論高性能砼的特性及其配合比設計原則

沈忠

【摘 要】所謂高性能砼，就是同時具有某些設計所需性能的均質砼。它必須選用優(yōu)質原材料，通過科學的配合比設計，采用嚴格的施工工藝，配制成便于澆搗、不離析、力學性能穩(wěn)定的優(yōu)質砼。

【關鍵詞】高性能砼；工作性；復合型外加劑

早在1990年5月，在美國國家標準與技術研究院與美國砼協(xié)會聯合召開的會議上，就提出、高性能砼這個名詞，認為所謂高性能砼就是同時具有某些性能的均質砼，它必須采用嚴格的施工工藝與優(yōu)質原材料，通過科學的配合比設計，采用嚴格的施工工藝，配制成便于澆搗、不離析、力學性能穩(wěn)定、早期強度高并具有韌性和體積穩(wěn)定等能的砼。它特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴酷環(huán)境中的建（構）筑物。

1 高性能砼的特性

高性能砼是具有較全面優(yōu)良性能的新型砼，通過對原材料的優(yōu)化創(chuàng)新、配合比設計理念的更新來全面提高砼的性能，以滿足近代砼結構設計、生產和施工的需要，正如建設部在推廣應用技術公告中所說：使用高效減水劑和超細活性摻合料，嚴格控制水膠比和水泥用量，應用現代技術和設備配制的砼拌合物；按工程需要，配制具有特殊性能的砼，即砼的密實性、抗?jié)B性好，體積穩(wěn)定性好，易于澆筑、不離析，在惡劣環(huán)境下使用壽命長等特點，具體有下列多項特性：

1.1 耐久性

是以耐久性為主要設計指標，經周密考慮耐久性所要求的具體內容，如提高密實度、抗?jié)B性、抗凍、抗不良介質侵蝕等，通過采取有效措施確保砼能適應所處的環(huán)境條件，使結構安全并延長使用壽命。

1.2 體積穩(wěn)定性

這是砼具有高耐久性的前提；應設法提高砼抗變形能力和預防裂縫發(fā)生，通過有效措施使砼具有盡量小的收縮、徐變和水化熱、溫升等。

1.3 強度

能滿足設計要求的強度，并能達到早期、中期強度的增進率要求，以及后期強度的持久穩(wěn)定等。此外，對高性能砼往往要求高強度等級或者韌性、耐磨性等，也均應予以保證。

1.4 工作性

砼拌合物必須具有良好的工作性，這是提高勻質性、密實性和可操作性，以獲得高性能的根本保證，也是滿足工業(yè)化生產，提高效率，確保施工質量的有效途徑。

2 高性能砼原材料選擇要點

由于高性能砼是在對普通砼改性的基礎上發(fā)展起來的，因此它目前所用的原材料，除對原來使用的水泥、骨料和水嚴格要求外，主要是把加入高效減水劑與礦物摻合料作為特征組分，以利于充分發(fā)揮其復合效能。

2.1 水泥

應用優(yōu)質硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥；處于嚴酷環(huán)境下的水泥，則應選用硅酸鹽水泥和高摻加量的礦物摻合料，或針對具體侵蝕介質的不同類別，選用適宜的特性水泥或專用水泥；水泥的強度等級宜不低于42.5級，各項技術性能應符合現行標準規(guī)定，同時，還應重點考慮所含下列成分的含量，以防止它們對砼耐久性的不利影響：應選用鋁酸三鈣含量低的水泥，一般不應超過8%；當砼處于硫酸鹽、氯鹽和酸類侵蝕的環(huán)境時，其含量應更低；水泥中的游離氧化鈣應不超過1.5%；水泥的含堿量不宜超過0.6%；水泥中的氯離子含量，對于鋼筋砼不宜大于0.2%，對于預應力砼不宜超過0.1%；當砼處于有氯鹽侵蝕的環(huán)境時，其氯離子含量的限制應更嚴格；應選用以硬石膏或工業(yè)副產品石膏作調凝劑的水泥。

2.2 骨料

應選用質地堅硬、致密、低吸水率和低滲透性的骨料，其粒型理想、級配符合要求。粗骨料的最大粒徑通常不超過25mm，細骨料的細度模數應為2.3～2.7；粗細骨料的各項指標為：粗骨料的壓碎指標不大于7%，吸水率不大于2%，當用于高抗凍砼時不大于1%；應檢驗骨料的堅固性，經硫酸鈉溶液試驗，5次循環(huán)后的質量損失，粗骨不應大于8%，細骨料不應大于5%；骨料中的含泥量，粗骨料應小于0.7%，細骨料應小于1%；骨料中的氯離子含量應不0.02%；應通過檢測驗明骨料無潛在活性。

