對高性能混凝土的特性和應(yīng)用的探究

趙勇

【摘 要】通過高性能水泥混凝土與普通水泥混凝土比較，闡明高性能混凝土的特性，針對特性在高性能混凝土應(yīng)用時從原材料、配合比設(shè)計等方面應(yīng)注意相關(guān)事項，以確保水泥混凝土的高性能。

【關(guān)鍵詞】高性能;混凝土;特性;注意事項

隨著科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，水泥混凝土技術(shù)也得到很大發(fā)展;隨著高等級公路建得越來越多，傳統(tǒng)的普通水泥混凝土已不能滿足需要;因此，一種高性能水泥混凝土在工程建設(shè)中迫切需要。

1高性能混凝土概述

1.1高性能混凝土的定義

在普通混凝土基礎(chǔ)上，充分運用先進(jìn)的材料技術(shù)和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)手段，大幅度地提高混凝土的各種性能，使之滿足構(gòu)筑物的設(shè)計和使用要求且更加便捷于施工澆筑，并向著綠色、節(jié)能、環(huán)保和經(jīng)濟(jì)等發(fā)展的混凝土;這里的混凝土性能是指滿足設(shè)計要求的強度、耐久性、工作性、密實性、體積穩(wěn)定性及良好的外觀質(zhì)量等。高性能混凝土并不是必須同時具備所有上述性能，只要其中某項性能比之普通混凝土有較大提高，就可以稱之為高性能混凝土。

1.2高性能混凝土與普通混凝土

普通混凝土是由水泥、集料和水拌和而成的具有可塑性的材料，干密度為2000-2800kg/m3的水泥混凝土。普通混凝土具有滿足設(shè)計的強度要求、滿足環(huán)境的耐久性、具有良好的工作性和經(jīng)濟(jì)性等性能。普通混凝土設(shè)計時主要從混凝土強度出發(fā)，通過最大水灰比和最小水泥用量滿足規(guī)定的混凝土結(jié)構(gòu)物的環(huán)境條件;普通混凝土的工作性包括混凝土的流動性、粘聚性、保水性等。

高性能混凝土是在普通混凝土的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，高性能混凝土在保持普通混凝土特性不變的情況下，通過一些科技手段和技術(shù)措施來提高混凝土的各項性能，使混凝土不但滿足設(shè)計強度，而且混凝土的耐久性更長、工作性更好、使用更方便經(jīng)濟(jì)。

2高性能混凝土的特性

2.1滿足特殊設(shè)計的要求

滿足設(shè)計要求是混凝土的最基本的性能，其實也就是按設(shè)計文件進(jìn)行施工;設(shè)計單位按設(shè)計規(guī)范和招標(biāo)文件對構(gòu)筑物的混凝土強度等級、抗?jié)B抗凍等級等在設(shè)計文件中都應(yīng)該有比較詳細(xì)的說明。

高性能混凝土首先必須滿足設(shè)計對混凝土特殊性能的要求，設(shè)計上除對混凝土構(gòu)筑物結(jié)構(gòu)功能和安全使用性能作出最基本的要求外，對一些特殊構(gòu)筑物或特殊使用環(huán)境的構(gòu)筑物會有特殊的設(shè)計要求，因此施工時必須按照設(shè)計的特殊要求進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計計算。設(shè)計文件對高性能混凝土的要求一般有混凝土高強度等級、低彈性變形、良好的體積穩(wěn)定性、高耐久性等，特殊使用環(huán)境下的高性能混凝土還包括氯離子和堿含量、密實性及抗腐蝕性等。

2.2卓越的施工性能和良好的使用性能

2.2.1高性能混凝土的施工性能

高性能混凝土卓越的施工性能是混凝土便于施工、減少施工設(shè)施及提高施工功效的性能，包括工作性、可泵性、緩凝、早強、低水化熱等。

① 工作性。高性能混凝土的工作性是混凝土的流動性、粘聚性、保水性、保坍性等性能的綜合反映?；炷恋牧鲃有允腔炷猎谧灾鼗蛲饬ψ饔孟?，能夠從高向低流動填充以達(dá)到混凝土澆筑并密實的性能;粘聚性是反映混凝土集料與水泥漿界面狀態(tài)的特性，粘聚性良好的混凝土水泥漿充分包裹集料表面和填充集料空隙，混凝土質(zhì)地粘稠均勻;保水性是指混凝土不泌水和不產(chǎn)生離析的性能;保坍性是混凝土在不利環(huán)境下保持初始坍落度或減小坍落度損失的性能。高性能混凝土良好的工作性應(yīng)是具有符合配合比設(shè)計和滿足施工要求的坍落度，流動性和粘聚性良好便于澆筑振搗，混凝土不產(chǎn)生泌水和離析現(xiàn)象，在不利的施工環(huán)境下坍落度損失較小的混凝土。

