高性能混凝土材料在建筑材料中應(yīng)用

張文

(山西六建集團(tuán)有限公司，山西 太原 030025)

建筑工程的質(zhì)量要求逐步提高，采用高質(zhì)量的材料是打造高品質(zhì)建筑的重要前提，也是減輕建筑工程環(huán)境污染問(wèn)題的關(guān)鍵方法。隨著技術(shù)的進(jìn)步，傳統(tǒng)建筑材料的應(yīng)用頻率逐步降低，取而代之的是性能可靠、綠色環(huán)保的新型建材。其中，高性能混凝土則是建筑工程中較為主流的材料，研究此類材料在建筑工程中的應(yīng)用方法具有重要意義。

1 工程概況

某建筑工程，總建筑面積為7 736.4m2，屬于裝配式建筑，預(yù)制構(gòu)件采用強(qiáng)度等級(jí)為C60的混凝土制作而成。施工單位高度重視高性能混凝土施工質(zhì)量，規(guī)范施工方式，加強(qiáng)施工管理，施工出質(zhì)量可靠的高性能混凝土預(yù)制構(gòu)件，提升裝配式建筑的穩(wěn)定性和耐久性。

2 高性能混凝土中原材料的選取

2.1 骨料

高性能混凝土的骨料有兩種：1)粗骨料：根據(jù)硬度、粗糙度、潔凈程度等方面的要求選擇粗骨料，直徑大于4.75mm。在滿足高性能混凝土使用要求的前提下，避免粗骨料直徑過(guò)大，否則石料與砂漿發(fā)生離析，高性能混凝土固結(jié)成型后缺乏足夠的硬度，且不宜采用直徑過(guò)小的粗骨料，否則將增加砂漿的用量，影響結(jié)構(gòu)的后期穩(wěn)定性和耐久性；2)細(xì)骨料：直徑小于4.75mm，尺寸合適，不存在影響高性能混凝土各項(xiàng)性能的雜物[1]。

2.2 添加劑

添加劑的作用在于提升高性能混凝土的綜合性能，改善施工條件。例如，向高性能混凝土中摻入添加劑后，有利于提高混合料的硬度和強(qiáng)度。市面上的添加劑類型多樣，例如減水劑、緩凝劑等，而各自又可細(xì)分為多種類型，其中減水劑包含荼系減水劑、聚羧酸減水劑等，需根據(jù)工程要求進(jìn)行選擇，必要時(shí)采用復(fù)合外加劑，發(fā)揮出多種外加劑的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，全面提升混凝土的性能。在選擇添加劑時(shí)，需考慮到添加劑與高性能混凝土中其它原材料的性質(zhì)相容性，不可由于應(yīng)用添加劑而制約其它材料的性能，此外還需嚴(yán)格控制摻量。

2.3 粉煤灰摻合料

向高性能混凝土中按比例摻入礦物質(zhì)材料后，可保證混凝土的硬度并適當(dāng)減少水泥的用量。其中，粉煤灰屬于常用材料，表面光滑，延展性良好，直徑較小，可以提升高性能混凝土的綜合性能，保證結(jié)構(gòu)的質(zhì)量，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命。粉煤灰的來(lái)源途徑豐富，例如鍋爐灰粉末即可滿足要求，取材便捷，成本低[2]。

3 高性能混凝土的力學(xué)性能分析

抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度、彈性模量等均是反映高性能混凝土力學(xué)性能的重要指標(biāo)，需要進(jìn)行全面的檢測(cè)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果綜合評(píng)價(jià)高性能混凝土的力學(xué)性能，常用材料的檢測(cè)項(xiàng)目以及相應(yīng)的結(jié)果，如表1所示。

表1 建筑工程常用材料的力學(xué)性能

高性能混凝土的多項(xiàng)性能均優(yōu)于其它材料，利用綜合性能良好的高性能混凝土施工預(yù)制構(gòu)件后，可以提升結(jié)構(gòu)的抗震性、耐久性。并且，高性能混凝土具有良好的水密性能，即便所處環(huán)境相對(duì)惡劣，也不易出現(xiàn)性能異常退化、滲漏等問(wèn)題。

3.1 耐久性分析

高性能混凝土具有良好的耐久性，施工成型的建筑結(jié)構(gòu)穩(wěn)定可靠，滿足安全使用和長(zhǎng)久使用的要求。高性能混凝土耐久性的評(píng)價(jià)指標(biāo)包含總孔隙率、凍融剝落、吸水系數(shù)等，將該材料與C60混凝土進(jìn)行對(duì)比分析，具體如表2所示。

