本发明申请涉及一种土建配料领域，尤其涉及一种C40～C50高性能混凝土及配合、搅拌方法。
背景技术：
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传统意义上的混凝土配合比设计遵循鲍罗米公式，即混凝土强度与水灰比关系式，在该配合比中，水灰比是经过理论计算得到的，这也是早期混凝土配合比的核心，该配合比设计试配过程极其繁琐，成功率很低，施工中迫切需要一种具有高流动性、高体积稳定性、适宜的强度和高耐久性的混凝土。该混凝土由水泥、矿物掺合料（以粉煤灰、粒化高炉磨细矿渣粉和硅灰等为代表）水、粗集料和细集料，外加剂等至少六种组份组成，这是一种新型混凝土，与传统意义上的混凝土有很大不同。
技术实现要素：
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本发明的目的是提供一种C40～C50高性能混凝土及配合搅拌方法。
上述的目的通过以下的技术方案实现：
一种C40～C50高性能混凝土，其组成包括：粗集料、细集料、水泥、外加剂、矿物掺合料和拌合用水，所述的配合比设计及搅拌方法分为四个步骤进行：（1）配合比准备阶段；（2）配合比各组成材料质量要求；（3）依配合比确定单方材料用量阶段；（4）配合比试拌阶段。
所述的C40～C50高性能混凝土，所述的配合比准备阶段包括：确定试配的混凝土强度，集中搅拌混凝土，管理水平较高者，混凝土强度保证率取95%，混凝土强度标准差可取4；管理水平较差者，混凝土强度保证率取95%，混凝土强度标准差宜取4或者5；零星搅拌混凝土，管理水平较高者，混凝土强度保证率取95%，混凝土强度标准差可取5；管理水平较差者，混凝土强度保证率取95%，混凝土强度标准差宜取5或者6；混凝土试配强度可按下式计算；
其中fcu.0 ≧fcu.k＋1.645σ
式中fcu.0 ----- 混凝土配制强度；
式中fcu.k ----- 混凝土立方体抗压强度标准值；
σ---- 混凝土强度标准差；
所述的C40～C50高性能混凝土，所述的配合比各组成材料质量要求为：A. 粗集料：C40混凝土用粗集料公称最大粒径不宜大于31.5mm，C50混凝土用粗集料公称最大粒径不宜大于26.5mm，二者宜优先选用连续级配锤破或反击破碎碎石，碎石母料宜优选玄武岩、安山岩、石灰岩等岩石，其单轴抗压强度宜大于100MPa，碎石压碎值宜小于10%，针片状含量宜小于10%，含泥量宜小于0.5%，碎石表观密度宜大于2.70g/cm3，其他有害杂质含量小于相应标准规定值；B. 细集料：优先选用Ⅱ区河砂，砂的细度模数宜为2.4～3.0，含泥量宜小于1.5%，表观密度宜大于2.70 g/cm3，松堆积密度宜大于1500kg/m3，如果和易性满足施工要求，也可以选用洁净机制砂；C. 水泥：优先选用普通硅酸盐水泥，对早期强度要求高或者大掺量矿物掺合料的混凝土，可选用硅酸盐水泥。水泥强度等级优先选用42.5级，原材料质量较差时，可选用52.5级水泥；D. 外加剂：优先选用高性能减水剂或高效减水剂，代表性品种按优先选用的顺序为：聚羧酸盐系、氨基羧酸盐系、萘系、氨基磺酸盐系、密胺系（三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物）；E. 矿物掺合料：优先选用Ⅱ级粉煤灰（重要工程也可选用Ⅰ级粉煤灰），优先选用S95级粒化高炉磨细矿渣粉等矿物掺合料；F. 拌合用水：优先选用饮用水拌制混凝土，也可以使用符合JGJ63-2006其他水源的水。
