高強高性能混凝土的研究及應用

吳劍寒

（江蘇雙龍集團有限公司 江蘇南京 211111）

在社會快速發展的背景下，建筑材料的性能愈發受到關注，除了需要滿足設計和施工使用需求外，同樣要滿足綠色環保、節能降耗等要求。混凝土作為一種最為常用的建筑材料，面臨的使用環境愈發惡劣，對其耐久性等提出了更高要求，這是滿足大跨度、高層以及輕量化結構需求的重要保障。在這樣的發展趨勢下，高強高性能應運而生，具有很強的研究與應用價值。

1 高強高性能混凝土研究

1.1 配制及基本性能

隨著混凝土技術的快速發展，基于普通工藝所配制的高強高性能混凝土是一種重要的混凝土技術。高性能混凝土具有良好耐久性、施工和易性且密實均勻性比較好等特性，同時具備上述特性，則被稱作高強高性能混凝土。綜合國內《混凝土結構設計規范》以及國外對高強混凝土的相關研究與應用，一般強度等級大于C60的高性能混凝土稱作高強高性能混凝土。在配制該種混凝土的時候，一般需要使用高標號水泥、高效摻合料和減水劑等為主要原料。以超高強高性能混凝土配制為例，相應的配料以及性能如表1所示。

表1 超高強高性能混凝土配制及基本性能

對于一些特殊要求的高強度高性能混凝土，還可以在其中添加一些外摻劑改善其性能。比如，為了提升高強高性能混凝土的沖擊韌性、抗彎性和抗拉性等性能，可以在混合料中摻加一些纖維材料；為了提升高強高性能混凝土的耐磨性和密實度，可以在混合料中摻加一些聚合物。然而，混合料常用的外加劑主要包括高性能引氣劑、高效減水劑、防水劑、高效泵送劑以及其他外加劑種類等；混合料的活性混合料常用主要包括硅粉、磨細礦粉、粉煤灰、偏高嶺土以及沸騰石粉等，還可以添加一些石英粉；纖維材料常用的主要包括玻璃纖維、聚酯纖維與鋼纖維等，借此來改善混凝土的性能，如增加其耐磨性等。

1.2 立方體抗拉強度及尺寸效應

通過制作專門用于抗拉強度測量的立方體，然后對其典型破壞形態進行觀察，可得圖1。通過仔細觀察立方體的破壞過程，可知高強高性能混凝土在出現破壞之前，表面基本不會出現可以觀測到的裂縫，只有少數立方體試塊會在破壞前的瞬間狀態下由內部發出比較明顯的脆裂聲音，之后出現炸裂剝落而受到破壞。隨著混凝土強度等級的增加，相應的混凝土出現破壞時候不再會呈現出明顯的四角錐形（正倒相接類型），且立方體試塊的尺寸越小，相應的現象也更加顯著。由此可知，高強高性能混凝土強度與立方體試塊尺寸之間具有一定聯系。

1.3 耐火性能

圖1 立方體混凝土破壞形態

在火災高溫狀態下，混凝土內部結構會在物理作用和化學作用等的綜合影響下，降低其力學性能，如剛度與強度逐漸降低，最終可能會完全失效。然而，高強高性能混凝土在火災高溫作用下除了具有普通混凝土的上述性質外，還具有如下比較顯著的特征，即在中等或高溫條件下，會存在爆裂或強度喪失的變化趨勢，這種情況同高強高性能混凝土材料自身特性有關。基于這種耐火性特性，為了避免高溫條件下高強高性能混凝土施工中出現爆裂現象，確保施工的安全性，就要從高強高性能混凝土的材料特性入手把控。比如，可以在相應鋼筋混凝土中的鋼筋配制中改善其耐火性能，或者在混凝土中摻入少量的聚丙烯纖維等改善高強高性能，提升混凝土在高溫條件下的使用性能，這樣會極大地增強混凝土的使用質量。

