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摘要：介绍了高性能混凝土配合比设计必须满足的基本要求，并论述了高性能混凝土在原材料选择及配合比设计时应注意的一些要点。
关键词：高性能混凝土；耐久性；配合比
1高性能混凝土的兴起及意義
强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标，而在以往的工程中习惯上只重视混凝土的强度或片面追求高强度而会忽视混凝土的耐久性这一重要指标。高性能混凝土是1990年5月由美国国家标准与技术研究院(NIST)与美国混凝土协会(ACI)召开会议，首次提出这个名词。高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，除要选择优质的材料、合理的配合比、采取正确的施工工艺和养生方法外，还应该要考虑掺入适当的外掺料和外加剂，其最主要的目的就是在保证混凝土强度的前提下最大限度的延长混凝土的寿命，达到混凝土耐久性的目标。
高性能混凝土配合比设计的指导思想是以满足混凝土的耐久性能为目标，在满足混凝土工作性能和力学性能的前提下尽量降低水胶比，增大胶凝材料中掺和料的比例，以改善混凝土的孔尺寸和结构，从而提高混凝土的力学性能和耐久性能。
高性能混凝土与普通混凝土的最大区别就是其耐久性能的优越。铁路混凝土结构对于其耐久性的设计使用年限分别为：一级设计使用年限为100年；二级设计使用年限为60年；三级设计使用年限为30年。
2高性能混凝土易出现的问题
混凝土耐久性问题，是指结构在其所使用的环境下，由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变，最终使混凝土丧失使用能力，即所谓的耐久性失效。耐久性失效的原因很多，有抗冻失效、碱——集料反应失效、化学腐蚀失效、钢筋锈蚀造成结构破坏等。
3实现混凝土高性能的手段
要实现混凝土的高性能，在强度方面比较容易实现，更多的问题是需要实现混凝土的耐久性。而要实现混凝土的耐久性，主要要做到以下几个方面：抗腐蚀性，抗渗性，抗冻性，抗碳化，抗碱——骨料反应等。
4试配高性能混凝土
4.1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。
4.1.1、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《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.1.2 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。其要求各项指标均能满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.1.3 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。其要求各项指标均能满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。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《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.1.4 水
拌和用水可采用饮用水，但不得采用海水。其要求各项指标均能满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.1.5 外加剂
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。其要求各项指标均能满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.2 配合比设计
按耐久性要求设计混凝土配合比是根据环境类别和作用等级，确定混凝土的水胶比和各种胶凝材料的用量。在条件许可的情况下，尽量选用较低的水胶比，减少单方用水量和胶凝材料总用量，有利于提高混凝土的密实性，降低混凝土的渗透性并减少收缩量，对提高混凝土的耐久性非常有利。另外，降低水胶比是发挥矿物掺和料对混凝土强度贡献的重要条件。但过少的胶凝材料用量对混凝土的强度、耐久性和工作性能不利，因此胶凝材料用量应有最小限值。
4.2.1 水胶比的选择
低水胶比是高性能耐久混凝土的技术特点之一。过大的水胶比特别不利于使用矿物掺和料混凝土的内部微结构发展，易使混凝土形成缺陷，影响混凝土的耐久性和强度。与硅酸盐水泥相比，粉煤灰和矿渣掺和料对混凝土强度的贡献受水胶比的影响较大，尤其是粉煤灰对水胶比更为敏感。只有在低水胶比的前提下，粉煤灰的作用才得以充分发挥。
在低水胶比(如小于0.40)的条件下，既可以提高混凝土的性能，又可以发挥外掺料的特性。
4.2.2 胶凝材料及外加剂的选择
