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1、题目：高性能混凝土在建设工程中的应用内容提要：本文阐述了高性能混凝土的定义及特点，并通过对高性能混凝 土的原材料、配合比的分析，指出了其在建筑工程中的应用和发展趋势，在使用 过程中的存在的问题及解决途径。主题词：主题词：高性能混凝土原材料 配合比应用正文内容1高性能混凝土的定义和特点高性能混凝土是指在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代先进的 预拌混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的 活性细掺料和高性能外加剂，经过科学配方以及提高浇筑、捣实的方法来提高混 凝土的长期力学性能、初期强度、刚度和体积稳定性以及延长其在恶劣环境下的 使用寿命的一种新型高技术混凝土。高
2、性能混凝土往往被人们与高强度混凝土联系起来，其实质高性能混凝土 不仅仅是高强度，而且具有相当高的刚度、弹性模量和耐久性。这种混凝土在凝 结硬化过程中，水化热低，内部缺陷少；硬化后，体积稳定，收缩变形小，结构 密实，抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性高。2高性能混凝土在建设工程中的应用高性能混凝土广泛用于长大跨径结构和特殊条件结构，因为其具有易于浇 注、捣实而不离析、高超的、能长期保持的力学性能，在恶劣的使用条件下寿命 长、强度高、高流动性与优异的耐久性，高性能混凝土对延长构筑物的使用寿命 和获得更好的经济效益方面发挥着举足轻重的作用。青岛地区海洋环境是混凝土结构所处的恶劣的外部环境之一，普通混凝土 的
3、耐久性根本无法满足很长的使用年限。用于海水环境的混凝土，其性能上，应 具有高耐久性（抗渗、抗冻、抗碳化、抗碱骨料反应，耐磨等），尤其具有高的 抗氯离子渗透性，以减少海水中氯化物对钢筋的锈蚀作用；良好的施工性（大流 动，可灌性、可泵性、均匀性等）；良好的力学性能，早期后期强度均高；良好 的尺寸稳定性；合理的适用性与经济性等。能够具备这些要求的，非高性能混凝 土莫属。3高性能混凝土的原材料和配合比高性能混凝土的原材料，除了常规的水泥、粗集料、细集料、水四种材料 外，必须使用化学外加剂和矿物细掺料，一共是六种必不可少的材料，而且后两 种材料可以是一种也可以是多种复合，这在选材上就要求与水泥具有良好的
4、相容 性，多种的外加剂之间（或细掺料之间）要求合理匹配，使之具有黄金搭配，产 生叠加效应的效果，其组成和配比要比普通混凝土复杂，要求也高得多。3.1水泥及其用量配制高性能混凝土可以使用硅酸盐、普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、 中热水泥等，其强度等级应不低于42.5级。水泥矿物组成中，CA （铝酸三钙）3含量不应超过8%，比表面积不宜太高，通常比表面在3200cm2/g左右。试验结果 证明，C3A含量超过8%，水泥的流动度损失明显，含碱量及硫酸盐含量高的水泥 更严重。当骨料具有碱-硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%。用于 海水环境的还应控制其氯离子含量低于0.03%。为了控制水泥水化
5、放热量以及提高体积稳定性，配制高性能混凝土时胶凝 材料（包括水泥和活性掺合料）总用量通常在300550kg/m3范围。这样，在合适 的配合比条件下，可以得到抗压强度40120MPa的混凝土。为了适应高性能混凝 土的发展，最理想的办法是生产一种低水胶比、高流动性、高强度等级的水泥， 或者生产一种调节细度和颗粒组成的水泥，与普通水泥配合使用，这样便能保证 在低水胶比的情况下，水泥砂浆流动度在200mm以上。3.2 矿物掺合料矿物掺和料包括粉煤灰、火山灰质材料、粒化高炉矿渣等，它们是辅助胶 凝材料，近几年来在普通混凝土应用中越来越普遍，一方面是由于经济效益显著， 另一方面是因为使用这种材料可以得到技
