0引言

混凝土配置技术的发展经历了从半干硬与干硬性、塑性、大流动性、高流态高强到高性能混凝土的发展过程，今后还将逐步推进超高性能混凝土、绿色智能混凝土配置新技术。依据可靠的数学模型，通过大数据的收集等技术实现混凝土的数字化。一直以来普遍认为强度与耐久性之间直接相关，因而决定了耐久性混凝土配合比设计方法，但实际上耐化学侵蚀性好的材料配置的的低强度等级的混凝土同样有很好的耐久性能。高性能混凝土应有以下特点：

（1）原材料上除了水泥、水、砂、石几种材料外、各种化学外加剂和矿物掺和料也是重要组成部分。化学外加剂和矿物掺和料可能是一种或多种物质复合成的，因每个水泥厂的水泥在矿物成分、细度、碱含量、C3A含量、石膏型态以及掺合料种类等方面各有不同，不同厂家、品牌的水泥配置相同性能的混凝土，所需的胶材用量、外加剂的掺量必然不同，从而增加了选材的复杂性。这就要求对水泥、矿物掺和料与化学外加剂的组合都要进行性能匹配试验。

（2）以前的混凝土配合比设计是根据所需要的强度由水胶比定则计算出水胶比，再由用水量除以水胶比确定胶凝材料用量；高性能混凝土的配置遵循的是“三低”法则，即低水胶比、低用水量、低胶材总量。因为粉煤灰、矿粉和硅灰等掺合料对水胶比敏感性强，一般情况下水胶比低于0.42时掺合料的活性效应才能充分发挥出来；低用水量是为了保证工程的耐久性能除了对水胶比有上限规定，还必须同时对混凝土的拌和水用量作出限制。高用水量会导致混凝土抗弯及抗拉强度降低，混凝土硬化后加大了裂缝出现的几率；胶材总量要尽量减少水泥的用量，这就对现场施工质量控制有了更高的要求。也就是说高性能混凝土是采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求的力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。

1高性能混凝土的配置

1.1重点选材

1.1.1胶凝材料的选用

（1）宜选用非早强型硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，其质量指标除应满足国家标准的有关规定外，还必须对水泥中的碱含量、氯离子含量、游离氧化钙含量严格限制。水化热较低、自收缩小、C3A含量较低的水泥，水泥细度一般~（m2/kg）,不宜太细，以确保后期强度的增长。混凝土配合比设计应以稳定、适应性良好为原则，必须了解水泥中混合材料的种类及掺量，以便在使用掺合料时综合考虑。

（2）常用掺合料主要有粉煤灰、矿粉、硅灰和石灰石粉等，也存在与高性能减水剂相容性问题，试验表明粉煤灰的适应性＞矿粉＞硅灰＞石灰石粉。选择使用时每种料源必须进行型式检验，料源一旦确定不要轻易改变，否则都要进行型式检验，并重新进行配合比设计，频繁改变料源不利于混凝土质量控制。

1.1.2外加剂的选用

外加剂对改善混凝土的性能起到至关重要的作用，是必不可少的组分。尽量使用聚羧酸类高性能减水剂，混凝土坍落度损失小、自收缩率低、能适量引气、有害成分氯离子、SO3、碱含量小且属于绿色环保类产品。

1.1.3粗细骨料的选用

（1）砂石料粒型：粗骨料粒型好，接近于等效颗粒级配合理，针片状颗粒含量要低于10%，最大粒径宜等于或小于31.5mm。因此石料的加工设备宜有所改进，采用反击破碎或锥式破碎加工工艺及相应的整形设备才能达到好的效果；细骨料尽量选择中砂，泵送混凝土不宜单独使用细砂和粗砂，通过0.mm筛孔的砂应不少于15%。

（2）严格限制集料中的泥块含量及含泥量，《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB-）规定粗骨料泥块含量≤0.2%。注意控制骨料碱活性、氯含量等指标。

1.2主要参数的确定

1.2.1基本要求

（1）配置高性能混凝土的精髓是使混凝土最大密实度化。注重混凝土中集料的级配设计以获取最大密实度和最小空隙率是关键环节，宜将两种粒级或多种粒级的粗集料掺配成连续级配，以便尽可能的减少水泥浆的用量，来达到降低含砂率，减少用水量和水泥用量的目的（如图1）。

