高性能混凝土应用李晓明

李晓明

摘要：高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土。

关键词：高性能混凝土体积稳定性耐久性经济性

绪论

高性能混凝土是在现代高强混凝土的基础上发展起来的。使用新型的高效减水剂和矿物掺合料，是使混凝土达到高性能的主要技术措施，前者能降低混凝土的水胶比，增加坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性；后者能填充胶凝材料的空隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的密实性外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的强度和耐久性。粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性能，同时又充分利用了工业废液，有效的节约了资源和能源，减少了环境污染，符合绿色高性能混凝土的发展方向，促进了混凝土技术的健康发展。

1高性能混凝土原材料的选用

配制高性能混凝土时，因选用优质水泥和级配良好的优质集料，同时应掺加与水泥相匹配的高性能减水剂及优质掺合料，其具体技术指标应满足相关标准规范的要求。

1-1水泥技术要求

水泥宜选用品质稳定、标准稠度低、强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜采用矿渣硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥及粉煤灰硅酸盐水泥。

1-2细集料的技术要求

细集料宜选用级配良好、质地均匀坚固、吸水率低、空隙小、细度模数2.6-3.0的洁净天然中砂，或符合要求的人工砂，不得使用山砂和海砂。

1-3粗集料技术要求

粗集料宜选用质地均匀坚硬、粒形良好、级配合理、线胀系数小的洁净碎石或卵石，不宜采用砂岩加工成的碎石。

1-4外加剂技术要求

外加剂应选用高效减水剂或复合减水剂，并应选择减水率高、塌落度损失小、适量引气、与水泥之间具有良好的相容性、能明显改善或提高混凝土耐久性能且质量稳定的产品，引气剂或引气型外加剂应有良好的气泡稳定性。用于提高混凝土抗冻性的引气剂、减水剂和复合外加剂中均不得掺有木质硫酸盐组分，并不得采用含有氯盐的防冻剂。

1-5矿物掺合料技术要求

矿物掺合料应选用品质稳定、来料均匀的粉煤灰、磨细矿渣粉和硅灰。

2高性能混凝土的施工控制

2-1搅拌

混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量,称量最大允许偏差应符合下列规定(按重量计):胶凝材料(水泥、掺合料等)±1%；外加剂±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。应采用卧轴式、行星式或逆流式强制搅拌机搅拌混凝土,采用电子计量系统计量原材料。搅拌时间不宜少于2min,也不宜超过3min。炎热季节或寒冷季节搅拌混凝土时,必须采取有效措施控制原材料温度,以保证混凝土的入模温度满足规定。

2-2运输

混凝土应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中保持均匀性及各项工作性能指标不发生明显波动。应对运输设备采取保温隔热措施,防止局部混凝土温度升高(夏季)或受冻(冬季)。应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。

2-3浇筑

(1)混凝土入模前,应采用专用设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比及泌水率等工作性能；只有拌合物性能符合设计或配合比要求的混凝土方可入模浇筑。混凝土的入模温度一般宜控制在5～30℃(2)混凝土浇筑时的自由倾落高度不得大于2m当大于2m时,应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土,保证混凝土不出现分层离析现象。（3）混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行,间隙时间不得超过90min,不得随意留置施工缝。（4）新浇混凝土与邻接的己硬化混凝土或岩土介质间浇筑时的温差不得大于15℃。

2-4振捣

可采用插入式振动棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等振捣设备振捣混凝土。振捣时应避免碰撞模板、钢筋及预埋件。采用插入式振捣器振捣混凝土时,宜采用垂直点振方式振捣。每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准,一般不宜超过30s,避免过振。若需变换振捣棒在混凝土拌合物中的水平位置,应首先竖向缓慢将振捣棒拔出,然后再将振捣棒移至新的位置,不得将振捣棒放在拌合物内平拖。

2-5养护

高性能混凝土早期强度增长较快,一般3天达到设计强度的60%,7天达到设计强度的80%,因而,混凝土早期养护特别重要。通常在混凝土浇注完毕后采取以带模养护为主,浇水养护为辅,使混凝土表面保持湿润。养护时间不少于14天。

2-6质量检验控制

除施工前严格进行原材料质量检查外，在混凝土施工过程中，应对混凝土的以下指标进行检查控制：混凝土拌合物：水胶比、坍落度、含气量、入模温度、泌水率、匀质性。硬化混凝土：标准养护试件抗压强度、同条件养护试件抗压强度、抗渗性、电通量等。

2-7其它

通过HPC高性能砼设计，结合现场施工过程中的试验结果对混凝土工作性做以下控制：

（1）高性能砼施工应在最大密实度理论基础上，填满集料密实堆积时的空隙外使新拌砼具有工作度的浆体数量应合适。现场根据粗细集料的表面状态、细骨料颗粒组成、粗集料空隙率和级配状况、外加剂与胶凝材料的相容性情况结合施工配合比进行微量调整流动性最佳途径。根据骨料的空隙率和砂中细颗粒含量调整砂率，如细颗粒偏少，可微量调整增加胶凝材料用量、适度调整外加剂增大含气量；如细颗粒偏多，也应调整胶凝材料用量、适当减少砂的用量。

