（一）概述

　　用常規(guī)水泥和砂石原材料配制的現代高強混凝土技術是在高效減水劑發(fā)明之后從70年代開始發(fā)展起來的，它克服了過去配制高強混凝土只能是干硬性混凝土不能工業(yè)化預拌生產和泵送施工的根本缺陷，在拌料的工作度和混凝土的強度、體積穩(wěn)定性與抗?jié)B能力等方面具有綜合的優(yōu)良性能，因而又被稱為高性能混凝土，并被看作是將對土建工程的發(fā)展起到重要推動作用的新一代建筑結構材料。

　　現代高強混凝土的應用已遍及橋梁工程、房建工程、港口海洋工程、地下工程等各個土建工程領域。現在有的發(fā)達國家的施工現場已能獲得強度為80～100MPa的商品高強混凝土，更高強度的混凝土也能供應。

　　高強混凝土在房屋建筑和一般構筑物中的應用場合主要有：

　　1)    高層建筑。高層建筑中采用高強混凝土可以大幅度縮小底層鋼筋混凝土柱子的截面尺寸，擴大柱同間距，增大建筑使用面積。上下柱子采用不同強度等級混凝土，有利于統一柱子尺寸和模板規(guī)格，方便施工，并可利用高強混凝土的早強特點加快施工進度。高強混凝土還因徐變小、彈性模量高，可以減少柱子的壓縮量和增加結構剛度，這對超高層建筑來說也是非常重要的。美國是將高強混凝土最早用于高層建筑并已普遍應用的國家，在加拿大、澳大利亞、德國和日本等也都有許多成功的實例。美國用鋼筋混凝土結構承重的最高一幢高層建筑位于芝加哥，共79層總高295m，建筑面積 15.8萬m2，其中底層柱的混凝土強度等級相當于我國的C95，樓層采用后張預應力體系，所用混凝土強度相當于我國的C70和C60。目前世界上最高的鋼筋混凝土高層建筑是香港的中環(huán)廣場大廈，高309m（計入頂部塔桅后為374.4m），但所用高強混凝土的強度并不很高，1993年竣工。工程中應用混凝土強度最高的是美國西雅圖的雙聯大廈（58層）和太平洋第一中心（44層），這二幢高層建筑采用鋼管混凝土柱，其中用了強度等級相當于C130的混凝土，目的是為了增加這種組合柱的剛度。日本最近幾年來也開始用高強混凝土修建抗震高層建筑，所用底層柱的混凝土強度一般相當于我國的C60，1992年在大版建成的一幢高層建筑開始達到了41層，高129.8m，并且集中很大力量開展研究，進行了60層、70層房屋的試設計和抗震分析，認為采用相當于C110混凝土建造這類高層房屋是可行的，柱子截面可以控制在1x1m以下；日本的一些建筑公司用超高強混凝土（相當于立方強度120～150Mpa）建造了足尺大小的梁柱構件試驗體，對材料配制及施工進行模擬，準備大力開發(fā)超高強混凝土建造超高層建筑。

　　2)    大跨屋蓋。大跨屋蓋的自重要占到全部設計荷載中的絕大部分，所以采用高強混凝土空間結構或預應力結構就變得十分有利，可以顯著降低結構的重量。加拿大蒙特利爾的奧林匹克體育館的大跨屋頂以及阿聯酋阿布扎比的國慶檢閱臺的懸挑屋蓋就是比較著名的應用例子。

　　3)    處于侵蝕環(huán)境下的建筑物或構筑物。高強混凝土有較強的抵抗化學物質腐蝕的能力和耐磨能力，耐久性優(yōu)良，所以貯存某些化學物品（如亞硝酸類肥料，有腐蝕性）的筒倉或貯罐，周圍大氣中含有較多鹽份的工程建筑物，以及直接受到侵蝕性物質作用或機械磨損的廠房、車庫、廄房等地面構件均宜用高強混凝土。國外還有利用高強混凝土的堅固性來建造地下保險庫，以及立用高強混凝土的氣密性來建造核反應堆預應力混凝土安全殼的工程實例。至于將高強混凝土用于預制構件的生產那就更為普及了。

　　我國在高強混凝土研究和應用方面的起步并不算晚。早在70年代，就有不少單位開始了用高效減水劑配制高強混凝土的試驗研究，1980年前后，清華大學土木工程系與海軍工程部門協作將坍落度15cm的C70～C75級高強混凝土用于大型拱形防護門（寬13m、高21m）工程，鐵路部門也在湘桂鐵路復線紅水河斜拉橋的三跨（48＋96＋48m）預應力箱形大梁中用了坍落度10～14cm、實際強度等級已超過C60的高強混凝土。由于技術經濟政策上的一些問題以及缺乏相應的設計施工條例，還由于我國不少工地的施工管理水準過于落后，高強混凝土的推廣在以后幾年中一直較為滯緩。但是這種局面近來已出現轉變，隨著我國城市建設規(guī)模迅速向著更高檔次發(fā)展以及大規(guī)?；A設施建設高潮的出現，高強混凝土在技術上和經濟效益上的巨大優(yōu)越性正日益為人們所認識。在一些部門和地區(qū)，高強混凝土的推廣應用已有了重要進展。

　　竣工于1988年的沈陽遼寧省工業(yè)技術交流館是國內最早應用現澆高強混凝土的高層建筑，房屋總高62m，在底部12層柱子中采用C60混凝土，比原設計方案采用C30混凝土減少柱子截面56％，不僅增加使用面積，美化建筑效果，而且在材料和施工費用上也取得經濟效益，使整個主體結構造價節(jié)約1.2％。在這以后的短短4～5年中，遼寧地區(qū)在新建多、高層建筑中采用高強混凝土的已達百幢以上。北京在1990年建成的新世紀飯店，31層，總高110m，在10層以下的部分框架柱中采用了C60混凝土。1990年建成的廣州國際大廈，63層，在其高200m的頂部直升飛機坪中應用了摻粉煤灰的C60泵送混凝土，并從地面一級泵送至頂部，由于嚴格執(zhí)行施工質量保證制度，混凝土強度的變異系數不到3％。在建的深圳賢成大廈是國內用鋼筋混凝土結構承重的最高建筑，頂層標高218m，地上60層，地下4層，其中地上7層以下的豎向承重構件（柱和簡體）用C60泵送混凝土。目前在北京、上海、廣東、山東、河南、福建、廣西、新疆等地都有在建的應用高強混凝土的高層建筑。但從總體上看，高強混凝土在房屋建筑中的應用還很不普遍，特別是混凝土的強度等級還比較低，僅限于C60或C50，有必要將C70、C80混凝土盡快用到高層中去。

