張永華

摘要：高性能混凝土是一種具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度的可持續(xù)發(fā)展的混凝土。本文通過對高性能混凝土概念的了解，討論了高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的優(yōu)化，從而對高性能混凝土在選材方面有了更理性的認(rèn)識；重點(diǎn)介紹了福州機(jī)場高速公路二期工程A6合同段試驗(yàn)室對高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)與優(yōu)化，闡述高性能混凝土在工程中所起到的實(shí)際效果和缺陷；并針對高性能混凝土在性能上存在的問題提出了一些改善途徑。

關(guān)鍵詞： 高性能混凝土；配合比設(shè)計(jì)；優(yōu)化

Abstract: this paper is a kind of high performance concrete with high durability, high workability, the sustainable development of high strength concrete. This article through to the understanding of the concept of high performance concrete, discusses the optimization of high performance concrete mix proportion design, by the high performance concrete in the aspect of material have a more rational understanding; Focus on fuzhou airport freeway A6 phase ii project contract section of the laboratory of high performance concrete mix proportion design and optimization, this paper in the actual effect of the engineering of high performance concrete and defects; And aiming at the problems in performance of high performance concrete some improvement ways are put forward.

Key words: high performance concrete; Mixture ratio design; To optimize the

中圖分類號：TU377 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：

1引言

1990年由美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）與美國混凝土學(xué)會(huì)（ACI）共同主辦的一次研討會(huì)上正式定名“高性能混凝土”并規(guī)定特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴(yán)酷環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)。高性能混凝土的出現(xiàn)可以認(rèn)為高性能混凝土一方面是混凝土技術(shù)發(fā)展的新改革，另一方面是現(xiàn)代建設(shè)工程對現(xiàn)代混凝土的技術(shù)性能提出了更高的發(fā)展目標(biāo)。高性能混凝土是具有特殊性能指標(biāo)的新型高技術(shù)混凝土，必須采用嚴(yán)格的施工工藝，采用優(yōu)質(zhì)原材料，設(shè)計(jì)合理的配合比；配制的便于澆搗、不離析、力學(xué)性能穩(wěn)定、早期強(qiáng)度高、具有韌性和體積穩(wěn)定性、耐久性等性能的混凝土。高性能混凝土研究從原材料的選擇、配合比設(shè)計(jì)、物理力學(xué)性能、耐久性、工作性、結(jié)構(gòu)性能以至應(yīng)用技術(shù)等方面都取得了既有理論基礎(chǔ)又有實(shí)用價(jià)值的科技成果。由于高性能混凝土具有綜合的優(yōu)異技術(shù)特性，引起了國內(nèi)外材料界與工程界的廣泛重視與關(guān)注。

2基本概念

2.1高性能混凝土（簡稱HPC）

HPC是在1990年5月美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）和美國混凝土協(xié)會(huì)（ACI）召開的會(huì)議上首次提出的概念。盡管各國學(xué)者都一直在對HPC的具體定義展開著熱烈討論，但至今似乎仍未達(dá)成一致，主要分歧在于所謂的高性能是否是一個(gè)十分全面的概念。高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，在妥善的質(zhì)量控制下支撐的。除采用優(yōu)質(zhì)水泥、集料和水外；配制高性能混凝土還必須采用低水膠比和摻加足量的礦物細(xì)摻料與外加劑。以保證高性能混凝土的下列性能：耐久性、工作性、各種力學(xué)性能、實(shí)用性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)合理性。

