超高強度混凝土材料的質量控制技術

摘 要：超高強度混凝土是一種具有極高抗壓強度和耐久性的先進建筑材料，它的廣泛應用可以提高建筑物的結構安全性和抗震性能。由于其特殊的性質和復雜的制備過程，質量控制成為保證超高強度混凝土材料性能和可靠性的關鍵環節。基于此，本文對超高強度混凝土材料的質量控制技術進行了研究和探討，以供業內相關人士借鑒及參考。

關鍵詞：超高強度；混凝土材料；質量控制；技術

1 引 言

超高強度混凝土作為一種新型的建筑材料，具有優異的力學性能和耐久性，被廣泛應用于橋梁、隧道、建筑等工程領域。但是因其特殊的配合比和施工工藝要求，其質量控制成為實際應用中的一個關鍵問題。

2超高強度混凝土材料基本特性

超高強混凝土（UHPC）作為一種新型建材，其組成與制備方法獨特，其主要特點為：①高強度：其抗壓強度可達150 MPa，遠高于普通混凝土。由于其較高的強度，可使UHPC在較高的載荷及應力下，具有更好的力學特性。②優良的耐久性：UHPC具備優良的耐久性，可抵御氯離子腐蝕、碳化和凍融等惡劣環境因素的侵蝕，在海洋、橋梁和隧道等苛刻條件下的工程應用前景廣闊。③抗裂性能好：UHPC收縮小，韌性高，能有效地防止裂縫的產生，被廣泛應用于對耐久性和防水性有較高要求的建筑中。④微細化：使用微細粒子填充材料，并添加特定助劑，可提高材料的組織密度，降低孔洞、缺陷等。

3超高強度混凝土材料的應用領域

超高強度混凝土具有廣泛的應用領域，主要包括以下幾個方面，一是橋梁工程。UHPC在橋梁構件中的應用越來越廣泛，如梁、墩、連續梁等。其高強度和耐久性能使得橋梁更加堅固和耐久，能夠滿足大跨度、高要求的橋梁設計需求。二是隧道工程。由于UHPC具有出色的耐久性和抗裂性，因此在隧道襯砌、隧道門洞等部位的使用逐漸增多。UHPC可以有效抵抗地下水壓力、化學侵蝕和凍融循環等因素的影響。三是建筑工程。UHPC可用于建筑結構中的柱、梁、板等部位，提供更高的承載能力和抗震性能。同時，UHPC還可以用于制作精密構件和裝飾品，如雕塑、立面板等。四是其他工程領域。UHPC還可以應用于海洋工程、核電站、風力發電塔等領域，滿足對材料強度和耐久性要求較高的特殊工程需求。

4超高強度混凝土材料質量控制技術要點

4.1原材料的選擇

4.1.1水泥

常用的水泥類型包括硅酸鹽水泥（OPC）、粉煤灰水泥（PFA）和礦渣水泥（GGBS）。在選擇水泥時，需要考慮其化學成分、顆粒大小和活性等因素。合適的水泥應具有高早期強度和較低的熱釋放，以滿足UHPC快速硬化和抗裂性能的要求。

4.1.2骨料

骨料是UHPC中的主要填料，常用的骨料包括細集料和粗集料。在選擇骨料時要考慮其顆粒形狀、顆粒分布、強度和吸水性等因素。合適的骨料應具有均勻的顆粒分布、高強度和低吸水性，以提高UHPC的抗壓強度和耐久性。

4.1.3礦物摻合料

礦物摻合料是UHPC中常用的替代性材料，如硅灰、石英粉、礦渣粉等。礦物摻合料的選擇應考慮其化學成分、顆粒大小和活性等因素。合適的礦物摻合料可以改善UHPC的流動性、增加早期強度和改善耐久性。