　　相對于房屋建筑而言，在鐵路和公路大型橋梁中采用高強混凝土的比例要稍大些，開始應用的時間也比較早。公路橋梁中比較典型的工程實例如：多跨簡支T形梁橋中的浙江飛云江橋最大跨徑為62m，梁高2.85m，用C60預應力混凝土；1991年建成的錢塘江二橋和福建廈門大橋都是預應力連續(xù)梁橋，采用C50混凝土，前者是國內目前連續(xù)長度最長的橋，達到1340m，后者則是國內目前最長的跨海大橋；正在施工的黃石長江公路大橋，是一座連續(xù)剛構橋，主孔達245m，用C55混凝土。1993年建成的上海楊浦大橋是目前世界上最長的斜拉橋，主跨達602m，其208m高的索塔采用C50摻粉煤灰泵送混凝土。正在建設中的汕頭海灣大橋是國內第一座公路大跨懸索橋，為三跨154+452+154m預應力混凝土箱形加勁梁雙鉸式結構，按C60混凝土設計。另外在高速公路和城市立交橋中也有不少采用泵送高強混凝土的例子，如京津塘高速公路和首都機場高速路上的一些橋梁主要為了早強而采用C60高強混凝土。近年建成的大中跨鐵路橋梁中也較多采用高強混凝土，如全長1340m的錢塘江二橋和全長1600m的山西谷府黃河橋，最大跨徑都為80m，為變截面連續(xù)箱梁結構。鐵道部門還曾用C80摻硅粉高強混凝土試制了40m跨度的預應力簡支梁，安裝于衡廣復線工程上作為長期觀察用。

　　國內在地下工程中也有應用高強混凝土的一些實例，如上海黃浦江越江隧道的管片就采用了慘硅粉的高強混凝土。在工廠生產的混凝土制品方面，僅鐵路部門用高強混凝土制作的軌枕、橋梁構件等的年產量已超過70萬m3，我國大秦線電氣化鐵路所用的接觸網支柱混凝土已達C80。工廠生產的預應力高強混凝土管樁的生產發(fā)展速度尤為突出，年產量現已超過100萬m3。

　　我國混凝土的年用量達2億m3，可是強度等級普遍低下，成為我國土建行業(yè)落后于發(fā)達國家的主要標志之一。高強混凝土的應用雖然最近已呈良好勢態(tài)，但其數量在整個混凝土中的比例尚微不足道，而且等級還不高。隨著現代高強混凝土技術的推廣與普及，定將帶動和提高我國混凝土技術的整體水平。

　　應該說，高強混凝土在國際上已是一項比較成熟的技術，這在前面提到的一些工程應用實例中已可看出。挪威的混凝土結構設計規(guī)范中，混凝土強度等級最高的已到C105（相當于我國的C95），歐洲國際混凝土委員會編制的1990CEB／FIP模式規(guī)范（混凝土結構）中，混凝土強度等級最高到C80（相當于我國的C90）。所以在適宜的場合努力推廣應用高強混凝土，也是我們土建工程技術人員為提高工程質量，取得經濟效益、并追趕國際先進技術水平的應盡任務。

　　（二）原材料和配比

　　與傳統的混凝土相比，高強混凝土在原材料的配比上主要有二點不同，即低水灰比和多組分，其目的都是為了增加混凝土的密實程度，改善骨料和硬化水泥漿之間的界面性能，從而達到高強和耐久。

　　混凝土的強度和收縮徐變在很大程度上取決于硬化水泥漿中的孔隙。在充分水化的硅酸鹽水泥漿體中，由水泥熟料的主要礦物成份 C3S和C2S水化形成的產物C—S—H凝膠與氫氧化鈣約各占固體總體積的60％和25％左右，其余則為水泥熟料中的鉛酸鹽礦物成份C3A和C4F與加在水泥中的石膏一起參與水化生成的硫鋁酸鹽類晶體以及未水化的熟料顆粒等。C—S—H凝膠通常是結晶很差的片體，有很大的比表面積與很強的粘結力，是決定硬化水泥漿強度與骨料界面強度的主要因素，而氫氧化鈣則為塊狀晶體，比表面積小，粘結力很差。硬化水泥漿中包含不同尺寸形狀的孔隙，大小量級從10-3μm到1mm，大致可分為凝膠孔隙，毛細孔隙和氣泡三類。凝膠結構中的層間孔隙很小，約為0.0005～0.0025μm，對強度和滲透性的影響不大。毛細孔隙的形狀很不規(guī)則，內部中空或填水，其尺寸與新鮮水泥漿中水泥顆粒之間的距離有關。水灰比很高時，水泥漿中水泥顆粒間距大，盡管水泥水化后的體積可增加一倍以上，但最終形成的孔隙尺寸可大到3～5μm，孔隙的總體積可達到硬化漿體所占體積的30～40％。水灰比很低時，孔隙尺寸只有0.005～0.05μm，所占總體積在10％以下。高水灰比的水泥漿還容易泌水，后者附著于骨料表面，不但削弱界面強度，而且使界面的抗?jié)B性能大幅度降低，成為混凝土抗?jié)B的薄弱環(huán)節(jié)。尺寸大于0.05μm的毛細孔隙對強度有害，而尺寸小于0.05μm的毛細孔隙則對收縮和徐變起更為重要的作用。水泥漿體中的氣泡呈球狀而區(qū)別于毛細孔隙，一種是拌合時被裹入的氣泡，尺寸可大到3mm，另一種是外加引氣劑所產生的氣泡，尺寸約為20～200μm。引氣劑能改善拌料的工作度并提高材料的抗凍性能，但混凝土中每l％體積的含氣率可降低強度約5～8％，而且混凝土強度愈高，引氣對強度的損害程度愈大。