2.2綠色高性能混凝土

綠色高性能混凝土(Green High Performance Concrete 簡稱GHPC) 的概念是在強(qiáng)調(diào)高性能混凝土(High Performance Concrete簡稱HPC) 的環(huán)境親和性的基礎(chǔ)上提出的。1997年3月吳中偉教授在高強(qiáng)高性能混凝土?xí)h上又指出，高性能混凝土應(yīng)更多地?fù)郊右怨I(yè)廢渣為主的摻合料，更多地節(jié)約水泥熟料，提出了綠色高性能混凝土(GHPC)的概念。綠色高性能混凝土更進(jìn)一步把傳統(tǒng)混凝土設(shè)計(jì)和制備的每一個(gè)環(huán)節(jié)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略結(jié)合起來，以加強(qiáng)人們對綠色的重視，加強(qiáng)綠色意識，要求混凝土工作者更自覺地從每個(gè)環(huán)節(jié)入手提高HPC 的綠色含量，或加大其綠色度，更嚴(yán)格、更有計(jì)劃地利用資源和能源，加大對工業(yè)廢棄物和城市廢棄物的有效利用，提高HPC性能以擴(kuò)大其應(yīng)用范圍，將對環(huán)境的破壞減小到最低，使其更具有生態(tài)合理性。

2.3高性能混凝土與普通混凝土的區(qū)別

根據(jù)上述，基本可認(rèn)定只要具有以下某些特征性能或全部性能的混凝土都可以認(rèn)定為高性能混凝土，同時(shí)也是區(qū)別于高性能混凝土與普通混凝土的主要特征：

（1）提高耐久性。一般來說，混凝土只要其滲透性很低，就可以很好的抵抗水和侵蝕性物質(zhì)的侵入能力。這是所有混凝土都必須注意在問題；

（2）優(yōu)良的工作性。為了施工時(shí)易于操作并且保證質(zhì)量，高性能混凝土應(yīng)具有一定的填充性、可泵性和穩(wěn)定性（抗泌水和抗離析性）來滿足某種特定工程的施工性（如海底隧道、滑模攤鋪路面混凝土、快速灌注漿材料等）；

（3）高強(qiáng)度。高性能混凝土在設(shè)計(jì)時(shí)一般都強(qiáng)調(diào)低水灰比，其在按照耐久性設(shè)計(jì)，也應(yīng)考慮抗壓強(qiáng)度也是檢驗(yàn)混凝土質(zhì)量的一個(gè)重要指標(biāo)。同時(shí)還必須從多方面考慮，制成不同強(qiáng)度等級且又經(jīng)濟(jì)合理的高性能混凝土。

（4）低潛變與低收縮性。高性能的水膠比較低，能提供水泥水花的自由水分較少，早期強(qiáng)度較高的增長率會(huì)使自由水消耗較快，在外界水封供應(yīng)不足的情況下，水泥水化不斷消耗水分而自收縮產(chǎn)生微裂縫，影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性。

（5）經(jīng)濟(jì)性。高性能混凝土的經(jīng)濟(jì)性建立在水泥的強(qiáng)度效益、高生命周期、易施工之低成本上。由材料的觀點(diǎn)看，其初始制造費(fèi)用，的確比傳統(tǒng)混凝土高，但從改善工作性、提高早期強(qiáng)度、提高結(jié)構(gòu)耐久性、降低施工費(fèi)用，節(jié)省工時(shí)、提高力學(xué)性能，減少購件尺寸與斷面等所得之效益，可彌補(bǔ)混凝土的價(jià)格差，更具經(jīng)濟(jì)效益。

（6）具有某些特殊功能，如超早強(qiáng)、低脆性、高耐磨性、隔音、自呼吸性等。

3高性能混凝土配比優(yōu)化

3.1原材料的選擇

高性能混凝土具備足夠的耐久性、工作性和強(qiáng)度,并且能在經(jīng)濟(jì)合理的條件下制得,其優(yōu)越的適用性大大地?cái)U(kuò)大了混凝土在建設(shè)工程中的應(yīng)用,并帶來更多的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。由于高性能的要求和配置特點(diǎn),原材料對普通混凝土影響不明顯的因素,對高性能混凝土就可能影響顯著,高性能混凝土對材料的要求如下:

3.1.1水泥

高性能混凝土所用的水灰比很低,要滿足施工工作性的要求,水泥用量就要大,但為了盡量降低混凝土的內(nèi)部升溫和減小收縮,又應(yīng)當(dāng)盡量降低水泥的用量。同時(shí),為使混凝土有足夠的彈性模量和體積的穩(wěn)定性,對膠凝材料總用量也要加以限制,因此用于高性能混凝土的水泥的流動(dòng)性能比強(qiáng)度更重要。高性能混凝土所用水泥最好是強(qiáng)度高且同時(shí)具有良好的流動(dòng)性、質(zhì)量穩(wěn)定性,并與目前使用的高效減水劑有良好的相容性。我國一般采用強(qiáng)度等級不低于42.5號硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。一般高強(qiáng)混凝土的水泥用量不應(yīng)大于500 kg/ m3。水泥宜選用低水化熱和低堿含量的水泥，盡可能避免使用早強(qiáng)水泥和高C3A含量的水泥。

3.1.2細(xì)骨料

通常優(yōu)先選用級配良好、干凈的江砂和河砂，砂的細(xì)度模數(shù)宜大于2.6，含泥量不應(yīng)大于2.0%，泥塊含量不應(yīng)大于0.5%，否則會(huì)影響混凝土的內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量；另外還要控制砂中的雜質(zhì)含量，比如云母、粘土含量過高不但影響混凝土拌合物的和易性，還影響混凝土的強(qiáng)度、耐久性、收縮性等其他性能。

3.1.3粗骨料

采用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、級配良好、體積密度大的粗骨料；粗骨料除進(jìn)行壓碎指標(biāo)試驗(yàn)外，對碎石尚應(yīng)進(jìn)行巖石立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，其結(jié)果不應(yīng)小于要求配制的混凝土抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的1.5倍；粗骨料最大粒徑宜小于25mm，針片狀含量不宜大于5%，含泥量不應(yīng)大于0.5%，泥塊含量不應(yīng)大于0.2%；由于粗骨料表面粗糙，粒徑適中，這樣可提高混凝土的黏結(jié)性能；集料中的泥塊、石粉、含量都要嚴(yán)格控制，其含量過高會(huì)降低混凝土拌合物的和易性、強(qiáng)度、耐久性引起混凝土得收縮裂縫。

3.1.4礦物細(xì)摻料

礦物細(xì)摻料(包括硅灰、粉煤灰、磨細(xì)礦渣、天然沸石巖、磨細(xì)石灰石粉、石英砂粉等) :在配置混凝土?xí)r加入較大量礦物細(xì)摻料,可降低溫升,改善工作性,增進(jìn)后期強(qiáng)度,并可改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高抗腐蝕能力,增強(qiáng)混凝土的耐久性。礦物細(xì)摻料摻在水泥中的摻量,粉煤灰摻量不宜超過膠結(jié)材料的30%，沸石粉不宜超過10%，硅粉不宜超過8%～10%。水泥和礦物摻合料的總量不應(yīng)大于550 kg/ m3～600 kg/ m3 。

3.1.5外加劑

主要指無需取代水泥而外摻小于5 %的化合物。外加劑的主要性能是改善新拌混凝土和硬化混凝土的性能。用于高性能混凝土的外加劑有減水劑、緩凝劑、引氣劑等。其中高效減水劑使得混凝土的水灰比能降得很低卻仍可有很好的工作性。外加劑的摻量都很少,使用外加劑時(shí)應(yīng)當(dāng)延長攪拌時(shí)間,以得到均勻的混凝土拌合物。

3.1.6拌合水

拌合用水可使用飲用水或不含有害雜質(zhì)的天然水，不得使用污水、未處理的廢水、PH值小于的酸性水和硫酸鹽含量超過水重1%的水。

3.2 配合比設(shè)計(jì)計(jì)算

高性能混凝土以耐久性設(shè)計(jì)作為主要指標(biāo)，而不以強(qiáng)度設(shè)計(jì)優(yōu)先。片面強(qiáng)調(diào)混凝土的高強(qiáng)度有可能影響混凝土耐久性能的提高。采用低水膠比摻加足量的礦物細(xì)摻料與高效外加劑等等技術(shù)措施是提高混凝土耐久性能的重要手段。