从图1曲线相关分布图可以看出粗细骨料紧密密度峰值为骨料间孔隙率最小，此时水泥用量最少，体积稳定性最好;成本也低。

（2）砂子用量以石子的空隙率和砂子的紧密堆积密度确定，石子的用量以石子的密度、空隙率和胶凝材料体积的确定来实现混凝土的数字量化。也有学者提出不要对骨料提出过多的限制使用条件，如级配不连续的骨料通过恰当的配合比设计和外加剂技术仍然可以获得性能良好的拌合物，但这种观点不太适合高性能混凝土的最大密实度化法则。

（3）充分发挥活性掺和料和高性能减水剂的迭加效应，利用碱性激发掺合料潜在的水硬性或火山灰活性，以及细度或粒型，填充胶凝材料的空隙，密实混凝土内部结构，参与胶凝材料的水化，改善混凝土界面结构，提高混凝土的致密性和耐久性。

1.2.2外加剂掺量的确定

在进行混凝土配合比设计以及试配时，由强度和耐久性要求决定水胶比，减水剂决定流动性（减水剂的合理作用是提高胶凝材料浆体的流动性）而不是用于减水。选择外加剂的品种，了解外加剂的基本性能，然后通过混凝土试拌选定外加剂的合适掺量。每种减水剂都存在最佳掺量，从而达到所需的性能和经济技术指标。目前使用较多的有萘系和聚羧酸系减水剂，其掺量与减水率的关系图2可看出聚羧酸高性能减水剂浆液5min和60min时通过漏斗的流下时间，曲线拐点（饱和掺量）为1.0%左右；图3为萘系高效减水剂浆液通过漏斗的流下时间，曲线较缓和但也能找到合适的掺量和趋势范围，两种不同的减水剂其掺量和流下时间与相容性能是不同的。

1.2.3掺合料掺量的确定

遵循行业标准与规范要求，《铁路混凝土工程施工质量验收标准》（TB-）规定了不同环境下混凝土中矿物掺合料的掺量范围，但C50及以上混凝土掺合料用量若单掺不宜大于30%，掺量太多粘度则大，不利于泵送。配合比设计目前大多采用等量取代法代替水泥用量，如果没有进行容重校核，单方混凝土各材料用量偏差较大。宜合理使用矿物掺合料（计算掺合料活性指数和填充系数）按等活性替换和等填充替换，即采用掺合料反应活性和填充强度贡献率折算后与水泥相等为基础计算掺合料用量。

1.2.4单位用水量的确定

首先确定胶凝材料标准稠度用水量（在此条件下调整混凝土外加剂），胶材化学反应的用水量采用标准稠度用水量的三分之二，粘结用水量以胶凝材料标准稠度用水量的三分之一为基准。以水泥检验时标准砂的用水比例确定混凝土砂的用水比例，以石子表面润湿状态作为石子用水量设计的依据，总的用水量应为（胶材需水量）W1（砂湿润用水量）W2（石子润湿用水量）W3三部分组成，高性能减水剂(泵送剂）的合理作用是提高胶凝材料浆体的流动性，调整混凝土的工作性能，而不是用于减水。相同的工作性混凝土用水量取决于外加剂的性能与掺量，还有胶凝材料的需水量比、掺合料的种类、粗细骨料的细度模数、最大粒径等。为了保证混凝土强度不能随意增大单位用水量和水胶比，从保证混凝土的工作性能来讲不应该固定掺量，出于经济考虑不宜超过掺量饱和点。

1.3水灰比法则适用范围探讨

（1）目前配合比设计大多都在沿用《普通混凝土配合比设计规程》（JGJ55-）计算试配强度，仍在使用年瑞典学者保罗米（Bolomy）提出的混凝土强度与水泥强度及水灰比之间的计算公式R28=Rc×A（C/W-B）。式中A、B系数按石子品种而异，但该式适用于坍落度30~90mm的塑性混凝土，Rc为水泥强度，使用该式时要求水泥强度Rc=（1.5-2.0）R28。按此公式试配强度R28为Y，水灰比倒数（C/W)为x，则线性回归后Y=b+ax，式中a、b为常数根据原材料和工艺经试验后数理统计确定，但外加剂和掺合料的大量使用以及泵送混凝土的工艺要求与水泥标准的不断变化，高性能混凝土试配套用该公式计算的水胶比与实际结果差距较大，迫使混凝土技术人员不得不采用经验水胶比。其原因是高性能混凝土低水灰比时，水泥水化活性与配制混凝土强度的关系发生了变化，Bolomy公式的适用性有了一定的局限性，其准确对应关系水灰比法则需要进一步完善。