所述的C40～C50高性能混凝土，所述的依配合比确定单方材料用量阶段为：（1）C40～C50高性能混凝土需使用两种以上的胶凝材料，考虑到形象准确，本配合比将传统意义上的水灰比改称为水胶比；（2）根据工程经验，C40～C50高性能混凝土的水胶比宜控制在0.31～0.38之间。具体取值标准是：（a）C40混凝土取值宜为0.35～0.38之间，C50混凝土取值宜为0.31～0.34之间；（b）组成混凝土原材料品质好，水胶比可取大值；反之，混凝土原材料品质较差，水胶比宜取小值。总之，不论组成混凝土原材料品质如何，混凝土水胶比取较小值，更容易获得要求的试配强度，更容易满足耐久性要求；（3）在原材料性能和质量确定的前提下，根据历史数据和经验，初步拟定预期水胶比的大小,但试拌时不要超过事先拟定的水胶比；（4）按假定表观密度法计算确定一立方米混凝土各种材料用量：（a）.假定C40～C50高性能混凝土表观密度为2450±50 kg/m3，新拌混凝土实测表观密度与其误差在±2%之内时，可不进行修正，否则，应对表观密度进行修正;（b）.水泥单方用量：根据水泥实际强度结合检测及施工经验拟定，C40混凝土配合比可取220kg～270kg；C50混凝土配合比可取260kg～330kg;（c）.粉煤灰单方用量，根据配合比使用环境、部位、粉煤灰质量、用户对混凝土各龄期强度不同要求等限制影响因素，可选择粉煤灰的掺量占胶凝材料的15%～35%;（d）.粒化高炉磨细矿渣粉单方用量，根据配合比使用环境、部位、粒化高炉磨细矿渣粉质量、用户对混凝土各龄期强度不同要求等限制影响因素，可选择粒化高炉磨细矿渣粉的掺量占胶凝材料的15%～35%；（e）.矿物掺合料总量宜为胶凝材料总量的30%～40%之间；（f）.（c）～（d）矿物掺合料可根据施工需要掺用一种或数种，但也不局限于这两种，经试验合格也可选择其他品种的矿物掺合料；（g）.砂率确定。根据砂子的级配，细度模数、粗集料最大粒径、水胶比、工程需要、混凝土运输、输送方式的不同选择砂率，一般可取35%～40%；（h）.根据拟定的水泥用量和水胶比，计算单方用水量；（i）.以上各材料用量均确定后，可计算粗、细集料用量；（j）.优先选用高效减水剂，代表性品种按优先选用的顺序为：聚羧酸盐系、氨基羧酸盐系、萘系、氨基磺酸盐系、密胺系（三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物）；（5）矿物掺合料：优先选用Ⅰ级粉煤灰（一般工程、不重要工程也可选用Ⅱ级粉煤灰），优先选用S95级粒化高炉磨细矿渣粉等矿物掺合料；（6）每个强度等级混凝土选择三种不同水泥用量试拌混凝土，每种不同水泥用量之间相差20kg，控制工作性不变，以最后实际用水量反算水胶比，操作时要将水胶比控制在预期之内，新拌混凝土工作性和坍落度经时损失均满足要求后，装模成型三种不同配合比进行强度试验，测试各龄期强度，以28天抗压强度满足试配强度要求，并且水泥和其他胶凝材料之和成本最低者作为基准配合比；（7）按以上确定的单方原材料用量、预期水胶比，不同的配合比均试拌25～35升混凝土，用以检验混凝土拌合物工作性及强度。