　　由此可見，降低水灰比是使混凝土減少孔隙并達到高強的最主要途徑。要使低水灰比的混凝土拌料能有良好的工作度，就必須外加高效減水劑。外加粉煤灰、沸石粉、硅粉等摻合料也有改善拌料工作度、降低泌水離析、改善混凝土的微結構、增加混凝土抗酸堿腐蝕和防止堿骨料反應的作用。

　　外加比水泥顆粒更細的摻合料是混凝土獲得高強的又一重要手段。超細摻合料不僅有較高的化學活性，更為重要的是它能夠進一步提高混凝土的密實程度。

　　1)    水泥

　　配制高強混凝土用的水泥宜選用525號或更高標號的硅酸鹽水泥。由于一般的混合水泥中已加入一定數量或大量的活性與非活性礦物摻合料，這些摻料的數量和質量并不一定符合配制高強混凝土的要求，所以最好采用純硅酸鹽水泥并按要求在施工配制混凝土時再加入規(guī)定數量的高質量摻合料。普通硅酸鹽水泥雖為混合水泥，但其中的摻合料數量較少，用來配制高強混凝土也比較合適。如果混凝土強度等級不是很高，則用礦渣水泥或425號硅酸鹽水泥也能配制出C50～C60混凝土。

　　一般來說，用于高強混凝土的水泥，其礦物成份中的C3A含量不宜超過8％。C3A的多少與混凝土拌料變硬、初凝及混凝土的早期強度有很大關系。C3A人含量較高時，在外加高效減水劑的拌料中容易出現坍落度迅速損失的現象，當然在不同的減水劑和不同牌號的水泥中并不完全一樣。根據國外的經驗，C3S含量偏低的水泥（如 ASTM I型，含C3S 40～50％，C2S 20～30％）要比通常含量的水泥（如 ASTM II型，含C3S 44～55％，C2S 20～30％）更適用于高強混凝土。具體選用何種水泥還應考慮水化熱的限制以及早期強度和耐久性等要求而定。水泥中游離的氧化鈣、氧化鎂和三氧化硫等有害成份應盡可能的少；含堿量（Na2O＋0.658K2O）應低于0.6％。

　　水泥的比表面積通常在2500～3500cm2/g左右，平均粒徑約為10～20μm而快硬水泥則更細些，比表面積可到4000cm2/g。將水泥二次磨細可以提高混凝土強度，但這種辦法一般不宜采用，因能導致過量的水化熱，而且后期強度很少增加。

　　盡可能減少混凝土中的水泥用量并外加礦物摻合料應是配制高強混凝土的一個重要原則。雖然提高水泥用量可以增加強度，但也會產生嚴重水化熱和過大收縮等問題；而且水泥用量超過某一限值（450～500kg／m3）以后，繼續(xù)增大用量對混凝土強度的提高作用減弱。對于C50到C80混凝土，硅酸鹽水泥（525號）的單方用量宜相應控制在400～550kg以下。配制C80或更高等級的混凝土，則必須外加超細摻合料如硅粉或比較細的粉煤灰、礦渣等，而不是一味加大水泥用量。

　　2)    化學外加劑

　　配制高強混凝土的化學外加劑主要有高效減水劑及緩凝劑等。目前市場上的國產高效減水劑多為萘系減水劑，不少已與緩凝劑復合；各種牌號的高效減水劑在純度和所含雜質上差異甚大，有的還含有大量的游離硫酸鈉和氯鹽。由于高效減水劑的用量僅占水泥量的0.5～1.5％，所以這些有害物質在混凝土總量中所占的比例比較低，但其作用也不能忽視。

　　高效減水劑在正確使用的條件下能夠改善水泥的水化條件和提高混凝土的密實性，所以對強度、抗?jié)B性以及防止鋼筋銹蝕都有利。但是超量使用高效減水劑會損害混凝土的耐久性。

　　多數的萘系高效減水劑是非引氣性減水劑。如果混凝土強度等級不是太高（如C50～C60），為了增加施工時的可泵性，則在混凝土拌料中加入引氣性減水劑或另加引氣劑還是合適的。引氣雖然會降低強度，但可從工作度提高，拌料的用水量得以減少中得到部分補償。當非引氣性高效減水劑與引氣劑共同使用時，有時會影響引氣劑的效果，這時宜再投入少量的密胺樹脂類高效減水劑。

　　由于不同牌號水泥所含的化學成份不同，同一高效減水劑對不同牌號水泥的減水效果可有很大差異，也就是高效減水劑與水泥之間有相容性的問題。高效減水劑的用量、投放方式與順序，混凝土拌料的配比，以及環(huán)境溫度等因素都會對高效減水劑的效果產生很大影響，使用高效減水劑經常遇到的一個問題就是坍落度隨時間的迅速損失。通常的解決辦法有：采用與緩凝劑復合的高效減水劑，使用載體流化劑，或將減水劑分多次投放。載體流化劑是將高效減水劑與載體混合，置入拌料后使減水劑緩慢釋放出來；清華大學研制的載體流化劑可使拌料坍落度在1.5～2小時內不受損失。多次投放減水劑的辦法是將部分減水劑留到拌料運到現場后再投入攪拌，或者在開始攪拌時只投放普通的木質素磺酸鹽減水劑（木鈣），到現場再投入高效減水劑，木質素磺酸鹽減水劑同時有較強的緩凝作用。

