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摘要：高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。针对不同用途要求，对耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性提出更高的要求。本文以贵州安紫高速公路40米预制T梁为例介绍机制砂配置C50混凝土的材料选取、配合比设计及使用要点。
关键词：机制砂；高性能；混凝土；配合比；设计
1.引言
高性能混凝土是针对具体应用发展而来的，高性能混凝土的性能比普通混凝土性能的要求更高、更多、更广泛。我们通过提高原材品质、降低水胶比，调整外加剂掺量、合理控制施工时间，使混凝土具有高的流动性、自密实性、粘聚性、体积稳定性、耐久性。在满足强度的前提下提高外观质量，对经济性进行优化。安紫高速5标段共有桥梁16座。共有1069片预制T梁，其中20米T梁175片；30米T梁548片；40米T梁346片，贵州地区河砂匮乏，从省外运入建设成本大大提高且建设速度会受到严重制约，使用机制砂替代河砂，因地制宜已经成为一条切合我国国情的道路。
2.配合比设计
2.1设计思路
用机制砂配制混凝土比普通天然砂配置的混凝土需水量多，所以要通过降低水胶比来达到高的混凝土强度。机制砂中石粉含量较天然砂中含泥量易控制，和水泥更容易水化反应成结晶物，虽然不具备活性，但是增强了混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗性。水泥是混凝土强度保证的主要材料，一定要性能稳定，水化热低，碱含量低的水泥才能配制高性能混凝土。
另外选用级配良好的碎石能提高混凝土流动性，还能降低水泥用量，减少混凝土内部孔隙，对提高混凝土强度及耐久性都有较好的效果。从而使混凝土达到既能满足施工现场又能节约成本的目的。
2.2原材选取
2.2.1水泥
水泥是决定混凝土质量高低的最重要材料，要选取稳定性好、水化热低、需水量小的水泥。其细度、碱含量、游离氧化钙、氯离子含量会影响混凝土需水量、凝结时间和耐久性性能。水泥加水形成水泥浆可以填充混凝土缝隙，搅拌后和砂、碎石充分混合后胶结成形，是混凝土由不定形态转变为承受一定力的定型固态的决定性材料。
本工程选用贵州紫云西南P.O42.5水泥经检测各项指标符合要求
2.2.2 机制砂
天然砂颗粒圆润，表面光滑，对混凝土工作性十分有利。机制砂适应缺乏天然砂的地区，可以通过人为的破碎筛选出粒径、级配合理的机制砂，且机制砂颗粒尖锐更容易和水泥粘结，但是其需水量较高，所以要控制水胶比来控制混凝土强度。机制砂颗粒形状和级配不合理会导致拌合物流动性下降。使用机制砂配制C50混凝土要严格控制机制砂细度模数控制为粗砂為宜，机制砂的细度模数影响着混凝土的砂率及用水量，砂率高用水量大，坍落度损失快。砂率低时容易产生泌水和离析且混凝土流动性低。同时机制砂的石粉含量对混凝土水泥用量及和易性有很大影响，石粉含量高需水量增加降低混凝土强度，石粉含量过低会增加水泥用量骨料包裹不好，以5%-7%效果最好。
本工程机制砂检测指标如下：
2.2.3碎石
碎石的最大粒径和级配影响着混凝土的砂率、用水量和工作性。在粒径允许范围内尽量选择大粒径碎石可以提高混凝土强度并降低砂率和用水量因而降低混凝土成本。配置高性能混凝土应选用材质好的碎石（无风化岩和软质岩），选用两级级配碎石掺配成最大粒径为19mm的级配碎石。严格控制碎石的针片状含量，提高混凝土工作性。
本工程选用碎石检测指标如下：
2.2.4拌合用水
拌合用水要严格控制碱含量和氯离子含量。水中的碱会和骨料引起碱骨料反应，所以要严格控制水的碱含量。氯离子含量超标将会腐蚀钢筋降低混凝土构件的耐久性。
本工程用水检测指标如下：
2.2.5外加剂
选用外加剂应同时满足以下原则：对应性，根据混凝土功能选用相符的外加剂种类；适应性，根据砂石料、水泥的种类及配合比强度等级确定外加剂的掺量及减水率；经济性，选择的外加剂尽量的在满足混凝土需求的前提下降低成本已达到创造效益的目的。
本工程采用的是山西黄河新型化工有限公司的HJSX-A聚羧酸高性能减水剂（缓凝型），产品检测指标如下：
2.3配合比设计要求
强度要求C50、弹性模量Ec=3.45*104、坍落度140-180mm、和易性良好、总碱含量小于3.0Kg/m?、总氯离子含量小于0.06%。
2.4配合比设计步骤
2.4.1混凝土配置强度的确定
fcu，0=fcu，k+1.645×σ=50+1.645×6.0=59.9Mpa
2.4.2计算水胶比
W/B=αa×fb/（fcu，0+αa×αb×fb）
=0.53×42.5×1.16/（59.9+0.53×0.2×42.5×1.16）=0.4
根据JTG/T F50-2011要求，取W/B=0.30。
2.4.3确定用水量
根据混凝土配合比设计规程查表计算用水量，取外加剂减水率为31.0%，则掺加外加剂后每立方米混凝土的用水量根据计算得出用水量为149Kg/m?。
2.4.4计算每方混凝土水泥用量
mb0 =149÷0.30=497㎏/m3，水泥用量为497kg/m3.
