淺談高性能砼外加劑的試驗

【摘 要】高性能砼具有優異耐久性，具有高強度、高滲透性、高工作性能與體積穩定性等特點。配制高性能砼的技術路線并不十分復雜，但它要求的綜合技術指標卻不容易達到。在設計中必須在滿足了砼高耐久性、高體積穩定性和足夠的強度韻同時保持良好的工作性。高性能砼要求在較低的水灰比以及較低的膠結材料含量下具有高流動性和抗離析性。

【關鍵詞】高性能砼；外加劑；砼實驗分析

高性能混凝土（High performance concrete，簡稱HPC）是一種新型高技術砼，是在大幅度提高普通砼性能的基礎上采用現代砼技術制作的砼。它以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能重點予以保證：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性。為此，高性能砼在配置上的特點是采用低水膠比，選用優質原材料，且必須摻加足夠數量的摻合料（礦物細摻料）和高效外加劑。

一、高性能混凝土的技術路線

高性能混凝土是由高強混凝土發展而來的，但高性能混凝土對混凝土技術性能的要求比高強混凝土更多、更廣乏，高性能混凝土的發展一般可分為三個階段：

（1）振動加壓成型的的高強混凝土——工藝創新

在高效減水劑問世以前，為獲得高強混凝土，一般采用降低W/C（水灰比），強力振動加壓成型。即將機械壓力加到混凝土上，擠出混凝土中的空氣和剩余水分，減少孔隙率。但該工藝不適合現場施工，難以推廣，只在混凝土預制板、預制樁的生產，廣泛采用，并與蒸壓養護共同使用。

（2）摻高效減水劑配置高效混凝土——第五組分創新

20世紀50年代末期出現高效減水劑是高強混凝土進入一個新的發展階段。代表性的有萘系、三聚氰胺系和改性木鈣系高效減水劑，這三個系類均是目前普遍使用的高效減水劑。

采用普通工藝，摻加高效減水劑，降低水灰比，可獲得高流動性，抗壓強度為60～100MPa的高強混凝土，是高強混凝土獲得廣泛的發展和應用。但是，僅用高效減水劑配制的混凝土，具有坍落度損失較大的問題。

（3）采用礦物外加劑配制高性能混凝土——第六組分創新

20世紀80年代礦物外加劑異軍突起，發展成為高性能混凝土的第六組分，它與第五組分相得益彰，成為高性能混凝土不可缺少的部分。目前，配制高性能混凝土的技術路線主要是在混凝土中同時摻入高效減水劑和礦物外加劑。

配制高性能混凝土的礦物外加劑，是具有高比表面積的微粉輔助膠凝材料。例如：硅灰、細磨礦渣微粉、超細粉煤灰等，它是利用微粉填隙作用形成細觀的緊密體系，并且改善界面結構，提高界面粘結強度。

二、高性能混凝土的特點

1.自密實性

高性能混凝土的用水量較低，流動性好，抗離析性高，從而具有較優異的填充性。因此，配好恰當的大流動性高性能混凝土有較好的自密實性。

2.體積穩定性

高性能混凝土的體積穩定性較高，表現為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為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40～45GPa。采用高彈性模量、高強度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天齡期的干縮值低于0.04%。

3.強度

高性能混凝土的抗壓強度已超過200MPa。目前，28d平均強度介于100～120 MPa的高性能混凝土，已在工程中應用。高性能混凝土抗拉強度與抗壓強度值比較高強混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強度發展加快，而后期強度的增長率卻低于普通強度混凝土。

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，因此，水化熱相應的降低。

5.收縮和徐變

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

6.耐久性

高性能混凝土除通常的抗凍性、抗滲性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ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性和抗滲性，因此，其抗化學腐蝕性能顯著優于普通強度混凝土。

