小議高性能混凝土的應用與設計要點

摘要:高性能混凝土以耐久性設計優先而不以強度設計優先。片面強調混凝土的高強度有可能影響混凝土耐久性能的提高。采用低水膠比和摻加足量的礦物細摻料與高效外加劑等等技術措施是提高混凝土耐久性能的重要手段。要求混凝土具有全面的高性能是不科學的。高性能混凝土的基本性能首先是硬化混凝土的耐久性能和塑性混凝土的工作性能，其次是為了滿足人們的特殊需要的某個或某些特殊性能。本文對高性能混凝土在現代建筑工程的各個應用方面進行了論述，并對高性能混凝土在建筑工程中的設計要點進行分析。

關鍵詞:高性能 混凝土 建筑工程 應用 設計

0 引言

高性能混凝土是一種新型的高技術混凝土，是在大幅度提高常規混凝土性能的基礎上，采用現代混凝土技術，選用優質原材料，在妥善的質量控制下制成的。除采用優質水泥、集料和水外，配制高性能混凝土還必須采用低水膠比和摻加足量的礦物細摻料與高效外加劑。它必須采用嚴格的施工工藝，采用優質材料配制，便于澆搗、不離析、力學性能穩定、早期強度高、具有韌性和體積穩定性等性能的耐久的混凝土，特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴酷環境中的建筑結構。

1 高性能混凝土在現代工程中的應用

高性能混凝土技術正在世界各地成功地用于很多離岸結構物和長大跨橋梁的建造，Langley等人敘述了幾種加拿大一長大跨橋梁所用的拌合物。它們用于主梁、墩部和墩基，硅粉混合水泥用量為450Kg/m3，水153L/m3，引氣劑160mL/m3和高效減水劑3L/m3。其坍落度大約在200mm;含氣量6.1%;1d、3d、28d抗壓強度分別為35、52和82MPa;基礎和其他大塊混凝土的混合水泥用量為307Kg/m3，粉煤灰133Kg/m3，用水量接近，但引氣劑和高效減水劑摻量大幅度減小，坍落度約在185mm;含氣量7%;1d、3d、28d和90d抗壓強度分別為10、20、50和76MPa。根據加拿大和美國的透水性與氯離子快速滲透標準方法實驗結果表明:兩部分混凝土都呈現非常低的滲透性。對高性能混凝土結構的施工，需要非常強調加強現場實驗室試驗和質量驗收。

高性能混凝土發展的另一領域是高性能輕混凝土，相對于鋼材，普通混凝土的強度/自重比很低，摻有高效減水劑的高強混凝土則大大提高了該比例;用有大量微孔的輕骨料代替部分普通骨料，就能進一步提高這個比例。由于骨料的質量不同，密度為2000Kg/m3、抗壓強度在70~80MPa的高性能輕混凝土在一些國家已經商品化并用于構件生產。在澳大利亞、加拿大、日本、挪威和美國，高性能輕混凝土已用于固定式和漂浮式鉆井平臺;因為水泥漿和骨料之間的界面粘結強度高，它可以不透水，所以在侵蝕環境中能夠很耐久。

采用摻10~15%硅粉甚至更高的混合水泥配制的超塑化混凝土，具有優良的粘附力，因此適用于濕噴的噴射混凝土進行結構修補，這也是高性能混凝土的應用領域之一。

1.1 高性能混凝土在高層建筑中的應用 高性能混凝土(>40MPa)首先用于30層以上高層建筑物的鋼筋混凝土結構，因為這種建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土時斷面很大。除節省材料費用外，與鋼結構相比，加快施工速度也是采用混凝土結構的重要特點。

應用實例:a高性能混凝土應用C80高強與高性能混凝土在沈陽方園大廈、大西電業園等多項高層建筑鋼管混凝土柱中應用。b上海高性能混凝土研究領域中取得一大批可喜的成果，其中具有代表性的成果有:中華第一高樓——88層金茂大廈的C40一次泵送到382.5m;明天廣場礦渣微粉C80泵送混凝土;在上海教育電視臺綜合樓大體積基礎混凝土，水泥用量只占膠凝材料總量的46%，配制的混凝土漿量飽滿，混凝土工作性、粘聚性和抗離析性能都十分優異，強度達到C40的高性能混凝土。