2.4.5确定每方砂石用量
选用基准砂率为43%，假定混凝土容重为2450Kg/m?
mso+mgo=2450-497-149=1804
mso/（ mso+mgo）=0.43
得 mso=776㎏ mgo=1028㎏
2.4.6得出初步配比?如下：
2.4.7保持用水量不变水胶比减少（增加）0.05，砂率增加（减小）1%得出另外两个试拌配比?、?：
2.4.8经试验得出三个配合比的新拌混凝土性能及7天、28天强度：
考虑到现场施工和综合成本选用配合比?。
2.4.9计算碱含量及氯离子含量
各材料中碱含量：水泥0.49%；外加剂2.15%；水144.2mg/L
配合比总碱含量=497×0.49%+7.44×2.15%+149÷1000×0.1442=2.616Kg/m3<3.0Kg/m3，符合要求。
各材料中氯离子含量：水120.46mg/L；外加剂0.022%；水泥0.016mg/L
配合比氯离子含量=[（149÷1000×0.12046+7.44×0.022%+497×0.016%）/497]×100=0.02 %<0.06%，符合要求。
3机制砂混凝土使用过程中应注意的问题
机制砂在混凝土结构工程中应用还处于研究阶段，因地制宜的推广机制砂在混凝土特别是桥梁工程中的应用。要注意以下几个方面：
1、机制砂的颗粒级配。选用合适的生产设备和制砂工艺，安紫高速选用31.5mm碎石破碎机制砂同时辅以超径颗粒循环系统生产的机制砂，确保了级配的稳定性。
2、控制机制砂中石粉含量，使其達到合理的范围不仅可以改善混凝土的和易性还可以提高混凝土强度。
3、加强机制砂配比的研究，全方位的研究机制砂混凝土的各项性能。
4、机制砂混凝土搅拌过程也要注意。不易采用小型搅拌设备，需用大型强制搅拌机才能满足混凝土的各项性能尤其是混凝土外观质量。
外加剂成分也是机制砂混凝土的重要影响因素。外加剂应与其他原材相适应，随天气、运输距离和使用时间及时调整掺量避免混凝土坍落度损失过大影响施工，同时对拌合站和现场混凝土做坍落度试验掌握实时情况及时对原材各组分做出微调保障现场施工顺利，对成型构件做外观和强度跟踪记录发现问题及时解决。
4应用总结
高性能混凝土是通过使用低水灰比高质量砂石料来使用P.O42.5水泥配制生产C50混凝土，原材选用必须严谨否则造成以增加水泥用量来弥补砂石料质量缺陷的现象就失去了高性能混凝土的意义，安紫高速2#预制梁场已使用此配合比生产T梁121片，拆模后颜色均匀一致、无开裂，回弹强度7天达到45.7MPa，28天强度评定大于50MPa，获得业主的肯定被选为亮点工程。
参考文献
[1]中华人民共和国建设部 《普通混凝土配合比设计规程 JGJ55-2011》 北京，中国建筑出版社 2011
[2]中华人民共和国交通运输部 《公路桥涵施工技术规范 JTG/T F50-2011》 北京 人民交通出版社 2011
[3]交通部公路科学研究院 《公路工程水泥混凝凝土外加剂与掺合料应用技术指南 》人民交通出版社 2006
（作者单位：中铁十五局集团有限公司计量测试中心）
关键词：机制砂；高性能；混凝土；配合比；设计
1.引言
高性能混凝土是针对具体应用发展而来的，高性能混凝土的性能比普通混凝土性能的要求更高、更多、更广泛。我们通过提高原材品质、降低水胶比，调整外加剂掺量、合理控制施工时间，使混凝土具有高的流动性、自密实性、粘聚性、体积稳定性、耐久性。在满足强度的前提下提高外观质量，对经济性进行优化。安紫高速5标段共有桥梁16座。共有1069片预制T梁，其中20米T梁175片；30米T梁548片；40米T梁346片，贵州地区河砂匮乏，从省外运入建设成本大大提高且建设速度会受到严重制约，使用机制砂替代河砂，因地制宜已经成为一条切合我国国情的道路。
2.配合比设计
2.1设计思路