所述的C40～C50高性能混凝土的配合、搅拌方法：所述的配合比试拌阶段，其砼配合比搅拌工艺为：（1）将称量好的粗集料、细集料按先后顺序加入搅拌机中，搅拌15s，然后加入65%的水，搅拌20～30 s，加入水泥和掺合料，搅拌40～60s，加入25%的水和高性能减水剂，搅拌60～90s，边搅拌边观察混凝土和易性，若混凝土流动性小，则加入剩余10%水；若混凝土流动性仍小，则继续加入0.2%～0.5%的高性能减水剂，继续搅拌60～90s，若混凝土和易性满足要求，则出料进行下一步工作，最后核定实际用水量，核定水胶比，该水胶比不得大于事先拟定的预期水胶比；（2）若混凝土和易性不满足要求，则首先需考虑高性能减水剂与水泥的相容性问题，其次考虑与其他胶凝材料与高性能减水剂相容性问题或集料的质量问题（表面特征和洁净程度等）；反之，经计算的用水量略有剩余而混凝土的工作性完全满足施工需要，这是最理想的结果；（3）搅拌完毕后检测新拌混凝土的工作性，满足要求后放入带盖容器中静止一段时间检测混凝土坍落度经时损失，此项指标满足要求后最终核定水胶比；（4）按搅拌、运输和施工控制的时间间隔测定的坍落度经时损失满足要求后，测定混凝土的表观密度，该密度与假定表观密度误差小于2%时可不调整配合比各材料用量，反之，该误差大于等于2%时需修正调整配合比各材料用量，最终核定该配合比的表观密度；（5）装模成型混凝土试件，用塑料膜覆盖，放置在20±2℃，相对湿度大于95%的环境中养护至脱模，将脱模的试件放置在20±2℃，相对湿度大于95%的湿气养生室中养护至需要的龄期，测试各龄期强度；（6）其他两种水泥用量的配合比也按以上方法进行试验，各龄期强度都测试完毕后，三组配合比28天龄期强度进行对比，选取工作性好，强度高、综合成本最小者作为基准配合比。
所述的C40～C50高性能混凝土配合、搅拌方法，所使用的设备为双卧轴砼强制搅拌机，并保证在所述的配合比试拌过程中，保证实际水胶比不大于预期的水胶比。
本发明的有益效果：
1.本发明的C40～C50高性能混凝土，强度高，组成材料品种多，强度影响因素多，在诸多强度影响因素中，水灰比占第一位，因此，在对该种混凝土进行配合比设计时，如果采用理论计算确定水灰比则很难配制出来。
本发明的C40～C50高性能混凝土，是对传统混凝土配合比设计方法的颠覆，其核心体现在水灰比的确定系经验拟定值，而不是计算值，或者说，高性能混凝土的水灰比不是理论计算出来的，混凝土配合比也不是仅仅靠计算和设计就能解决的简单问题，而是在实践经验积累和不断总结的基础上，事先拟定一个预期水灰比，试配时不得超过该值，结合有针对性、有方向性的一系列严谨试验而获得的实践性结论。
本发明的C40～C50高性能混凝土，以此为核心进行的混凝土配合比设计过程简单明了，成功率很高，性价比令人十分满意。
本发明的C40～C50高性能混凝土，经大量工程实践证明，本发明新颖、具有很强的操作性和实用性。
具体实施方式：
实施例1：
一种C40～C50高性能混凝土，其组成包括：粗集料、细集料、水泥、外加剂、矿物掺合料和拌合用水，所述的配合比设计及搅拌方法分为四个步骤进行：（1）配合比准备阶段；（2）配合比各组成材料质量要求；（3）依配合比确定单方材料用量阶段；（4）配合比试拌阶段。
实施例2：
根据实施例1所述的C40～C50高性能混凝土，所述的配合比准备阶段包括：确定试配的混凝土强度，集中搅拌混凝土，管理水平较高者，混凝土强度保证率取95%，混凝土强度标准差可取4；管理水平较差者，混凝土强度保证率取95%，混凝土强度标准差宜取4或者5；零星搅拌混凝土，管理水平较高者，混凝土强度保证率取95%，混凝土强度标准差可取5；管理水平较差者，混凝土强度保证率取95%，混凝土强度标准差宜取5或者6；混凝土试配强度可按下式计算：
