高性能混凝土的研究

周寶軍

摘 要：高性能混(High?Performance?Concrete，HPC)?由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩定性等許多優良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程。

關鍵詞：高性能混凝土；耐久性；體積穩定性

中圖分類號：TV331文獻標識碼： A

一、高性能混凝土產生的背景

當代大跨、高層、海洋、軍事工程結構的發展對混凝土提出的更高的要求;處在惡劣環境下既有建筑不斷劣化、退化導致過早失效、退役甚至出現惡性事故造成巨大損失的嚴重后果;原材料生產、開采造成的生態環境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴重影響進一步發展的嚴酷現實。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點的各項性能,?多使用天然材料及工業廢渣保護環境,?走可持續發展的道路,?高性能混凝土就是在這種背景下出現并逐步完善與發展的。

二、高性能混凝土質量與施工控制

（一）高性能混凝土原材料及其選用

1.細集料。細集料宜選用質地堅硬、潔凈、級配良好的天然中、粗河砂,其質量要求應符合普通混凝土用砂石標準中的規定。砂的粗細程度對混凝土強度有明顯的影響,一般情況下,砂子越粗,混凝土的強度越高。配制C50～C80的混凝土用砂宜選用細度模數大于2.3的中砂,對于C80～C100的混凝土用砂宜選用細度模數大于2.6的中砂或粗砂。

2.粗集料。高性能混凝土必須選用強度高、吸水率低、級配良好的粗集料。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質砂巖、石灰巖、花崗巖、玄武巖碎石,級配符合規范要求。

3.細摻合料。配制高性能混凝土時,摻入活性細摻合料可以使水泥漿的流動性大為改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石強度有所提高。更重要的是,加入活性細摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結構,使混凝土的強度、抗滲性與耐久性均得到提高。

4.減水劑及緩凝劑。由于高性能混凝土具有較高的強度,且一般混凝土拌合物的坍落度較大(15～20㎝左右),在低水膠比(一般＜0.35)一般的情況下,要使混凝土具有較大的坍落度,就必須使用高效減水劑,且其減水率宜在20﹪以上。有時為減少混凝土坍落度的損失,在減水劑內還宜摻有緩凝的成份。此外,由于高性能混凝土水膠比低,水泥顆粒間距小,?能進人溶液的離子數量也少,因此減水劑對水泥的適應性表現更為敏感。因大部分高性能混凝土施工時采用泵送,故摻減水劑后混凝土拌合物的坍落度損失不能太快太大,否則影響泵送。

5.礦物摻合料

(1)粉煤灰,粉煤灰是燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細微粉末,又稱“飛灰”(Fly?Ash),其顆粒多呈球形,表面光滑。

(2)硅粉(Silica?Fume,簡寫SF)又稱硅灰,是從生產硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細的煙塵。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥,結合應用減水劑,可使混凝土各方面的物理力學性能都得到顯著提高。

（二）配合比設計控制要點

1.設計思路有很大區別

在以往的配合比設計方法中，是按混凝土的強度等級要求計算水灰比，而現在則是按耐久性的要求，首先根據環境作用等級確定電通量指標，由此來選擇水膠比、控制膠凝材料最小用量以及摻和料的比例。

2.膠凝材料用量及粉煤灰所占比例

在進行配合比參數設計時，為保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應處在一個適宜范圍內，不僅有最低限要求，同時，對于C30及以下混凝土，膠凝材料總量不宜高于400kg/m3，C35～C40不宜高于450kg/m3。使用粉煤灰等礦物摻和料，并不是單純地考慮降低混凝土成本，首先是為了混凝土耐久性的需要，特別是可以有效改善混凝土抵抗化學侵蝕的能力（包括氯化物侵蝕、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應等）。

3.含氣量的要求

含氣量的要求也是客運專線高性能混凝土與普通混凝土的重要區別之一?；炷林羞m量的引氣，不僅能改善抗凍性，同時可顯著減輕混凝土的泌水性，使水在拌合物中的懸浮狀態更加穩定，從而提高混凝土材料的均勻性和穩定性。

