高性能水泥混凝土在工程應用中的技術要點分析及發展前景

摘? 要：高性能水泥混凝土作為一種新型高技術混凝土，在公路工程中得到大力推廣，本文通過介紹掌握的實際工程，對高性能水泥混凝土的原材料選擇、配合比設計、施工工藝等提出見解，以期為其在公路工程中的應用提供參考。

關鍵詞：高性能混凝土材料要求;設計理念;施工要點;發展前景

中圖分類號：U414? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

近年來，我國交通基礎設施規模不斷擴大，國省干線公路等級全面提高，農村公路交通條件得到明顯改善。然而，不少水泥混凝土結構（構造物）在使用3～5年甚至更短的時間內出現了不同程度的破損、開裂及耐久性破壞等問題，因此致使水泥混凝土結構物使用性能迅速衰減，難以達到設計使用年限，進而被迫提前維修或重新修筑，這不僅嚴重影響交通和安全，而且造成巨大的經濟損失。基于此，發展高性能水泥混凝土是現代混凝土技術發展的必然趨勢，且其擁有廣闊的發展前景[1]。

1 高性能水泥混凝土概念

“高性能水泥混凝土”是在普通水泥混凝土基礎上，通過技術優化，不斷提升其整體性能而產生的一種新型的高技術混凝土。其突出性能為高耐久性、高強度，高工作性。

高耐久性是高性能水泥混凝土的首要特征。在惡劣的使用條件下，高性能水泥混凝土能長期保持其體積穩定性、力學性能不變。

高強度是高性能水泥混凝土的公認標準。高強度意味著耐久，但需要指出，高性能水泥混凝土不一定單純指大于C50的高強混凝土，還包括（如C30～C50）中等強度混凝土，它主要是以強調改善混凝土材料耐久性為目標的混凝土。

高工作性是高性能水泥混凝土的重要特征。在實際應用中，高性能水泥混凝土具有良好的流動性、自密實性、保水性、粘聚性、可泵性、抗離析性等部分性能或全部性能。

2 高性能水泥混凝土對材料的技術要求

高性能水泥混凝土的原材料選擇除滿足普通混凝土相關技術要求外，還應綜合考慮工程特點、工程用途、混凝土所處環境、施工工藝等因素。因此，高性能水泥混凝土的原材料選擇比普通混凝土有著更加苛刻的要求[2]。

2.1水泥的選擇

高性能水泥混凝土的性能在一定程度上取決于水泥性能。目前工程中采用的水泥有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽等幾種水泥，但不是所有水泥都可以用來配制高性能水泥混凝土。

高性能水泥混凝土具有高耐久性、高強度、高工作性，在水膠比不變的前提下，需要增加水泥用量，但為了避免因混凝土的內外溫差過大而使構件產生裂縫，又要降低水泥用量，同時還要保證使用較少的水泥用量獲得高強度的混凝土。因此，配制高性能水泥混凝土的水泥必須要滿足用水量小，水化后釋熱量低，早期強度較低而后期強度高的水泥。

通過大量的工程實踐證明，我國各地水泥廠生產的符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》標準的普通硅酸鹽水泥及硅酸鹽水泥，完全可以滿足配制高性能混凝土的要求。

2.2粗、細集料的選擇

高性能水泥混凝土在粗集料選擇上與普通混凝土有著不同之處，既要符合GB/T14685-2011國家標準《建筑用卵石、碎石》中的各項技術指標，又有較高限制。根據多年的實踐經驗，配制高性能水泥混凝土所用粗集料表面必須粗糙且帶棱角，這樣可使水泥和骨料粘結比較牢固，其針、片狀顆粒總含量不宜大于5%;強度指標中壓碎值宜控制在10%～15%之間，對混凝土耐久性有利;粗集料最大粒徑不大于20mm時，混凝土構件整體強度能達到最佳，粗集料中無堿活性組分。

水泥混凝土常用細集料有天然砂和機制砂兩種，天然砂具有外形圓滑且質地堅硬等特點，是比較理想的原料;機制砂是技術性質與天然砂最為接近的一種人工砂，也是不錯的選擇。高性能水泥混凝土所用細集料宜選用石英含量高、顆粒形狀渾圓、潔凈、篩分曲線平滑的中粗砂，細度模數一般控制在2.3～3.0之間，同時應符合GB/T14684-2011國家標準《建筑用砂》中各項技術指標。

2.3礦物外摻料的選擇

有針對性的摻加礦物外摻料已成為現代混凝土高性能化的一大技術手段。高性能水泥混凝土中常用的礦物外摻料主要有優質粉煤灰、礦渣和硅粉等，粉煤灰因原料豐富、價格低廉和使用經驗多等特點，目前是公路工程中最常使用的礦物外摻料。首先，高性能水泥混凝土摻加粉煤灰后可減少水泥用量，且粉煤灰水化放熱量很少，由于混凝土內部溫度的降低，可明顯減少溫縮裂縫，特別對大體積混凝土工程極為利;其次，粉煤灰小球狀顆粒填充于水泥顆粒之間，使膠凝材料具有良好的級配，降低了用水量，提高了混凝土的強度和耐久性。一般情況下，當采用Ⅱ級粉煤灰時摻量應控制在10%～20%（不包括水泥生產內摻量）;采用Ⅰ級粉煤灰時，最佳摻量范圍可適當放寬，但須通過試驗確定或應用實踐驗證。