配合比的依據(jù)及確定按JGJ55-2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》、GB50204-2002《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》和CECS：207：2006《高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》的要求。陳建奎和王棟民是在建立普通混凝土體積模型的基礎(chǔ)上，又推導(dǎo)出高性能混凝土用水量計(jì)算公式和砂率SP計(jì)算公式結(jié)合傳統(tǒng)的水膠比定則，提出了高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的全計(jì)算法。

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)全算法的設(shè)計(jì)步驟如下：

普通使用的混凝土體積模型

Vw

Vc

Vf

Va

Vs

Vg

圖中：Ve——漿體體積，L；

Ves——干漿體積，L；

Vw——用水量，L；

Va——空氣體積，L；

Vc——水泥體積，L；

Vf——細(xì)滲料體積，L；

Vs——砂子體積，L；

Vg——石子體積，L。

導(dǎo)求得了高性能混凝土用水量計(jì)算公式和砂率SP計(jì)算公式，結(jié)合傳統(tǒng)的水灰（膠）比定則，提出了高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)的全計(jì)算法。

高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)全計(jì)算法的設(shè)計(jì)步驟如下：

配制強(qiáng)度

＋1. 645σ

式中fcu，p——配制強(qiáng)度，MPa；

fcu，0——混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)，MPa；

σ——混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差。

（2）水膠比

式中fce——水泥實(shí)際抗壓強(qiáng)度，MPa；

（3）用水量

式中、——分別為水泥和細(xì)摻料密度，kg/L；

——細(xì)摻料在膠凝材料的體積摻量。

（4）膠凝材料組成與用量

（5）砂率及集料用量

式中——砂子視密度，kg/L；

——石子密度，kg/L；

（6）外加劑摻量

式中——坍落度為70～90㎜基準(zhǔn)混凝土用水量；

——減水劑的增量系數(shù)。

混凝土組成材料比例（表１）

3.3配合比設(shè)計(jì)的優(yōu)化

要求混凝土具有全面的高性能是不科學(xué)的。

目前在我國制備高性能混凝土采取的主要措施如下:

1) 合理利用高效減水劑,采用優(yōu)質(zhì)骨料、優(yōu)質(zhì)水泥,利用優(yōu)質(zhì)摻合料,如優(yōu)質(zhì)硅灰、磨細(xì)粉煤灰和礦渣。采用高效減水劑以降低水灰比是獲得高強(qiáng)及高流動(dòng)性混凝土的主要技術(shù)措施;

2) 高標(biāo)號水泥及相應(yīng)的外加劑制備高性能混凝土;

3) 以礦渣、堿組分及骨料制備高性能混凝土;

4) 采用復(fù)合高效減水劑。

一般地在試驗(yàn)室配置符合要求的高性能混凝土相對比較容易,但是混凝土在整個(gè)施工過程中都要穩(wěn)定在質(zhì)量水平功能上就比較困難,高性能混凝土設(shè)計(jì)時(shí)所留的強(qiáng)度

可供調(diào)節(jié)的余量較小,這就要求在整個(gè)施工過程中必須注意各種條件、因素的變化,并且要根據(jù)這些變化隨時(shí)調(diào)整配合比和各種工藝參數(shù)。建議施工時(shí)采用高效減水劑后摻法,高效減水劑是與水泥反應(yīng)的,最后加入石子可使水泥和高效減水劑充分混合均勻,有利于發(fā)揮高效減水劑的利用率。

4福州機(jī)場高速公路二期工程A6合同段試驗(yàn)室對高性能混凝土配合比的設(shè)計(jì)與優(yōu)化

福州機(jī)場高速公路二期工程A6合同段起迄樁號K22+700～K26+059.044，全長3.359044KM，路線位于福州市晉安區(qū)城市規(guī)劃北三環(huán)紅線范圍內(nèi)，路線起于晉安區(qū)新店鎮(zhèn)西園村，線路大致由東南向西北，設(shè)西園Ⅰ號分離式大橋﹑西園Ⅱ號分離式橋﹑羅漢山隧道﹑新店互通立交橋，主線在終點(diǎn)K26+059.044與福州繞城高速公路機(jī)場連接線相接。

一﹑設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)

