低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）技術的發展與展望

郭曉芳

（太原城市職業技術學院，山西 太原 030027）

低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）技術的發展與展望

郭曉芳

（太原城市職業技術學院，山西 太原 030027）

隨著現代建筑材料的發展，混凝土材料的性能在不斷改進中解決著它自身存在的不足。低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）順應時代要求孕育而生，從設計理論到試驗數據分析以及各項指標分析，分析出低成本高性能泵送混凝土的基本力學性能和耐久性能。

低成本高性能泵送混凝土；耐久性；強度；摻和料；外加劑；成本

一、低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）的產生背景

現代建筑材料隨時代快速發展，同時也面臨著多方面的不足。包括北方以凍害和鋼筋銹蝕，南方以鋼筋銹蝕為主的耐久性問題，以及傳統水泥作為單一膠凝材料的混凝土在生產過程中帶來的環境污染及資源和能源消耗的問題。另外，降低混凝土生產成本，提高產業效益，也是目前混凝土產業中急需解決的問題之一。

低成本高性能泵送混凝土順應時代要求而生，LC-HPPC應該具備所要求的各項性能。包括良好的可泵性、澆搗不離析；早期強度較高；后期保持一定的力學性能；惡劣的使用條件下保證優良的耐久性能以及生產成本低的要求。

其中，LC-HPPC需要有較強的耐銹蝕能力是耐久性關鍵的因素之一。為阻止氯離子達到鋼筋的表面，須保證混凝土具有良好的抗氯離子侵蝕性能，防止各種使用環境下等離子與混凝土各組分發生反應，生成膨脹性的產物，導致混凝土發生開裂破壞；同時要具備良好的體積穩定性，減少微裂縫的產生，從而避免侵蝕性介質滲透進入混凝土內部而形成破壞。

二、LC-HPPC設計理論與原則

1.LC-HPPC的可泵性

高層及超高層建筑已作為一種常規建筑在城市中拔地而起，混凝土的可泵性是影響施工質量的關鍵因素。低成本高性能泵送混凝土的可泵性是指新拌合的混凝土易于運輸、泵送、澆筑和搗實等的施工操作，經過合理的后期養護能獲得質量均勻、成型密實的性能。其坍落度必須保持在180~220mm。

2.低成本高性能

在提高泵送混凝土可泵性和強度的同時，更要降低泵送混凝土生產成本。在制備LC-HPPC過程中，添加礦物摻合料能夠降低泵送混凝土的生產成本，改善泵送混凝土的性能。

對于大體積混凝土，諸如粉煤灰、礦粉等礦物摻合料能有效降低混凝土的水化升溫，從而避免了混凝土的早期開裂。礦物摻合料在調整膠凝材料的水化過程，改善混凝土的水化礦物組成及結構中體現出明顯的優勢。

3.LC-HPPC的施工養護及其他

后期的施工養護對混凝土力學性能和耐久性能起著至關重要的作用，在施工中要嚴格規范施工過程文明施工，避免分層離析或蜂窩麻面的施工質量問題；及時養護，避免因養護不當出現的混凝土質量問題。在LC-HPPC的強度設計方面，由于商品混凝土的富余強度各不相同，商品混凝土生產商要嚴格控制標準差和強度等力學指標，避免富余強度過高增加水泥用量，導致生產成本提高。混凝土的強度與其可泵性具有相同的重要性。

三、LC-HPPC新的研究發展方向

（一）LC-HPPC耐久性發展方向

1.抗氯離子侵蝕

對于常規混凝土，水泥用量提高會使混凝土內部水化物的增加變得密實，混凝土抵抗氯離子侵蝕的能力提高。但對于某些對氯離子滲透力要求低的混凝土，氯離子滲透電量是達不到要求的。對于上述情況，只能通過摻加礦物摻合料來改善混凝土的結構組成來達到要求。對于單摻粉煤灰的混凝土，則會隨著粉煤灰摻量的提高，強度和耐久性均有所下降。這種情況可能是由于粉煤灰的水化活性不高，從而造成28天齡期混凝土結構疏松，由下圖所示可知，粉煤灰的摻量不宜超過30%。想要達到低成本高性能泵送混凝土的要求，單純依靠提高粉煤灰摻量是很難的。

圖1 FA對滲透電量與強度的影響

圖2 礦粉對滲透電量與強度的影響

單摻礦粉時對滲透電量和強度的影響如圖2所示，由圖可以得出，摻加礦粉量宜在40%-60%。

在考慮生產成本后，可以采取粉煤灰、礦粉雙摻的技術路線，性能可得到明顯改善。通過試驗可以看出，在可泵性和物理力學指標均滿足的前提下，使用的粉煤灰、礦粉、水泥量各占50%的條件下，能夠配置出抗氯離子滲透力強的低成本高性能泵送混凝土。