　　如何正確挑選和使用高效減水劑是配制高強混凝土的關鍵，這需要通過反復試驗確認并且往往需有一定的經驗。這種經驗又常被當作一種秘而不宣的訣竅，所以初次從事高強混凝土配制時需要取得專門的咨詢，并不是隨意購得減水劑投入攪拌使用就能奏效。

　　3)    粉煤灰

　　粉煤灰能有效地提高混凝土的抗?jié)B性，顯著改善混凝土拌料的工作度并具有減水作用，泵送高強混凝土更應摻入適量的粉煤灰以提高拌料的可泵性。

　　應用粉煤灰時必須注意的一個問題是它的物理特征與化學成份有很大的變異性，與電廠的燃煤工藝、原料煤的成份、和收集方法等有很大關系。按照我國標準《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》（GB1596—79）的規(guī)定，將粉煤灰分為I、II、III三個等級。配制高強混凝土宜選用I級灰，因其顆粒較細且需水量也較低，但燒失量的限制應該更嚴些，不宜超過2％。碳的含量過高有害，也會使拌料需水量增加。GB1596－79沒有對粉煤灰的化學成份作出規(guī)定，而美國的ASTM標準將粉煤灰分成低鈣和高鈣二類，前者的CaO含量小于10％，通常是無煙煤和煙煤的燃燒產物，活性較低，后者的CaO含量為15～35％，通常是褐煤和次煙煤的燃燒產物，活性較高，但抗硫酸鹽侵蝕和抑制堿骨料反應的效果不如低鈣粉煤灰。用粉煤灰取代部分水泥后，混凝土的早期強度會受到削弱，所以摻量一般不超過水泥重的25％。但如粉煤灰的質量優(yōu)良，顆粒較細，或者含鈣量較高，完全可以采用更大的摻量。當工程設計所要求的強度以56天或更長齡期的強度為基準時，應用粉煤灰就更為有利。

　　我國在應用粉煤灰于泵送高強混凝土已取得不少經驗。鐵道部鐵道科學研究院在實際工程中用525號普通硅酸鹽水泥426kg／m3，優(yōu)質粉煤灰107kg／m3，水膠比0.30，配制出坍落度超過20cm，28天平均強度為73Mpa的泵送混凝土。

　　4)    磨細沸石巖、磨細礦渣、硅粉

　　沸石巖在我國各地區(qū)均有分布，但品種繁多，所含成份有較大差別，并不是各種沸石巖都能作為高強混凝土的接合料。用于配制高強混凝土的一種摻合料稱為F礦粉，其主要成份為絲光沸石或斜發(fā)沸石并配以少量其他無機物磨細而成。F礦粉對混凝土拌料的流變性能以及硬化后混凝土的強度和耐久性都能起到有利的作用，摻量一般為5～10％。F礦粉是清華大學土木系開發(fā)的一種產品，現在已有商品供應，并在一些工程中應用取得很好效果，另一種與沸石粉有關的產品叫F礦粉增強劑，價格低于水泥，用它等量取代水泥對混凝土的增強效果更為顯著。

　　高爐粒狀礦渣是生產混合水泥一礦渣水泥的主要摻合料，現在國內在配制高強混凝土時尚無將礦渣單獨磨細并按照需要摻入混凝土拌料的應用實例。這可能與礦渣的供應不如粉煤灰普遍而且又需增加一道磨細工序有關。高爐礦渣的活性與高鈣粉煤灰接近，對拌料的工作度和混凝土耐久性也都有好處。這里需要特別提出的是超細礦渣在配制高強混凝土中的巨大潛力。一般混合水泥中的礦渣細度當用比表面積表示時約為3500～4000cm2/g，與水泥顆粒的細度差不多。國外的研究表明，如果能將礦渣磨細到8000～12000 cm2/g并等量取代水泥，就能得到非常顯著的增強效果，并使混凝土的坍落度損失減少，可泵性提高，水化熱降低，孔隙率變小。

　　將沸石粉磨得更細也有同樣的效果。至于磨細粉煤灰的效果尚需作更進一步的探索，因為粉煤灰的絕大部分顆粒本來呈球形，有利于提高拌料的工作度。粉煤灰的細度通常與水泥接近，磨細后肯定對強度有好處，但其球狀表面可能遭到破壞而影響工作度。硅粉的平均粒徑僅0.l～0.2 μm，要比水泥小二個數量級。硅粉的活性也要比水泥高1～3倍。過去一直作為配制高強度等級（C80以上）混凝土必不可少的摻合料。

　　硅粉混凝土的特點是特別早強和耐磨，很容易獲得高強，而且耐久性優(yōu)良。應用硅粉時拌料的水灰比宜控制在0.3以下，摻量不宜超過10％，一般可取5％左右，并且宜和粉煤灰等摻料一起使用（此時的硅粉摻量可低到總膠結料量的2％）。硅粉的價格較貴，過大的摻量對提高強度的作用并不一定顯著。

　　5)    骨料

　　粗骨料的性能對高強混凝土的抗壓強度及彈性模量起到決定性的制約作用，如果骨料強度不足，其它提高混凝土強度的手段都將起不到任何作用。當混凝土強度等級在C70～C80及以上時，仔細檢驗粗骨料的性能就變得十分重要。但對C50～C60混凝土，通常對粗骨料的要求并無過于挑剔之處，雖然不同的粗骨料對于較低等級高強混凝土的性能也有明顯影響。

　　用于高強混凝土的粗骨料宜選用堅硬密實的石灰?guī)r或輝綠巖、花崗巖、正長巖、輝長巖等深成火成巖碎石。也可用卵石配制強度等級不高的C50～C60混凝土。卵石混凝土比碎石混凝土有較好的工作度，同樣坍落度下的用水量稍少，有時仍可配制出與碎石混凝士相近的強度。粗骨料的吸水率愈低，質量密度愈高，配制的混凝土強度就愈高。