C50以下高性能混凝土配合比设计宜掺入适量的粉煤灰和使用聚羧酸型高效减水剂；C50及C50以上高性能混凝土配合比设计宜采用“三掺”方法，即复掺“磨细矿渣粉+优质粉煤灰+聚羧酸高效减水剂”。就是将磨细矿渣粉和粉煤灰以合适的复合比例和总掺量掺入混凝土，充分利用水泥熟料、磨细矿渣粉和粉煤灰的不同粒径、不同形态、不同活性而进行合理有效的搭配，使得磨细矿渣粉和粉煤灰的形态效应、活性效应、和微集料效应充分发挥相互补充，产生叠加效应，最终得到比单掺和双掺性能更优越的高性能耐久混凝土。单掺粉煤灰的混凝土干燥收缩小，需水量小，但抗碳化性能较差，混凝土早期强度较慢；单掺磨细矿渣粉的需水量不大，对混凝土强度增长有利，矿渣混凝土的抗碳化性好，但自干燥收缩较大；而在混凝土中掺入聚羧酸高效减水剂，能减少混凝土单方用水量，且能大大提高混凝土的工作性和耐久性，因而采用“三掺”方法。
4.2.3 砂率的选择
砂率主要是影响混凝土的工作性能。当水胶比不同时，高性能耐久混凝土中的最优砂率也不尽相同。要根据试拌调整确定最佳砂率，保证混凝土的工作性能良好。
4.2.4 单方用水量
配制混凝土时采用优质高效的聚羧酸减水剂，在能够满足施工性能要求的前提下，尽量的使混凝土的单方用水量比较小。
4.2.5试拌调整
对计算所得的配合比结果要通过试配、试拌来验证。拌制高性能混凝土必须使用强制式搅拌机，振捣时要高频加压振捣，保证拌和物的密实。要注意试拌量应不小于拌和机额定量的1/4，混凝土的搅拌方式及外加剂的掺法，宜与实际生产时使用的方法一致。对试拌得出的拌和物要进行实测和仔细观察，检验坍落度是否满足要求，粘聚性和保水性是否良好。试拌得出的拌和物坍落度不能满足要求或粘聚性和保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下，调整用水量和外加剂的掺量或砂率。用水量调整的幅度不宜过大，因高性能混凝土的水灰比低，用水量的增加会使水泥用量也大幅度增加。如通过以上调整，混凝土拌和物仍不能满足施工工艺、性能要求，则要考虑重新选择水泥或外加剂。
4.2.6配合比的确定
当拌和物实测密度与计算值之差的绝对值不超过计算值2%时，可不调整。大于2%时按《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2000)规定进行相应的调整。混凝土配合比确定后，应对配合比进行不少于6次的重复试验进行验证，其平均值不应低于配制的强度值，确保其稳定性。
5结语
高性能混凝土配合比设计要点主要有以下几点：
①采用低水胶比，是高性能耐久混凝土的技术特点之一。
② 利用粉煤灰、矿渣等胶凝材料等量取代水泥。高性能混凝土的胶凝材料除水泥外还要掺入适量的粉煤灰、矿渣粉、硅灰等外掺材料(一般掺入量可占到胶凝材料的20%-50%)。这些材料和水拌合后并不具有水硬性，即它们的胶凝能力不能自动发挥出来，但在有少量激发剂[包括Ca(OH)2、KOH、NaOH等材料]的情况下，它们能依靠自身的化学组成形成胶凝物质而具有水硬活性。而且这些材料的胶凝能力在激发剂的激发下能够发挥出来，但是其强度的发展也不如水泥的强度那样来得快，其強度发展较慢却能持续而较长久的发展。这样就可以避免混凝土结构因为早期水化反应过快而导致混凝土出现裂缝，从而全面的提高了混凝土的强度、抗渗性、抗冻性等性能，也就能保证混凝土的耐久性能，也能够使混凝土的强度长期而持续的发展。由于部分水泥被取代，水泥的用量降低，整个体系的反应速度也随之减缓，因此混凝土坍落度的经时损失降低。
③ 使用聚羧酸型高效减水剂。高性能混凝土中要求使用高效减水剂，而且注重在混凝土浇筑之后的混凝土的养护阶段的工艺，这样就可以在保证混凝土工作性能的前提下大大的减少拌合水的用量。这就可以让混凝土内部水所占的空间较少，让一部分胶凝材料先进行水化，而水水化后所留下的空间也就少，不会出现大的孔。在混凝土强度发展时可以应用良好的养护工艺，保证混凝土能从外界吸收水分而缓慢水化剩余的胶凝材料。而高效减水剂一般都还带有一定的引气功能，引气剂的功能是让混凝土中的大的气泡变成小的气泡，这样就可以保证混凝土中的孔都是凝胶孔、过渡孔和毛细孔，而不会形成大孔，既减小了混凝土的缺陷，又提高了混凝土的性能。
④ 粗骨料采用二级配或多级配碎石掺配而成。高性能混凝土所采用都是连续级配良好的粗骨料，所配制的混凝土密实性良好，不会在混凝土中留下连通的毛细孔道，可以全面的提升混凝土的性能。
⑤ 具有一定的经济效益。用矿物掺和料等质量取代水泥的应用，不仅仅可以提高混凝土的耐久性能，也在一定程度上降低了混凝土的造价，使得高性能混凝土更有市场竞争力。
参考文献
[1]吴中伟 廉慧珍. 高性能混凝土[M] . 北京：中国铁道出版社，1999 .
[2]程良胜﹒雷凡﹒高性能混凝土技术的研究与应用 ，2007.
[3]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424-2010) 2010-12-8
[4]蒲心诚. 高效活性矿物掺料与混凝土的高性能化[J] . 混凝土，2002.
[5]GB50119-2003，混凝土外加剂应用技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.
