安 斌

中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司

低溫高性能混凝土性能與施工工藝分析

安 斌

中鐵十一局集團(tuán)第二工程有限公司

在眾多的土木工程建設(shè)中，混凝土的應(yīng)用面非常廣泛，尤其近年來(lái)一種較新的混凝土技術(shù)正在快速發(fā)展并且運(yùn)用到許多實(shí)際工程項(xiàng)目中，那就是低溫高性能混凝土。低溫高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在嚴(yán)寒地區(qū)的高速公路鐵路橋梁、高層建筑、海港建筑等工程。

低溫高性能混凝土；性能；施工工藝；分析

現(xiàn)代化的高速公路﹑鐵路橋梁，以及各種大型的地下建筑物﹑高層建筑﹑海港工程等，所有這些新型建筑和巨型工程都對(duì)混凝土的強(qiáng)度和耐久性提出了更高的要求。高強(qiáng)高性能混凝土可以減輕混凝土結(jié)構(gòu)的自重，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)物壽命，而且原材料使用了工業(yè)廢料，達(dá)到了節(jié)約資源和保護(hù)環(huán)境的目的，高強(qiáng)高性能混凝土是混凝土發(fā)展的必然趨勢(shì)。

1 低溫高性能混凝土的性能

1.1 抗壓性

試驗(yàn)參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定進(jìn)行。試件從養(yǎng)護(hù)地點(diǎn)取出后及時(shí)進(jìn)行試驗(yàn)，將試件表面與上下承壓板面擦干凈將試件安放在試驗(yàn)機(jī)的下壓板或墊板上，試件的承壓面應(yīng)與成型時(shí)的頂面垂直。試件的中心應(yīng)與試驗(yàn)機(jī)下壓板中心對(duì)準(zhǔn)，開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件或鋼墊板接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡。在試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)連續(xù)均勻加荷，加荷速度應(yīng)符合要求。

試驗(yàn)表明混凝土在凝結(jié)﹑水化初期，若孔隙率大，水分較多，在負(fù)溫環(huán)境下，內(nèi)部會(huì)形成巨大的冰晶，體積膨脹，形成凍脹應(yīng)力，當(dāng)此應(yīng)力超過(guò)混凝土的抗拉強(qiáng)度值時(shí)，混凝土產(chǎn)生裂縫。當(dāng)混凝土中的冰晶吸熱融化時(shí)，水的體積與冰相比將減小，混凝土的內(nèi)部留下許多孔隙，它會(huì)直接影響強(qiáng)度的發(fā)展及耐久性。但由于混凝土的活性摻合料的作用，混凝土內(nèi)部孔隙較小，混凝土凍結(jié)對(duì)混凝土的強(qiáng)度稍有影響，強(qiáng)度損失較小。

1.2 抗凍性

混凝土的凍害機(jī)理研究始于20世紀(jì)30年代，由于內(nèi)部?jī)鋈趽p傷機(jī)理十分復(fù)雜，至今尚無(wú)確定理論，但許多觀點(diǎn)對(duì)混凝土的凍融特性研究有很高的借鑒意義。最初的假說(shuō)，人們認(rèn)為，水結(jié)冰時(shí)體積增加引起膨脹壓力使混凝土產(chǎn)生破壞，但試驗(yàn)表明，混凝土中包含著大小不同的各種孔隙，孔隙溶液的物理性質(zhì)隨孔徑大小不同差別很大，在冰凍過(guò)程作用不同。

評(píng)價(jià)混凝土抗凍性的方法有多種，其中經(jīng)過(guò)若干次的凍融循環(huán)后，測(cè)定動(dòng)彈模量變化﹑抗壓強(qiáng)度變化﹑體積變化或質(zhì)量損失是最常用的方法?；炷潦軆雠蛎?，內(nèi)部因出現(xiàn)裂紋而導(dǎo)致強(qiáng)度降低，但抗壓強(qiáng)度損失對(duì)內(nèi)部裂紋是不敏感指標(biāo)；動(dòng)彈模量是非破損測(cè)試方法，能敏感的反映內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷體積變化，在經(jīng)過(guò)少數(shù)次凍融循環(huán)后即能從膨脹值評(píng)價(jià)抗凍性；重量損失反映了混凝土表面的損傷程度，但不能反映內(nèi)部損傷情況。

混凝土內(nèi)部存在著不同直徑的孔隙，影響混凝土抗凍性的決定因素是孔隙的特征，可分為大孔氣孔﹑毛細(xì)孔和凝膠孔。試驗(yàn)表明，在普通混凝土中，水化到一定程度后，凝膠孔約占凝膠總體積的28%，并保持此比例不變。因此是否能有效地承受凍融循環(huán)的破壞，關(guān)鍵取決于毛細(xì)孔和凝膠孔形成時(shí)間和連通狀況，一般凝膠孔非常細(xì)小，在一定溫度下不會(huì)有冰核的形成，早期凝膠的大量生成，以及未水化膠凝材料在孔隙的填充，都有助于阻斷孔隙之間的連通，從而提高混凝土的抗凍性。