三、外加劑實驗分析及使用注意事項

高性能砼為了確保其流動性，必須摻人高效減水劑，選擇適宜低水灰比特性的水泥，包括細度及粒子的組成及加水后的早期水化。水泥粒子群的比表面積、粒子形狀、密度及粒子之間的級配等，對漿體的流動性影響很大，比表面積小，粒子形狀接近球狀，比重大，填充性越大，流動性也大，優化這些因子，可以獲得最適宜的流動性。水泥中的鋁酸三鈣的量越少，流動性的經時降低越小，采用高性能減水劑能夠較大抑制坍落度損失問題。在低水灰比下，即使水泥的水化量少，但水泥石卻能獲得高密實度與高強度，水灰比越低，砼的粘性越大。這也與減水劑的品種有關。此外，攪拌的難易也與礦物質摻合料的種類、摻量及有無摻合料，以及減水劑的品種關系很大，大體上是達到相同稠度時，減水劑用量多者，粘性大，不易攪拌。高性能砼不但要選擇質量穩定的水泥，還必須注意與減水劑的相容性問題。相容性的好壞主要表現在摻量與工作性關系，相容性好的減水劑與水泥在較小的摻量時就有較好的流動性，并且流動性隨時間的變化減水劑相容性越好，由于高效減水劑的選擇性吸附，高效減水劑首先被C3A吸附，而C3A的水化速度最快 ，大量減水劑成分被C3A消耗掉而失去了對水泥中主要成分S3C、C2S的分散作用，因此坍落度迅速變小。木一種外加劑不是對任何水泥都有相同的效果，在配制高性能砼時必須選大水泥廠，穩定性較好的水泥，選擇C3A含量<3%，C4AF含量 <7 %的水泥 ，確定某種水泥后，必須首先通過試驗確定適合的外加劑。石膏作為調凝劑加入水泥中，當C3A含量不高時對石膏影響不大 ，當 C3A含量大于3%時影響較為明顯。低水膠比時由于溶解硫酸鹽產生困—離子的水分少，而需要控制的C3A量又大 ，相對而言 ，有較多的C3A很快水化，高效減水劑分子上的磺酸基團就會與C3A結合，使液相高效減水劑含量減少，逐漸失去對水泥的分散作用，加速其工作度的損失。二水石膏加入水泥中做調凝劑對水泥的適應性要好些，有些水泥廠常粉磨未經充分冷卻的熟料，以及有些磨機由于冷卻設施不完善致使磨機內溫度過高，大量二水石膏分解為半水石膏。這些半水石膏在水泥加水攪拌時又迅速生成二水石膏結晶，而造成了坍落度損失，嚴重時甚至產生假凝。水泥含堿量對水泥與高效減水劑的相容性也有著重要影響，含堿量越低，水泥與減水劑的相容性越好。含堿量高時將縮短水泥的凝結時間，降低砼的流動度。含堿量高的水泥對活性骨料容易導致堿—骨料反應，對砼的耐久性有一定的影響。減水劑之間的相容性也是不可忽視的問題，粉狀外加劑之間復合的相容性較好，因為它們只有在與集料經水拌合后，才各自發揮其獨特的作用。而液體減水劑則應考慮在二者制成的復合溶液中是否有可能產生化學反應而影響復合減水劑的質量和均勻性。

四、結語

在砼技術的發展中不難看出，從普通砼到鋼筋砼、預應力鋼筋砼，使用各種外加劑無一不是以堅固耐用為目的。然而國內外的工程實踐均證明了砼并不總是耐久的。許多發達國家當初修建的一些基礎設施工程已進入老化期，這些設施又往往是重要的生命線工程。而維修或更新不但耗資費時，并且妨礙了正常的生活秩序。

參考文獻：

[1] 劉智， 張東，戴連鵬， 等.晶核在高性能混凝土中作用機理的試驗研究[J].混凝土，2004，12.

[2] 萬超，曾志興.基于耐久性的高性能混凝土配合比設計方法[J].建筑科學，2009，5.

[3] 王珍，張澤江，祝杰.摻防腐劑C35高性能混凝土力學性能試驗研究[J].混凝土，2010，3.

[4] 曹紅葵，曹世暉.關于高性能混凝土攪拌理論的研究[J].混凝土，2006，5.