1.2 高性能道面混凝土隨著對交通運輸要求的日益提高，發展“長壽命低維護路面”，采用高性能道面混凝土，提高混凝土的抗折強度與耐久性是當前道面混凝土的發展趨勢。1997年召開的第十六屆國際混凝土路面會議，提出路面設計不僅要提出平均強度要求，還應提出耐久性要求。在未來發展方向中提出抗拉強度達17MPa的超高強混凝土，用于鋪筑連續的混凝土路面。提高混凝土道面表面的致密性、抗滲性都是很重要的，而這是需要通過高性能混凝土來實現的。

高性能道面混凝土的重要特征是具有高抗折強度。使用高性能道面混凝土可以顯著提高道面的承載能力，延長使用壽命或減薄道面的厚度以降低工程造價。高性能道面混凝土的主要特征是具有足夠的耐久性，能夠抵抗氣候和環境的長期破壞作用，保證在道面的設計使用期限內，混凝土能夠正常工作。

2 高性能混凝土在建筑工程中的設計要點分析

2.1 應該根據工程的使用功能與混凝土結構周圍環境的具體情況設計混凝土的目標性能。要求混凝土具有全面的高性能是不科學的。這不僅在技術上難以達到，而且也要造成資源上的極大浪費。

2.2 采用低水膠比，控制混凝土中的水泥用量。其目的是為了降低混凝土的溫升，增強硬化混凝土的體積穩定性能，減少硬化混凝土的收縮裂縫。水膠比較大時，混凝土中會留下較多的毛細孔，增加硬化混凝土的收縮。

2.3 摻加足量的礦物細摻料。使用礦物細摻料是配制高性能混凝土的一個重要手段。其目的是為了抑制混凝土中堿骨料反應的危害。吳中偉教授認為，礦物細摻料是高性能混凝土的主要組成材料之一，它起著根本改變常規混凝土性能的作用。在配制高性能混凝土時，摻入部分活性礦物細摻料可以促進水泥水化生成物的進一步轉化。改善硬化混凝土的孔結構，提高混凝土的密實性能。應該注意，礦物細摻料的使用不是簡單的對水泥的代替。應該根據具體情況確定礦物細摻料的品種與摻量。研究表明，將兩種以上的礦物細摻料復合使用時，其綜合效果優于其分別單獨使用的總和，這就是所謂的超疊加效應。

2.4 摻加高效外加劑。高效外加劑是配制高性能混凝土的必備材料。正是由于高效外加劑的發展才使高性能混凝土的制造成為可能。現在已經有了制造各種高性能混凝土的系列外加劑，雖然他們的性能還有待進一步提高。超疊加效應也存在于外加劑與外加劑的復合使用以及外加劑與礦物細摻料的復合使用中。將兩種奈系高效減水劑按照一定的比例復合使用，可以使復合后的產品的各組分間的作用相互調節，從而達到發揮其各自的優勢的目的，其綜合效果超過兩種外加劑單獨使用的效果的總和，應該通過試驗，找出最佳匹配材料與最佳匹配比例。

2.5 除非混凝土的設計強度較高，否則不要使用高標號水泥;除非有特殊的需要，否則應該避免使用早強水泥。

2.6 在連續澆注的混凝土結構中，必須保證混凝土具有相同的塌落度。當混凝土的塌落度不同時，混凝土在硬化過程這產生的收縮也不同，兩種不同塌落度的混凝土之間容易產生較大的收縮裂縫。

2.7 根據工程的具體情況采取不同的結構形式以賦予混凝土最佳的性能。例如鋼纖維增強混凝土、杜拉纖維增強混凝土、鋼管混凝土等。

對混凝土中堿骨料反應的研究結果表明，引起混凝土中堿骨料反應的三個主要條件是使用了堿活性骨料、使用了高含堿量的水泥和混凝土結構所在處的環境中有水存在。其中結構使用環境中有水存在是發生堿骨料反應的必要條件。堿骨料反應除了可以應用復合使用礦物細摻料的方法加以抑制外，也可以破壞其產生的條件來加以避免。例如，用于室內的不接觸水的結構，可以不考慮堿骨料反應的危害;對于用于室外的混凝土結構，我們也可以將使用堿活性骨料配制成鋼管混凝土，由于環境中的水很難滲透進鋼管里，因此堿骨料反應就難以發生。含有堿活性成分的骨料也是可以使用的。這就為我們找到了合理利用高堿活性骨料的新途徑。