关键词：高性能混凝土；耐久性；配合比
1高性能混凝土的兴起及意義
强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标，而在以往的工程中习惯上只重视混凝土的强度或片面追求高强度而会忽视混凝土的耐久性这一重要指标。高性能混凝土是1990年5月由美国国家标准与技术研究院(NIST)与美国混凝土协会(ACI)召开会议，首次提出这个名词。高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，除要选择优质的材料、合理的配合比、采取正确的施工工艺和养生方法外，还应该要考虑掺入适当的外掺料和外加剂，其最主要的目的就是在保证混凝土强度的前提下最大限度的延长混凝土的寿命，达到混凝土耐久性的目标。
高性能混凝土配合比设计的指导思想是以满足混凝土的耐久性能为目标，在满足混凝土工作性能和力学性能的前提下尽量降低水胶比，增大胶凝材料中掺和料的比例，以改善混凝土的孔尺寸和结构，从而提高混凝土的力学性能和耐久性能。
高性能混凝土与普通混凝土的最大区别就是其耐久性能的优越。铁路混凝土结构对于其耐久性的设计使用年限分别为：一级设计使用年限为100年；二级设计使用年限为60年；三级设计使用年限为30年。
2高性能混凝土易出现的问题
混凝土耐久性问题，是指结构在其所使用的环境下，由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变，最终使混凝土丧失使用能力，即所谓的耐久性失效。耐久性失效的原因很多，有抗冻失效、碱——集料反应失效、化学腐蚀失效、钢筋锈蚀造成结构破坏等。
3实现混凝土高性能的手段
要实现混凝土的高性能，在强度方面比较容易实现，更多的问题是需要实现混凝土的耐久性。而要实现混凝土的耐久性，主要要做到以下几个方面：抗腐蚀性，抗渗性，抗冻性，抗碳化，抗碱——骨料反应等。
4试配高性能混凝土
4.1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。
4.1.1、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《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.1.2 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。其要求各项指标均能满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.1.3 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。其要求各项指标均能满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。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《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.1.4 水
拌和用水可采用饮用水，但不得采用海水。其要求各项指标均能满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.1.5 外加剂
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。其要求各项指标均能满足《铁路混凝土工程施工质量验收标准》。
4.2 配合比设计
按耐久性要求设计混凝土配合比是根据环境类别和作用等级，确定混凝土的水胶比和各种胶凝材料的用量。在条件许可的情况下，尽量选用较低的水胶比，减少单方用水量和胶凝材料总用量，有利于提高混凝土的密实性，降低混凝土的渗透性并减少收缩量，对提高混凝土的耐久性非常有利。另外，降低水胶比是发挥矿物掺和料对混凝土强度贡献的重要条件。但过少的胶凝材料用量对混凝土的强度、耐久性和工作性能不利，因此胶凝材料用量应有最小限值。
4.2.1 水胶比的选择
低水胶比是高性能耐久混凝土的技术特点之一。过大的水胶比特别不利于使用矿物掺和料混凝土的内部微结构发展，易使混凝土形成缺陷，影响混凝土的耐久性和强度。与硅酸盐水泥相比，粉煤灰和矿渣掺和料对混凝土强度的贡献受水胶比的影响较大，尤其是粉煤灰对水胶比更为敏感。只有在低水胶比的前提下，粉煤灰的作用才得以充分发挥。
在低水胶比(如小于0.40)的条件下，既可以提高混凝土的性能，又可以发挥外掺料的特性。
4.2.2 胶凝材料及外加剂的选择
