高性能混凝土配制技術(shù)

江蘇鹽城二建集團(tuán)市政工程有限公司 楊樹紅 董月燈

高性能混凝土配制技術(shù)

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一、高性能混凝土的性能

高性能混凝土（HPC）是指使用常規(guī)的硅酸鹽水泥、砂、石等原材料，使用常規(guī)制作工藝，主要依靠高效減水劑和活性摻和料配制的水泥混凝土，主要有三方面的性能。

1. 高工作度。高性能混凝土拌和物具有大流動(dòng)性、可泵性、不離析，而且保塑時(shí)間可根據(jù)工程需要來調(diào)整，便于澆注密實(shí)。

2. 高強(qiáng)度。高性能混凝土具有良好的物理性能，即有較高的強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性，混凝土28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到35 MPa以上，彈性模量達(dá)到30 GPa以上。

3. 高耐久性。高性能混凝土具有上百年的使用壽命，結(jié)構(gòu)密實(shí)，抗?jié)B、抗凍、抗碳化，耐久性高。基于其良好性能，高性能混凝土越來越多地被應(yīng)用于建造大跨度橋梁、高層建筑、海底隧道、海上采油平臺(tái)等工程上，為建造大型建筑物提供了可靠的技術(shù)保證。

二、配制高性能混凝土的主要技術(shù)途徑

為實(shí)現(xiàn)混凝土的高性能即高流態(tài)、高強(qiáng)度、高耐久性，混凝土的配合比應(yīng)符合以下幾方面。

1. 合理配制水灰比，即水、膠凝料比合理。高性能混凝土配合比配制技術(shù)的核心是將水灰比降至0.2～0.3，用水量為125～135 L/m3，而坍落度可達(dá)180～200 mm。其最佳水灰比為0.22左右。

2. 選擇合適的水泥。高能性混凝土使用的水泥必須是：標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量要低，從而使混凝土在低水膠比時(shí)也能獲得大流動(dòng)；水泥的水化熱要低，以避免因混凝土內(nèi)外溫差大而產(chǎn)生裂紋；水泥的強(qiáng)度要高，以保證用較少的水泥獲得高強(qiáng)度混凝土，中熱硅酸鹽水泥、調(diào)粒水泥、球狀水泥等可用來配制高性能混凝土。

3. 使用高效減水劑。由于膠凝材料用量大，水灰比低，混凝土拌和物黏性大等因素，為了獲得高強(qiáng)度、高性能混凝土，就必須采用高效減水劑，日本稱之為高性能AE減水劑，其特點(diǎn)是既有高的減水率（20% ～ 30%），又有控制坍落度損失的性能。目前，我國(guó)生產(chǎn)的普通高效減水劑不具有高性能AE減水劑的性能，通常是將普通高效減水劑與緩凝劑復(fù)合起來使用。高效減水劑對(duì)水泥的適用性，在高性能混凝土中表現(xiàn)更為敏感。

4. 選擇高質(zhì)量的骨料。高性能混凝土對(duì)骨料的顆粒級(jí)配和最大粒徑有更嚴(yán)格的要求。細(xì)骨料應(yīng)選用石英含量高，顆粒渾圓潔凈，具有平滑篩分曲線的中粗砂，細(xì)度模數(shù)2.6～3.2。粗骨料應(yīng)是高強(qiáng)、低吸水率、表面結(jié)構(gòu)粗糙的碎石。粗骨料的最大粒徑的大小對(duì)混凝土強(qiáng)度影響較大，加大骨料尺寸會(huì)使混凝土強(qiáng)度下降，且強(qiáng)度等級(jí)越高越明顯。

5. 摻入活性礦物材料。常用的礦物質(zhì)摻和料主要有硅粉、磨細(xì)礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、超細(xì)滑石粉等。

為了改善骨料與膠凝材料之間的界面結(jié)構(gòu)，在混凝土中應(yīng)摻入超細(xì)礦粉物質(zhì)摻和料，使其與界面上的氫氧化鈣進(jìn)行二次反應(yīng)生成難溶的水化硅酸鈣凝膠，沉淀在界面的空隙內(nèi)，降低氫氧化鈣的聚集及定向排列，提高界面強(qiáng)度和混凝土的抗?jié)B性，改善新拌混凝土的工作度，降低混凝土初期的水化熱，減少溫度裂縫。一般地，配制高性能混凝土?xí)r，粉煤灰的摻量為膠結(jié)材料總量的15%～35%。

三、高性能混凝土施工工藝要求

1. 攪拌。為了獲得高工作性能的混凝土拌和物，應(yīng)選用攪拌效率高、均質(zhì)性好的雙錐式攪拌機(jī)。

2. 澆注。高性能混凝土的坍落度一般都在20 cm以上，并不是免振自密實(shí)混凝土。不經(jīng)振搗的高性能混凝土，強(qiáng)度和抗?jié)B等級(jí)均會(huì)有所降低。因此，短時(shí)間的振搗是必要和有效的。

3. 養(yǎng)護(hù)。由于高性能混凝土的用水量較少，水化反應(yīng)迅速，會(huì)使毛細(xì)管中斷，若養(yǎng)護(hù)水不能及時(shí)進(jìn)入混凝土內(nèi)部，就不會(huì)進(jìn)一步水化。所以高能性混凝土在早期應(yīng)加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)。

4. 計(jì)量精度。高性能混凝土的原材料均應(yīng)按質(zhì)量計(jì)量，并使計(jì)量誤差盡可能小，否則，將會(huì)對(duì)混凝土的強(qiáng)度產(chǎn)生較大影響。

原材料的計(jì)量精度不應(yīng)超過如下規(guī)定：水泥、礦物摻和料± 2%，粗、細(xì)骨料±3%，水、外加劑±1%。

四、高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)原則

由于高性能混凝土的強(qiáng)度高，影響因素多，目前尚無適合高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的統(tǒng)一方法，世界各國(guó)都在各自的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上粗略計(jì)算具體的配合比。筆者現(xiàn)介紹一種高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)原則，經(jīng)大量實(shí)驗(yàn)證明它是簡(jiǎn)便而有效的，其設(shè)計(jì)步驟如下。

1. 配制強(qiáng)度的確定。由于影響高性能混凝土強(qiáng)度確定的因素多，變異系數(shù)大，因此，配制強(qiáng)度應(yīng)根據(jù)材料的具體情況適當(dāng)增大。對(duì)于用碎石配制的高性能混凝土可參考相關(guān)資料，結(jié)合實(shí)際工程需要選用合適的配制強(qiáng)度。

2. 礦物質(zhì)摻和料摻量的確定。礦物質(zhì)摻和料的摻量要根據(jù)活性二氧化硅的含量大小，一般內(nèi)摻CX（10%～15%）。活性二氧化硅含量高取下限，含量低取上限。

3. 用水量的確定。用水量的多少要根據(jù)混凝土拌和物坍落度的大小和高性能減水劑的效果確定，一般用水量小于175 kg/ m3。

4. 砂率的確定。由于高性能混凝土的水灰比小，膠凝材料用量大，黏度大，混凝土拌和物的工作性容易保證，所以砂率可以適當(dāng)降低，一般為36% ～42%。

5. 粗骨料的用量。粗骨料的用量可用假定密度法確定。高性能混凝土的密度大，其表觀密度約2 450～2 500 kg/m3。

實(shí)踐證明，混凝土中摻加適量硅灰、粉煤灰等，能配制出高強(qiáng)度高性能混凝土，可大幅度提高混凝土的致密性和耐久性，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，值得廣泛推廣應(yīng)用。