（2）按胶凝材料的最佳水胶比（即水泥水灰比达到标准稠度对应的水灰比时强度最高）根据混凝土设计强度与水泥的实际强度之间的量化计算，结合掺和料的活性系数确定胶凝材料用量，对于不同的强度等级段采取不同的计算方法。了解混凝土各组成材料的基本性质与之间的相互影响综合考虑进行混凝土配合比设计具有现实意义，实践证明是可行的。

2生产浇筑过程控制

2.1生产工艺的控制

（1）测定粗细骨料的含水率，一般情况下含水量每工班抽测2次，并按测定结果及时调整混凝土配合比。砂石料应按批次进场，料仓最好一次进满，不可边进边用。规范规定每批不大于t。

（2）高性能混凝土因水胶比低用水量少掺和料多，拌合物粘聚性、保水性好，但浆液粘稠。故铁路标准规定总搅拌时间3min最低不得少于2min。若搅拌时间不够出机时测坍落度达到了要求，则外加剂没有真正全部发挥作用。此种情况拌合物运到工地时坍落度则变大，往往还会出现泌水或离析，在振捣作用下这种现象还有加重的趋势，硬化混凝土还会形成水纹、纱线等影响外观的缺陷。

（3）罐车接料前必须将罐内存水放完（这种现象时有发现），否则运到现场就会出现坍落度加大或离析泌水现象,如果水胶比有变化，必将影响混凝土的强度，当罐车到达现场时应高速旋转20~30s后再卸入泵车料斗中。

2.2浇筑工艺的控制

（1）布料厚度斗送混凝土不宜大于40cm，泵送混凝土不宜大于60cm，尤其是隧道二衬混凝土衬砌台车浇筑每排窗口应分别布料，每侧不能只用一排窗口或一个窗口布料，要配足振捣人员和器具，掌握振捣方法避免重复振捣、防止过振，宜确保硬化后的混凝土均匀密实。隧道衬砌拱部冲顶时可将高性能减水剂掺量适当上调、砂率也同步上调1%~2%，适当增大拌合物的流动性，可保持水胶比不变调整为免振自留平混凝土，还应预留足够试件检验比较调整后的混凝土强度变化。

（2）加强检查模板支撑的稳定性和接缝密合情况，保证模板的刚度和强度不变型，防止布料振捣过程中到处漏浆，一旦漏浆必然影响到混凝土强度和耐久性能，也会出现外观等质量缺陷。

2.3成品养护和拆模质量控制

（1）桥梁墩台混凝土浇筑后外露面拆模后要及时覆盖。高性能混凝土本身水胶比低、自收缩较大（因为毛细孔细、毛细压力高），必须防止水分蒸发过快，夏天及时补水养生，但不能使用过冷的水来注水养护，养生水温和混凝土表面温度相差不宜大于15℃，混凝土芯部温度与表层温度之差也不宜大于15℃，否则会有开裂的危险。

（2）混凝土内部温度最高时及开始降温以前不宜拆模，有大风或气温急剧变化时也不宜过早拆模，在炎热与有风干燥季节宜采用逐段边拆边盖的拆模工艺。环境温度过高或过低及剧烈的温度变化过早拆模均可引起高性能混凝土的表面开裂。

3普遍存在的共性问题

3.1粗细骨料货源不足、供应紧张

（1）地材选料困难目前已成为高性能混凝土施工的最大障碍，天然优质河砂几近枯竭，过度开采违背国家可持续化发展战略目标。沿海地区机制砂的生产和使用还不被广大技术人员普遍认可或广泛接受，铁路系统设计人员对C50以上强度等级的混凝土使用机制砂还处于保守阶段，甚至很多项目还在限制使用。

