高性能混凝土技術開發與應用研究

袁國強

（翼城縣北關建筑安裝有限責任公司， 山西 翼城 043500）

1 高性能混凝土推廣應用國內試點工作進展

1.1 高性能混凝土推廣應用相關標準

在原有混凝土技術標準體系的基礎上進行補充，逐步形成了我國高性能混凝土技術標準體系。實現高性能混凝土的準確評價是判定高性能混凝土推廣應用的前提。《高性能混凝土評價標準》 (JGJ/T385－2015) 明確定義高性能混凝土，并將高性能混凝土的評價類別分為設計評價、生產評價、工程評價，采用控制項與評分項結合的“雙控”評價模式，提出了具體的指標體系和評價方法。評價體系涵蓋了混凝土生產及應用全過程中原材料、配合比、制備、施工、混凝土性能5 大關鍵因素。該標準為高性能混凝土的評價與界定提供了可量化、可操作的依據。

水泥、摻合料、骨料作為混凝土中最主要的原材料，其品質對混凝土性能及工程質量具有重要影響。堅持標準引領，提升原材料品質，可為高性能混凝土的推廣應用提供基礎保證。

1） 水泥，目前水泥存在諸多問題：水泥早期水化速率偏高，強度特別是早期強度偏高，水泥中含有較多的熟料細粉(<3μm)，水泥細度過細，熟料C3A 含量偏高，通過提高熟料C3A 含量提高水泥早期強度或提高窯的臺時產量，熟料C3S 含量偏高，水泥的堿含量偏高，水泥標準對水泥與減水劑相容性未作規定，實際水泥于此參差不齊，水泥標準沒有全面的水泥質量勻質性指標，水泥質量波動大，水泥顆粒形貌變差，水泥出廠時其混合材料摻量和品種沒有進行明示等。其會導致混凝土產生一系列問題，例如混凝土早期化學減縮增加，混凝土早期水化熱增加，混凝土在數年及更長時間持續的強度增長能力減弱，后期強度倒縮，水泥的堿含量過高會導致水泥漿體早期收縮增加，加大混凝土產生裂紋的危險等。因此，混凝土行業廣泛呼吁從應用端出發對水泥提出要求，并同時系統研究水泥的應用技術。《通用硅酸鹽水泥應用技術規程》正式列入中國工程建設標準化協會《2017年第一批工程建設協會標準制訂、修訂計劃》，由中國建筑科學研究院會同有關單位編制，該標準將為高性能混凝土用優質水泥的生產與應用提供技術支撐。

2） 摻合料，現階段優質粉煤灰、礦粉等傳統摻合料日益緊缺，特殊工程及環境對功能型復合摻合料的需求日益增多。通過活性-惰性材料匹配、顆粒級配優化等技術研制滿足工程需求的復合摻合料，既可以實現廢棄資源的綜合利用，解決粉煤灰、礦渣等傳統礦物摻合料緊缺帶來的供給問題，又可以利用“疊加效應”獲得性能良好的摻合料。《混凝土用復合摻合料》 (JGJ/T486-2015) 的發布成為復合摻合料生產控制的技術依據，對于推動混凝土用復合摻合料的研發與應用具有重要作用。

中國建筑科學研究院成功研制出混凝土用降粘增強劑，并應用于國內首個120m 高混凝土風電塔筒工程，配制出滿足頂升法施工工藝的C85 自密實混凝土。該風電塔筒預制片鋼筋密集、波紋管軟弱，采用頂升法施工，頂模封閉、兩側開口。克服了當地粗骨料空隙率大(高達48%)、細骨料含泥量高(戈壁砂) 等技術難題，實現了混凝土拌合物倒筒時間≤10s、離析率≤10%、混凝土強度等級達到C85，滿足工程需求。兩組混凝土配合比及拌合物性能、力學性能見表1。用降粘增強劑取代部分I 級粉煤灰，混凝土倒筒時間由24s縮短至9s，3d、28d、56d 抗壓強度分別提高14%、9%、16%，且離析率滿足工程要求。圖1 為未使用與使用降粘增強劑的預制片外觀對比。使用降粘增強劑的混凝土粘度明顯降低，拌合物工作性明顯提高，混凝土成型質量得到了保證，在工程中應用效果良好。