用机制砂配制混凝土比普通天然砂配置的混凝土需水量多，所以要通过降低水胶比来达到高的混凝土强度。机制砂中石粉含量较天然砂中含泥量易控制，和水泥更容易水化反应成结晶物，虽然不具备活性，但是增强了混凝土的密实性，提高混凝土的抗渗性。水泥是混凝土强度保证的主要材料，一定要性能稳定，水化热低，碱含量低的水泥才能配制高性能混凝土。
另外选用级配良好的碎石能提高混凝土流动性，还能降低水泥用量，减少混凝土内部孔隙，对提高混凝土强度及耐久性都有较好的效果。从而使混凝土达到既能满足施工现场又能节约成本的目的。
2.2原材选取
2.2.1水泥
水泥是决定混凝土质量高低的最重要材料，要选取稳定性好、水化热低、需水量小的水泥。其细度、碱含量、游离氧化钙、氯离子含量会影响混凝土需水量、凝结时间和耐久性性能。水泥加水形成水泥浆可以填充混凝土缝隙，搅拌后和砂、碎石充分混合后胶结成形，是混凝土由不定形态转变为承受一定力的定型固态的决定性材料。
本工程选用贵州紫云西南P.O42.5水泥经检测各项指标符合要求
2.2.2 机制砂
天然砂颗粒圆润，表面光滑，对混凝土工作性十分有利。机制砂适应缺乏天然砂的地区，可以通过人为的破碎筛选出粒径、级配合理的机制砂，且机制砂颗粒尖锐更容易和水泥粘结，但是其需水量较高，所以要控制水胶比来控制混凝土强度。机制砂颗粒形状和级配不合理会导致拌合物流动性下降。使用机制砂配制C50混凝土要严格控制机制砂细度模数控制为粗砂為宜，机制砂的细度模数影响着混凝土的砂率及用水量，砂率高用水量大，坍落度损失快。砂率低时容易产生泌水和离析且混凝土流动性低。同时机制砂的石粉含量对混凝土水泥用量及和易性有很大影响，石粉含量高需水量增加降低混凝土强度，石粉含量过低会增加水泥用量骨料包裹不好，以5%-7%效果最好。
本工程机制砂检测指标如下：
2.2.3碎石
碎石的最大粒径和级配影响着混凝土的砂率、用水量和工作性。在粒径允许范围内尽量选择大粒径碎石可以提高混凝土强度并降低砂率和用水量因而降低混凝土成本。配置高性能混凝土应选用材质好的碎石（无风化岩和软质岩），选用两级级配碎石掺配成最大粒径为19mm的级配碎石。严格控制碎石的针片状含量，提高混凝土工作性。
本工程选用碎石检测指标如下：
2.2.4拌合用水
拌合用水要严格控制碱含量和氯离子含量。水中的碱会和骨料引起碱骨料反应，所以要严格控制水的碱含量。氯离子含量超标将会腐蚀钢筋降低混凝土构件的耐久性。
本工程用水检测指标如下：
2.2.5外加剂
选用外加剂应同时满足以下原则：对应性，根据混凝土功能选用相符的外加剂种类；适应性，根据砂石料、水泥的种类及配合比强度等级确定外加剂的掺量及减水率；经济性，选择的外加剂尽量的在满足混凝土需求的前提下降低成本已达到创造效益的目的。
本工程采用的是山西黄河新型化工有限公司的HJSX-A聚羧酸高性能减水剂（缓凝型），产品检测指标如下：
2.3配合比设计要求
强度要求C50、弹性模量Ec=3.45*104、坍落度140-180mm、和易性良好、总碱含量小于3.0Kg/m?、总氯离子含量小于0.06%。
2.4配合比设计步骤
2.4.1混凝土配置强度的确定
fcu，0=fcu，k+1.645×σ=50+1.645×6.0=59.9Mpa
2.4.2计算水胶比
W/B=αa×fb/（fcu，0+αa×αb×fb）
=0.53×42.5×1.16/（59.9+0.53×0.2×42.5×1.16）=0.4
根据JTG/T F50-2011要求，取W/B=0.30。
2.4.3确定用水量
根据混凝土配合比设计规程查表计算用水量，取外加剂减水率为31.0%，则掺加外加剂后每立方米混凝土的用水量根据计算得出用水量为149Kg/m?。
2.4.4计算每方混凝土水泥用量
mb0 =149÷0.30=497㎏/m3，水泥用量为497kg/m3.