（2）细骨料的生产还受机械设备、场地、环保与矿产资源、属地管理等多方面的制约，大规模的基建与前面的制约因素供需出现不平衡，完全符合质优价廉、保证供应存在一定的难度。

3.2掺合料良莠不齐、真假难辨

（1)水泥厂混合材掺量过高，较以前的硅酸盐系列水泥性能大不相同，助磨剂的大量使用也使得水泥与外加剂的适应性变差，水泥的早期强度变高，后期强度增长不足，富裕系数偏低甚至没有，供料时大多低于配合比设计时采取的实际强度（实际活性），水泥出场没有陈伏期，温度过高（有时高达80℃以上）游离氧化钙没有完全释放，拌合站储存罐少又不得不用，导致用水量加多，水灰比变大，后期强度不足现象也时有发生。

（2）粉煤灰是热力发电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末为工业废料，却是高性能混凝土的首选掺合料，通常原状灰经过分选出不同级别的灰，高性能混凝土使用的为Ⅰ级灰、Ⅱ级灰（又分F类和C类，按含钙量又分为高钙灰和和低钙灰）。目前国家对粉煤灰出场管理没有统一的规定措施和强制性条文，粉煤灰变废为宝大量使用但货源不足，许多地区的粉煤灰供不应求，导致伪劣粉煤灰大量充斥市场、真假难辨，加之现场验收把关不严，检测手段又相对滞后于材料品质的变化，假粉煤灰层出不穷。粉煤灰混凝土如有质量问题，通常在生产和浇筑后才能发现，这样就会带来巨大的经济损失甚至质量事故。供应商为了满足供给需求和获得经济利益到处购买，导致料源不稳定，甚至出现东拉西凑现象。

（3）粉煤灰的二次加工点是假粉煤灰的主要来源，笔者发现某加工厂有许多先进的粉磨设备，厂区管理也井井有条，机器设备都在正常运转，原材料全是煤矸石、石灰石、炉渣、碎砖、石膏按比例混和后进行磨细，唯独没有原状粉煤灰.常规指标检验又难以发现其真假。取样试验用煤矸石等磨细加工的（假粉煤灰）检验结果见表1。

（4）要求28天活性指数≥70%，表1检验结果也达到了67.5%，如果再微调一下其它材料的比例，完全可以以假乱真。若进行型式检验周期太长，作为现场验收控制又难以做到，因此增加了粉煤灰进场验收检测判别的难度。

3.3外加剂现场复配增加了不确定性

3.3.1相容性检验难度加大

（1）胶凝材料与外加剂的相容性影响因素很多，虽然水泥和外加剂的质量都能达到国家标准和行业要求，但相互适应性问题依然存在，常见的问题有拌合物坍损快、板结、抓底、硬化快，混凝土抗压强度比偏低、甚至还有倒缩现象，影响施工与外观质量。目前市场出售的外加剂其母液质量基本正常，但现场复配情况不容乐观，由于掺加了过多的复配材料导致混凝土的性能也变化很大。复配材料大致有7种或更多，如确定满足混凝土配合比设计和施工要求的外加剂配方见表2。

（2）经销商为了中标投标时一再压低价格，说是厂家直供，做配合比时从厂家拿来样品进行试配，实际供应却在现场复配这是事实。通过几种材料的复配叠加效果达到所需要的性能和降低成本的目的。复配车间大多设备简陋，计量器具很少标定，有的精度不足。业主、监理和施工单位检查材料质量往往忽视这一关口，质量问题往往出在这里。如母液掺量不足、有效含固量偏低、减水率不足、凝结异常等问题时常发现，因此加强现场复配管控尤为重要。

3.3.2坍损与凝结时间控制复杂多变

（1）由于天然河砂含泥量的提高以及机制砂含粉量的增加，吸附了对应比例的外加剂，使混凝土拌和物的坍落度损失变大，这样的问题几乎每个工点都会遇到，大多数试验人员采取的措施—现场后掺减水剂增大坍落度或退回拌合站加水泥浆来调整拌合物流动性，这种做法虽然水灰（胶）比没有改变，但应想到复配的减水剂含有缓凝组分也有引气成分，控制不好有时混凝土24h不凝固，很容易造成质量事故。若采用增加水泥浆的办法提高拌合物的流动性也只有退回搅拌站才能进行，这显然很不方便并且是以增加成本为代价。水泥浆增多势必加大混凝土的水化热，是造成混凝土收缩和体积不稳定的主要因素，也会影响到混凝土的耐久性能。