主線按雙向六車道高速公路標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，主要指標(biāo)如下：

1﹑道路等級：雙向六車道高速公路

2﹑路基寬度：33.5米

3﹑設(shè)計(jì)速度：主線100 KM/h，匝道40 KM/h

4﹑荷載標(biāo)準(zhǔn)：公路－Ⅰ級

5﹑地震設(shè)防標(biāo)準(zhǔn)：VⅢ級

6﹑設(shè)計(jì)洪水頻率：特大橋1/300，其它橋和路基1/100

二﹑設(shè)計(jì)概況

1﹑西園分離式大橋：為特大橋，全長1287.0m，上部結(jié)構(gòu)采用10聯(lián)3×30＋（40＋50＋40）＋4×30＋4×（5×30）＋4×30＋（40＋50＋40）＋3×30米連續(xù)現(xiàn)澆箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用圓柱墩、橢圓墩配樁基礎(chǔ)，長樂臺(tái)采用肋板配樁基礎(chǔ)，新店臺(tái)采用板凳臺(tái)配樁基礎(chǔ)，采用D80、D160型伸縮縫。

2﹑ 西園Ⅱ號橋：為大橋，全長218米，左右幅錯(cuò)臺(tái)，上部結(jié)構(gòu)采用6×35預(yù)應(yīng)力連續(xù)預(yù)制T梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩配樁基礎(chǔ)、肋臺(tái)配樁基礎(chǔ)，設(shè)D80、D160型伸縮縫。

3、新店互通立交橋，共長4526.325米，由主線橋、4條匝道橋和2處琴亭橋加寬橋組成。

⑴、主線橋長1348.58米，橋?qū)?6.5－21米，上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，左幅12聯(lián)，右幅13聯(lián)，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩配鉆孔灌注樁，0#臺(tái)采用輕型橋臺(tái)、擴(kuò)大基礎(chǔ)。

⑵、4條匝道橋：A匝道長167.7米，寬9米，共2聯(lián)；B匝道長627米，橋?qū)?米，共8聯(lián)；C匝道橋長704.465米，寬10.5米，共9聯(lián)；D匝道長170米，寬9米，共2聯(lián)。其中上部結(jié)構(gòu)采用預(yù)應(yīng)力砼連續(xù)箱梁，下部結(jié)構(gòu)采用柱式墩配樁基礎(chǔ)。

⑶、琴亭橋加寬橋2處：橋長均為80米,橋面寬12.5米～3.5米,上部結(jié)構(gòu)為預(yù)應(yīng)力砼空心板,共1聯(lián)。

4、羅漢山隧道：為雙連拱隧道，長248米，位于R＝1100米曲線上，界限寬度17.25米，凈高5米，進(jìn)出口均采用端墻式洞門，進(jìn)出口圍巖以V級為主，洞身圍巖級別以IV-Ⅴ級為主。

三、主要工程數(shù)量

1、路基工程：挖土方40661m3，填土方3187m3。

2、橋梁工程：樁基674根，計(jì)28023.1延米，35m預(yù)制T梁84片，現(xiàn)澆箱梁68聯(lián)。

3、隧道工程：開挖土石方14.7萬方，型鋼1108T，鋼筋2030T，濕噴砼8903m3，洞身襯砌17289m3，中隔墻微膨脹砼3542.5 m3，片石砼11937m3，防水板17063m2，錨桿107795m。

福州機(jī)場高速公路二期工程A6合同段高性能混凝土主要用于現(xiàn)澆箱梁，設(shè)計(jì)強(qiáng)度Ｃ50,混凝土方量為75710.16m3，施工工藝采用泵送。

4.1原材料的選擇

4.1.1水泥：安徽海螺水泥廠生產(chǎn)的“海螺牌”P.o42.5,其性能技術(shù)指標(biāo)見下表1

海螺P.O42.5水泥物理化學(xué)分析

（2）粉煤灰：福建同益粉煤灰開發(fā)有限公司生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰

粉煤灰的物理化學(xué)分析表2

（3）細(xì)集料

中砂（Ⅱ區(qū)）產(chǎn)地：閩江，其性能指標(biāo)見表3

4.1.2碎石

永泰石料場生產(chǎn)的13.2—19mm碎石和4.75—13.2mm碎石，摻配比例為7：3，符合4.75—19 mm碎石連續(xù)級配要求，其性能指標(biāo)見表4

