柴曉亮

（寧夏建筑科學(xué)研究院有限公司，寧夏銀川750021）

0 引言

高性能混凝土是一種耐久性?xún)?yōu)異的混凝土，其顯著特點(diǎn)是高工作性、高體積穩(wěn)定性、較高強(qiáng)度、高抗?jié)B性等?；炷烈@得高性能，應(yīng)主要從以下幾方面入手。

1 改善水泥石的孔結(jié)構(gòu)

研究水泥石孔結(jié)構(gòu)特征的理論是孔隙學(xué)。該理論是EH. Wittmann教授在第七屆國(guó)際水泥化學(xué)會(huì)議上提出的。 孔隙學(xué)理論認(rèn)為，孔級(jí)配即孔大小不同的孔相互搭配的情況，當(dāng)孔隙率相同時(shí)，平均孔徑小的混凝土材料強(qiáng)度高，滲透性低。 不同尺寸差別小，即分布均勻時(shí)，強(qiáng)度高。 因此可通過(guò)孔級(jí)配的改善來(lái)提高混凝土的某些性能。 而小于某尺度的孔則可對(duì)強(qiáng)度和滲透性無(wú)影響。

在普通混凝土中，用水量比水泥水化所需水量大得多。 一般水泥水化所需的用水量為水泥重量的15%-25%， 而實(shí)際施工時(shí)用水量為水泥重量的50%-60%，甚至更多。在混凝土硬化后多余的水在水泥石中以及水泥石和集料的界面區(qū)域形成大量的各種孔隙，以及因混合料泌水和混凝土收縮所引起的微孔和微縫，這些缺陷是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降和其他性能指標(biāo)低劣的根本原因。 因此，盡可能減少和消除這些缺陷，改善混凝土的結(jié)構(gòu)，是制成高性能混凝土的關(guān)鍵問(wèn)題，其基本措施就是摻入超塑化劑?；炷烈_(dá)到高耐久性，首先要降低水膠比，以減少水泥石中毛細(xì)孔隙和混凝土中的骨料與水泥石之間的界面縫隙，提高其抗?jié)B性。 但水膠比的降低是有限度的，極低的水膠比往往伴隨著流動(dòng)性的降低，如圖1 所示。 摻用超塑化劑后，在水膠比較低、膠結(jié)材料用量適中的情況下，可獲得較大的工作度。 超塑化劑量與水泥凈漿流動(dòng)度的關(guān)系如圖2 所示。

圖1 水膠比與流動(dòng)度的關(guān)系

圖2 超塑化劑摻量與流動(dòng)度關(guān)系

由上圖可以看出:超塑化劑在一定摻量范圍內(nèi)流動(dòng)度隨其摻量提高而增加；但超過(guò)某一摻量，流動(dòng)度變化不明顯。一般超塑化劑摻量以0.70%-1.50%為宜(最高不超過(guò)20%)，過(guò)量經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果均較差。 另外采用添加超細(xì)礦粉的方法同樣可以改善孔的結(jié)構(gòu)。

2 改善水泥石集料界面結(jié)構(gòu)

普通混凝土中， 集料與水泥石的界面是整體混凝土結(jié)構(gòu)的薄弱區(qū)。 在該區(qū)域內(nèi)集料的表面富積大量的六方板狀Ca （OH）2晶體，Ca（OH）2晶體定向排列在集料表面，形成混凝土中最疏松的區(qū)域，一般稱(chēng)該疏松區(qū)域?yàn)榻缑孢^(guò)渡層，疏松的界面過(guò)渡層是導(dǎo)致混凝土抗?jié)B性增高，強(qiáng)度與耐久性下降的主要原因。 因此，要使普通混凝土高性能化，即獲得高強(qiáng)度、高耐久性，就要改善混凝土中集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)， 極力抑制界面過(guò)渡層的形成。 其方法是在混凝土中摻入活性SiO2微?；蜾X硅酸鹽微粒等一些礦物摻料，這些摻料與水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2二次反應(yīng)，這就是人們通常所說(shuō)的火山灰效應(yīng)。 此外，研究表明:活性微集料在水泥混凝土中還可產(chǎn)生填充效應(yīng)、增強(qiáng)效應(yīng)、減水效應(yīng)和耐久性提高效應(yīng)等。①火山灰效應(yīng)。 因活性微集料可與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2等起火山灰反應(yīng)，生成C-S-H，消除了孔隙較高的過(guò)渡層；使硬化水泥漿內(nèi)的空隙細(xì)化。 提高了水泥漿一骨料間界面的強(qiáng)度，同時(shí)提高了混凝土的抗?jié)B性。 此反應(yīng)有利于混凝土在酸性環(huán)境下的耐久性。②填充效應(yīng)。微集料取代部分水泥后，超細(xì)粉填充于水泥粒子空隙之間，使膠凝材料具有更好的級(jí)配，降低其標(biāo)準(zhǔn)稠度下的用水量，降低了填充水泥粒子間空隙的用水量。③減水增強(qiáng)效應(yīng)。以微集料等量取代水泥，在保持流動(dòng)度不變的情況下，部分微集料可降低水膠比，28d 強(qiáng)度提高。④耐久性提高效應(yīng)。通過(guò)摻超細(xì)微集料使混凝土的水膠比進(jìn)一步降低，抗?jié)B性進(jìn)一步提高；更重要的還是通過(guò)摻入不同品種和摻量的微集料，提高混凝土抵抗環(huán)境腐蝕的耐久性。