3） 骨料，骨料是混凝土的骨架，占到混凝土體積的70%左右，骨料的品質直接關系到混凝土的質量。據測算，目前我國骨料年產量已突破100 億t，天然砂石質量每況愈下，再加上各地政府河道砂禁采禁挖的力度不斷加強，資源日益稀缺，機制砂石是工程建設的必然選擇。許多學者通過對高性能混凝土配制技術的系統研究，紛紛提出高性能混凝土用骨料應具備更好的粒形粒貌、顆粒級配等技術性能，同時意識到石粉與泥的本質區別。隨著研究和認識的深入，對高性能混凝土用骨料提出了一些列新的技術指標和測試評價方法，為此，住房和城鄉建設部組織中國建筑科學研究院會同有關單位編制行業標準《高性能混凝土用骨料》，該標準于2017年立項，目前正在開展試驗研究工作。該標準將鼓勵企業產品提質，引導高品質骨料生產。

1.2 高性能混凝土推廣應用國內試點探索

遼寧、河南、江蘇、廣東、貴州、新疆作為高性能混凝土推廣應用試點省，根據自身情況，建立了以高性能混凝土推廣應用工作為核心任務的領導小組、專家技術指導組等。目前已經建立了一套從國家到試點省多級管理、行政管理與技術指導聯合的組織機構，明確了高性能混凝土推廣應用工作中各組織的任務分工，同時充分吸納和發揮高性能混凝土推廣應用鏈條上的各方力量，形成了國家層面的頂層設計，并且國家組織與試點省組織、試點省組織之間形成了交流互動的良好氛圍。

各試點省、城市印發了高性能混凝土推廣應用相關工作通知、激勵政策、產業政策等。例如，遼寧省錦州市計劃對確定的高性能混凝土試點企業給予新型墻材專項基金扶持的政策，以鼓勵和推進試點工作，促進高性能混凝土在錦州市的全面推廣應用。江蘇省將高性能混凝土列入綠色建筑評定、建筑設計、工程評優的評定要素。江蘇省編制了高性能混凝土推廣應用技術目錄，鼓勵工程設計優先選用，江蘇省高性能混凝土試點企業會同江蘇省轄市混凝土行業協會，在市造價站發布的普通混凝土指導價的基礎上，結合地區混凝土材料成本和產品升級換代后實際運營成本等因素，共同組織采樣，并編制了高性能混凝土指導價信息。

在肯尼亞蒙內鐵路項目建設過程中，針對中國鐵路相關標準所規定的混凝土摻合料并未包含天然火山灰(渣) 的問題，2013年以來，中國建筑科學研究院基于充分的實地調研和考察，以肯尼亞當地的火山渣和凝灰巖為主要研究對象，進行了系統的試驗研究和論證。研究發現，磨細凝灰巖和火山渣的水化放熱速率與粉煤灰相當，累計水化熱也表現出相同的規律。而火山灰與粉煤灰的技術區別主要體現在三個方面：形貌、密度及活性差異。研究結果表明，天然火山灰替代粉煤灰作為礦物摻合料用于混凝土，其工作性、力學性能和耐久性均滿足鐵路混凝土標準的要求。而且，通過研究天然火山灰(渣) 的有效堿與以Na2Oeq 計算的總堿含量的關系，解決了堿含量“超標”的問題。在系統研究的基礎上，實現了肯尼亞當地火山灰的成功開發與工程應用，突破了原有的中國鐵路標準，并形成了肯尼亞國家標準《天然火山灰混凝土應用技術規范》中英文建議稿。這是中國標準在國外項目實施中的一次成功經驗，也是以中國標準為框架形成當地標準的一次成功案例。此外，天然火山灰質材料作為摻合料在蒙—內鐵路混凝土中的有效應用，還產生了巨大的經濟效益，其摻量按膠凝材料用量的15%～25%計算，基于當地水泥價格是國內的5～6 倍的情況，初步估計可節約工程成本上億元人民幣。在中國標準框架下，研究不同地區具體技術參數，實現中國技術與標準在國外的應用，能夠及時、有效地解決混凝土工程技術問題，減少管理和協調成本，增加技術方案的可行性和便利性，大大縮短建設成本。

2 結語

高性能混凝土推廣應用是我國混凝土技術發展的必然趨勢。以滿足工程需求為目標、以優質常規原材料應用為基礎、以綠色生產為途徑、以生產與施工全過程控制為保障、以量化評價指標體系為準繩、以實現性能全面優異為導向，是高性能混凝土被賦予的新內涵。高性能混凝土的理念和技術體系將有助于提升我國混凝土技術水平，同時提升混凝土工程質量。推廣應用高性能混凝土實質上是一個對工程設計、混凝土生產、施工、驗收等多個環節的系統性提升，也將注定是一項“久久為功”的工作。