2.4拌和及養生用水

高性能水泥混凝土拌和及養生用水，凡符合現行《生活飲用水衛生標準》（GB 5749）的飲用水可直接作為拌和及養生用水。

2.5化學外加劑的選擇

高性能水泥混凝土用外加劑種類，應通過試驗和技術經濟比較確定。各種外加劑都有其特性，如改善和易性、泵送性、調節凝結時間、提高強度、改進耐久性、防止開裂等，常用混凝土外加劑品種有普通（高效）減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強（速凝）劑、防凍劑，其摻加量一般為水泥質量5%以下，因此使用前的試配工作是極為必要的。

3 高性能水泥混凝土配合比設計理念

高性能水泥混凝土與普通混凝土配合比設計，既有相同之處，也有不同的設計理念。二者的相同之處是仍然依據三大法則，即：（1）水膠比（或水灰比）法則;（2）最大密實度法則;（3）最小單位用水量法則，根據三大法則，可以初步確定混凝土配合比中的水膠比、集漿比、砂率與最小單位用水量這四個基本參數，再通過試配和經驗確定化學外加劑和礦物外摻料的用量。而高性能水泥混凝土配合比設計時最重要的特征是強調混凝土結構與所處工作環境類別和作用等級相適應，為保證高性能混凝土具有高耐久性，在進行配合比設計時，必須考慮到抗滲性、抗凍性、抗化學侵蝕性、耐磨性、堿-骨料反應、抗干縮體積穩定性等，這些性能受水灰比影響很大，所以高性能水泥混凝土的水灰比不宜大于0.40。

高性能水泥混凝土應突出高工作性，對混凝土施工性能用工作性（或和易性）進行評價，這是新拌混凝土的一項綜合性能指標，高性能水泥混凝土既要具有滿足施工要求的流動性，又要具有良好的粘聚性和保水性，粘聚性好則混凝土在保水方面表現較好，但如流動性過大，則其保水性和粘聚性往往變差。因此，根據不同施工方法和工藝，高性能水泥混凝土的坍落度宜控制在100～180mm。

4 高性能水泥混凝土的施工要點

高性能水泥混凝土拌制前，根據施工需要，配備強制式拌和設備，并嚴格按照施工配合比要求準確計量原材料，最大允許偏差應符合：膠凝材料（水泥、礦物外摻料）±1%;化學外加劑±1%;粗細集料±2%;拌合水±1%。在常溫情況下，混凝土總攪拌時間宜控制在90s～120s，以保證混凝土材料拌制均勻，顏色一致，未經試驗人員同意不得隨意增減用水量，并隨時檢查拌合物的和易性，判斷坍落度損失等情況。混凝土澆筑前，應針對工程特點、環境條件等，合理安排供料調度工作，事先進行澆筑方案設計，加強混凝土的振搗工藝，不得過振或漏振，保確保混凝土有最大的密實性和最小的滲透性。高性能水泥混凝土的用水量比普通混凝土小，應盡量減少水分蒸發，振搗密實后及時用塑料薄膜進行覆蓋，以防止混凝土干縮裂縫產生及保證混凝土后期強度增長。這些施工工藝都是保證高性能水泥混凝土結構物質量的重要環節。

5 高性能水泥混凝土的工程應用發展前景

隨著高性能水泥混凝土技術的不斷成熟和發展，有些技術已在公路工程中廣泛應用并取得成功，如在道路快速施工、路面沉降搶修、大跨徑橋梁施工、橋面鋪裝搶修及養護修補、在嚴酷環境中使用的結構物、海底隧道等工程領域，積累了豐富的經驗;還有些技術與工藝正處于探索和研究階段，可以預期，經過廣大技術工作者的努力，將會取得更大、更多的技術經濟效益。

6 結語

綜上所述，大力推廣應用高性能水泥混凝土在節約資源能源、降低工程造價、延長公路橋梁使用壽命、環境保護和改善勞動條件等方面，有著重大意義，因此其是一種具有廣闊應用前景且可持續發展的綠色材料。

參考文獻

[1]李繼業，劉福臣，林世樂.道路工程常用混凝土實用技術手冊[M].北京：中國建材工業出版社，2008.

[2]《公路橋涵施工技術規范》 JTG/T F50-2011[M].人民交通出版社，2011.

收稿日期：2019-08-12

作者簡介：呂興建（1985—），男，甘肅靖遠人，本科，工程師，研究方向：公路工程。

Analysis on the Technical Points of High-performance Cement Concrete in Engineering Application and Its Development Prospects

LV Xingjian

（Gansu Baiyin Highway Bureau，? Baiyin? Gansu? 730900）

Abstract： As a new type of high-tech concrete， high-performance cement concrete has been vigorously promoted in highway engineering. This article provides insights on the selection of raw materials， mix ratio design， construction technology， etc. of high-performance cement concrete by introducing the actual engineering mastered in order to Provide a reference for its application in highway engineering.

Keywords： high performance concrete material requirements; design concept; construction points; development prospects