淺談高性能混凝土

摘要：介紹高性能混凝土發(fā)展過程，指出高性能混凝土特性，闡明高性能混凝土技術(shù)要點(diǎn)及施工控制。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土 技術(shù)要點(diǎn) 施工控制

0 引言

高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。它以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)，針對不同用途要求，具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，同時低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，摻加足夠數(shù)量礦物細(xì)摻料和高效外加劑的配置特點(diǎn)，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土。本文根據(jù)參加新建鐵路哈爾濱至大連客運(yùn)專線工程施工的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，簡單談?wù)劯咝阅芑炷良夹g(shù)。

1 高性能混凝土定義

1990年5月，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院與美國混凝土協(xié)會召開會議，首次提出高性能混凝土這個名詞。對高性能混凝土至今國際上沒有一個公認(rèn)的定義，美國和加拿大的學(xué)者強(qiáng)調(diào)并側(cè)重是硬化后混凝土的性能，特別是耐久性；而日本學(xué)者則重視混凝土在新拌狀態(tài)的高流動性與自密實(shí)性。綜合各國學(xué)者意見，高性能混凝土具有體現(xiàn)工程設(shè)計和施工要求的綜合的優(yōu)異的技術(shù)特性。一般認(rèn)為高性能混凝土是指用常規(guī)的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥、砂石等做原材料，使用常規(guī)制作工藝，主要依靠高效減水劑和活性礦物摻合料配制的水泥混凝土。

2 高性能混凝土特性

2.1 自密實(shí)性高性能混凝土的用水量較低，流動性好，抗離析性高，從而具有較優(yōu)異的填充性。因此，配好恰當(dāng)?shù)拇罅鲃有愿咝阅芑炷劣休^好的自密實(shí)性。

2.2 體積穩(wěn)定性高性能混凝土體積穩(wěn)定性較高，表現(xiàn)為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土彈性模量為20～25GPa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土，其彈性模可達(dá)40～45GPa。采用高彈性模量、高強(qiáng)度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理配合比配制的高性能混凝土，90天齡期干縮值低于0.04%。

2.3 強(qiáng)度高性能混凝土抗壓強(qiáng)度已超過200MPa。目前，28d平均強(qiáng)度介于100～120MPa的高性能混凝土，已在工程中應(yīng)用。高性能混凝土抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度值比較高強(qiáng)混凝土有明顯增加，高性能混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展加快，而后期強(qiáng)度的增長率卻低于普通強(qiáng)度混凝土。

2.4 水化熱由于高性能混凝土的水灰比較低，會較早的終止水化反應(yīng)，因此，水化熱相應(yīng)降低。

2.5 收縮和徐變高性能混凝土總收縮量與其強(qiáng)度成反比，強(qiáng)度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強(qiáng)度的提高而增大。相對濕度和環(huán)境溫度，仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個主要因素。

高性能混凝土徐變變形顯著低于普通混凝土，高性能混凝土與普通強(qiáng)度混凝土相比較，高性能混凝土徐變總量（基本徐變與干燥徐變之和）有顯著減少。在徐變總量中，干燥徐變值的減少更為顯著，基本徐變僅略有一些降低。而干燥徐變與基本徐變的比值，則隨著混凝土強(qiáng)度的增加而降低。

2.6 耐久性高性能混凝土除通常抗凍性、抗?jié)B性明顯高于普通混凝土外，高性能混凝土滲透率，明顯低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實(shí)性和抗?jié)B性，因此，其抗化學(xué)腐蝕性能顯著優(yōu)于普通強(qiáng)度混凝土。

2.7 耐火性高性能混凝土在高溫作用下，會產(chǎn)生爆裂、剝落。為克服這一性能缺陷，可在高性能混凝土中摻入有機(jī)纖維，在高溫下混凝土中的纖維能熔解、揮發(fā)，形成許多連通孔隙，使高溫作用產(chǎn)生的蒸汽壓力得以釋放，從而改善高性能混凝土的耐高溫性能。

3 高性能混凝土技術(shù)要點(diǎn)

3.1 低水膠比低的水膠比，在保證工作度的情況下盡可能減少水的用量。

3.2 高效減水劑使用高效減水劑以保證在水膠比比較低，膠結(jié)材料用量不多的情況下提高工作度。

3.3 高質(zhì)量骨料選擇高質(zhì)量的骨料，高性能混凝土對骨料的顆粒級配和粒徑有著更嚴(yán)格的要求，要求細(xì)骨料應(yīng)選用潔凈的砂子，粗骨料應(yīng)是高強(qiáng)、低吸水性的碎石。

3.4 活性礦物材料摻入活性礦物材料可以帶來很多益處：①改善新拌混凝土的工作度。②降低混凝土硬化初期的水化熱，減少了溫度裂縫。③活性礦物材料與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2起火山灰反應(yīng)，使硬化水泥漿內(nèi)的空隙細(xì)化，提高水泥漿和水泥漿與骨料界面的強(qiáng)度，提高混凝土的抗?jié)B性，有利于混凝土在酸性環(huán)境下的耐久性。

4 高性能混凝土施工控制

高性能混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于保證原材料和拌合物質(zhì)量的穩(wěn)定。應(yīng)充分考慮施工過程中可能出現(xiàn)的各種情況，制定充分的預(yù)防措施，合理設(shè)置原材料和拌合物的質(zhì)量是否穩(wěn)定的控制點(diǎn)。下面強(qiáng)調(diào)以下幾個施工控制要點(diǎn)：