（5）外加劑：江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-9砼高效增強(qiáng)劑。符合高性能減水劑標(biāo)準(zhǔn)要求，其性能指標(biāo)見表5

4.2.3C50泵送混凝土配合比設(shè)計(jì)與優(yōu)化

依據(jù)《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》ＪＧＪ５５－2011，抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差σ＝6.0ＭＰa，強(qiáng)度保證率大于95％，則Ｃ50混凝土試配強(qiáng)度59.9ＭＰa，設(shè)計(jì)坍落度140-180mm，對照以上指標(biāo)，參考以往配制經(jīng)驗(yàn)，計(jì)算出Ｃ50混凝土配比（表6）進(jìn)行試配：

第一組：水膠比W/(C+F)=0.34，砂率為40%

實(shí)測坍落度170mm，實(shí)測混凝土表觀密度2410Kg，未超假定容重2%無需調(diào)整。工作性能描述：無泌水、離析現(xiàn)象，流動(dòng)性、粘聚性、保水性一般，易密性弱。

第二組：水膠比W/(C+F)=0.33，砂率為42%

實(shí)測坍落度175mm，實(shí)測混凝土表觀密度2400Kg，等于假定容重?zé)o需調(diào)整。工作性能描述：無泌水、離析現(xiàn)象，流動(dòng)性、粘聚性、保水性良好，易密性良好。

４.3試配結(jié)果與分析

根據(jù)試配結(jié)果（表７），兩組配合比的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均能滿足施工要求，第二組配合比均優(yōu)于第一組配合比。

高性能混凝土力學(xué)性能（表７）

由于高性能混凝土拌合物的工作性比強(qiáng)度還要重要,是保證混凝土現(xiàn)澆質(zhì)量的關(guān)鍵, 因此根據(jù)工作性能及強(qiáng)度比較，選定配合比為第二組（優(yōu)化組2）：

Mwo：Mco：Mfo：Mso：Mgo：外

=162：417：74：734：1013：5.892

即 =0.33：1：0.177：1.760：2.429：0.012

5結(jié)論

5.1高性能混凝土在施工中存在的問題：

在高性能混凝土的發(fā)展過程中,有許多材料與工程方面的難題需要解決,同時(shí)施工中還要解決一系列的技術(shù)問題。

5.1.1低水灰比,大坍落度

高性能混凝土一般要求低水灰比,水灰比一般都不大于0.4 (水灰比很低約為0.4 時(shí),水灰比變化很小就能使混凝土強(qiáng)度不成比例地提高) ,但由于混凝土在低水灰比的情況下,坍落度很小,甚至沒有坍落度,其成型和搗實(shí)都很困難,無法在現(xiàn)澆混凝土施工中應(yīng)用。因此高性能混凝土拌合物的工作性比強(qiáng)度還要重要,是保證混凝土現(xiàn)澆質(zhì)量的關(guān)鍵,如果用坍落度來表示,普通混凝土坍落度宜為70 mm～ 90 mm , 泵送混凝土坍落度宜為140 mm～ 180 mm,同時(shí)該拌合物應(yīng)具有體積穩(wěn)定、不離析、不泌水等特性。

5.1.2 坍落度損失問題

高性能混凝土的坍落度在摻加高效減水劑后的流動(dòng)度可大大提高,可以由初始坍落度50 mm增加到200 mm ,但這種大坍落度只能保持十幾分鐘,此后坍落度逐漸減少,至1 h 左右便可能減少到初始坍落度,因坍落度減少給工程施工帶來困難并影響工程質(zhì)量。而混凝土從攪拌站運(yùn)送至工地如果需要較長的時(shí)間,那么混凝土在運(yùn)輸?shù)倪^程中坍落度會(huì)隨時(shí)間的增加而減少,從而增加了高強(qiáng)混凝土施工難度。