表2 高性能混凝土與C60的耐久性指標(biāo)

根據(jù)表2可知，高性能混凝土的多項(xiàng)耐久性指標(biāo)均優(yōu)于C60混凝土，在適宜的養(yǎng)護(hù)條件下，還將改善高性能混凝土的微觀結(jié)構(gòu)，而水灰比低是保障高性能混凝土耐久性的關(guān)鍵前提，在配合比設(shè)計(jì)階段，優(yōu)化顆粒級(jí)配，搭配粗集料和細(xì)集料，使高性能混凝土具有良好的密實(shí)性。

3.2 防火及抗沖擊性能

高性能混凝土中的氫氧化鈣和硅粉的含量均較高，短時(shí)間暴露于火中仍可維持穩(wěn)定，但受火災(zāi)影響的時(shí)間逐步延長(zhǎng)時(shí)，將出現(xiàn)性能退化、結(jié)構(gòu)受損等問(wèn)題，因此摻入纖維原料，進(jìn)一步提升高性能混凝土的防火性能，也能夠使其具有抗沖擊特性，用高性能混凝土施工而成的建筑結(jié)構(gòu)在受到外界因素的影響時(shí)仍保持相對(duì)穩(wěn)定、完整的使用狀態(tài)[3]。

4 高性能混凝土在建筑工程中的應(yīng)用

4.1 試驗(yàn)檢測(cè)

根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)高性能混凝土的綜合性能，判斷是否可滿足建筑工程的用料要求。高性能混凝土的試驗(yàn)檢測(cè)主要有如下兩種：1)常規(guī)的性能試驗(yàn)檢測(cè)：從高性能混凝土中取樣，制作試塊，同條件養(yǎng)護(hù)兩周，檢測(cè)高性能混凝土的抗拉性能、抗彎性能、抗?jié)B性能、抗凍性能等；2)表面滲透性試驗(yàn)檢測(cè)：綜合各項(xiàng)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)，判斷高性能混凝土的性能是否達(dá)標(biāo)，為建筑工程施工提供質(zhì)量可靠的材料。

4.2 成分、含沙率、水膠比

高性能混凝土是以水泥、粗細(xì)骨料、水、外加劑等為原材料，按特定比例配制而成的混合料，各項(xiàng)性能與原材料的選取方式有關(guān)，在選擇原材料時(shí)需考慮到成分的合理性，并控制含砂率、水膠比等指標(biāo)。在本建筑工程中，水泥采用的是低水化熱的普通碳酸鹽水泥，無(wú)受潮結(jié)塊、過(guò)期等情況；骨料采用的是質(zhì)地均勻、干凈的石灰?guī)r；高性能混凝土的含砂率為56%。

4.3 高性能混凝土的拌制

按照配合比稱量原材料，摻料后進(jìn)行充分的拌和。向攪拌機(jī)中摻入水泥、細(xì)骨料和粗骨料，溫度控制在0～30℃，最終得到均勻性良好的高性能混凝土。拌制結(jié)束后，檢驗(yàn)高性能混凝土，判斷坍落度、和易性各方面是否達(dá)標(biāo)。

4.4 高性能混凝土的澆筑與養(yǎng)護(hù)

1)高性能混凝土隨拌隨用，避免因拌制后未及時(shí)投入使用而變質(zhì)。施工人員向模具中放入鋼筋籠，分為多層，依次澆筑高性能混凝土。首層澆筑長(zhǎng)度為構(gòu)件長(zhǎng)度的2/3，澆筑首層后間歇5～7min，開始澆筑下一層，為加強(qiáng)各層的質(zhì)量控制，上一層的澆筑長(zhǎng)度應(yīng)短于下一層，按照此方式，第二層澆筑長(zhǎng)度為首層的3/4，第三層為第二層的4/5。施工人員根據(jù)實(shí)際澆筑情況靈活控制澆筑速度，兼顧澆筑質(zhì)量和澆筑效率。若澆筑速度過(guò)快，難以全面保證澆筑質(zhì)量，成型的預(yù)制構(gòu)件可能存在尺寸偏差、形態(tài)異常等問(wèn)題；若澆筑速度過(guò)慢，將放慢澆筑速度，延長(zhǎng)工期。通常，高性能混凝土的澆筑速度控制在2.35m3/min。。