6、术效果。在高性能混凝土中，应用辅助 胶凝材料的作用就更为突出。高性能混凝土的高强度部分来源于其基材的密实，即使有一部分水泥被一 种或多种辅助代替，也对混凝土的早期强度不会有副作用。此外，化学活性较低 的辅助胶凝材料代替部分水泥，从控制水化放热和流变性能的角度也是有益的。3.3集料及其用量集料的种类对混凝土的体积稳定性也有显著影响。例如：水泥浆与集料的 弹性模量或热膨胀系数不相匹配，当结构暴露在温度变化频繁的环境中将产生开 裂。同样，在一定的水泥浆、集料比时，使用弹性模量低的集料将会使混凝土的 徐变增大。就长期尺寸稳定性而言，通常认为混凝土集料用石灰岩和玄岩比花岗 岩好，其发生碱-骨料反应的风险
7、也大大降低。除此之外，在配合比相似时，用花 岗岩和砾石集料的混凝土比用辉绿岩或石灰岩集料的混凝土强度低得多，这是由 于水泥石与集料之间的界面区的结构和粘结强度的差异造成的。除集料的材质外，使用级配良好，洁净集料（没有泥土及脆弱颗粒）是必 要的。作为细集料（小于5mm）通常采用中高细度模数（即2.63.1）的天然砂 为好。在颗粒尺寸相同时，作为粗集料用破碎的致密石灰石或深层的岩浆岩（如 花岗岩、正长岩、闪长岩和辉绿岩）通常以得到满意的结果。粗集料的最大粒径对高性能混凝土来说以不超过25mm为最佳，超过25mm 对混凝土强度和抗渗性不利。由于高性能混凝土的集料与水泥石界面较强，集料 确实是混凝土强
8、度的制约因素，而在普通混凝土中几乎不考虑这个问题。若采用 水泥熟料球作为人造集料配制高性能混凝土，可能得到高强度和高弹性模量，其 原因是产生致密和牢固的集料-水泥界面区。3.4用水量在拌合水大大减少的情况下，获得大的流动性，使硬化混凝土具有高强度 和高密实性。因此，必须使用超塑化剂破坏水泥粒子的絮凝结构，使水泥粒子分 散。拌合水大大减少使水泥粒子间距缩小，因此得到比普通混凝土密实得多的水 泥石结构，凭借这种高密实度的结构，水化物形成较多的水泥石结构，水化物形 成较多的化学键合就能获得非常高的抗压强度。由于游离水含量较少，自干燥失 水后使高性能混凝土的水泥石具有非常低的孔隙率。在配制高性能混凝土
9、时应采用低水水灰比（3/c）或水胶比3 /（c+s），高 性能混凝土的抗压强度不仅取决于水灰比（水胶比），也取决于水泥石的密实度。 换句话说，两个影响混凝土强度的因素即水灰比（水胶比）和减小水化开始时粒 子的间距。3.5外加剂配制高性能混凝土不可缺少的是超塑化剂，而普通减水剂达不到高性能混 凝土减水率和提高工作性的要求。超塑化剂或高性能减水剂是阴离子型高分子表 面活性剂。通常是蔡磺酸盐甲醛聚合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛聚合物。这两个系 列的超塑化剂很难说哪个好一些。三聚氰胺系超塑化剂减水率略差一些，但坍落 度损失快，缓凝比蔡系小得多，更适合与引气剂复合使用。超塑化剂的掺量为水泥重量的1%2%，对于
10、不同等级的混凝土，随着强度 的增高其掺量增大。市售的超塑化剂产品很多，产品选择通过试验来确定，因为 超塑化剂与水泥和掺合料之间存在相容性问题。超塑化剂对水泥浆有强烈的分散作用，但是这种作用持续时间不长，因此 用超塑化剂配制大流动性混凝土存在坍落度随时间损失的问题，解决坍落度损失 可采用后掺法，即一部分超塑化剂在混凝土拌合物运达施工现场后再加入，然后 经搅拌进行混凝土泵送。后掺法虽然有效地解决了坍落度损失问题，但增加了二 次搅拌工艺。因此，后掺法并不是最好的方法。解决坍落度损失的另一种方法是 将超塑化剂与缓凝剂（或缓凝减水剂）组成复合外加剂。这样配制的可满足新拌 搅运输、泵送、浇注工艺过程的要求
