賈兆蓮

(晉中公路分局，山西晉中 030600)

近些年來，我國處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展時期，工程建設規(guī)模日益增大，混凝土用量大幅增加，水泥及砂石等材料消耗持續(xù)上升，二氧化碳、粉塵等的排放對環(huán)境產(chǎn)生的影響也不斷增大。為應對能源短缺、環(huán)境惡化的挑戰(zhàn)，我國提出了綠色建筑的要求。高性能混凝土利于減少水泥用量，綜合利用各種廢棄物，符合綠色建筑的內(nèi)涵。高性能混凝土是一種新型的高技術(shù)混凝土，是一種重要的綠色建材。推廣和應用高性能混凝土，不僅能夠提高工程質(zhì)量，還能夠有效解決建筑物的全壽命周期的綜合成本和綜合效益的問題。推廣應用高性能混凝土是落實綠色建筑行動方案的重大舉措。2014年3月4日，我國工信部和住建部組織召開了高性能混凝土推廣應用技術(shù)指導組成立暨第一次工作會。這對提升我國建筑工業(yè)化水平，提升整個建筑業(yè)的發(fā)展質(zhì)量和科技水平具有重要意義。

1 高性能混凝土定義及特性

1990年5月，美國國家標準與技術(shù)研究所和混凝土協(xié)會組織了全世界第一屆高性能混凝土討論會。在該次會議上，首次提出了高性能混凝土(英文名稱:High Performance Concrete，簡稱HPC)的概念。日本、加拿大等很多國家對高性能混凝土也進行了研究和應用。到目前為止，各國對高性能混凝土的要求和涵義均不相同。在我國，根據(jù)CECS 207-2006高性能混凝土應用技術(shù)規(guī)程中的規(guī)定，高性能混凝土是一種采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)，具有混凝土結(jié)構(gòu)所要求的各項力學性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。我國的高性能混凝土專家吳中偉院士將其定義為:在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作，以耐久性為設計指標的一種新型高技術(shù)混凝土，能夠適用于任何強度等級。在普通混凝土的微結(jié)構(gòu)中，由于多相且不均勻，骨料與硬化水泥漿體界面存在著薄弱的過渡區(qū)，這使得其強度和耐久性能受到影響。加強過渡區(qū)和改善均勻性是提高混凝土性能的關(guān)鍵。值得強調(diào)的是，就某一種高性能混凝土而言，并不要求其各方面性能都高性能化，而是根據(jù)建筑物所處環(huán)境和工程施工的需要，在強度、耐久性和流動性等一個或以上方面優(yōu)于普通混凝土。如果用數(shù)值1.0表征普通混凝土的強度、耐久性和流動性，那么高性能混凝土的性能可表示為如圖1所示。與普通混凝土相比，高性能混凝土具有以下特性:低孔隙率;在水化物中，氫氧化鈣減少，鈣礬石和水化凝膠增加;未水化顆粒多，未水化顆粒和礦物細摻料等各級中心質(zhì)增加，且各中心質(zhì)間距縮短，有利的中心質(zhì)效應增多，中心質(zhì)的網(wǎng)絡骨架得到強化;界面過渡層厚度小，氫氧化鈣取向程度下降。

圖1 高性能混凝土的性能

2 高性能混凝土配合比設計原則

高性能混凝土性能要求是具有高耐久性、高強度、低滲透性、高工作性和高體積穩(wěn)定性。要實現(xiàn)該目標要求，必須堅持以下原則:1)低滲透性的原則。2)為了保證混凝土具有良好的施工性，并提高混凝土的耐久性。在設計中，膠凝材料總量應比設計同等強度的傳統(tǒng)混凝土時的水泥用量高。3)在膠凝材料中，各組分密度相差較大。因此，在配合比設計中，宜采用絕對體積法進行計算。4)根據(jù)施工性要求，可以適當?shù)恼{(diào)整混凝土的砂率，但不宜超過45%，以免影響混凝土的彈性模量。

3 高性能混凝土配合比設計

在高性能混凝土的制作中，原材料的質(zhì)量、配合比設計及施工中的質(zhì)量控制(勻質(zhì)性)是確保高性能混凝土質(zhì)量的重要因素。在本文中，僅對配合比設計的因素進行分析和說明。

在混凝土配合比設計中，耐久性要求低水膠比(在0.4以下)。為保證混凝土的高流動性，就要增大漿集比和砂率。當降低粗集料的用量時，混凝土強度會有所提高，但卻會對混凝土的彈性模量造成影響，增加干縮和徐變。從圖2可以看出，對高性能混凝土性能影響的因素有水膠比、漿集比、砂率及減水劑用量。配合比設計的任務就是正確地選擇原材料和配合比參數(shù)，使其中的矛盾得到統(tǒng)一，得到經(jīng)濟、合理的混凝土拌和物。