2)高性能混凝土澆筑過(guò)程中，用振動(dòng)棒及時(shí)振搗，振搗頻率為2.15Hz，振搗時(shí)間在5min以上，以平行交錯(cuò)的方式振搗。

3)高性能混凝土的澆筑、振搗均結(jié)束后，抹平混合料，使高性能混凝土的內(nèi)部密實(shí)、表面平整。抹平結(jié)束時(shí)間根據(jù)預(yù)制構(gòu)件混凝土的表面狀態(tài)而定，泛漿時(shí)結(jié)束。

4)高性能混凝土初凝后，在表面覆蓋土工布，灑水養(yǎng)護(hù)，灑水頻率為每12h進(jìn)行1次，使高性能混凝土表面保持濕潤(rùn)但無(wú)積水。養(yǎng)護(hù)時(shí)間以5～7d為宜，科學(xué)養(yǎng)護(hù)后，使高性能混凝土有效成型，避免裂縫。高性能混凝土預(yù)制構(gòu)件的抗壓性能、抗震性能均與施工溫度有關(guān)，為保證施工質(zhì)量，施工時(shí)的環(huán)境溫度應(yīng)在10～30℃。

4.5 施工效果檢驗(yàn)

試驗(yàn)對(duì)象為六面高性能混凝土預(yù)制剪力墻，檢驗(yàn)指標(biāo)選取的是剪力墻的抗壓強(qiáng)度，根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果評(píng)價(jià)高性能混凝土在建筑預(yù)制構(gòu)件施工中的應(yīng)用效果。檢驗(yàn)流程為：確定待檢驗(yàn)的高性能混凝土剪力墻，進(jìn)行編號(hào)；清理試件表面的雜物，將其置于壓力機(jī)的承壓板上，調(diào)整好試件的位置使其中心線與壓路機(jī)承壓板中心線對(duì)齊；啟動(dòng)壓路機(jī)，初始?jí)毫υO(shè)定為110.25MPa，后續(xù)按每間隔60min增加壓力10MPa的方式對(duì)構(gòu)件逐步施加壓力，觀察試件在受到外力作用時(shí)的形態(tài)，直至試件發(fā)生破壞為止[4]。試驗(yàn)過(guò)程中及時(shí)記錄壓力數(shù)據(jù)，根據(jù)試驗(yàn)檢測(cè)結(jié)果，按如下公式計(jì)算試件的抗壓強(qiáng)度P。

P=H/K

(1)

式中，H為構(gòu)件的破壞荷載；K為構(gòu)件的承壓面積。

高性能混凝土剪力墻構(gòu)件的抗壓測(cè)試頻率為每7d進(jìn)行1次，直至達(dá)到第28d為止。構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)值應(yīng)大于最大應(yīng)力值，否則說(shuō)明構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)。在本建筑工程中，高性能混凝土剪力墻構(gòu)件的最大應(yīng)力值為50MPa，將試驗(yàn)、計(jì)算后確定的抗壓強(qiáng)度與之進(jìn)行對(duì)比分析，結(jié)果如表3所示(以7組具有代表性的試件為例)。

表3 高性能混凝土剪力墻抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果

根據(jù)表3的數(shù)據(jù)可知：隨著高性能混凝土齡期的延長(zhǎng)，剪力墻構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度逐步提高，且7d抗壓強(qiáng)度便超過(guò)最大應(yīng)力，符合要求；高性能混凝土的齡期達(dá)到28d時(shí)，剪力墻構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度為80.25～89.15MPa，隨著齡期的延長(zhǎng)，進(jìn)一步提高了抗壓強(qiáng)度?？傮w上，高性能混凝土剪力墻構(gòu)件的抗壓強(qiáng)度較高，符合規(guī)范要求，同時(shí)也說(shuō)明了本建筑工程采用的高性能混凝土施工技術(shù)具有可行性。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，高性能混凝土在提高工程質(zhì)量、加快施工進(jìn)度、保護(hù)生態(tài)環(huán)境等方面均有突出的作用，其在建筑工程中的適用范圍逐步擴(kuò)寬，具有推廣應(yīng)用的前景。高性能混凝土施工涉及到的要點(diǎn)包含原材料選取、混凝土配制、澆筑、振搗、養(yǎng)護(hù)等，本文提出了高性能混凝土在建筑工程中的主要應(yīng)用流程以及各關(guān)鍵工序的施工方法，取得了良好的施工效果，希望所提內(nèi)容對(duì)同仁有參考意義。