　　粗骨料的最大粒徑與混凝土構件的尺寸、鋼筋間距、以及泵送條件等多種因素有關。通常情況下，對于級配良好的粗骨料來說，最大粒徑愈大，所有粗骨料堆積后的空隙體積就愈小，因而能夠節(jié)約水泥漿，對于強度、變形都有利，并且拌料的工作度也比較好。但是粗骨料的顆粒愈大，顆粒本身的強度愈低，混凝土的抗?jié)B性能也差。所以配制C70～C80混凝土時應選用粒徑小于20mm的碎石，對于C50～C60混凝土，粗骨料最大粒徑可到25mm。

　　高強混凝土對細骨料的要求比較一般，但其中的粘土及云母含量應盡量的低。粘土不但降低強度，并使拌料的需水量增加。細骨料在骨料總量中的比值宜比普通強度混凝土高些，砂率可取0.33左右。為了照顧泵送需要，此時的砂率可到0.40。

　　6)    配比

　　高強混凝土包括多種組分，它的配比只能參照有關資料或經驗，通過仔細的試配并反復修改后確定。資料[1]中綜合了許多配比實例，包括國內外一些典型工程中所采用的具體數據，可以作為開始試配時的參考?；炷潦且环N地方性很強的材料，最優(yōu)的配比應該根據結構施工所需的工作度和結構設計所需的強度并結合本地區(qū)的原材料特點而定，不可能有統一的配方。

　　一般來說，各種強度等級的高強混凝土都宜加入一種或二種以上的摻合料，配制C80以上的高強混凝土必須加入硅粉或其他細度較高的礦物摻合料，水與全部膠結材料（水泥與各種摻合料之和）的重量比小于0.38，并隨著強度等級提高而降低這一水膠比的數值。硅酸鹽水泥用量對C50～C60混凝土不宜超過400～450kg／m3，對C80混凝土不宜超過500kg／m3。

　　試配時可以先設定水泥用量、水灰比和砂率，用絕對體積法或用容重法算出砂石數量，摻合料按等量置代部分水泥（粉煤灰也可按超量置代）。如拌料的坍落度不能滿足要求可以適當調整高效減水劑用量和用水量。改變砂率和摻合料數量也能對坍落度起到作用。

　　現在已有一些學者對高強或高性能混凝土提出各自的配比設計理論和方法。其中的一個方法認為[7]：水泥漿在混凝土中所占的體積以35％為最優(yōu)，過多的漿體對收縮徐變等體積穩(wěn)定性不利，過低時則拌料的工作度差，另外還認為高強混凝土的強度與用水量成線性關系，對于平均強度（已換算為立方強度）為75、85、100、115MPa的混凝土用水量可分別取為160、150、140、130kg／m3。在確定了水泥漿的體積比以及用水量以后，就可以算出其他原材料的數量。例如在試配75MPa混凝土時，水為160kg/m3在每方混凝土中占0.16m3，漿體中總有約2％的空氣占0.02m3，這樣在規(guī)定的35％體積或0.35m3的漿體中，膠結材料總量就是0.17m3；將膠結料總量（體積計）中的25％用粉煤灰代替，有粉煤灰為0.0425m3，乘粉煤灰的質量密度2500kg／m3后得粉煤灰重為106kg，水泥占膠結料75％為0.1275m3，乘水泥質量密度3140kg/m3得400kg；骨料的體積規(guī)定占混凝土中的65％，若取砂率為0.4，則在每方混凝土中，砂為0.26m3，重690kg，石子0.39m3重1050kg。膠結料總量為506kg，取高效減水劑摻量為膠結料的l％即5kg，從以上數據，得水膠比為0.316，水灰比0.4上述配比是按高流動度混凝土設計的，坍落度預定為15～25cm。如得出的坍落度不足，可適當增加減水劑用量；如需要早強，可將10％的粉煤灰體積用硅粉代替。在上述估算中完全沒有考慮原材料的質量，因為這只是作為初次試配時的參考依據。

　　（三）結構設計

　　設計高強混凝土結構時要注意以下各點：

　　1)    高強混凝上受壓時呈高度脆性，延性很差。材料的延性與結構構件的延性既有聯系，又不相同，對于高強混凝土構件的主要受力部位必須加強箍筋等橫向約束作用來改善其延性。由于塑性變形能力較差，高強混凝土中鋼筋錨固粘結應力的分布變得更不均勻，所以在鋼筋搭接和錨固部位，也要加強設置橫向箍筋。

　　2)    高強混凝土的抗拉強度、抗剪強度和粘結強度雖然均隨抗壓強度增加而增加，但它們與抗壓強度的比值卻隨強度提高而變得愈來愈小，所以在處理高強混凝土構件的抗剪、沖切和扭轉等問題時必須慎重。高強混凝土破壞時的斷裂面穿過粗骨料，不象普通強度混凝土那樣沿著骨料界面分開，所以高強混凝土受剪斜裂面上的骨料起不到咬合作用而喪失對抗剪的貢獻。國外甚至有試驗表明當混凝土強度超過90～100Mpa后，無腹筋梁的斜截面承載力不再增長或呈現下降趨勢?，F行規(guī)范的抗剪強度計算方法用于高強混凝土時應加修正，特別是跨高比甚大或截面很高的情況。

　　3)    高強混凝土受壓時的應力應變曲線形狀與普通強度混凝土差別甚大，所以按壓區(qū)混凝土的應力分布圖形假定為矩形來計算極限狀態(tài)下的正截面承載力時，對于彎壓強度ƒcm的取值、矩形應力分布圖高度x與中和軸高度xn的比值、以及壓區(qū)混凝土極限應變εcu的數值，已再不能沿用現行規(guī)范中的數據，否則對于壓區(qū)混凝土高度靠近界限高度時的偏心受壓構件和受彎構件，就會得出很不安全的結果。