圖3 雙摻對28d滲透電量與強度的影響

2.抗硫酸鹽侵蝕

某學者曾預測暴露于硫酸鹽環境下的混凝土壽命，其結論為摻有粉煤灰的混凝土服務壽命可達100年，而沒有摻加的混凝土服務壽命只有20年。將膠凝材料的30%用粉煤灰代替，水泥占70%拌合的混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力明顯提高。

3.抗凍融循環破壞

混凝土的凍融破壞是耐久性的主要問題之一。隨著水泥用量的增加，混凝土結構中的大部分水分與水泥發生水化反應，自由水的數量減少，同時混凝土強度的提高使水泥石結構變得密實，外部水分不易滲透進入混凝土內部從而減弱了水的凍脹作用，混凝土抗凍融破壞的能力有所提高。粉煤灰和硅灰的疊加效應能夠有效調節水泥的水化過程，而優化的水泥石結構利于混凝土的抗凍融性能。在混凝土中加入微量引氣劑，雖然提高了混凝土的孔隙率，其強度也隨之降低，但卻能夠提高了混凝土的抗凍和抗滲性能。因而，加入引氣劑也是提高混凝土抗凍性能的有效措施之一。

（二）外加劑兼容優化

1.高效減水劑優化

對高效減水劑進行選擇優化，以便能夠最大限度地利用其減水功能，達到較優的性價比。通過選擇對比，綜合其對可泵性和強度的影響，FDN-1型減水劑對試驗的原材料具有最佳的適應性，相同摻量其可泵性較適宜，早期強度較其他品種減水劑高，故推薦FDN-1作為主要減水劑品種。

2.不同早強劑優化

通過試驗得出，摻入膠凝材料質量1%的硫酸鹽類早強劑比起沒有摻加早強劑的，1天強度增加80%以上，3天強度增加40%以上，7天強度增加大概30%。但為了防止堿集料反應和鋼筋銹蝕的可能性，盡量選定含量較低的早強劑，不僅價格低廉，且有較強的經濟實用性。

3.粉煤灰對強度發展的影響

針對粉煤灰二次水化速率慢，較為明顯的強度增長體現在后期，近年來眾多學者提出以60天或90天的齡期來評價工程中摻加粉煤灰混凝土的強度。

粉煤灰本身為燃煤電廠排放出的固體廢物，將粉煤灰作為混凝土的摻和料，不僅解決了廢品的處理問題，而且實現了資源的優化利用。國內粉煤灰品質參差不齊，加之施工過程養護不當，工程技術人員和施工人員對粉煤灰的使用在認識上存在偏差，認為粉煤灰摻量在15%左右，摻量過高容易產生質量問題等多方面的誤區，使得粉煤灰在提高混凝土強度上并沒有可觀的改善。經過試驗得出，要使混凝土保證良好的物理力學指標和耐久性，粉煤灰摻量宜在30%左右。

（三）LC-HPPC成本分析與調整

作為混凝土中的主要膠凝材料，水泥、礦粉、粉煤灰的水化活性不同，水泥最先水化生成CSH及CH，之后礦粉、粉煤灰的水化產物填充混凝土結構內部的孔隙來保證混凝土后期強度增長。因此，使水泥、礦粉、粉煤灰達到最優匹配，不僅能夠保證混凝土的強度增長，而且能夠有效提高混凝土的耐久性能。作為混凝土原材料的骨料，石子級配影響著混凝土的強度，合理配置石子粒徑以便實現低成本高性能泵送混凝土的基本性能。總結試驗相關數據，將結論分析如下：

增加粉煤灰摻量。為了降低混凝土成本，可在原有基礎上，單方混凝土增加粉煤灰摻量20千克，但單摻粉煤灰雖然降低了混凝土的生產成本，但很難達到混凝土低成本的要求。

摻加礦粉。通過試驗得出，對C35以下混凝土增加礦粉的摻量，可以改善混凝土的可泵性，而C40以上高強度等級的混凝土則影響不大。

摻加0~5mm的碎石。在粗集料中摻入小粒徑碎石后，C40以下的低強度等級的混凝土的28天強度都有所下降；對于強度等級較高的C45以上的混凝土，膠凝材料用量相對較大，小粒徑碎石的摻加對強度影響不大。由此可見，摻加小碎石只對低強度的混凝土強度的提高意義不大。

LC-HPPC可圍繞原材料的選擇、膠凝材料復合、填加外加劑等方面進行設計；在規范合理的施工振搗、良好的養護條件下配置出不僅滿足混凝土施工要求的可泵性和強度值，而且滿足耐硫酸鹽、凍害、抵抗氯離子侵蝕等各種強耐久性的低成本高性能泵送混凝土是今后LC-HPPC的發展方向。開發研究新型建筑材料來順應建筑行業的要求和時代的發展需求，在創新創業的大背景下有著鮮明的意義。

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1673-0046（2016）9-0186-02