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1、高性能混凝土原材料性能及质量要求第一节、高性能混凝土概念高性能混凝土（High Performance Concrete，简写 HPC）是二十一世纪现代混凝土技术。高强度混凝土（High Strong Concrete，简写 HSC）不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土包括高强度混凝土。一般认为 C60以上高强度混凝土为高性能混凝土这是传统工艺的理解；我国混凝土专家冯乃谦教授认为：HPC 是一种体积稳定性好、具有高耐久性、28d 以后强度持续增加与良好工作性能的混凝土，耐久性是 HPC重要技术指标。我理解为所谓高性能混凝土它不但应具有均质性，还应具有高密度和体积稳定性。即“流动性、可塑性、稳定
2、性、易密性”满足输送和浇筑的流动性；不为外力作用产生脆断的可塑性；不产生分层、泌水的体积稳定性和易于浇筑振捣的密实性。高性能混凝土是采用混凝土正交设计来优化混凝土配合比，最好采用磁化水和优质的矿物掺合料及高性能聚羧酸液体减水剂复合，降低水泥用量，并以级配良好的粗、细集料拌合形成良好的工作性、低水胶比、低缺陷、高强耐久（耐冻性、耐磨性、耐腐蚀性） ，能够使混凝土后期强度持续增加，抑制碱集料反应的高性能混凝土。由于混凝土原材料来源广泛、生产工艺相对简单，使混凝土微结构变得十分复杂；正如清华大学廉慧珍教授所言：“混凝土材料是用最简单的工艺制造的最复杂的人工材料” 。由于原材料不能提纯，其物理化学反应
3、复杂，对“人、材、机、法、环”具有十分敏感的依赖性，以致混凝土水化反应产物组成和微观结构的形成与发展非常复杂，而具有不确定性和不确知性，至今尚未能用任何函数能准确表达和计算。Mehta 教授指出：“不要忘记，与人类社会一样，混凝土世界是非线性的，而且在非线性里还存在不连续性” 。这就告诫我们：越是简单的工艺，越有管理和控制上的难度。我们必须转变观念，因为观念和认识转变，有时比技术更重要。即由原来将粉煤灰、矿粉、硅粉、石灰岩粉等胶凝材料视为工业废弃物的陈旧观念转变为“混凝土性能调节型”材料观念，它们不是废弃物，而是混凝土不可或缺的宝贵资源。第二节、高性能混凝土胶凝材料和外加剂的性能及质量要求1、
4、水泥（Cement）水泥是高性能混凝土中最关键的原材料，它是 HPC强度主要来源，它是 HPC主要影响因素，HPC 质量稳定首先涉及到水泥。近几年我国为了拉动内需，2010 年我国水泥产量总计 18.68亿吨，混凝土产量 36亿方左右，水泥产量约占世界 60%，2011 年预估将达到21亿吨。我国早也是水泥材料最大的国家，这也带来很大的 CO2排放问题。随着环保力度的加大，水泥生产受到了限制。同时，水泥产业因为利用前粉煤灰、矿渣、炉渣等工业废料，还享受国家减免税待遇，因此，我国水泥品种上，仍然以加入一定量的混合材的PO42.5为主要为主要产品。2、外加剂在我公司目前主要大量使用混凝土减水剂有时
5、冬季施工用防冻剂。混凝土减水剂可以是阴离子表面活性剂，本身不予水泥发生反应，而是通过表面活性剂的吸附-分散作用、润滑和润是作用，改善HPC的工作性和水泥石的内部结构及提高混凝土物理力学性能；使用聚羧酸液体高性能减水剂可以降低混凝每方用水量 20%30%，混凝土强度提高 20%30%。外加剂按用途分类：（1）改善混凝土拌合物和易性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等；（2）调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等；（3）改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等； （4）改善混凝土其他性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等
6、；高性能混凝土的外加剂必须选用聚羧酸高效减水剂，因为聚羧酸高效减水剂是第三代液体减水剂，其性价比优于我公司目前使用第二代萘系列粉剂减水剂。聚羧酸液体外加剂是制备高性能混凝土的关键，但不同聚羧酸外加剂有不同的特点，有的侧重减水，有的侧重保塑，有的侧重减少混凝土的黏聚性，因根据不同混凝土的具体要求和试验结果，选择适合的聚羧酸系外加剂。第三节 高性能混凝土粗细集料性能及要求HPC 骨料的选择，对于保证高性能混凝土的物理力学性能和长期耐久性至关重要，清华大学混凝土专家冯乃谦认为，要选择适宜的骨料配置高性能混凝土，必须注意骨料的品种、表观密度、吸水率、粗骨料强度、粗骨料最大粒径、粗骨料级配、浆骨比、砂率