4.2配合比設計

4.2.1水灰比

在配合比設計中，需要根據具體應用要求和材料特性確定合適的水灰比。混凝土主要的組成部分是水泥、摻合料、砂子、碎石、水以及其他外加劑材料等，具體組分比例如表1所示。一般來說，較低的水灰比可以提高混凝土的強度和耐久性，但過低的水灰比可能導致混凝土難以施工和充實。

4.2.2 砂漿配合比

在UHPC的配合比設計中，需要考慮到材料的種類、粒徑分布和含量等因素。一般來說，UHPC需要采用較高的水泥用量和細顆粒砂子，以提高混凝土的密實性和強度。同時，還需要控制骨料的用量和粒徑分布，以保證混凝土的流動性和抗裂性。

4.2.3添加劑的使用

常見的添加劑包括高效減水劑、粉煤灰、硅靈等。高效減水劑可以改善混凝土的流動性和可加工性，提高混凝土的強度和耐久性。粉煤灰可以部分替代水泥，降低成本并改善混凝土的耐久性。硅靈可以提高混凝土的抗裂性和耐久性。在使用添加劑時，需要根據具體材料特性和工程要求進行合理選擇和控制。

4.3施工工藝控制

4.3.1攪拌、澆筑和養護工藝的控制

當混凝土參與到建設項目的具體施工中，必須全面而有效地振搗混凝土。在這個過程中要注意防止漏振和過振，因為前者會使混凝土密實程度不夠，而且很容易在混凝土中產生孔洞，從而對混凝土的強度產生不利的影響。在這種情況下，混凝土拌合物將發生下沉，從而影響混凝土的整體均勻性，進而影響到整個施工過程的質量。試件的養護是混凝土各項性能測試中的一個重要組成部分，若測試結果不夠準確，將不能真正地反映出實際工作環境下混凝土的使用狀況，從而造成測試結果的可借鑒性不足。在養護方面，將混凝土試樣置于20℃，空氣濕度95%的環境中，對養護室內的溫度和濕度環境狀況進行定期監測。如果有需要可以啟動空調、除濕機等裝置，對其進行環境調整，并在養護期結束后及時將其移走。

4.3.2溫度、濕度和振動等施工參數的控制

在投料前，需要確保混凝土的初始溫度符合設計要求。可以通過調整原材料的溫度、水泥的儲存條件以及混凝土攪拌時間來實現。澆筑過程中應盡量避免混凝土溫度過高或過低。可以使用冷卻劑或加熱劑來調節混凝土的溫度，確保其在合適的范圍內。在混凝土澆筑后，應使用適當的振動設備對其進行振動，以排除空氣孔隙和提高混凝土的密實性。需要控制振動頻率和振動時間，以避免過度振動導致混凝土分層或損壞。振動力度的控制也是重要的，過大的振動力度可能會引起混凝土的分離或產生裂縫。因此，需要根據具體情況選擇適當的振動力度。在混凝土硬化過程中，應采取適當的養護措施，如噴水養護、覆蓋保溫等，以控制混凝土的溫度變化，促進其正常的水化反應。同時注重監測混凝土的含水率，并進行必要的調整。通過添加適量的水或使用減水劑來控制混凝土的流動性和塑性。

4.4質量檢測和評估

4.4.1抗壓強度測試

目前，混凝土強度測試以室內試驗為主，即先采用試模，然后將多組試件送入試驗室，通過CHT4106型液壓萬能試驗機對其進行連續下壓，通過與之相匹配的傳感器采集其受力和變形等參數。然后在整個實驗過程中采用持續均勻的加載模式，將加載速率一直保持在0.3-0.35 MPa/s，同時對試樣的外觀進行觀測，當試樣的表面發生了顯著的變形時，再調節液壓油閥門，直到混凝土試樣徹底損壞為止。根據《混凝土結構設計規范》（GB50010-2010），將試件的破壞荷載、承壓面積等實測資料代入到該方程中，計算其抗壓強度，并將其與標準值進行比較。

