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摘要：混凝土的性能直接决定混凝土结构的寿命，在水化硬化过程中，普通混凝土产生的水化热相对较多，从而引发内部产生干缩裂缝，由于普通混凝土内部存在较多不均匀的孔隙，削弱了混凝土的强度和耐久性，当承受外部荷载时，混凝土开始产生裂缝并延伸发展，使得有害介质易向混凝土内部侵入，比如水、氯离子以及二氧化碳，最终导致混凝土结构过早劣化甚至丧失实用功能，缩短结构服役寿命。
关键词：高强高性能混凝土；配合比设计；设计方法
1高强高性能混凝土的关键技术问题
高强高性能混凝土在施工中要解决下列技术问题:①低水灰比，大坍落度。②坍落度损失问题，混凝土在运输的过程中，其坍落度随时间的增加而减小。③混凝土可泵性问题。④对原材料的选择必须对本地区所能得到的所有原材料进行优选，它们除了要能达到设计性能指标外，还必须质量稳定，即在施工期内主要性能不能有太大的变化。⑤一般来说，工时的质量控制和管理方面,在试验室配置出符合要求的高强混凝土相对比较容易，但是要在整个施工过程中均要求混凝土稳定，就比较困难了。
一些在普通情况下不太敏感的因素，在低水灰比的情况下会变得相当敏感，这就要求在整个施工过程中必须注意各种条件、因素的变化，并且要根据这些变化随时调整配合比和各种工艺参数。
2配合比设计规程中高强混凝土配合比设计方法
2.1混凝土的配制强度的计算
按照配合比设计规程，混凝土配合比设计时首先需计算试配强度，试配强度在C60以上的计算公式为：
fcu.0≥1.15fcu.k
按此公式可发现，对于C60以上的混凝土的配制强度，不再考虑施工水平的波动性，即不体现标准差的影响，这是因为对于C60以上的混凝土的施工来说，都必须严格控制施工各环节。基本上施工水平的波动性不大，波动范围控制在0.15倍的设计强度中。以C60混凝土为例，混凝土的配制强度为69.0MPa。
2.2水胶比的计算
按照配合比设计规程中水胶比的计算公式：
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其中，fb是胶凝材料的28d实测强度，需要考虑水泥的强度等级、水泥的28d实测强度和其他胶凝材料如粉煤灰、矿粉的质量等级和掺加量。通常由于高强高性能混凝土需要的胶凝材料用量比较大，由于水泥用量的增多会让水化热增大，所以掺加其他胶凝材料可以降低水化热或者延长水化反应的速度从而减小集中时间内的放热量，从而避免混凝土的内外温度不均匀而导致的破坏。当使用P.O52.5水泥时，按照1.12的富裕系数，水泥的28d强度为58.8MPa,计算水胶比为0.41。
2.3确定单位用水量和胶凝材料用量
C60以上的混凝土的基本上使用的粗集料的公称粒径是26.5mm比较多，这是因为，对于需要使用C60高性能混凝土的结构来说，钢筋的布置一定是密集的，而小于26.5mm的粒径的粗集料对增加混凝土的强度是不利的。从配合比设计规程中的用水量表中找到推荐的205kg的用水量，在此基础上按照坍落度每增加20mm用水量增加5kg的经验值。按照大流动性混凝土180mm的坍落度设计，用水量的经验基准值是225kg/m3。胶凝材料的用量计算用单位用水量除以水胶比可计算出。
2.4确定砂率
按照配合比设计规程，基于60mm的坍落度混凝土，水胶比为0.40时，砂率的范围是27-34%，按照坍落度每增加20mm，砂率的数值提高1%，计算砂率的数值为38%。按经验取砂率为42%。假定C60混凝土的计算表观密度值为2450Kg/m3，得到混凝土中各材料的用量。由于高性能混凝土使用不同减水率的外加剂，用水量变成不确定的数值，从而配合比不同，测得5组相同水胶比、不同材料组成的混凝土的28d强度。如下表1所示。
3高强混凝土配合比设计中存在的问题
水胶比的大小决定了水泥浆的浓度和稠度，水胶比越小，水泥浆的稠度越大，配制的混凝土的强度越高。这是混凝土水胶比—强度理论。从表1看出，5组配比的水胶比均为0.41，但28d实测强度差别很大，强度没有遵从水胶比—强度理论；使用外加剂后，减水率越大的配合比，由于用水量的减少，胶凝材料的用量也减少，同时强度变低，说明对于高强混凝土，水胶比不是决定强度的唯一因素。
表1配制强69.0MPa混凝土使用不同减水剂计算和试验
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4浆集比对高强高性能混凝土强度的影响
浆集比，描述的是水泥浆的数量的多少，水泥浆和集料共同组成了混凝土，水泥浆的的数量和集料的数量是相对的，用浆集比表示。
在混凝土结构中，水胶比的大小决定了水泥浆的稠度，稠度越大，胶凝材料对集料的胶结强度越高，使混凝土的强度提高。而浆集比决定了水泥浆数量的多少，当保持强度的稠度的水泥浆的数量足够时，水泥混凝土的密实性最好，水泥浆对混凝土的包裹和胶结能力成为整体，混凝土内部的缺陷减少，从而在受到外力时不会因为包裹不够导致的应力集中而破坏。
水泥浆的数量不是越多越好，水泥混凝土的表观密度是相对稳定的数值，一般在2350-2450kg/m3，当水泥浆的数量太多时，集料的用量减少，对混凝土的强度也是不利的。能够让集料达到最佳的包裹性从而混凝土强度最好的浆集比是个相对固定的数值。按本实验，配制强度达到C60的浆集比在0.352到0.366之间。本文中使用的粗集料的公称粒径是26.5mm。此浆集比的范围数值还需要已有的配合比大量实际经验数据统计确定。
5高强高性能混凝土配合比中的砂率
实践表明，对于C60以上的高性能混凝土，由于外加剂的影响和密实性的要求，砂率的数值一般在40%以上，但不超过45%。超过45%的砂率对混凝土的强度和工作性都是不利的。砂率的最终确定还体现在基准配合比和实验室配合比的调整中，因此，砂率的确定在高强高性能混凝土中可以简化计算。
6C60高性能混凝土的配合简化计算方法
按照影响强度是水胶比和浆集比理论，在配合比计算时，当确定水胶比后，先确定浆集比，即可确定水泥和水的用量。再确定集料的用量，按此计算方法，大大简化了高强高性能混凝土的配合比设计，减少了大量的反复验证工作。
以本文C60高性能混凝土为例，按照混凝土的表观密度2450kg/m3，计算示例如下：
（1）按照配合比设计规范中公式确定试配强度69.0
（2）按照配合比设计规范中公式计算水胶比0.41，
（3）按照浆集比的0.352到0.366的范围，选定浆集比0.36，计算水泥浆数量为649kg，按照水胶比为0.41，水泥用量为460kg，用水量为189kg。（假定密度为2450kg/m3）
（4）确定砂率，按照细集料的级配和粗度确定砂率，砂率的范围为40%-45%；选定砂率为42%，计算砂石用量分别为756kg和1045kg。
7结语
本文根据试验数据论证了对于高强高性能混凝土而言，水胶比不是确定强度的唯一因素，必须考虑浆集比对强度的影响，过大和过小的浆集比都对强度是不利的。对于材料固定的水泥混凝土而言，浆集比存在一个最佳数值，确定高强高性能混凝土的浆集比的范围后，可以简化配合比设计计算、以及配合比的反复验证。
参考文献
[1]董方园,郑山锁.关于高强高性能混凝土配合比优化设计[J].材料导报.2019,32（01）：159-166.