5.1.3 混凝土足夠的流動(dòng)性問題

高性能混凝土的特點(diǎn)是流動(dòng)性大、水灰比小,為保證混凝土具有足夠的流動(dòng)性,就要求有較大的膠凝材料總用量,但隨著漿集比的增大,混凝土的彈性模量會(huì)有所下降,混凝土的收縮也會(huì)有所增加。從耐久性的角度來看,必須有足夠的漿體濃度和數(shù)量,得到良好的工作,才能保證混凝土的耐久性。當(dāng)膠凝材料用料太小時(shí),不可能保證良好的工作性,使混凝土離析、分層,硬化后混凝土的薄弱界面數(shù)量將急劇增多,最終大大削弱混凝土抵抗腐蝕性介質(zhì)侵蝕的能力。因此,沒有足夠的膠凝材料總用量,就不可能使混凝土耐久。很好地解決混凝土的流動(dòng)性問題,就能保證混凝土的流動(dòng)性問題,就能保證混凝土

5.2高性能混凝土在性能上尚存在的問題及其改善的途徑

配制高性能混凝土的特點(diǎn)是低水膠比并摻有足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效減水劑，從而使混凝土具有綜合的優(yōu)異的技術(shù)特征，但由此也產(chǎn)生了兩個(gè)值得重視的性能缺陷。

5.2.1自干燥引起的自收縮

高性能混凝土的配制，因?yàn)榈退冶然蛩z比并摻有大量活性礦物細(xì)摻料，所以，其早期收縮開裂十分敏感。在混凝土內(nèi)部水量較少的情況下，除水泥水化所需的用水量外，在孔隙和毛細(xì)管中的水也被逐步吸收減少，在沒有剩余自由水的情況下，就形成了空的空隙，使水泥石的內(nèi)部不再存在結(jié)合水的平衡。由于水泥石內(nèi)部相對濕度降低而使孔中存在一定的氣相，孔中水飽和蒸氣壓隨之而降低，毛細(xì)管中水呈現(xiàn)不飽和狀。在此狀態(tài)長期結(jié)果下，隨著水泥水化反映的進(jìn)行使毛細(xì)管壓升高而產(chǎn)生毛細(xì)管應(yīng)力，使水泥石受負(fù)壓作用，成為凝結(jié)硬化混凝土產(chǎn)生自收縮。另外，在摻入大量活性礦物細(xì)摻料，也會(huì)使混凝土產(chǎn)生自收縮，特別是硅灰的摻入。由于硅灰具有較高的火山灰活性，而增加了化學(xué)收縮。水泥在初期生成較高含量的凝膠孔的水泥石也會(huì)產(chǎn)生高度的自干燥而引起較嚴(yán)重的自收縮。由于硅灰表面積大、活性強(qiáng)，也會(huì)導(dǎo)致灰與攪拌水加速結(jié)合，使得孔隙缺水與內(nèi)部相對濕度降低而增大了自收縮。

5.2.2脆性

脆性可以描述為混凝土無法防止的不穩(wěn)定裂縫的擴(kuò)展與增長。從混凝土承受軸向壓荷載作用下的應(yīng)力—應(yīng)變曲線中，峰值后下降曲線段的陡斜程度可以反映出混凝土的脆性大小。由于高性能混凝土能提高集料與硬性水泥漿體的粘結(jié)，即改善了界面過度區(qū)，也使脆性有所增大。

5.3目前整體趨勢及注意事項(xiàng)

混凝土科學(xué)屬于工程材料研究范疇,是以取得最大經(jīng)濟(jì)效益為目標(biāo)的應(yīng)用科學(xué),混凝土以其原材料豐富,適應(yīng)性強(qiáng),耐久性好,能源消耗與成本較低,同時(shí)又能消化大量的工業(yè)廢渣等特點(diǎn),成為一種用途最廣,用量最多的建筑材料。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),世界水泥年產(chǎn)量超過15 億t ,折合成混凝土應(yīng)不少于45 億m3 ,其中我國的混凝土用量約15 億m3 ,伴隨著高層建筑、海底隧道、大跨度橋梁等的飛速發(fā)展,一般的普通混凝土已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足工程要求,發(fā)展具有高強(qiáng)度、高耐久性、高工作性、高流動(dòng)性的高性能混凝土勢在必行。