4.4.2抗腐蝕性測試

通常采用擴散系數法，即預先制備28天齡期的混凝土試樣，置于類似于施工場地的養護室中進行養護，也可以通過鉆孔取芯的方式，在混凝土構件上鉆孔取多個芯樣。然后按照《混凝土氯離子擴散系數快速測定方法》（NTBUILD492），采用去離子水、Ca（OH）2和NaCl等原料配制成藥劑，將混凝土試樣置于非穩定狀態下，排空空氣以形成真空，將試劑溶液引入到水池中，將正、負電極連接起來，啟動電遷移實驗。同時計算測試過程中的非穩定離子擴散系數，并以此為依據對混凝土的耐腐蝕性能進行評價。在混凝土中，不穩定的氯離子在混凝土中的擴散系數愈低，則其耐腐蝕性愈好。

4.4.3密度和孔隙率測試

一方面，超高強度混凝土的密度測試旨在確定其單位體積的質量，通常以千克/立方米（kg/m3）為單位。常用的密度測試方法有水排除法和氣排除法。①排水法：將混凝土浸沒在水里，然后將空氣排出，測得混凝土的容積。首先，將一定重量的超高性能混凝土試件浸沒于水中，通過測定其隨水位的變化來確定其體積；在此基礎上，再由試件的重量、體積求出其密度。②空氣排除法：用氣體取代法測定混凝土體積。將一定重量的超高性能混凝土試件置于充滿壓縮空氣的容器內，并將其內部的孔隙充分充滿。然后對壓縮前、后的氣體容積進行了測定，得到了樣品的容積。再由樣品的重量、體積求出其密度。另一方面，超高強度混凝土的孔隙率測試旨在評估其內部孔隙結構的特征和質量。常用的孔隙率測試方法有水飽和法和氣體置換法。①水飽和法：先將 UHPC試件浸入水中，待其充分吸水后，再將其撈出，除去其表面的水分。然后，把樣品放在一個真空箱內，在一定的真空條件下測定樣品的質量。通過對試件的重量、密度的分析，得到了試件的空隙率。②氣體取代法：用氣體取代法測定 UHPC試件在不同條件下的體積變化，從而得到材料的孔隙率。首先，把一定重量的樣品放在一個充滿了壓縮空氣的容器里，讓氣體充分地充滿樣品的孔。在此基礎上，對壓縮前、后的氣體容積進行了測定，得到了樣品的容積。

綜合以上各方面，這里以超聲波檢測技術為例進行UHPC質量檢測技術的介紹，超聲無損檢測原理是基于超聲波在材料中傳遞、反射和干擾的物理原理，具體如圖1所示。

在對待檢測的混凝土構件采用超聲波回彈的方法進行檢測時，要提前準備好超聲波回彈儀、檢測分析儀等簡單實用的設備，只有提前準備好相關的儀器，才能更好地進行檢測，得到更準確的檢測結果。根據框架尺寸，在待測混凝土部件上設置測試區域。試驗區的數量至少應為3個，當混凝土構件數量大時，試驗區應多于10個。設測范圍應沿砼構件澆注方向進行，測區間距不得大于2m。在預探測區域的設置時，要注意不能在混凝土中存在大量鋼筋和預埋件的地方，以防止上述因素對測試結果的影響，將測試面積設定為2dm×2dm。對設定的探測范圍做好記錄。在測量范圍內，測點間距不小于30mm，間距大于50mm，確保每一個測點僅跳動一次。對這些測點進行了測量，并標注上了字母“R”。測量點應設在檢測區內，超聲流速取平均值。下面的表格為一項實際應用中的超聲波探傷資料。

5結語

超高強度混凝土材料的質量控制技術是確保建筑物結構安全和抗震性能的關鍵，隨著科學技術的發展，以及建筑業對高性能材料的要求越來越高，其質量控制技術也得到了進一步的發展。展望今后，隨著工程質量管理手段與工藝的不斷完善， UHPC必將在更廣泛的領域中推廣使用，推動建筑業的進一步發展與進步。

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