2 低溫高性能混凝土的施工工藝

2.1 原材料配料與計(jì)量

高性能混凝土與普通混凝土相比，其變化主要在原材料選取及配合比設(shè)計(jì)上，因此嚴(yán)格控制進(jìn)場(chǎng)原材料的質(zhì)量攪拌材料的計(jì)量采用自動(dòng)計(jì)量裝置，嚴(yán)格按照配合比計(jì)量配料。

2.2 混凝土的攪拌

正確執(zhí)行攪拌制度，必須注意原材料﹑摻合料以及外加劑的投料順序，控制好混凝土的攪拌時(shí)間，各組分分布充分均勻，確保外加劑充分發(fā)揮作用。水泥裹砂攪拌工藝，用這種攪拌工藝在相同原料和配比條件下，強(qiáng)度﹑耐久性﹑抗?jié)B性等指標(biāo)可以比普通辦法制備的混凝土大幅度提高。

2.3 混凝土運(yùn)輸

高性能混凝土在生產(chǎn)完成后就可以直接進(jìn)行運(yùn)輸?shù)绞┕がF(xiàn)場(chǎng)，目前大部分采用混凝土罐車運(yùn)輸。在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中要盡可能的減小混凝土塌落度的損失。(依據(jù)坍落度法測(cè)出的坍落度值，用來(lái)衡量混凝土塑化性能和可泵性能的高低，從而判斷施工能否正常進(jìn)行) 。

2.4 混凝土澆筑

澆筑前要有澆筑方案，劃分澆筑層，澆筑段，盡量減少留置施工縫，可以根據(jù)混凝土的生產(chǎn)能力﹑運(yùn)輸能力﹑澆筑能力等條件進(jìn)行綜合考慮?；炷寥肽Ｇ绊?xiàng)目技術(shù)人員要檢查高性能混凝土的和易性﹑塌落度和含氣量，并記錄數(shù)據(jù)。

2.5 振搗

宜采用高頻振搗器振搗，分層澆注時(shí)，確保每層都振搗密實(shí)，盡可能地垂直點(diǎn)振，不能用來(lái)水平移動(dòng)混凝土，防止產(chǎn)生離析。并確保振動(dòng)棒至少插入上次澆注層15cm，振動(dòng)棒的移動(dòng)間距不能超過(guò)其作用半徑的1.5倍，以便振動(dòng)區(qū)域能夠重疊。

3 低溫高性能混凝土在施工過(guò)程中存在的問(wèn)題

在高性能混凝土的應(yīng)用過(guò)程中也存在一些問(wèn)題，例如：我國(guó)水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大；在骨料方面，粗骨料質(zhì)量低劣，含泥量大，級(jí)配較差，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)不合要求；在外加劑和外摻料的選擇上，尚缺乏充分的適用性的研究。在施工過(guò)程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護(hù)措施不到位，使混凝土的密實(shí)性和質(zhì)量不穩(wěn)定。由于高性能混凝土毛細(xì)孔中水分的蒸發(fā)與凝聚而產(chǎn)生的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，這對(duì)混凝土的抗碳化﹑抗凍融循環(huán)作用以及抗氯離子擴(kuò)散等都是不利的。

4 結(jié)語(yǔ)

低溫高性能混凝土誕生時(shí)間雖短﹑各國(guó)研究有限，尚無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)和結(jié)論，但因其自身優(yōu)異的性能，已得到迅速發(fā)展和一定范圍的應(yīng)用。今后，必須加強(qiáng)對(duì)低溫高性能混凝土及其結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，完善理論體系，制定相關(guān)規(guī)范和文件，總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，優(yōu)化使用方法，提高使用的有效性和可靠性。那么，低溫高性能混凝土定能克服現(xiàn)存不足和問(wèn)題，向更加高效﹑環(huán)保和經(jīng)濟(jì)的方向發(fā)展，走優(yōu)質(zhì)﹑低耗﹑高效﹑可持續(xù)發(fā)展之路，必將成為混凝土工程的主導(dǎo)材料，在工程實(shí)踐中得到更為廣泛的應(yīng)用。

[1]曹輝.低溫高性能混凝土性能與應(yīng)用研究[D].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)，2009.

[2]尹自立.高性能混凝土早齡期自收縮與開(kāi)裂敏感性的研究[D].浙江工業(yè)大學(xué)，2012.