2 高強高性能混凝土的應用

2.1 應用的關鍵問題

不同于普通混凝土，高強高性能混凝土在實際的應用過程中會因為材料的特殊性而表現出一些差異性，具體表現如下：①收縮與徐變問題。隨著高強輕骨料混凝土強度的增加，徐變值不斷降低，自身的彈性模量比較低，使得相應的彈性應變較大，致使該種混凝土在荷載作用下會產生比較大的變形值，同時還會造成預應力混凝土結構的預應力損失，所以實際的預應力設計中需要考慮這部分收縮值，確保最終預應力值設計的合理性和準確性。②耐磨性問題。高強輕骨料混凝土的表層耐磨性要比一般混凝土的耐磨性更差，實際應用中需要做好施工防護，如在混凝土混合料中添加一些耐磨性比較強的玻璃纖維或鋼纖維等材料，改善其耐磨性。③體積穩定性問題。在高強高性能混凝土中所用的水泥用量較高時，會出現比較大的混凝土收縮值，為了確保混凝土體積有良好的穩定性，需要控制好材料的配比及施工工藝。④脆性問題。混凝土本質上屬于一種脆性材料，尤其是在其強度達到一定程度后，脆性特性就愈發突出。為了確保其使用質量，可以在施工中采用三維配筋或鋼管約束來控制其脆性。⑤可泵性問題。高強高性能混凝土具有相對較低的用水量，相應的流動性主要是基于高效減水劑的強吸附分散作用，使得混凝土出現比較大的粘性，增加了泵送的難度。在實際的施工中，需要科學選擇減水劑來改善其可泵性，確保有良好坍落度的同時，不會出現混凝土離析問題。

2.2 應用流程及要點

高強高性能混凝土在施工中主要適宜采用混凝土攪拌站進行拌制，借助專用的自動控制系統精確計量原材料。在實際的拌制施工中，應用要點如下：

（1）在攪拌高強高性能混凝土期間，加水加入量達到一半時就可以添加外加劑，并在攪拌均勻20s后再加入粗骨料進行機械攪拌，待攪拌時間不低于4s后方可進行出料，確保混凝土攪拌的整體質量。

（2）在運輸高強高性能混凝土期間，要采用清潔的攪拌運輸車進行運輸混凝土，且在混合料裝車前先將筒體內存在的積水和積漿等進行翻轉傾倒，之后即可進行裝料，且在運輸期間筒體保持適宜的旋轉速度，避免高強高性能混凝土在運輸過程中發生離析或初凝問題而影響其整體質量。另外，在運輸以及卸料期間不可向筒體內部注入，待運輸工作完畢后再及時清洗處理筒體。

（3）在泵送高強高性能混凝土期間，由于混凝土具有比較小的水灰比以及比較大的粘性，這會增加了混凝土的泵送阻力，泵送時適宜使用高壓泵管和固定高壓泵。在泵送混凝土期間，泵送速度不能夠過快，避免出現爆卡或爆管等問題。

（4）在澆筑高強高性能混凝土期間，由于混凝土具有比較高的黏性，流動速率比較低，很難充盈模板空間，澆筑混凝土注意延長振動時間，同時要放緩振動棒的抽拔速率，且要聘請專門人員進行施工監控，避免出現漏振等混凝土振搗問題。

（5）在養護高強高性能混凝土期間，由于其水灰比相對較小，不會出現泌水情況，也需要高度重視混凝土養護施工。比如，可以在混凝土模板外側位置處懸掛兩層棉被，且在拆除模板后及時進行養護液噴涂；在澆筑混凝土之前，要科學地埋置測溫管，密切檢測混凝土內外的溫度，避免過大溫差而誘發溫度裂縫，一般需要將內外溫差值控制在25℃以下，否則需要采取相應的溫度控制措施。

3 小結

高強高性能混凝土可以滿足大跨度、高層以及輕量化結構等的施工需求，具有很強的應用價值，環保效益和經濟效益也比較理想。為了確保高強高性能混凝土應用質量，必須要立足于高強高性能混凝土自身特性的基礎上，科學制定施工方案，做好混凝土拌制、運輸、澆筑以及養護等各個工作環節的質量管控，提升高強高性能混凝土的質量。