2.3 拌合水

所用拌合水必須符合《砼拌合用水標準》的規(guī)定；不得使用海水，且當砼處于氯鹽侵蝕的環(huán)境時，拌合水中氯離子含量不宜大于200mg/L。

2.4 化學外加劑

一般采用高效減水劑，必要時應采用復合型外加劑?？箖觥⒖?jié)B、抗硫酸鹽侵蝕要求較高的砼，應選用引氣減水劑；體積穩(wěn)定性要求較高的砼應選用緩凝型高效減水劑。所用外加劑的質量應符合現行產品標準的規(guī)定，選用與施工應遵守最新發(fā)布的《砼外加劑應用技術規(guī)范》。具體還應特別注意：所用外加劑與所用水泥及礦物摻合料必須適應，若為復合使用幾種外加劑，應彼此相容，這些均應通過試驗判定；嚴禁使用對人體產生危害、對環(huán)境產生污染的外加劑；高性能砼需要減水率高、流動性保持力好的外加劑；處于與水接觸或潮濕環(huán)境中的砼，當使用堿活性骨料時，由外加劑帶入的堿含量，以當量氧化鈉計，不宜超過1kg/m3砼；所用外加劑中的氯離子含量不得大于膠凝材料總重的0.02%，硫酸鈉含量不得大于減水劑干重的15%。

2.5 礦物摻合料

最新發(fā)布的《高強高性能砼用礦物外加劑》標準中，對磨細礦渣、磨細粉煤灰、磨細天然沸石和硅灰四類礦物外加劑作出全面規(guī)定，現分述如下：磨細的粉煤灰，是干燥的粉煤灰經粉磨達規(guī)定細度的產品，其主要礦物成分是硅鋁玻璃體，為其主要活性成分；因粉煤灰需水量小，取代水泥后可減少砼的用水量，減低泌水和離析，顯著改善和易性；粉煤灰的摻入，可調整水泥顆粒的級配、填充砼孔隙，起到增強，提高砼抗?jié)B性、抗化學侵蝕性等作用；磨細礦渣，是?；郀t礦渣經干燥、粉磨等工藝達到規(guī)定細度的產品，具有較高的潛在活性，很早就成為硅酸鹽水泥的理想混合材料，它對氯離子有吸附與結合作用，它尤其適用于硫酸鹽侵蝕、特別是高溫下硫酸鹽侵蝕環(huán)境和海水環(huán)境下的砼，以高摻加量使用；磨細天然沸石，它的主要品種是斜發(fā)沸石巖和絲光沸石巖，為含有多孔結構的微晶礦物，其主要成分是含水硅鋁酸鹽；拌和時必須與高效減水劑復合使用；硅灰，它是在冶煉硅鐵合金時通過煙道排出的硅蒸汽氧化后，經吸塵器收集得到的，以無定形二氧化硅為主，由于它的非晶質SiO2的含量很高，且顆粒極細，是效能最高的礦物摻合料；硅灰對砼的增強效果，在早期、中期和后期都高，對提高耐久性顯著，尤其是有很高的抗凍性和耐磨性，但它需水量大，必須與高效減水劑配合使用。

3 高性能砼配合比設計原則

高性能砼的配合比設計是以耐久性為核心，全盤考慮和協(xié)調其所要求的各項性能，以便高水準地滿足建設工程需用。由于可變因素很多，確定高性能砼配合比要比普通砼復雜得多，目前尚無成熟的高性能砼配合比設計方法可循，但必須嚴守下列被公認的基本原則。

3.1 充分發(fā)揮化學外加劑和礦物摻合料的雙重效能

拌制砼時，同時摻加外加劑和摻合料，利用二者的最佳組合效能，以減小水膠比、水泥用量和用水量，是實現高耐久性的根本措施；為更好地發(fā)揮這種雙重效能，還應注意以下兩點：（1）按砼對耐久性要求的具體內容，選擇適宜品種的外加劑和摻合料，并確保二者的匹配性；（2）外加劑與礦物摻合料均應通過試配對比確定其最佳摻量。

3.2 采用盡可能低的水膠比

應最大限度地減小水膠比，以利于改善砼的孔結構、增加密實性、提高耐久性和強度。此外，還應注意：（1）要選用高效復合型外加劑；（2）選用需水量小、取代率大的礦物摻合料。

3.3 盡量降低水泥用量和用水量，以消除水泥用量偏高和膠凝材料漿體體積過大所帶來的諸多不利影響，這是確保高性能砼的強度和耐久性的有力措施。為此，應做到以下幾點：（1）以滿足工作性為前提，盡可能減少用水量；（2）以保證強度和工作性為度，盡可能減少水泥用量和膠凝材料漿體體積；（3）重視骨料的粒型和級配，采用最佳砂率，增多粗骨料用量，使總體骨架更堅固、密實。

[責任編輯：劉展]