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1、 高性能混凝土的特性及施工技术应用探讨 裴海军（厦门路桥翔通股份有限公司，福建厦门）摘要：随着现代科学技术和生产的发展，人们对资源、环境、施工、使用性能等要求的不断提高，高性能混凝土也面临着来自使用环境条件恶劣、施工难度大及高耐久性要求方面的挑战。关键词：高性能混凝土；特性；材料选择；配合比；施工据统计我国混凝土结构工程中因耐久性影响日趋严重，相关数据表明，大多数工业建筑及露天建筑物在使用年后即需大修，处于有害介质中的建筑物使用寿命仅年，处于复杂环境下的桥梁耐久性与病害状况更为严重。根据年全国公路普查，到年底我国已有各式公路桥梁座，公路危桥座，每年实际需要维修费用高达亿元，如何解决混凝土的抗裂
2、性及耐久性已刻不容缓。混凝土工程的发展着眼于耐久安全、节能经济以及适应严酷环境或特种需求性能等方面，在已往混凝土配合比设计几乎只考虑强度等级，而忽视混凝土构件的耐久性、变形性及周边环境因素对混凝土本身的影响，由于设计人员专业知识水平的限制，或出于保守考虑和对原材料认识方面的不足，配合比设计往往单方水泥用量偏大，拌和后混凝土水化热短期内急剧发生，构件内外部因温差大而产生温度裂缝；或因环境因素的叠加影响及后期养护、维护工作不到位，混凝土构件受氯离子侵蚀引发钢筋锈蚀，导致开裂。而在后期交付使用过程中，荷载的集中释放，使得原有裂缝进一步扩张，维护保养过程痛苦不堪，成本费用较高，裂缝问题成为困扰结构安全
3、的最大隐患。从使用寿命及经济成本方面考量，此类构件往往还未达到设计年限就因安全问题而不得不拆除，社会资源浪费严重。如何解决混凝土在耐久性方面存在的问题呢？本文就高性能混凝土的特性、原材料选择、配合比设计思路及施工注意事项等方面提出了建议仅供大家参考。高性能混凝土的特性.高耐久性和耐腐蚀性能混凝土是一种由多种成分组成的非匀质性材料，如要具备耐久性，就必须使混凝土具备足够的密实性。通常做法是采用较低用水量及水泥用量，水胶比一般低于.，一般情形下可掺入粉煤灰约、矿渣粉来等量或超量替代水泥，同时加入高性能减水剂来降低单方用水量。作用机理：由于矿物掺合料的加入及单方用水量的减少，原混凝土中微结构得以优化
4、，孔隙得以改善并填充致密，由于内部通道载体的密闭或消除，使得水或外界其他一些有害杂质难以浸入，混凝土结构中钢筋锈蚀的几率降低，从而延长混凝土使用寿命，所以高性能混凝土具备高耐久性及耐腐蚀性能。.施工性和适用性现代混凝土桥梁工程向大跨度、高荷载发展，预应力混凝土梁体布筋密集，体积庞大，这势必要求混凝土具有良好的工作性能及大流动性，并在远距离运输后保证混凝土坍落度的经时损失，施工过程中不得出现离析分层现象且便于振捣，还要保证混凝土整体浇筑的连续性。普通混凝土拌和物性能很难满足这样近乎苛刻的条件，为解决在实际应用过程中存在的问题，高性能混凝土的概念及应用发展由此而得以推广，因掺入大量的磨细矿渣及粉煤
5、灰，改善了混凝土拌和物的粘聚性和保水性，掺入高性能聚羧酸减水剂后有效分散了混凝土材料当中胶材组分，使得浆体包裹性变强，增加了混凝土自身的流动性及扩展度，便于泵送施工，因矿物掺和料后期活性持续增长，使得构件强度富余量变大而稳定。因此，高性能混凝土被广泛应用于各种重要基础工程，如大型跨海桥梁、码头、堤坝、高层建筑、海底隧道等等。.力学韧性及体积稳定性混凝土的体积稳定性直接影响混凝土结构的受力性能，严重者会影响结构的安全。影响体积稳定性的几种主要因素，收缩变形是混凝土的固有特性，减少收缩的主要途径是从减少用水量，减少水泥浆用量，优化砂石级配，降低砂率，提高混凝土的密实度及匀质性等。减少徐变的主要办法