3 復(fù)合適量增強(qiáng)膨脹防水劑，提高混凝土強(qiáng)度和其他性能

混凝土摻人大量微集料后，改善了混凝土的主要性能，某些性能(如早期強(qiáng)度)往往受到一定影響，為此，可加人適量膨脹防水劑，該外加劑的性能特點(diǎn)如下:①增強(qiáng)。 同配比混凝土用膨脹防水劑等量取代水泥后強(qiáng)度提高10MPa 以上，亦可取代2-3 倍的水泥。 ②減水增塑。該膨脹防水劑減水率為10%-30%，可將坍落度10-30mm 混凝土提高至坍落度180mm 以上，以至配制高流態(tài)免振(自流平)混凝上。③引氣、保水。膨脹防水劑可適量引氣，保水性能好，坍落度損失小。④緩凝。摻膨脹防水劑可使混凝土凝結(jié)時(shí)間緩凝12h，超緩凝仍不影響混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展。⑤密實(shí)防水。摻膨脹防水劑的混凝土無(wú)收縮；孔結(jié)構(gòu)大大改善(混凝土有害孔變?yōu)槲⑿】?，密實(shí)防水性能好，抗?jié)B等級(jí)可達(dá)P30 以上(形成結(jié)構(gòu)自防水混凝土)。⑥改善水泥安定性。摻該外加劑可改善水泥安定性，增加強(qiáng)度。⑦節(jié)能利廢。在水泥生產(chǎn)時(shí)加人該外加劑可提高混合材摻量，從而節(jié)省水泥10%-50%，降低混凝土水化熱。 ⑧耐久性好。摻該外加劑的混凝土抗?jié)B、抗凍、抗碳化等耐久性能顯著提高。

4 選擇適宜的膠結(jié)漿體

新拌混凝土中膠結(jié)漿體，本身具有雙重作用:它既可使骨料顆粒相互分開(kāi)，使其在離散狀態(tài)下保持在一起；又可作為骨料顆粒問(wèn)的潤(rùn)滑劑，增加新拌混凝土的塑性變形能力。因此，膠結(jié)漿體本身的稠度及其含量是決定混凝土工作度的重要因素。而膠結(jié)漿體的稠度又是膠結(jié)料組成、水膠比和超塑化劑量決定的。 在膠結(jié)料組成和超塑化劑一定的情況下，膠結(jié)漿體中的自由水含量取決于其水膠比，水膠比越大，其稠度越稀。 當(dāng)膠結(jié)漿體和稠度一定時(shí)，膠結(jié)漿體的數(shù)量對(duì)混凝土工作度起決定性作用，其數(shù)量越多，骨料間的潤(rùn)漿漿體量也越多，混凝土的工作度愈好。 但其超量混凝土技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果惡化。 一般膠結(jié)材料總量在250-650kg/m3之間。

5 選擇適當(dāng)?shù)纳奥?/h2>

膠結(jié)漿體的稠度和數(shù)量確定后，砂率便成為影響新拌混凝土工作度的重要因素。 因砂率變動(dòng)會(huì)使骨料的空隙度和表面積發(fā)生變化。 砂率太少，骨料間孔隙變大，需較多的漿體填充空隙面使?jié)櫥瑵{體減少，若砂率過(guò)大，骨料的總表面積及空隙率都增大，同樣膠結(jié)漿體相對(duì)顯少了，這也就減弱了膠結(jié)漿體的潤(rùn)滑作用，使新拌混凝土流動(dòng)性變差。實(shí)驗(yàn)表明，高強(qiáng)高性能混凝土砂率可比泵送混凝土偏低；高流態(tài)(免振)高性能混凝土則比泵送混凝土砂率偏高，如圖3 所示。

圖3 高性能混凝土砂率

根據(jù)國(guó)內(nèi)大量試驗(yàn)研究表明:當(dāng)采用符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的比較干凈的中粗砂來(lái)配制高性能混凝土?xí)r，砂率在32%-40%范圍內(nèi)，免振高性能混凝土砂率在45%-50%。對(duì)混凝土工作性的影響并不是很敏感。隨著砂率的提高，混凝土坍落度略有增大，強(qiáng)度略有下降。由于高性能混凝土水膠比較小，用水量較低，粘度較大，為避免拌和物過(guò)粘，在滿(mǎn)足工作性要求的前提下選擇偏低的砂率。試驗(yàn)中一般選用34%-38%，且考慮到具體配合比進(jìn)一步選定。

6 結(jié)束語(yǔ)

總之，大量的工程事故使人們深刻地意識(shí)到，在追求混凝土材料高強(qiáng)度的同時(shí)， 必須以同等的高度來(lái)關(guān)注混凝土的耐久性等問(wèn)題，這是推動(dòng)混凝土技術(shù)進(jìn)入高性能混凝土階段的主要原因。即高性能混凝土不同于高強(qiáng)混凝土， 其重點(diǎn)是由非常高的強(qiáng)度轉(zhuǎn)向在特定的使用下，所必須的高性能，包括高彈性模量、高尺寸穩(wěn)定性、低滲透性以及高的抵抗有害介質(zhì)蝕能力等。

［1］馮乃謙.高性能混凝土[M].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社，1996.

［2］吳中偉.高性能棍凝土的發(fā)展趨勢(shì)與問(wèn)題[J].建筑技術(shù),1998，29(1):8-13.

［3］張明征.高性能混凝土的配制與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2003.