② 可泵性。隨著經(jīng)濟(jì)和社會生產(chǎn)的發(fā)展，高大建筑物越來越多，混凝土施工機械化程度越來越高，用混凝土泵車進(jìn)行高大混凝土澆筑已是尋常之事。因此，可泵性也是高性能混凝土施工性能之一，混凝土的可泵性指混凝土易于流動且保坍性良好便于泵送的性能。

③ 緩凝性能。在混凝土運輸距離較遠(yuǎn)或混凝土的澆筑時間較長的情況下，為防止混凝土分層澆筑時由于混凝土凝結(jié)時間短而澆筑間隔時間較長引起冷縫，適當(dāng)延長混凝土的初凝時間和終凝時間，這就是混凝土的緩凝性能。

④ 早強性能。對于預(yù)應(yīng)力混凝土，混凝土的強度滿足一定要求時方可進(jìn)行張拉或放張。有時為滿足工程進(jìn)度計劃要求，確保各工序之間的良好銜接，需盡快完成預(yù)應(yīng)力的張拉或放張，就必須提高混凝土的早期強度。有些構(gòu)筑物是分期澆筑的，只有前期澆筑的混凝土構(gòu)件達(dá)到一定強度后才能進(jìn)行下道工序的混凝土澆筑，因此，為了不影響整體施工進(jìn)度計劃，需使用早強性能的混凝土?；炷恋脑鐝娦阅苁鞘够炷猎缙趶姸仍鲩L較快以滿足施工強度要求的性能。

⑤ 低水化熱。對于大體積混凝土澆筑，由于混凝土體積大，混凝土水化熱散失較慢，大量的水化熱蓄積可能會使混凝土產(chǎn)生裂縫。因此必須通過降低混凝土的水泥用量，摻加優(yōu)質(zhì)礦物摻和料來降低混凝土的水化熱。

2.2.2高性能混凝土良好的使用性能

高性能混凝土良好的使用性能是指混凝土構(gòu)筑物澆筑后的實體在使用過程中所具有的特性或人們賦予的特性，包括混凝土外觀質(zhì)量、耐久性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性等。

① 外觀質(zhì)量。近年來對混凝土外觀質(zhì)量要求越來越重視，尤其是部分跨越城市主要街道的景觀橋梁和部分無修飾的混凝土景觀建筑，對混凝土外觀質(zhì)量要求很高?；炷镣庥^質(zhì)量主要是指混凝土構(gòu)筑物表面外觀色質(zhì)均勻一致，無色斑、色差，混凝土表面平整密實光亮，無蜂窩麻面、無浮漿、無砂線和水線。必須通過提高混凝土的性能才能達(dá)到外觀質(zhì)量要求。

② 耐久性。耐久性反映混凝土結(jié)構(gòu)物在使用環(huán)境中，長期抵抗內(nèi)部和外部劣化因素作用，維持其結(jié)構(gòu)功能的性能，由混凝土密實性、抗?jié)B抗凍性、抗腐蝕性等綜合決定?；炷两Y(jié)構(gòu)在氣態(tài)或液態(tài)環(huán)境中所受的破壞有混凝土的碳化、氯離子侵蝕引起的鋼筋銹蝕，混凝土堿集料反應(yīng)、硫酸鹽腐蝕引起的混凝土破壞和凍融破壞等。

③ 體積穩(wěn)定性。體積穩(wěn)定性是混凝土在固化或使用過程中抵抗變形的能力，混凝土變形有收縮變形、溫度變形、彈性變形和徐變變形等。良好的混凝土體積穩(wěn)定性可以減少混凝土因干縮或變形產(chǎn)生的裂縫，提高混凝土的使用性能。

④ 經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性是高性能混凝土基本性能之一，一方面提高混凝土的性能以滿足設(shè)計和施工需要，一方面應(yīng)考慮混凝土組成材料的性價比，使混凝土更加高效經(jīng)濟(jì)。從廣義的混凝土經(jīng)濟(jì)性來講，提高了混凝土的各項性能，延長了結(jié)構(gòu)使用壽命，減少了維修費用，降低了施工成本，因此也就提高了混凝土的經(jīng)濟(jì)性。

高性能混凝土的各項性能并不是單一存在的，它們總是并存于混凝土之中并相輔相成;提高混凝土的工作性，方便了施工澆筑，因此混凝土較容易密實，也就能提高混凝土的耐久性;提高混凝土的體積穩(wěn)定性可以減少混凝土裂縫，同時提高了混凝土耐久性。

3高性能混凝土工程應(yīng)用的注意事項

3.1原材料選擇

3.1.1水泥。水泥是影響混凝土強度的主要材料，高性能混凝土必須使用低堿和性能相對穩(wěn)定的水泥，根據(jù)混凝土配制強度選用不同強度等級的水泥，盡量降低混凝土的水膠比和水泥用量。