6、有：提高混凝土的强度，减少混凝土中的水泥浆含量，不要过早使混凝土承受荷载等。提高弹性模量的办法有：提高混凝土的强度，采用弹性模量高的集料，改善混凝土的级配，提高混凝土密实度及匀质性。就体积稳定性的而言，目前国际上还没有一个统一标准。一般来讲，要求混凝土的收缩变形小、徐变变形小，弹性模量高，温度膨胀系数尽量与钢筋一致。相关试验表明，高性能混凝土具备这一要求。.经济性对于在恶劣环境中使用的基础设施工程，如果采用普通混凝土不仅不能满足设计要求，加上为弥补自身性能方面不足而采取特殊措施，如在混凝土中加入抗渗剂、防腐剂、阻锈剂等等，其成本费用之高可以想象，再考虑后期维护费用与安全使用寿命，高性能混凝土的
7、使用成本将远远低于相同环境中的普通混凝土。配制高性能混凝土对原材料的技术要求.胶凝材料水泥除水泥标号外，水泥矿物组成和比表都对高性能混凝土的性能有直接影响。一般来说，配制高性能混凝土所用水泥含量应低于，其中游离、和 等有害成分应尽可能减少。比表面积大的水泥早期强度增长较快，但后期强度发展缓慢，而且水化热大，所以水泥比表面积应合适。为确保其高流动性、高强度、高耐久性，高性能混凝土水泥标准稠度用水量要尽可能小一些，且与所用减水剂的适应性要好，使混凝土拌和物在满足工作性能条件下单方用水量尽可能降低，坍落度经时损失变小或维持不变。技术报告认为如果混凝土构件不要求较高的早期强度，一般不应使用含量高的水泥
8、，宜选用质量优良、稳定的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。超细粉状矿物活性材料，高性能混凝土水胶比一般较小，水泥石中有一部分水泥是不能水化的，只能起填充作用，所以，在配制高性能混凝土时，一般掺入超细粉状矿物活性材料来置换水泥，常用的矿物活性材料有：优质粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰等。优质粉煤灰、矿渣粉的作用在取代了部分水泥以后，这些小颗粒填充在水泥颗粒间的空隙中，使胶凝材料具有更好的级配，形成了密实填充结构，提高混凝土的抗渗性和抗侵蚀能力，由于替代了部分水泥用量，因而可抑制混凝土的升温，并在一定程度上增加混凝土的后期强度。.骨料粗骨料高性能混凝土应使用最大公称粒径较小的碎石。如加拿大和英国建议，混凝土强
9、度为时，石子最大粒径，混凝土强度超过时，石子最大粒径不能超过；日本建议，超高强混凝土使用的石子最大粒径在以下；我国高强混凝土委员会制订的高强混凝土结构设计和施工指南对混凝土所用石子最大粒径。一般宜选密实坚硬的石灰岩或深成火成岩，母岩强度应达以上；级配合理，粒形好，紧密空隙率宜，松堆密度，压碎值，针片状；硬质、洁净碎石；吸水率，处于冻融环境应；非碱活性。细骨料砂的颗粒形状及表面特征会影响其与胶凝材料的粘结程度及混凝土拌和物的流动性，当砂中含有较多的粗粒径砂，并以适当的中粒径砂及少量细粒径砂填充其空隙，则可达到空隙率及总表面积较小，这样砂的级配比较理想，不仅水泥浆用量少，而且还可提高混凝土的密实性
10、与强度。可见控制砂的颗粒级配有很大的经济意义。在配制高性能混凝土宜选用细度模数宜为.的中砂，级配重点关注.筛、.筛、.筛的累计筛余百分数，含泥量，吸水率，硬质洁净的天然河砂，不含氯离子，非碱活性。.外加剂高性能减水剂是配制高性能混凝土的重要组分，高性能减水剂的加入，可以大大降低混凝土的水胶比，增加流动性，使混凝土的工作性能满足施工工艺要求。但高性能减水剂的减水效果与水泥的组分及掺和料组分相关，并存在适应性问题，因此在配制高性能混凝土之前要预先做好与水泥及掺和料的适应性试验，找到最佳组合点，避免混凝土在达到高流动性时出现泌水和离析等现象。.拌和用水拌和用水应符合混凝土用水标准要求。配合比设计思路
