淺析高強度高性能混凝土的優勢及配比

一、高強度高性能混凝土概念

對于高強混凝土， 各國沒有準確的定義， 同時各國的區分標準也不盡相同。長期以來，我國現場澆筑混凝土強度等級大量低于C30， 預制混凝土構件普遍低于C40:同時混凝土結構設計規范中的計算公式大部分是根據較低強度混凝土構件的試驗數據得出， 對于強度較高的C50 或更高等級的混凝土明顯不適用; 另外從混凝土的制作技術來看， C50 及更高等級的混凝土在施工時需要嚴格的質量管理制度和較高的施工水平。考慮到我國目前的施工水平和質量管理制度現狀， 以C50 作為劃分高強混凝土的指標， 強度等級達到或超過C50 的混凝土為高強混凝土。高性能混凝土概念的提出至今也只有10 多年的時間， 它是伴隨著高強混凝土而問世的。高性能混凝土不僅滿足工業化預拌生產和機械化泵送施工、具有足夠的強度，而且是一種耐久性優異的混凝土。與傳統的混凝土相比， 高性能混凝土在配合比上的特點是低用水量、較低的水泥用量， 并以化學外加劑與粉煤灰作為水泥、砂石之外的基本組成成分。這些使硬化混凝土內部的孔隙少， 具有致密的微觀和細觀結構， 抗滲性能優良， 因此高性能混凝土的耐久性很好。高性能混凝土在硬化過程中體積穩定、水化熱低、溫升小， 冷卻時的溫度收縮小， 干燥收縮也小， 所以硬化后不易產生宏觀和微觀裂縫。我國鋼筋混凝土結構規范組1978 年的一項調查表明， 在一般環境下有40% 工業民用建筑結構的混凝土已碳化到鋼筋表面， 而在較潮濕的環境下90% 構件已經銹蝕。因此在混凝土的耐久性問題受到普遍重視的今天， 高性能混凝土無疑是解決結構耐久性最有效和最經濟的途徑。

二、高強混凝土有三大優越性

1、在一般情況下，混凝土強度等級從C30提高到C60，對受壓構件可節省混凝土30-40%;受彎構件可節省混凝土10-20%。

2、凝土比普通混凝土成本上要高一些，但由于減少了截面，結構自重減輕，這對自重占荷載主要部分的建筑物具有特別重要意義。再者，由于梁柱截面縮小，不但在建筑上改變了肥梁胖柱的不美觀的問題，而且可增加使用面積。以深圳賢成大廈為例，該建筑原設計用C40級混凝土，改用C60級混凝土后，其底層面積可增大1060平方米，經濟效益十分顯著。

3、由于高強混凝土的密實性能好，抗滲、抗凍性能均優于普通混凝土。因此，國外高強混凝土除高層和大跨度工程外，還大量用于海洋和港口工程，它們耐海水侵蝕和海浪沖刷的能力大大優于普通混凝土，可以提高工程使用壽命。

4、高強混凝土變形小，從而使構件的剛度得以提高，大大改善了建筑物的變形性能。

三、高強混凝土配合比設計的一般原則

1、高強混凝土的用水量低，水灰比一般小于0135;對80MPa的混凝土，水灰比小于0130;對100MPa的混凝土， 水灰比小于0126; 更高強度時水灰比取0122 左右。

2、水泥用量一般為400～450kg/m3，對80MPa的混凝土可為500kg/m3，更高強度時也不能超過550kg/m3。應該通過外加礦物混合料來控制和降低水泥用量。高強混凝土必須采用優質水泥。

3、集料應挑選強度高、吸水率低的碎石， 最大粒徑不超過15～20， 如混凝土強度等級不是很高可以放寬到25。盡量排除片狀和針狀石子。

4、砂率可為013甚至更低。但過低砂率會影響工作度，所以一般可取013～0135， 尤其是泵送時不宜取較低砂率。

5、當水灰比很低時， 工作度彈性彎曲變形， 預彎集中力釋放后利用鋼梁的彈性恢復變形使下緣混凝土產生預壓應力。

四、高強混凝土技術需要解決的幾個問題

以前高強混凝土一般是指強度等級在C45級以上的混凝土。隨著科學技術的發展，高強混凝土是指強度等級在C60級以上的混凝土。高強混凝土技術通常包括以下幾個關鍵技術:高性能的混凝土外加劑現代高強混凝土在施工中要解決下列技術問題:

1、低水灰比，大坍落度 高強混凝土一般要求低水灰比，這種低水灰比的混凝土早在20世紀60年代末，我國就有過研究與應用，但由于混凝土在低水灰比的情況下，坍落度很小，甚至沒有坍落度，其成型和搗實都很困難，無法在現澆混凝土施工中應用。

2、坍落度損失問題 現代城市混凝土施工，一般采用預攪或商品混凝土。施工工地往往與攪拌站相距很遠，要把混凝土從攪拌站運到工地需用較長的時間。混凝土在運輸的過程中，其坍落度隨時間的增加而減小，這對高強混凝土來說無疑又增加了難度。

3、混凝土可泵性問題 泵送混凝土幾乎是高層建筑施工的唯一方法。所以高強和泵送幾乎是不可分割的。所以對高強混凝土要解決混凝土可泵送的要求。要解決這一系列技術難題，關鍵是研制一種高性能的外加劑。

五、具體的施工控制方法

1、對原材料的選擇

配置C60級高強混凝土，不需要用特殊的材料，但必須對本地區所能得到的所有原材料進行優選，它們除了要有比較好的性能指標外，還必須質量穩定，即在施工期內主要性能不能有太大的變化。

2、工時的質量控制和管理

一般來說，在試驗室配置符合要求的高強混凝土相對比較容易，但是要在整個施工過程中，混凝土都要穩定在要求的質量水平功能上就比較困難了。一些在普通情況下不太敏感的因素，在低水灰比的情況下會變得相當敏感，而對高強混凝土，設計時所留的強度富余度又不可能太大，可供調節的余量較小，這就要求在整個施工過程中必須注意各種條件、因素的變化，并且要根據這些變化隨時調整配合比和各種工藝參數。

3、超細活性摻合料的應用

對于強度等級為C80或更高的混凝土需要采取一些特殊的技術措施-摻入超細活性摻合料。混凝土強度達到一定極限后就不可能再增加了，因為混凝土強度在水化時不可避免地會在其內部形成一些細微的毛細孔。如果要使其強度進一步提高，就必須采取措施把這些孔隙填滿，進一步增加混凝土的密實性。最常用的方法是用極細(微米級)的活性顆粒摻入混凝土，使它們在水漿中的細微孔隙中水化，減少和填充混凝土中的毛細孔，達到增密和增強的作用。