C50以下高性能混凝土配合比设计宜掺入适量的粉煤灰和使用聚羧酸型高效减水剂；C50及C50以上高性能混凝土配合比设计宜采用“三掺”方法，即复掺“磨细矿渣粉+优质粉煤灰+聚羧酸高效减水剂”。就是将磨细矿渣粉和粉煤灰以合适的复合比例和总掺量掺入混凝土，充分利用水泥熟料、磨细矿渣粉和粉煤灰的不同粒径、不同形态、不同活性而进行合理有效的搭配，使得磨细矿渣粉和粉煤灰的形态效应、活性效应、和微集料效应充分发挥相互补充，产生叠加效应，最终得到比单掺和双掺性能更优越的高性能耐久混凝土。单掺粉煤灰的混凝土干燥收缩小，需水量小，但抗碳化性能较差，混凝土早期强度较慢；单掺磨细矿渣粉的需水量不大，对混凝土强度增长有利，矿渣混凝土的抗碳化性好，但自干燥收缩较大；而在混凝土中掺入聚羧酸高效减水剂，能减少混凝土单方用水量，且能大大提高混凝土的工作性和耐久性，因而采用“三掺”方法。
4.2.3 砂率的选择
砂率主要是影响混凝土的工作性能。当水胶比不同时，高性能耐久混凝土中的最优砂率也不尽相同。要根据试拌调整确定最佳砂率，保证混凝土的工作性能良好。
4.2.4 单方用水量
配制混凝土时采用优质高效的聚羧酸减水剂，在能够满足施工性能要求的前提下，尽量的使混凝土的单方用水量比较小。
4.2.5试拌调整
对计算所得的配合比结果要通过试配、试拌来验证。拌制高性能混凝土必须使用强制式搅拌机，振捣时要高频加压振捣，保证拌和物的密实。要注意试拌量应不小于拌和机额定量的1/4，混凝土的搅拌方式及外加剂的掺法，宜与实际生产时使用的方法一致。对试拌得出的拌和物要进行实测和仔细观察，检验坍落度是否满足要求，粘聚性和保水性是否良好。试拌得出的拌和物坍落度不能满足要求或粘聚性和保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下，调整用水量和外加剂的掺量或砂率。用水量调整的幅度不宜过大，因高性能混凝土的水灰比低，用水量的增加会使水泥用量也大幅度增加。如通过以上调整，混凝土拌和物仍不能满足施工工艺、性能要求，则要考虑重新选择水泥或外加剂。
4.2.6配合比的确定
当拌和物实测密度与计算值之差的绝对值不超过计算值2%时，可不调整。大于2%时按《普通混凝土配合比设计规程》(JGJ55—2000)规定进行相应的调整。混凝土配合比确定后，应对配合比进行不少于6次的重复试验进行验证，其平均值不应低于配制的强度值，确保其稳定性。
5结语
高性能混凝土配合比设计要点主要有以下几点：
①采用低水胶比，是高性能耐久混凝土的技术特点之一。
② 利用粉煤灰、矿渣等胶凝材料等量取代水泥。高性能混凝土的胶凝材料除水泥外还要掺入适量的粉煤灰、矿渣粉、硅灰等外掺材料(一般掺入量可占到胶凝材料的20%-50%)。这些材料和水拌合后并不具有水硬性，即它们的胶凝能力不能自动发挥出来，但在有少量激发剂[包括Ca(OH)2、KOH、NaOH等材料]的情况下，它们能依靠自身的化学组成形成胶凝物质而具有水硬活性。而且这些材料的胶凝能力在激发剂的激发下能够发挥出来，但是其强度的发展也不如水泥的强度那样来得快，其強度发展较慢却能持续而较长久的发展。这样就可以避免混凝土结构因为早期水化反应过快而导致混凝土出现裂缝，从而全面的提高了混凝土的强度、抗渗性、抗冻性等性能，也就能保证混凝土的耐久性能，也能够使混凝土的强度长期而持续的发展。由于部分水泥被取代，水泥的用量降低，整个体系的反应速度也随之减缓，因此混凝土坍落度的经时损失降低。
③ 使用聚羧酸型高效减水剂。高性能混凝土中要求使用高效减水剂，而且注重在混凝土浇筑之后的混凝土的养护阶段的工艺，这样就可以在保证混凝土工作性能的前提下大大的减少拌合水的用量。这就可以让混凝土内部水所占的空间较少，让一部分胶凝材料先进行水化，而水水化后所留下的空间也就少，不会出现大的孔。在混凝土强度发展时可以应用良好的养护工艺，保证混凝土能从外界吸收水分而缓慢水化剩余的胶凝材料。而高效减水剂一般都还带有一定的引气功能，引气剂的功能是让混凝土中的大的气泡变成小的气泡，这样就可以保证混凝土中的孔都是凝胶孔、过渡孔和毛细孔，而不会形成大孔，既减小了混凝土的缺陷，又提高了混凝土的性能。
④ 粗骨料采用二级配或多级配碎石掺配而成。高性能混凝土所采用都是连续级配良好的粗骨料，所配制的混凝土密实性良好，不会在混凝土中留下连通的毛细孔道，可以全面的提升混凝土的性能。
⑤ 具有一定的经济效益。用矿物掺和料等质量取代水泥的应用，不仅仅可以提高混凝土的耐久性能，也在一定程度上降低了混凝土的造价，使得高性能混凝土更有市场竞争力。
参考文献
[1]吴中伟 廉慧珍. 高性能混凝土[M] . 北京：中国铁道出版社，1999 .
[2]程良胜﹒雷凡﹒高性能混凝土技术的研究与应用 ，2007.
[3]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》(TB10424-2010) 2010-12-8
[4]蒲心诚. 高效活性矿物掺料与混凝土的高性能化[J] . 混凝土，2002.
[5]GB50119-2003，混凝土外加剂应用技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2003.