11、.强调环境影响因素的针对性耐久性是一个笼统的概念，它必须与结构物所处的环境相联系才有明确意义。环境条件千差万别，抽象地说要设计一种高耐久性混凝土显然是不科学甚至是不可能的。因此，混凝土耐久性设计的前提是将结构所处的环境调查清楚，并从中确定哪些是主要破坏因素，进而针对破坏因素进行耐久性设计。.更新观念优化设计更新设计观念，正确认识混凝土强度与耐久性之间的关系，改变长期以来沿袭的“混凝土强度越高越耐久”的观念，选择适当的强度，做到耐久性与强度兼顾；严格控制水胶比和水泥用量，改变“水泥用量越多越耐久”的观念，在保证拌和物具有良好工作性的前提下来满足流动性要求。选材方面应根据工程所处的环境合理选择水泥
12、品种，选用质量良好、技术条件合格的砂石骨料，提高其粒形和级配品质。.适应性高性能混凝土由于水胶比小、掺和料用量大，聚羧酸系减水剂对用水量及砂石材料相对敏感，所以要保证材料的匀质性，设计坍落度宜为，扩展度宜为，倒坍落度筒流出时间在为宜。高性能混凝土的施工注意事项现场施工时，要充分认识高性能混凝土的技术特性，对拌和物的工作性能要通过实际观察并有感性上的认识从而形成判断依据。要定期检查混凝土搅拌楼的电子计量设备，校对投料误差是否在允许范围内，尤其关注外加剂与水秤。在生产过程中，搅拌楼的设备性能要完好，有应对突发事件的能力，否则会影响到混凝土浇筑的连续性和稳定性。材料储备方面，因大宗材料进场次数频繁，
13、其质量往往不易掌控，在此要求所用材料要相对稳定，从源头上去控制，储备要充分，否则会直接影响混凝土的内在质量和外观色差。应加强对构件保护层厚度的监控，为此应特别对垫块材料的强度及抗渗透性能等指标的控制，并不低于本构件同等技术要求。要选用适宜的施工工艺进行混凝土浇筑，尽量避免因振捣不当而出现蜂窝、麻面、孔洞。混凝土的入模卸料要前后均匀，避免落差也不可集中卸往一处，后用振捣器赶料，使大量浆体被赶走，粗骨料下沉，导致混凝土结构失衡，从而在骨料和水泥浆的界面，以及钢筋与混凝土的界面形成薄弱的过渡区，混凝土硬化后，形成大量孔隙和微裂缝。严防在施工现场因混凝土坍落度达不到设计要求而任意加水，加水后不仅使水胶
14、比变大，降低混凝土自身的强度和抗渗透性能，且极易产生裂缝。尽量避开高温、多雨等不良环境条件下施工，保证混凝土的入模温度，防止因温度上升过快而引起水泥水化热过于集中而导致混凝土体积稳定性变差。对高性能混凝土养护方面应特别关注，由于构件所处环境不同，风速、阳光直射或温差等原因很容易造成浇筑成型后混凝土表面失水过快而产生收缩裂缝。因此，在实际施工过程中，应注重二次或多次抹压面和薄膜保水性养生等关键性工序，如为预制构件，拆模前小时拧松加固螺栓，让水从侧面自然流下养护，侧面拆模不小于小时，后用塑料薄膜包裹。结语高性能混凝土具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，与普通混凝土在原材料组成、特性等方面存在诸多差异，通过近年的研究及推广，已取得一系列成果，并在一些大型基础设施建设中得到应用，但要消除对传统认识中的某些误区，针对环境条件从配合比设计、材料选择、施工管理、检测预测等方面采取综合措施，才能从根本上提高混凝土的耐久性。参考文献姚燕，王玲，田培.高性能混凝土.北京：化学工业出版社，.欧阳华林，苏祖平.免振自密实混凝土耐久性及长期性能的试验研究.金贤玉、沈毅、李宗津，高强混凝土的早龄期特性试验研究，混凝土与水泥制品，（）.侯景鹏、袁勇、柳献，混凝土早期收缩试验方法评价，混凝土与水泥制品，（）黄士元混凝土早期裂纹的成因及防治混凝土，（）：习志臻粉煤灰高性能混凝土混凝土，