圖2 高性能混凝土的配合比設計的影響因素

3.1 水膠比

在高性能混凝土的制備中，合理確定水膠比是高性能混凝土配合比設計的關(guān)鍵。高性能混凝土制備的特征之一是低水膠比，這對確?；炷恋牡蜐B透性及耐久性至關(guān)重要。在配合比設計中，為確?；炷恋拿軐嵍?，無論強度多少，高性能混凝土的水膠比一般都得超過0.40。

3.2 漿集比

漿集比最主要是會對混凝土的施工性產(chǎn)生影響。在一定程度上，漿集比還會對混凝土的強度、彈性模量和干縮率產(chǎn)生影響。

高性能混凝土的特點是流動性大，低水膠比。為了確?；炷辆哂凶銐虻牧鲃有裕鸵岣吣z凝材料的總用量。

集料孔隙率:砂漿填充集料孔隙，取合適的富裕系數(shù)(1.2～1.4);漿體填充粗集料和細集料的孔隙率，取適當?shù)母辉Ｏ禂?shù)(1.2～1.4);膠凝材料總量不能低于300 kg/m3，但也以不超過550 kg/m3為宜。

3.3 砂率

在高性能混凝土中，水泥漿量一定時，砂率最主要會對施工性產(chǎn)生影響。高性能混凝土的用水量很低，主要通過增加砂率來補充砂漿量，砂率宜較大。采用泵送混凝土時，砂率宜控制在40% ～45%之間。

1)當采用連續(xù)級配的集料時，在施工中采用泵送混凝土應比普通混凝土的砂率再提高5%左右;當石子級配不好時，還應當再提高砂率。

2)根據(jù)日本在高性能混凝土施工中的經(jīng)驗，當平均坍落度每提高20 mm時，砂率應提高1%，這對強度的影響很小。

3)根據(jù)我國建筑科學院的實驗數(shù)據(jù)表明，當水灰比為0.55～0.53時，將砂率控制在34%～46%之間，這對強度的影響很小。

表1 砂率對混凝土性能的影響

從表1可以看出:

1)從性能來看，最優(yōu)砂率控制在38%～46%之間為宜。超過此范圍后，坍落度減小。

2)隨著混凝土中砂率的增加，強度呈增長趨勢，但彈性模量呈現(xiàn)出下降趨勢。

3)石子級配越差，則要求的砂率越大，越要求使用粗的砂。

4)摻入密度小的輔助膠凝材料時，可減小砂率。

3.4 減水劑用量

可根據(jù)水泥與減水劑的適應性分析和施工和易性來確定。

在高性能混凝土的配合比設計中，勻質(zhì)性是普通混凝土技術(shù)向高性能混凝土發(fā)展的關(guān)鍵。從提高原材料的勻質(zhì)性開始，包括水泥活性和外加劑的變異、骨料含水量的波動，直到拌合物的工作度和溫度等。可以說，盡量確保混凝土微結(jié)構(gòu)的均勻，這是保證混凝土制備質(zhì)量的重中之重。

4 試配和調(diào)整

對配合比的工作性能與力學性能進行試驗，檢驗其是否能夠滿足具體工程混凝土的技術(shù)指標，并對其進行適當?shù)恼{(diào)整。

1)坍落度主要是通過調(diào)整超塑化劑摻量來實現(xiàn)的。當增加超塑化劑的摻量時，可能會導致拌和物出現(xiàn)離析、泌水和緩凝現(xiàn)象。當出現(xiàn)這種情況時，可通過增加砂率或是減小砂的細度模量來克服離析、泌水的現(xiàn)象。

2)對于出現(xiàn)的過分緩凝現(xiàn)象，可通過更換超塑化劑來實現(xiàn)，可改用含促凝早強成分的超塑化劑。

3)當增加超塑化劑還不起作用時，其原因可能是水泥中的C3A含量過大，可更換水泥。

4)如混凝土28 d強度低于預計的強度，可減少用水量或考慮將粗集料改為碎石。

5 結(jié)語

在我國，高性能混凝土是一種新型環(huán)保建筑材料，具有良好的施工性和耐久性，其特性很好的滿足了工程性能要求和施工要求，有效的延長了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，對降低工程造價，提高工程效益具有重要意義。要使其發(fā)展得到可靠的保證，必須要建立相適應的標準和規(guī)范，減少不同標準規(guī)范的協(xié)調(diào)性和適應性問題，加大政策扶持力度。

推廣和應用高性能混凝土，對于提升混凝土應用水平、推動建筑節(jié)材，提升混凝土耐久性、延長結(jié)構(gòu)壽命，提升混凝土生產(chǎn)水平、加快產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級，提高工程和產(chǎn)品質(zhì)量，提升整個建筑業(yè)的發(fā)展質(zhì)量和科技水平，都具有重要意義。

［1］兩部委聯(lián)推高性能混凝土.http://www.chinajsb.cn/bz/content/2014-03/06/content_120704.htm，2014-03-24.

［2］藺勝江.雙摻高性能混凝土配合比設計及工程應用［J］.山西建筑，2012，38(15):104-105.

［3］韋江雄.高性能混凝土配制與應用［Z］.2009.