5.3.1由于高強(qiáng)混凝土的耐久性(包括混凝土穩(wěn)定性、抗?jié)B透性、抗凍性、抗化學(xué)侵蝕性、抗炭化性) 優(yōu)于普通混凝土,在各種嚴(yán)酷環(huán)境下使用的大體積混凝土結(jié)構(gòu)如跨海大橋、海底隧道、高層建筑等,用高性能混凝土來代替普通混凝土,不僅可以提高工程使用壽命,而且具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

5.3.2高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度大且變形較小,從而使構(gòu)件的剛度得以提高,大大改善了建筑物的變形性能。

5.3.3雖然高強(qiáng)混凝土在成本上比普通混凝土要高一些,但由于減小了截面尺寸,減輕了結(jié)構(gòu)自重,降低了鋼筋用量,減輕了地基負(fù)荷,這對自重占荷載主要部分的建筑具有特別重要的意義。在一般情況下,混凝土強(qiáng)度等級從C30 提高到C60 ,對受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土30%～40%,受彎構(gòu)件可節(jié)省混凝土10%～20%,如此大幅度地節(jié)約建筑材料,從而降低工程施工成本,以年產(chǎn)15 億m3 混凝土中有20 %采用高性能混凝土,從中可節(jié)約資金,獲得巨大的直接經(jīng)濟(jì)效益;同時(shí)由于梁柱截面減小,不但改變了建筑上肥梁胖柱的不美觀問題,而且可增加使用面積和有效空間,因而可獲得較大的間接經(jīng)濟(jì)效益。在建設(shè)階段通過節(jié)約混凝土用量,可以節(jié)約土地、煤、水、礦石、砂等能源和資源的消耗量,從而減少有害氣體和廢渣的排放,使用階段可減少養(yǎng)護(hù)維修費(fèi)用,實(shí)現(xiàn)能源節(jié)約的目的,帶來可觀的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

以混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性為首要技術(shù)指標(biāo)的高性能混凝土由于其具有的優(yōu)越性,目前在不少的重要工程中被采用,并在高層建筑、大跨度橋梁、海上平臺(tái)等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性；在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益,受到越來越多的重視。

盡管在開發(fā)應(yīng)用HPC的過程中， 一般都要使用高性能外加劑和性能優(yōu)良的摻合料，一定程度可以起到節(jié)約水泥從而節(jié)約資源和能源、保護(hù)環(huán)境的效果，但HPC的提出者和在此之后關(guān)于HPC的爭論者都沒有從環(huán)境保護(hù)，節(jié)約資源和能源的高度來認(rèn)識這一問題，譬如，過分強(qiáng)調(diào)在任何工程中都使用高強(qiáng)混凝土，無疑是對寶貴而有限的地球資源和能源的浪費(fèi)。因此，用可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略眼光來重新認(rèn)識高性能混凝土。

6.結(jié)束語

高性能混凝土的研究與開發(fā)應(yīng)用，對普通混凝土的技術(shù)性能指標(biāo)有了重大的突破和發(fā)展，對節(jié)能、工程質(zhì)量、工程經(jīng)濟(jì)、環(huán)境與勞動(dòng)保護(hù)等方面都具有重大意義。可以預(yù)期高性能混凝土在工程上的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒀杆贁U(kuò)大，并取得更大、更多的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益。從目前的研究開發(fā)現(xiàn)狀來看，還值得進(jìn)一步深入研究的內(nèi)容是：礦物細(xì)摻合料的科學(xué)分類和品質(zhì)及水泥與混凝土外加劑之間的相容性：高性能混凝土多組分符合材料的符合化超疊加效應(yīng)；高強(qiáng)度高性能混凝土的韌性等等問題。相信在今后研究取得的成就必將使高性能混凝土的性能得到進(jìn)一步的提高和改善。

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