　　4)    在相同的橫向約束力作用下，高強混凝土縱向承載力的改善要比普通強度混凝土稍差，所以在計算配有間接鋼筋的螺旋箍筋柱和局部承壓等承載能力時，表示橫向約束作用貢獻的部分也要做出修正。高強混凝土有易遭劈裂的傾向，因此在設計局部承壓時還應驗算抗裂強度，在配置鋼筋時要避免造成容易引起劈裂的構造方法。

　　5)    高強混凝土的耐火性能不如普通強度混凝土，在100˚～350˚C高溫下的強度損失約為20～30％，而普通強度混凝土在這一溫度下的強度甚至能有稍許提高；但在更高溫度下，二者的強度損失比值則大體相同。高強混凝土在火災下還易產生表皮局部崩落，但用于一般建筑物仍能滿足防火要求。德國曾結合在法蘭克福建造的一幢歐洲最高的混凝土建筑（高186m），對其強度為85MPa的混凝土柱進行了足尺抗火試驗，結果認為在初始30min內有某些表皮剝落，但全部試件均滿足規(guī)程規(guī)定的耐火180min的要求。

　　6)    高強混凝土彈性模量和抗拉強度受骨料品種的影響很大。相同抗壓強度的高強混凝土由于粗骨料的堅硬不同、砂率不同、含氣量不同而在彈性模量上呈現重大差別。所以設計中如需準確定出彈性模量和抗拉強度的數值時，應該通過實測得出。泵送混凝土往往采用偏高的砂率、較多的水泥漿以及引氣，因而彈性模量可能顯著偏低，收縮量偏大。

　　7)    盡管高強混凝土的持久強度系數（持久抗壓強度與暫時抗壓強度的比值）要高于普通強度混凝土，但是高強混凝土的后期強度增長比例要比普通強度混凝土小得多。尤其是處于空氣環(huán)境中的摻硅粉混凝士，后期強度很少增加，不過接粉煤灰的混凝土則例外。

　　8)    高強混凝土的水泥用量通常較高，水化熱的有害影響不容忽視。水化熱易造成混凝土開裂，另外當引起的溫度超過70～80℃時，還會降低混凝土的強度。如結構構件的截面或體積較大，設計時應對水化熱的影響作出估算，并提出相應的施工方案和措施。

　　除了上面所說的各點外，在高層建筑設計中還會遇到的問題有：

　　1)    不同強度等級混凝土梁柱的連接。柱子的強度通常高于梁，不同強度混凝土的接縫應設在梁內并離開柱邊一段距離。如果接縫二側的混凝土先后澆筑，則先澆筑強度較高的混凝土，接縫留成斜面，離開柱邊至少一倍梁高，具體做法已在第二篇《高強混凝土結構施工指南》中有過規(guī)定。如果條件許可或者材料造價增加不多，最好將梁柱的混凝土強度統一起來，提高梁的混凝土強度后可以通過增大配筋率來降低梁的截面高度，或者利用高強混凝土的較高變形模量和抗裂性來增大梁的跨度，這些在建筑使用上可能都有一定好處；當樓層采用預應力體系時，采用高強混凝土就更為合適。解決不同強度等級混凝土梁柱連接的另一個辦法是將梁柱節(jié)點的混凝土強度降到與梁相同，這樣可將節(jié)點與梁一起澆筑而方便施工；節(jié)點的混凝土強度低于柱子以后就必須采取相應的構造措施來提高節(jié)點的承載能力，如局部增設豎向粗鋼筋并配以螺旋箍筋，或增設豎向的焊接鋼管等來彌補混凝土強度降低對承載能力的影響。國內已對這一方法進行過試驗并得出肯定的結論，但是節(jié)點核芯區(qū)的混凝土強度對于抗震性能至關重要，任何降低核芯區(qū)混凝土強度的做法都會程度不等的削弱結構的抗震能力，如果梁柱的混凝土強度相差不大（如在20MPa以內），這種做法估計不會有太大問題，特別對四周均有梁連接的內節(jié)點，其核芯區(qū)在各個方向上均受到約束而處于比較有利的受力狀態(tài)，而在其他情況下，降低節(jié)點混凝土強度的方法似不宜推薦。

　　2)    高配筋率。將高強混凝土引入高層建筑能有效降低柱子的軸壓比而改善結構的抗震性能。但是高強混凝土材料較脆，而抗震又要求結構構件有較好延性，所以高強混凝土結構必須有較高的配筋率。這主要指較高的最小主筋配筋率和最小箍筋率，尤其是柱端梁端的箍筋加密區(qū)必須有相當的體積箍筋率。我國在鋼筋混凝土結構設計和施工中，一直習慣于較低的配筋量，雖然節(jié)約了鋼材，但有時也會造成構件截面和自重較大、延性較差、防御地震、爆炸等突發(fā)災害荷載作用的能力相當低下等缺陷，對于重要工程設施來說是很不適宜的。國外抗震建筑的用鋼量要比我國高得多，如日本在高強混凝土抗震高層建筑中，柱子箍筋加密區(qū)的體積箍筋率高達4%，梁中2％。為了方便施工和適當降低箍筋率，應該選用強度較高的鋼筋作箍筋，采用螺旋箍筋（包括方形螺旋箍），或者其他具有更好約束作用的配筋型式如焊接鋼筋網片等。對于超高層抗震建筑，宜采用組合柱的型式，即將型鋼、鋼管或鋼板與高強混凝土結合起來，高強混凝土H型鋼組合柱和鋼管組合柱在國外均已有工程應用實例，日本在一個超高層抗震建筑的研究設計中，則采用了鋼板組合柱的方案，將鋼板焊成四字形，中間灌入超高強混凝土。

　　鋼管混凝土柱是在高層建筑中應用高強混凝土的一種經濟有效的結構形式。這是因為：（1）鋼管對核心混凝土的約束作用，能最有效地克服高強混凝土的脆性；（2）鋼管內無鋼筋骨架，便于澆灌高強混凝土，避免了柱與梁板普通混凝土交錯澆灌的麻煩，并且可以采用先進的泵灌混凝土工藝；（3）鋼管外無混凝土保護層，能充分發(fā)揮高強混凝土的承載力；（4）鋼管兼有縱筋和箍筋的功能，其用鋼量較普通鋼筋骨架為省。目前，在美、澳等國的44～62層的超高層建筑中，已采用混凝土強度等級為C70～C130的鋼管混凝土柱，經濟技術效益十分顯著，被認為是高層建筑技術的重大突破。近年來，混凝土強度等級為C60的鋼管混凝土結構已在我國的高層建筑中得到應用。