（三）高性能混凝土的施工控制

1.攪拌?；炷猎牧蠎獓栏癜凑帐┕づ浜媳纫筮M行準確稱量,稱量最大允許偏差應符合下列規定(按重量計):膠凝材料(水泥、摻合料等)±1%；外加劑±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。應采用臥軸式、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌混凝土,采用電子計量系統計量原材料。攪拌時間不宜少于2min,也不宜超過3min。炎熱季節或寒冷季節攪拌混凝土時,必須采取有效措施控制原材料溫度,以保證混凝土的入模溫度滿足規定。

2.運輸。應采取有效措施，保證混凝土在運輸過程中保持均勻性及各項工作性能指標不發生明顯波動。應對運輸設備采取保溫隔熱措施,防止局部混凝土溫度升高(夏季)或受凍(冬季)。應采取適當措施防止水分進入運輸容器或蒸發。

3.澆筑。(1)混凝土入模前,應采用專用設備測定混凝土的溫度、坍落度、含氣量、水膠比及泌水率等工作性能；只有拌合物性能符合設計或配合比要求的混凝土方可入模澆筑?；炷恋娜肽囟纫话阋丝刂圃?～30℃(2)混凝土澆筑時的自由傾落高度不得大于2m當大于2m時,應采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土,保證混凝土不出現分層離析現象。（3）混凝土的澆筑應采用分層連續推移的方式進行,間隙時間不得超過90min,不得隨意留置施工縫。（4）新澆混凝土與鄰接的己硬化混凝土或巖土介質間澆筑時的溫差不得大于15℃。

4．振搗?？刹捎貌迦胧秸駝影?、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設備振搗混凝土。振搗時應避免碰撞模板、鋼筋及預埋件。采用插入式振搗器振搗混凝土時,宜采用垂直點振方式振搗。每點的振搗時間以表面泛漿或不冒大氣泡為準,一般不宜超過30s,避免過振。若需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置,應首先豎向緩慢將振搗棒拔出,然后再將振搗棒移至新的位置,不得將振搗棒放在拌合物內平拖。

5.養護。高性能混凝土早期強度增長較快,一般3天達到設計強度的60%,7天達到設計強度的80%,因而,混凝土早期養護特別重要。通常在混凝土澆注完畢后采取以帶模養護為主,澆水養護為輔,使混凝土表面保持濕潤。養護時間不少于14天。

6．質量檢驗控制。除施工前嚴格進行原材料質量檢查外，在混凝土施工過程中，應對混凝土的以下指標進行檢查控制：混凝土拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率、勻質性。硬化混凝土：標準養護試件抗壓強度、同條件養護試件抗壓強度、抗滲性等

三、綠色高性能混凝土

高性能混凝土(HPC)具有下列特征:

(1)更多地節約熟料水泥,降低能耗與環境污染;

(2)更多地摻加工業廢料為主的細摻料;

(3)更大地發揮混凝土的高性能優勢,減少水泥與混凝土的用量。因此,高性能混凝土本身就可成為綠色混凝土。

綠色高性能混凝土已被廣泛應用于市政工程、民用建筑和工業建筑,與普通混凝土相比,高性能混凝土具有更好的施工性能和耐久性,同時可以更多地利用工業廢渣及其它廢棄物,有良好的經濟指標和環保意義,因此,綠色高性能混凝土是混凝土的發展方向。

四、結論

通過對高性能混凝土抗凍性能試驗研究可得出以下結論,混凝土的抗凍性主要與所引入的空氣含量、氣泡的質量、混凝土強度和水膠比等因素密切相關，高性能混凝土的含氣量宜為2%～4%，這樣配制的混凝土具有200次以上的抗凍性能。高性能混凝土的抗凍性能與外加劑密切相關，外加劑的摻量存在一個最優值，本試驗中最優摻量在0.95%～1.00%之間。如今我國HPC發展形勢一片良好，但是要使HPC?在建筑工程中推廣使用還需一個認識和實踐的過程。隨著我國建筑基礎建設的不斷增強，HPC必將成為新世紀的重要建筑工程材料?；谏鲜鎏攸c,高性能混凝土成為我國近期混凝土技術的主要發展方向。

五、參考文獻

[1]?吳中偉.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[2]?吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社，1999.

[3]?丁大鈞.高性能混凝土及其在工程中的應用[M].北京:機械工業出版社,2007.

[5]?陳肇元.等.混凝土結構耐久性設計與施工指南[M].北京:中國建筑工業出版社，2004.

[6]?卞春麗,梁曉平.高性能混凝土技術特點及應用[J].山西建筑