2.4.5确定每方砂石用量
选用基准砂率为43%，假定混凝土容重为2450Kg/m?
mso+mgo=2450-497-149=1804
mso/（ mso+mgo）=0.43
得 mso=776㎏ mgo=1028㎏
2.4.6得出初步配比?如下：
2.4.7保持用水量不变水胶比减少（增加）0.05，砂率增加（减小）1%得出另外两个试拌配比?、?：
2.4.8经试验得出三个配合比的新拌混凝土性能及7天、28天强度：
考虑到现场施工和综合成本选用配合比?。
2.4.9计算碱含量及氯离子含量
各材料中碱含量：水泥0.49%；外加剂2.15%；水144.2mg/L
配合比总碱含量=497×0.49%+7.44×2.15%+149÷1000×0.1442=2.616Kg/m3<3.0Kg/m3，符合要求。
各材料中氯离子含量：水120.46mg/L；外加剂0.022%；水泥0.016mg/L
配合比氯离子含量=[（149÷1000×0.12046+7.44×0.022%+497×0.016%）/497]×100=0.02 %<0.06%，符合要求。
3机制砂混凝土使用过程中应注意的问题
机制砂在混凝土结构工程中应用还处于研究阶段，因地制宜的推广机制砂在混凝土特别是桥梁工程中的应用。要注意以下几个方面：
1、机制砂的颗粒级配。选用合适的生产设备和制砂工艺，安紫高速选用31.5mm碎石破碎机制砂同时辅以超径颗粒循环系统生产的机制砂，确保了级配的稳定性。
2、控制机制砂中石粉含量，使其達到合理的范围不仅可以改善混凝土的和易性还可以提高混凝土强度。
3、加强机制砂配比的研究，全方位的研究机制砂混凝土的各项性能。
4、机制砂混凝土搅拌过程也要注意。不易采用小型搅拌设备，需用大型强制搅拌机才能满足混凝土的各项性能尤其是混凝土外观质量。
外加剂成分也是机制砂混凝土的重要影响因素。外加剂应与其他原材相适应，随天气、运输距离和使用时间及时调整掺量避免混凝土坍落度损失过大影响施工，同时对拌合站和现场混凝土做坍落度试验掌握实时情况及时对原材各组分做出微调保障现场施工顺利，对成型构件做外观和强度跟踪记录发现问题及时解决。
4应用总结
高性能混凝土是通过使用低水灰比高质量砂石料来使用P.O42.5水泥配制生产C50混凝土，原材选用必须严谨否则造成以增加水泥用量来弥补砂石料质量缺陷的现象就失去了高性能混凝土的意义，安紫高速2#预制梁场已使用此配合比生产T梁121片，拆模后颜色均匀一致、无开裂，回弹强度7天达到45.7MPa，28天强度评定大于50MPa，获得业主的肯定被选为亮点工程。
参考文献
[1]中华人民共和国建设部 《普通混凝土配合比设计规程 JGJ55-2011》 北京，中国建筑出版社 2011
[2]中华人民共和国交通运输部 《公路桥涵施工技术规范 JTG/T F50-2011》 北京 人民交通出版社 2011
[3]交通部公路科学研究院 《公路工程水泥混凝凝土外加剂与掺合料应用技术指南 》人民交通出版社 2006
（作者单位：中铁十五局集团有限公司计量测试中心）