S95矿粉，天恺硅灰，巴斯夫聚羧酸高性能减水剂，西江河沙细度2.9，惠州产连续粒径碎石5-25mm。所有材料均符合选材要求。
（2）为配置C80强度混凝土，计算配合比试配强度为92.0Mpa。现选取水胶比0.26，砂率40%，外加剂按推荐掺量1.0%，假定表观密度为2450kg/m³。按照上述高强配合比设计步骤，初步得到表1中的配合比：
表2配合比设计（质量单位：kg）
（3）笔者按照以往试配经验，矿物掺量按照硅灰5%，矿粉20%，粉煤灰10%，均按等量取代，进一步得到表3的配合比：
表3配合比设计（质量单位：kg）
（4）试配中采用3个不同水胶比的配合比进行试验，水胶比分别增减0.02（与普通配合比设计增减0.05不同），同时上下调整砂率1%以平衡浆体量，可得到另外表4中另外2个试配配合比：
表4 配合比设计（质量单位：kg）
（5）按照上述3个不同水胶比的配合比进行试配，表观性能均较好，扩展度都能达到600mm以上，实测表观密度2450kg/m³。以上配合比28d抗压强度如下表：
表5 配合比设计（强度单位：Mpa）
為了达到C80高强混凝土92.0Mpa的设计强度，同时考虑经济效益，可最终选择C80高强混凝土配合比如下：
5、结语
高强混凝土的应用越来越广泛，大家对高强配合比的认知也越来越清晰，相信随着高强混凝土技术的发展，我们会接触到更为成熟的配制技术和更为完善准确的标准，所配制出的高强混凝土经济效益更加显著，质量更加稳定。而这些，正需要我们行业中人不断地开拓创新，不断地分享进步。
参考文献：
[1] 关沃康，吴石川.C80高性能混凝土的研究与应用. [J].商品混凝土，2010，(09)：46～47.
[2] 聂法智.，王天刚，王天柱，李丽霞.聚羧酸外加剂在C60-C80高性能混凝土中的应用[J]. 商品混凝土，2005，(05)：35～38.
[3] 蒋亚清.高性能混凝土用水量[Z].中国论文网，2006，（03）.
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。