　　3)    強度的齡期基準?；炷恋膹姸鹊燃壱?28天齡期的強度作為基準，結構設計時通常也以這一齡期作為依據。由于高層建筑的建設周期較長，底層柱子承受全部設計荷載時的齡期將遠遠超過28天，所以有的國家在設計高層建筑時，以56天齡期或更長齡期時的混凝土強度作為確定設計強度的依據。但是我國的混凝土結構設計規(guī)范和施工規(guī)范所給出的安全儲備相對較低，所以高層建筑在設計時仍以28天齡期強度作為基準為宜，除非是后期強度有突出增長的粉煤灰混凝土或可考慮更長一些的齡期。高強混凝土的強度發(fā)展還與環(huán)境溫度有較大關系，混凝土的強度等級是以標準養(yǎng)護條件下獲得的強度作為基準的，而標準養(yǎng)護條件與工地現場的環(huán)境溫度可能差異較大。所以高強混凝土結構施工時應該留取更多的小試件，分別測定不同齡期、不同養(yǎng)護條件（標準養(yǎng)護和工地環(huán)境下養(yǎng)護）下的強度變化，這些都應該在設計文件中事并提出要求。重要的工程還要有鉆芯試件。

　　（四）施工和質量檢驗

　　高強混凝土的施工必須有嚴格的質量控制和質量保證制度，這是高強混凝土區(qū)別于普通強度混凝土的一個重要特點。

　　1．    試配

　　在正式生產施工前，高強混凝土應先通過試配，即根據以往的經驗，選定幾種不同的配合比與配料的不同投放順序，通過仔細的比較來確定最優(yōu)方案，以滿足拌合料坍落度、凝結時間、空氣含量，以及混凝土強度及其隨齡期變化等的要求。試配必須嚴格模擬施工現場的環(huán)境以及實施程序，所用的原材料應是現場實際使用的，試配時的環(huán)境溫度應與工程施工現場相應；試配時對坍落度的要求應考慮到實際使用的混凝土拌合料在運輸和澆注過程中的損失。運輸和施工作業(yè)所需的時間以及現場可能出現的最高氣溫是試配中必須注意的重大問題。溫度愈高，作業(yè)時間愈大，愈能識別坍落度的損失程度。當在試驗室條件下進行試配時，要求達到的混凝土強度應該比工地現場所要求的大一些，這是由于現場的條件一般比試驗室差，在相同配比情況下獲得的混凝土強度往往偏低。

　　現場施工所要求的混凝土平均立方強度應大于設計規(guī)定的混凝土強度等級或混凝土標號所表明的數值。強度等級所表明的是具有95％保證率、邊長為15cm立方試件的28天齡期抗壓強度，其數值為平均強度加 1.645倍均方差（而標號所表明的則是具有84.13％保證率、邊長為20cm立方試件的28天齡期抗壓強度，其數值為平均強度加1倍均方差〕、根據國外的統計數據。高強混凝土現場施工留取標準試件所得到的強度均方差，在數值上比中等強度混凝土的均方差增加極少，所以高強混凝土的強度變異系數（即均方差與平均強度的比值）要比普通混凝上低得多。均方差大體可按下式估計：
σ = 3.2 + 0.025 ƒcu
式中σ —— 均方差；
  ƒcu —— 立方強度的均值（Mpa）
上式根據北美的統計資料得出，與我國現場施工所得的少量數據相比差的不多，可以作為參考。

　　2．    質量控制與質量保證

　　混凝上的質量控制至少包括以下幾方面的內容1）施工單位、混凝土供應單位（預拌廠）和甲方委托的設計或試驗單位之間的書面協議，明確技術要求，規(guī)定各方的職責；2）各種原材料質量和性能的初始證明和定期測試證明；3）對混凝土拌合料特性（坍落度、凝結時間、含氣量、溫度等）及混凝土強度的系統測定記錄與統計。

　　混凝土供應單位保證原材料的質量；施工單位要指定一名專職的質量管理負責人總管混凝土的質量，監(jiān)督所有各方；試驗室則派專人到配料地點和澆注地點進行檢查，同時設專職人員到現場測試拌合料質量和按規(guī)定留取強度測定用的標準試件。拌合料性能和混凝土強度測定的取樣主要針對現場澆注時的混凝土，但也要根據具體情況在其它場合進行測試和取樣，如在工廠預拌裝車時，遠距離運送到現場卸料時，在現場再次投放減水劑并攪拌的前后，以及泵送前后等，拌合料的空氣含量在長時間攪拌和輸送過程中有可能增加，應作為一項測試的內容。水灰比愈低，每增加l％空氣含量造成的強度損失比例愈大。

　　拌合物的坍落度和凝結時間，以及混凝土的早期與28天強度，是高強混凝土施工質量控制的核心內容。在施工過程中應不斷的對混凝土強度及其變異程度作出統計，發(fā)現問題后及時修正。

　　混凝土質量控制的具體內容應該根據工程對象和具體條件而定，一般應實施以下的措施：

　　1)    對所有參與操作的人員進行培訓和技術交底，并對他們提出需完成的各種記錄文件的要求，比如對于運送預拌混凝土的司機，要求有路途運送時間、攪拌輸送車攪動轉速、以及裝卸車時間的記錄等；

　　2)    制訂專職人員到預拌工廠和現場的定期檢查、測定制度，包括對各種原材料和生產狀態(tài)的宏觀檢查和抽樣測試，對原材料進料、儲存、計量、裝料、攪拌、運輸、振搗、養(yǎng)護的每一環(huán)節(jié)進行監(jiān)督；