（2）对HPC应同时严格控制用水量和水泥用量，因为高水泥浆量会带来高的水化热、大的收缩及低弹性模量，对耐久性很不利。充分利用高效减水剂和活性掺和料，使水胶比控制在0.28～0.40之间，可进一步降低水化热。

（3）砂率的大小不仅影响拌和料的工作性，且对混凝土的密实度、保水性、粘聚性、可泵性等一系列性能产生影响，砂率应随坍落度增大而增加，且有一个最佳的含砂率，HPC的砂率一般宜在34%～40%之间，并要保证一定的粗骨料用量，以减少HP的收缩。

3高性能混凝土的特性

3-1密实性

高性能混凝土的用水量较低，流动性好，抗离析性高，从而具有较优异的填充性。因此，配好恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。

3-2体积稳定性

高性能混凝土的体积稳定性较高，表现为具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。普通混凝土的弹性模量为20~25GPa，采用适宜的材料与配合比的高性能混凝土，其弹性模可达40~50GPa。采用高弹性模量、高强度的粗集料并降低混凝土中水泥浆体的含量，选用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天龄期的干缩值低于0.04%。

3-3强度

高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa。28d平均强度介于100~120MPa的高性能混凝土，已在工程中应用。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比较高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。

3-4水化热

由于高性能混凝土的水胶比较低，会较早的终止水化反应，因此，水化热相应的降低。

3-5收缩和徐变

高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。但高性能混凝土的早期收缩率，随着早期强度的提高而增大。相对湿度和环境温度，仍然是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。

高性能混凝土的徐变变形显著低于普通混凝土，高性能混凝土与普通强度混凝土相比较，高性能混凝土的徐变总量（基本徐变与干燥徐变之和）有显著减少。在徐变总量中，干燥徐变值的减少更为显著，基本徐变仅略有一些降低。而干燥徐变与基本徐变的比值，则随着混凝土强度的增加而降低。

3-6耐久性

高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ渗透率，明显低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有较高的密实性和抗渗性，因此，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土。高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能够有效的减少用水量，减少混凝土内部的空隙，能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。

3-7耐火性

高性能混凝土在高温作用下，会产生爆裂、剥落。由于混凝土的高密实度使自由水不易很快地从毛细孔中排出，再受高温时其内部形成的蒸汽压力几乎可达到饱和蒸汽压力。在300°C温度下，蒸汽压力可达8MPa，而在350°C温度下，蒸汽压力可达17MPa，这样的内部压力可使混凝土中产生5MPa拉伸应力，使混凝土发生爆炸性剥蚀和脱落。因此高性能混凝土的耐高温性能是一个值得重视的问题。为克服这一性能缺陷，可在高性能和高强度混凝土中掺入有机纤维，在高温下混凝土中的纤维能熔解、挥发，形成许多连通的孔隙，使高温作用产生的蒸汽压力得以释放，从而改善高性能混凝土的耐高温性能。

3-8经济性

高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益；高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间；HPC良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少成本

4结论

施工中主要在现场原材料的选择和控制、拌和物、含气量、工作性的检测控制、并综合考虑和HPC性能与施工配合比参数的确定。现场试验及试验室检测表明，适量优质活性矿物掺和料如优质粉煤灰、矿渣微粉等可改善混凝土的工作性。粉煤灰的微集料效应、形态效应不但可以提高混凝土的保水性、流动性，并可减少水泥用量，提高HPC的耐久性；由于采用较大的掺合料用量，进一步降低了工程成本，取得了较大的经济效益；而且双掺配合比相对空白及单掺混凝土配合比，降低了早期水化热的释放及早期收缩对混凝土耐久性有利。。

5结束语

HPC诞生时间虽短、各国研究有限，尚无统一标准和结论，但因其自身优异的性能，已得到迅速发展和一定范围的应用。今后，必须加强对HPC及其结构性能进行系统研究,完善理论体系，制定相关规范和文件，总结应用经验，优化使用方法，提高使用的有效性和可靠性。那么，HPC定能克服现存不足和问题，向更加高效、环保和经济的方向发展，走优质、低耗、高效、可持续发展之路，必将成为混凝土工程的主导材料，在工程实践中得到更为广泛的应用。

参考文献

[1]吴中伟.高性能混凝土[M],中国铁道出版社，1999.

[2]丁大钧.高性能混凝土及其在工程中的应用[M],北京机械工业出版社，2007.

[3]CECS207：2006高性能混凝土应用技术规程.

[4]《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010.