3.1.2外加劑。應(yīng)根據(jù)需提高混凝土的性能選擇相應(yīng)的外加劑，外加劑的生產(chǎn)廠家需有較大的生產(chǎn)規(guī)模和質(zhì)量檢驗檢測部門，廠家應(yīng)有完善的質(zhì)量保證體系，生產(chǎn)的外加劑性能穩(wěn)定。應(yīng)根據(jù)地材水泥與外加劑的適應(yīng)性試驗來選用與水泥相容性良好的外加劑，外加劑的摻量應(yīng)通過試驗確定。同時摻加不同功能的外加劑時，需通過試驗確定是否影響外加劑的性能。

3.1.3集料。高性能混凝土用粗細(xì)集料必須潔凈、級配良好且強度滿足混凝土要求，粗細(xì)集料的吸水率較小。細(xì)集料宜用中粗砂，細(xì)集料中不宜含有風(fēng)化砂粒。粗集料的顆粒均勻，針片狀顆粒含量較少;應(yīng)無風(fēng)化石或其他軟弱顆粒，粗集料的合成級配應(yīng)通過試驗確定，應(yīng)使粗集料能相互填充。所用集料應(yīng)進(jìn)行堿集料試驗，符合要求的集料方可用于高性能混凝土。

3.1.4礦物摻合料。在高性能混凝土中加入摻合料是提高混凝土性能的方法之一，常用的礦物摻合料有優(yōu)質(zhì)粉煤灰、?；郀t礦渣、礦粉和超細(xì)硅粉等。礦物摻合料應(yīng)選用信譽好質(zhì)量穩(wěn)定可靠的廠家，使用前應(yīng)通過試驗檢測確定其使用等級是否滿足要求。摻加礦物摻合料時必須考慮水泥中摻合料的組分和數(shù)量，然后根據(jù)混凝土的性能和強度及相關(guān)技術(shù)規(guī)范確定摻量。

3.1.5其他摻合物。用于高性能混凝土的摻和物還有鋼纖維、聚丙烯纖維、橡膠或塑料粒子等，其摻量根據(jù)設(shè)計要求或通過試驗確定，摻加纖維或粒子后，混凝土的性能會有所改變，還需調(diào)整外加劑、礦物摻合料等材料用量，應(yīng)通過試驗來確定混凝土的整體性能。

3.2優(yōu)化配合比設(shè)計

高性能混凝土試驗室配合比確定以后，還應(yīng)根據(jù)施工條件進(jìn)行混凝土試拌和和澆筑試驗構(gòu)件，檢查混凝土是否滿足施工性能，如不能完全滿足施工要求和構(gòu)筑物的使用性能，需要分析原因?qū)υ囼炇遗浜媳冗M(jìn)行改進(jìn)優(yōu)化;在正常施工過程中，還需根據(jù)環(huán)境和施工工藝對配合比進(jìn)行優(yōu)化。

3.3混凝土的拌和及運輸

高性能混凝土拌合設(shè)備必須計量準(zhǔn)確，具有先進(jìn)的電子控制和電腦儲存功能，可以進(jìn)行全自動控制混凝土的加料、攪拌和出料。由于高性能混凝土摻加了外加劑和摻合料，因此需適當(dāng)延長混凝土的攪拌時間，才能使混凝土充分拌和均勻。

混凝土運輸宜用混凝土罐車并不停地攪動，混凝土從開始拌和到澆筑結(jié)束的時間不得大于混凝土的初凝時間;混凝土在運輸過程中不得隨意加水。在冬季運輸混凝土?xí)r必須采用保溫措施以保證混凝土入模溫度。

3.4施工控制

高性能混凝土改善提高了施工性能，方便了混凝土的施工澆筑，但施工時應(yīng)注意混凝土的振搗順序、振搗速度和振搗有效半徑，防止混凝土欠振或過振，影響混凝土的密實性和外觀質(zhì)量。還需控制好混凝土澆筑的分層厚度和分層澆筑時間，以防分層過厚無法振搗和分層澆筑時間過長形成混凝土冷縫。

3.5混凝土構(gòu)件的早期養(yǎng)護(hù)

高性能混凝土澆筑后需及時覆蓋養(yǎng)護(hù)，混凝土構(gòu)件拆去模板后，對裸露的混凝土應(yīng)及時噴水養(yǎng)護(hù)，保證混凝土表面有足夠的水分讓水泥水化，提高混凝土表面強度，減少混凝土表面的干縮裂縫，保證混凝土構(gòu)件的使用性能。

總之，在高性能混凝土應(yīng)用時，先從原材料的選擇到配合比的優(yōu)化設(shè)計上應(yīng)充分考慮能夠最大限度地提高混凝土的性能，再從混凝土拌和、運輸及施工工藝方面保證混凝土的高性能，最后通過對硬化混凝土的養(yǎng)護(hù)和保護(hù)，使得高性能混凝土的優(yōu)越性能得到充分發(fā)揮。

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（作者單位：江蘇省建湖縣公路管理站）