　　3)    制定駐現場技術人員對拌合料性能測定并按規(guī)定留取混凝土小試件的制度，試件的數量至少應能滿足供早期及28天強度測定所需，一般應每批不少于6組，每組3塊；

　　4)    制定應急計劃。這包括備件的準備（特別是易損壞的振搗設備），以及當供給的混凝土拌合料質量出現問題時（如拌合料因擱置時間過長變硬）的處置方案等；

　　5)    制定控制水灰比的具體措施。高強混凝土的用水量必須嚴格計算和控制，骨料的含水量應該從用水量中扣除，每天需用烘干法測定骨料含水量，每次配料時砂子的含水量還應采用含水量自動測試儀連續(xù)測定。為了減少沖洗攪拌設備遺留的水量和遠距離運輸的水分蒸發(fā)對水灰比的影響，混凝土攪拌輸送車在每次清洗后必須倒盡遺留在鼓筒中的水分，此外在任何情況下都不得在拌料中摻加計劃外用水，因各種原因造成坍落度不足而無法施工的拌合料只能另作它用；

　　6)    制定控制拌合料溫度的措施和必要時測定水化熱溫度的具體措施；

　　7)    確定施工過程所需的時間，盡可能縮短從攪拌到振搗完畢的時間過程。

　　高強混凝土施工過程中要注意的問題還有：l）為了保持砂石潔凈，對砂石堆放環(huán)境也有專門要求；2）細骨料在投料前不宜過干，其含水量宜采用自動檢測井通過自動稱量裝置，進行用水量修正；3）攪拌必須均勻，高強混凝土的攪拌要比普通強度混凝土困難，必須采用強制式攪拌機，并延長攪拌時間，約比普遍強度混凝土攪拌時間長一半；4）投料順序對強度有很大影響，需經仔細探討后確定；5）對高坍落度的流態(tài)混凝土也需認真振搗，時間可稍短些，對驅除拌料中的氣泡有作用；6）及時養(yǎng)護，低水灰比的混凝士表面不泌水，容易在凝結過程或澆注后不久就出現表面干縮裂縫，早期養(yǎng)護對高強混凝土最為緊要。

　　3．    強度檢驗

　　測定高強混凝土強度用的小試件所給出的強度數值受到多種因素的影響，情況要比普通強度混凝土中復雜得多。已有一些研究發(fā)現，由于高強混凝土的水灰比很低，即使在密封條件下也會發(fā)生自收縮，試件內部容易引起較大的內應力。高強混凝土質地密實，水份不能滲透，對于水中養(yǎng)護的試件，表面接觸水份膨脹，內部缺水收縮，結果產生內應力。如將試件從水中取出并很快進行加載試驗，得到的抗壓強度會因內應力而明顯降低。如將試件從潮濕環(huán)境中取出放在正常大氣中幾天后再進行試驗，測得的強度就會趨于平常。試種收縮膨脹自力對于抗拉強度的測試結果影響更大。

　　與普通強度混凝土相比，不同的加載設備和加載方法對高強混凝土的強度測定結果影響更為顯著。機器剛度較低時，測得高強混凝土的強度就偏低。機器加壓板的剛度和球座的對中程度與轉動能力均會影響測試結果。日本有過一項對比試驗，在16個不同研究機構的試驗機上，對同樣的混凝土試件進行抗壓強度測定。在不同機器得出的各個強度測定值中，高強混凝土的強度差異明顯大于普通強度混凝土，前者的最小值與最大值之比為0.69，而后者則為0.75。這項研究也得出試件的尺寸影響在高強混凝土中更為顯著的結論。

　　由于機器能力的限制，高強混凝土常用10cm邊長的立方試件進行強度測定，得到的強度ƒcu.10應該乘以折算系數k換算到15cm邊長標準立方試件的強度。普通強度混凝土中的這一k值為0.95。為了確定高強混凝土的k值，國內已作了不少試驗，多數結論是k值隨混凝上強度提高而降低，對于80～90MPa混凝土約為0.92。國外的許多試驗也給出類似結果，但也有個別試驗得到高強混凝土抗壓強度不受試件尺寸影響的結論。這種情況其實并不足為奇，因為在普通強度混凝土的尺寸影響試驗中，也曾有人得到尺寸影響系數為1的結論。當試件上下的加壓板剛度非常大時，尺寸影響系數趨于減少。

　　如果條件許可，應該采用標準尺寸立方塊。當必須采用 I0cm邊長試件時，從偏于安全考慮，建議折算系數k取為隨ƒcu.10而變的數值。當ƒcu.10≤55MPa時k=0.95，當ƒcu.10=90MPa時k=0.91．中間值按線性插入。

　　在高強混凝土性能的檢驗標準上，還有混凝土拌料工作度的測試方法和混凝土抗摻性能測試方法急需制訂。常規(guī)的坍落度測試方法不能完整反映流態(tài)高強混凝土的工作度特性，而現行的抗?jié)B性能測試方法主要用壓力水的滲透程度進行評估，顯然不適用于實際上不透水的高強混凝土。

　　（五）結語

　　現代高強混凝土的出現是建筑工業(yè)上的一個重要進展。在可預見的將來，它是最有潛力能被大量用于各類重要結構尤其是基礎設施工程的新一代結構材料。

　　工程中應用強度高達100MPa的高強混凝土在一些發(fā)達國家里已是比較成熟的技術。我國在現代高強混凝土領域已經作了大量的研究工作并且有了10年以上的工程實踐經驗，目前已經具備普遍推廣C50—C80高強混凝土的基本條件。

　　應用高強混凝土可帶來很大的技術經濟效益。在設計高強混凝土結構時必須注意加強構件的延性，要改變過去習慣追求低配筋率的傾向。高強混凝土的施工必須有嚴格的質量控制和保證制度，材料的試配和高效減水劑的使用應該在有經驗的專業(yè)人員指導下進行。