7、和碱活性组分含量等。普通混凝土是骨架密实结构（Ordinary Performance Concrete，简写 OPC） ，是贫混凝土，混凝土坍落3090mm，混凝土强度取决于骨料和浆体的粘结强度，因此规范要求骨料强度不小于混凝土强度 1.5倍；而 HPC 是悬浮密实结构，骨料在混凝土成悬浮状态，混凝土的强度基本和骨料强度相关性不大，由图 3-1 可见，OPC 由于离析和泌水，在骨料下面产生宽 50100um 左右孔隙，骨料下面的孔隙，对混凝土强度、抗渗性和抗冻性等均有不良影响。因此 HPC 必须是骨料下面的孔隙越少越好。就必须降低 HPC 单方混凝土用水量，提高混凝土的黏度。HPC 就是根据
8、 HPC 这一特点，利用高性能减水剂和粉煤灰 减水増浆调凝密实协和等五项基本功能，利用石灰岩粉、矿粉、硅图 3-1粉、石灰岩粉等胶凝材料有关性能，对立统一、扬长避短、从而使HPC的微观结构和性能，发生预期的变化。通常，界面过渡层厚度1050um，存在与骨料周边，界面过渡层与混凝土强度高度相关，过渡层存在于骨量周边，约占全部水泥浆 1/3。见图 3-1。对于 HPC 抑制和改善界面过渡层是十分重要的。为此，对混凝土强度不小于 C50，用高性能减水剂和其它胶凝材料降低水灰比，降低 HPC 的泌水和离析，改变混凝土微观结构，提高混凝土界面过渡层黏结力，提高 HPC 工作性、强度和耐久性、经济性，其它
9、胶凝材料对高性能混凝土具有积极地影响作用。目前，我国用轻质骨料（陶粒）已配制 C60 以上高性能混凝土有关文献早有记载，因浆骨比大于传统混凝土，HPC 工作性好于HPC，在我国用 HPC 大流动性自密实混凝土修建 400600 米的高楼已不是尖端技。1、细集料宜选择细集料宜选择石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分曲线的中粗砂，细度模数控制在 2.63.2 之间，砂率控制 2935%之间，泵送 HPC 混凝土砂率控制在 3545%范围内。技术指标见新桥规 6.3.1,6.3.4。随着宁夏砂石资源枯竭，宁夏水洗砂价格逐年上涨，而石料厂机制砂因造价低，配置混凝土在同样条件下相比较强度高，混凝
10、土坍落度小，工作性差，采用粉煤灰、石灰岩粉等体积替代5mm 以下含量不足，可以满足施工工作性要求。 2、粗骨料的选择1）粗集料表面特征通过试验发现，集料对高性能混凝土有一定的影响。造成 HPC性能不良有以下原因：（1） 级配不良级配不良会影响混凝土工作性，粗集料空隙率宜在 40%左右，空隙率过大的粗集料针片状含量多，骨料粒型差、混凝土流动性差、还会降低混凝土的抗渗性。（2）骨料强度宁夏地区碎石一般都为沉积岩的石灰岩和砂岩， 石灰岩强度大于砂岩强度，石灰岩线膨胀系数小于砂岩，新桥规 6.15.6 高性能混凝土不宜采用砂岩。（3） 粗骨料的强度粗集料的形状和表面特征粗集料宜采用等径状（宏观球性）粗
11、集料，对混凝土强度影响很大，尤其在 C50 以上高强度混凝土中，骨料的形状和表面和表面特证对混凝土强度影响更大。我区粗骨料表面形状和国外比较见图3-2。 图 3-2表面较粗造的结构，可使骨料颗粒和水泥石之间形成较大的黏着力。但是，针片状的骨料会影响混凝土流动性和强度，因此，C60 以上 HRC 针片状骨料含量不宜大于 5%。 由于混凝土内各个颗粒接触点的实际应力有时会超过施加的压应力，所以选择的粗骨料强度应高于混凝土强度比 1.5 倍，但是，过硬、过强的粗集料因温度和湿度的因素而是混凝土发生体积变化，使水泥石受到较大的应力而开裂。所以从耐久性上讲，选择强度中等的粗集料，反而对混凝土耐久性有利。
12、试验证明，HPC 混凝土所用粗骨料，其压碎值控制在 10%15%之间。（4）粗骨料的最大粒径HPC 混凝土粗集料罪的粒径的选择与普通混凝土完全不同。普通混凝土最大粒径的控制，由模板尺寸和钢筋最小间距决定，粒径的大小对混凝土强度影响不大；但对高性能（高强）混凝土来讲，粗骨料粒径的大小对混凝土强度影响较大。加大粗骨料粒径会使混凝土强度降低，强度等级越高影响越明显。原因是：骨料尺寸越大，粘结面积越小，造成混凝土受力连续性不利影响越大，尤其对水泥用量较多的高性能混凝土，影响更为显著。因此，对 C50 混凝土最大碎石粒径不宜大于 25mm，C60 混凝土碎石最大粒径不宜大于20mm，C60 以上混凝土碎
13、石最大粒径不宜大于 20mm。粗集料技术指标见新桥规 6.4.1,6.4.2,6.4.3。（5）其它方面要求粗、细集料的表观密度在 2.65 以上；粗集料的吸水率应低于 1%，细集料饱和吸水率应低于 2.5%；粗骨料的级配良好，孔隙率大于 40%左右；粗集料无碱活性组分；粗集料的体积用量一般为 400L，骨料用量 9601100kg/m3。粗集料的级配范围（累计筛余） 表 3-1 筛 孔 尺 寸（方 孔 筛，mm）2.36 4.75 9.5 16 19 26.5 31.5级配情况序号工称粒径mm累 计 筛 余（按质量计，% ）1 525 95100 90100 3070 05 连续级配2 531.5 95100 7590 3065