4.1 攪拌站集中拌制耐久性混凝土盡可能的采用大型攪拌站集中拌制，由于采用電子計量系統(tǒng)對各種原材料進(jìn)行計量，整套設(shè)備自動化程度較高，受操縱人員人為影響較小，對混凝土配合比的要求執(zhí)行的比較好，這樣攪拌出的混凝土比較均勻，質(zhì)量也相對穩(wěn)定，混凝土的耐久性相對較好。

4.2 加強(qiáng)拌和物檢測以往對混凝土拌和物出機(jī)及現(xiàn)場的指標(biāo)一般只測混凝土坍落度，看混凝土的和易性和泌水情況。而現(xiàn)在還要加測出機(jī)溫度、含氣量、入模溫度、壓力泌水率等指標(biāo)而且頻率比較大，這就要求試驗(yàn)人員要配備的比普通混凝土施工的要多。

4.3 骨料級配粒徑

4.3.1 細(xì)骨料。細(xì)骨料應(yīng)選用潔凈的砂子，最好是圓形顆粒的天然河砂，級配顆粒應(yīng)符合標(biāo)準(zhǔn)。

4.3.2 粗骨料。粗骨料要按粒徑分倉堆放，嚴(yán)格按試驗(yàn)試配結(jié)果比例進(jìn)行二次或三次級配，禁止按一種比例一成不變的對粗骨料進(jìn)行級配。任何新選料源或連續(xù)使用同料源、同品種、同規(guī)格的粗細(xì)骨料達(dá)一年時，要進(jìn)行全面檢測。

4.4 混凝土溫度

4.4.1 混凝土溫度控制原則。混凝土溫度控制的原則是：①升溫不要太早和太高；②降溫不要太快；③混凝土中心和表面之間，新老混凝土之間以及混凝土表面和大氣之間的溫差不要太大。溫度控制的方法制度要根據(jù)氣溫（季節(jié)），混凝土內(nèi)部溫度、構(gòu)件尺寸、約束尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件來確定。

4.4.2 夏季施工應(yīng)注意事項(xiàng)。在高溫下拌合、澆筑和養(yǎng)護(hù)會損害混凝土的質(zhì)量和耐久性，過熱會使坍落度損失過快，拌合物用水量增大。因此，炎熱天氣施工對混凝土施工最高溫度和澆筑作業(yè)應(yīng)有限制（入模溫度不宜高于氣溫且不宜超過30℃）。降溫主要措施有：①用冷水或冰水做拌和水；②冷卻水泥溫度；③用冷卻水噴灑、浸泡或冷風(fēng)降低骨料溫度；④對攪拌和運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行遮陰、隔熱處理；⑤夜間澆筑。

4.4.3 冬季施工應(yīng)注意事項(xiàng)。規(guī)定冬季攪拌混凝土應(yīng)具有一定的出機(jī)溫度（出機(jī)溫度不宜低于10℃，入模溫度不低于5℃），主要是避免混凝土早期受凍。為使混凝土達(dá)到必要的出機(jī)溫度，通常需要對拌和水或骨料進(jìn)行預(yù)熱，或兩者都加熱。加熱拌和水是最有效的辦法，但拌和水的加熱程度要適當(dāng)，且應(yīng)保證每盤混凝土之間溫度相差不太懸殊。為避免發(fā)生速凝或假凝現(xiàn)象，太熱的水不要直接與水泥或外加劑接觸。為此，可采用加熱水與骨料先拌和的攪拌工藝。

4.4.4 新舊混凝土澆注面溫度控制。新澆混凝土與鄰接的已硬化的混凝土或巖土介質(zhì)間的溫差不得大于15℃。這是因?yàn)樾聺不炷翝仓谝延不炷帘砻鏁r，由于兩種混凝土的收縮不能同步，新澆混凝土往往由于收縮受到硬化混凝土的限制而產(chǎn)生開裂，這種現(xiàn)象在兩種混凝土溫差過大時更為明顯。

4.4.5 混凝土拆模溫度控制。混凝土拆模時，芯部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環(huán)境之間的溫差均不得大于20℃。在炎熱和大風(fēng)干燥季節(jié)，應(yīng)采取有效措施防止混凝土在拆模過程中開裂。

4.5 混凝土養(yǎng)護(hù)混凝土養(yǎng)護(hù)要注意濕度和溫度兩個方面。養(yǎng)護(hù)不不僅是澆水保濕，還要注意控制混凝土的溫度變化。在濕養(yǎng)護(hù)的同時，應(yīng)該保證混凝土表面溫度與內(nèi)部溫度和所接觸的大氣溫度之間不出現(xiàn)過大的差異。采取保溫和散熱的綜合措施，可以防止溫降和溫差過大。

5 結(jié)束語

隨著社會發(fā)展的需要，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，高性能混凝土的研究、生產(chǎn)與應(yīng)用在不少重要工程中被采用，顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性和效益性。本文對高性能混凝土特性、技術(shù)要點(diǎn)和施工控制方面做了初步探討，供大家參考學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]《高性能混凝土主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)與施工關(guān)鍵技術(shù)》（鐵科院編）.

[2]《高速鐵路高性能混凝土應(yīng)用管理技術(shù)》（趙國堂）.