其中fcu.0 ≧fcu.k＋1.645σ
式中fcu.0 ----- 混凝土配制强度；
式中fcu.k ----- 混凝土立方体抗压强度标准值；
σ---- 混凝土强度标准差；
实施例3：
根据实施例1所述的C40～C50高性能混凝土，所述的配合比各组成材料质量要求为：A. 粗集料：C40混凝土用粗集料公称最大粒径不宜大于31.5mm，C50混凝土用粗集料公称最大粒径不宜大于26.5mm，二者宜优先选用连续级配锤破或反击破碎碎石，碎石母料宜优选玄武岩、安山岩、石灰岩等岩石，其单轴抗压强度宜大于100MPa，碎石压碎值宜小于10%，针片状含量宜小于10%，含泥量宜小于0.5%，碎石表观密度宜大于2.70g/cm3，其他有害杂质含量小于相应标准规定值；B. 细集料：优先选用Ⅱ区河砂，砂的细度模数宜为2.4～3.0，含泥量宜小于1.5%，表观密度宜大于2.70 g/cm3，松堆积密度宜大于1500kg/m3，如果和易性满足施工要求，也可以选用洁净机制砂；C. 水泥：优先选用普通硅酸盐水泥，对早期强度要求高或者大掺量矿物掺合料的混凝土，可选用硅酸盐水泥。水泥强度等级优先选用42.5级，原材料质量较差时，可选用52.5级水泥；D. 外加剂：优先选用高性能减水剂或高效减水剂，代表性品种按优先选用的顺序为：聚羧酸盐系、氨基羧酸盐系、萘系、氨基磺酸盐系、密胺系（三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物）；E. 矿物掺合料：优先选用Ⅱ级粉煤灰（重要工程也可选用Ⅰ级粉煤灰），优先选用S95级粒化高炉磨细矿渣粉等矿物掺合料；F. 拌合用水：优先选用饮用水拌制混凝土，也可以使用符合JGJ63-2006其他水源的水。
实施例4：
根据实施例1所述的C40～C50高性能混凝土，所述的依配合比确定单方材料用量阶段为：（1）C40～C50高性能混凝土需使用两种以上的胶凝材料，考虑到形象准确，本配合比将传统意义上的水灰比改称为水胶比；（2）根据工程经验，C40～C50高性能混凝土的水胶比宜控制在0.31～0.38之间。具体取值标准是：（a）C40混凝土取值宜为0.35～0.38之间，C50混凝土取值宜为0.31～0.34之间；（b）组成混凝土原材料品质好，水胶比可取大值；反之，混凝土原材料品质较差，水胶比宜取小值。总之，不论组成混凝土原材料品质如何，混凝土水胶比取较小值，更容易获得要求的试配强度，更容易满足耐久性要求；（3）在原材料性能和质量确定的前提下，根据历史数据和经验，初步拟定预期水胶比的大小,但试拌时不要超过事先拟定的水胶比；（4）按假定表观密度法计算确定一立方米混凝土各种材料用量：（a）.假定C40～C50高性能混凝土表观密度为2450±50 kg/m3，新拌混凝土实测表观密度与其误差在±2%之内时，可不进行修正，否则，应对表观密度进行修正;（b）.水泥单方用量：根据水泥实际强度结合检测及施工经验拟定，C40混凝土配合比可取220kg～270kg；C50混凝土配合比可取260kg～330kg;（c）.粉煤灰单方用量，根据配合比使用环境、部位、粉煤灰质量、用户对混凝土各龄期强度不同要求等限制影响因素，可选择粉煤灰的掺量占胶凝材料的15%～35%;（d）.粒化高炉磨细矿渣粉单方用量，根据配合比使用环境、部位、粒化高炉磨细矿渣粉质量、用户对混凝土各龄期强度不同要求等限制影响因素，可选择粒化高炉磨细矿渣粉的掺量占胶凝材料的15%～35%；（e）.