（2）砂石料变化频繁，料源改变级配变化、紧密孔隙率、吸水率、含水率、粒型规格等都不尽不同，如有规律的变化还可调整一下施工配合比满足其工作性能，如边进边用又非同一料源的砂石料，坍落度忽大忽小也就不言而喻了（其实坍落度损失变小并不全是外加剂问题），材料质量波动应是主要因素。

（3）季节变化水泥厂家调整掺合料或石膏的种类及掺量买方不知道，没有与外加剂进行适应性检验造成坍损快或凝结异常也是常有的事情。

3.3.3严格控制混凝土浇筑二次加水

在施工现场进行二次加水是当前混凝土施工现场存在的通病，一种是由于混凝土工为了减少自己的劳动量引起的盲目加水，影响混凝土强度；另一种是由于混凝土拌和物粘度大、坍落度小影响罐车卸料以及不好泵送和布料引起的加水。还有水泥温度高或环境温度变化以及停泵时间长引起的坍落度损失大而加水，加水的方法很原始有的用水管直接插入罐车料斗或输送泵料斗没有任何计量，最终的结果导致质量不可控或留下隐患，因此应准确分析施工过程中二次加水的原因，提出合理的解决方案。

4问题思考与建议

4.1稳定料源加强检测

（1）配和比试配时都要做外加剂与水泥、掺和料适应性试验，调配好后才能用于施工。因此要经常与水泥厂和外加剂厂沟通，了解水泥外加剂各种组分有无变化，以便及时采取措施。

（2）每进场一批减水剂和水泥、掺合料或集料波动较大时都要按配合比试拌，混凝土状态符合要求方可生产；粉煤灰坚持车检，配以显微镜观察其颗粒形状，只要做到心中有数，就可准确判断问题产生的原因和发生的机理，微调施工配合比或外加剂组分，这是目前最为现实有效的措施。

4.2方法得当措施有力

（1）施工过程中混凝土坍损大，试验人员调整拌合物状态采取后加或反复加减水剂的办法，造成混凝土过分缓凝；再有天气变化、气温骤然下降，引起混凝土各原材料组分的温度均下降，水泥水化减慢，掺有高性能减水剂拌制的混凝土凝结时间对环境温度的变化过于敏感。及时了解环境变化情况，提前制定方案及时准确调整施工工艺。

（2）拌合站人员也要学习混凝土技术知识，清楚混凝土质量标准要求。

（3）目前混凝土搅拌出机质量（或状态）控制大多还在采用人工观察电流表的方法，混凝土干了电流增强，稀了电流变弱，如采用搅拌曲线控制方法对出机拌合物进行控制，可以在一车的若干盘中进行有效的调整和处理，直至稳定在一个范围内（见图3）。

电流表有时会受到电压的稳定性和拌合质量的多少以及叶片磨损状况的影响，如果观察拌合物卸入罐车的操作过程，在拌合物快速的流动过程中准确判断其和易性也不现实。如在搅拌机下料口的下方安装一块带有倾斜度的钢板，就可以将拌合物在卸料的过程中的一部分拌合物“截留”观察其和易性质量。从搅拌车的出料口放出一部分观察其溜槽拌合物的流动状态，作为车检也是不错的办法。

5结束语

混凝土质量控制方法很多，如何掌握调配，有许多经验交流，但最终产品质量的好坏还取决于全过程的质量控制，有时优良的质量管理重于技术指导。高性能混凝土不仅具有良好的工作性能、力学性能和耐久性能，还应有良好的外观质量，免振自密实混凝土的推广和应用应是今后混凝土技术发展的方向，关于这一技术目前还有一些负面问题没有很好的解决，尚需进一步研究和攻克。尽管如此混凝土施工合理布料和充分振捣仍是目前乃至今后混凝土浇筑不可或缺的关键工序。只要解决好料源质量与材料进场检验关、配合比设计与应用关、拌合站加工生产关、混凝土浇筑控制关、拆模成品养护关，混凝土达到内实外美、经久耐用的使用目标是能够实现的。