11、。4高性能混凝土的发展趋势随着社会的不断发展，节能、环保等关系人类生存和发展的重大课题，已 逐渐被业界内行家所重视，因此，高性能混凝土也被称为绿色混凝土”。绿色高 性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果，绿色混凝土是大量采用工业废渣 细掺料、水泥用量降低30%50%的低水泥用量生态混凝土，新型高性能减水剂使 超细矿物掺和料用量大大增加，实现了大掺量粉煤灰、大掺量矿渣等免振捣的自 密实绿色高性能混凝土。与普通混凝土相比，水灰比极低的高强、超高强高性能 混凝土强度更高，结构尺寸更小，稳定性更好，结构的维修和重建费用更省，在 恶劣条件下使用寿命更长，即显示出其耐久性良好的特点。随着构筑物结构向大
12、跨径，高承载力方向发展，为缩小结构断面，减轻结构自重，发展轻质、高强、 节能的混凝土是一个大趋势。高性能混凝土在实际工程中的应用领域正在不断扩 大。5高性能混凝土在应用中存在的问题虽然高性能混凝土有诸多优点，但在实际应用中也存在着问题，比如混凝 土的收缩问题和检测技术问题。由于高性能混凝土用水量少，水胶比低，拌合时 较稠，外部水分向内部扩散较慢，易造成混凝土内部的自真空现象，使混凝土收 缩，严重时会导致混凝土表面开裂。因此需要采用拌合性能好的搅拌设备。而且 制备高性能混凝土时，各种原材料的计量应尽量准确。解决高性能混凝土收缩问 题的方法之一就是在浇注后立即进行湿养护，养护是混凝土成型的最后一道
13、关键 工序，是混凝土技术性能好坏的决定性因素之一，是保证混凝土在适宜的条件下 正常硬化和强度增长的因素之一。还有混凝土坍落度损失的问题，随着现代（预拌）混凝土技术发展，混凝土 各种化学外加剂包括泵送剂、防水剂、防冻剂等性能要求均发生了变化，但国内 大多使用蔡系复合型的减水剂，混凝土坍落度损失的问题没有得到根本解决，各 地的技术水平差异和原材料变化较大，往往达不到技术要求。通常聚羧酸系减水 剂较蔡系减水剂的减水率高，与水泥的相容性更好，用聚羧酸系减水剂配制高性 能混凝土，水胶比可以降至很低，混凝土的流动性很大。由于减水剂与不同水泥 存在相容性问题，混凝土容易出现流动性损失问题.再一个问题就是对高
14、性能混凝土的试验检测的问题，我国现行的混凝土配 合比设计、施工质量标准，包括原材料的检验标准，主要都是针对高水灰比的普 通混凝土特点制定的，如混凝土外加剂GB80876-2008，不能准确检验出丙酸 基高性能减水剂的减水率，所测结果与施工配合比中反应出的减水率之间存在较 大差异。高性能混凝土配合比设计的有关参数和耐久性检测方法与普通混凝土有 所不同，其方法特点应主要突出新拌混凝土的流动性和硬化混凝土的耐久性检 测。当前施工现场确认结构混凝土强度的无损检测技术只能实用于50MPa以下强 度的混凝土，而对于强度较高的高性能混凝土的强度检测无能为力。即使在国际 上这也是个尚未解决的问题。5结束语随着混凝土技术向高流态、免振自密实高科技方向的发展，混凝土施工工 艺改革势在必彳丁，开展高性能混凝土的研究和发展具有重要的意义。高性能混凝 土从配合比设计、配料、搅拌、运输、施工、养护、检测验收各个环节都要按照 相关的规范、规程和标准进行严格的检查和监控，建设行政主管部门和质量监督 部门要严格控制混凝土生产管理和施工，从政策上、工艺上和管理上确保高性能 混凝土的质量，推动高性能混凝土的应用。在我国，高性能减水剂的质量与国外 产品有一定差距，随着对化学外加剂的深入研究，差距将会缩小，免振捣自密实 混凝土及高强超高强高性能混凝土也将得到进一步发展。