矿物掺合料总量宜为胶凝材料总量的30%～40%之间；（f）.（c）～（d）矿物掺合料可根据施工需要掺用一种或数种，但也不局限于这两种，经试验合格也可选择其他品种的矿物掺合料；（g）.砂率确定。根据砂子的级配，细度模数、粗集料最大粒径、水胶比、工程需要、混凝土运输、输送方式的不同选择砂率，一般可取35%～40%；（h）.根据拟定的水泥用量和水胶比，计算单方用水量；（i）.以上各材料用量均确定后，可计算粗、细集料用量；（j）.优先选用高效减水剂，代表性品种按优先选用的顺序为：聚羧酸盐系、氨基羧酸盐系、萘系、氨基磺酸盐系、密胺系（三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物）；（5）矿物掺合料：优先选用Ⅰ级粉煤灰（一般工程、不重要工程也可选用Ⅱ级粉煤灰），优先选用S95级粒化高炉磨细矿渣粉等矿物掺合料；（6）每个强度等级混凝土选择三种不同水泥用量试拌混凝土，每种不同水泥用量之间相差20kg，控制工作性不变，以最后实际用水量反算水胶比，操作时要将水胶比控制在预期之内，新拌混凝土工作性和坍落度经时损失均满足要求后，装模成型三种不同配合比进行强度试验，测试各龄期强度，以28天抗压强度满足试配强度要求，并且水泥和其他胶凝材料之和成本最低者作为基准配合比；（7）按以上确定的单方原材料用量、预期水胶比，不同的配合比均试拌25～35升混凝土，用以检验混凝土拌合物工作性及强度。
实施例5：
根据实施例1所述的C40～C50高性能混凝土的配合、搅拌方法，所述的配合比试拌阶段，其砼配合比搅拌工艺为：（1）将称量好的粗集料、细集料按先后顺序加入搅拌机中，搅拌15s，然后加入65%的水，搅拌20～30 s，加入水泥和掺合料，搅拌40～60s，加入25%的水和高性能减水剂，搅拌60～90s，边搅拌边观察混凝土和易性，若混凝土流动性小，则加入剩余10%水；若混凝土流动性仍小，则继续加入0.2%～0.5%的高性能减水剂，继续搅拌60～90s，若混凝土和易性满足要求，则出料进行下一步工作，最后核定实际用水量，核定水胶比，该水胶比不得大于事先拟定的预期水胶比；（2）若混凝土和易性不满足要求，则首先需考虑高性能减水剂与水泥的相容性问题，其次考虑与其他胶凝材料与高性能减水剂相容性问题或集料的质量问题（表面特征和洁净程度等）；反之，经计算的用水量略有剩余而混凝土的工作性完全满足施工需要，这是最理想的结果；（3）搅拌完毕后检测新拌混凝土的工作性，满足要求后放入带盖容器中静止一段时间检测混凝土坍落度经时损失，此项指标满足要求后最终核定水胶比；（4）按搅拌、运输和施工控制的时间间隔测定的坍落度经时损失满足要求后，测定混凝土的表观密度，该密度与假定表观密度误差小于2%时可不调整配合比各材料用量，反之，该误差大于等于2%时需修正调整配合比各材料用量，最终核定该配合比的表观密度；（5）装模成型混凝土试件，用塑料膜覆盖，放置在20±2℃，相对湿度大于95%的环境中养护至脱模，将脱模的试件放置在20±2℃，相对湿度大于95%的湿气养生室中养护至需要的龄期，测试各龄期强度；（6）其他两种水泥用量的配合比也按以上方法进行试验，各龄期强度都测试完毕后，三组配合比28天龄期强度进行对比，选取工作性好，强度高、综合成本最小者作为基准配合比。
实施例6：
根据实施例1或2或3或4或5所述的C40～C50高性能混凝土配合、搅拌方法，所使用的设备为双卧轴砼强制搅拌机，并保证在所述的配合比试拌过程中，保证实际水胶比不大于预期的水胶比。