高性能混凝土的特性分析及施工質(zhì)量控制

劉 澤 鋒

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

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高性能混凝土的特性分析及施工質(zhì)量控制

劉 澤 鋒

(山西省公路局晉中分局，山西 晉中 030600)

通過對目前高性能混凝土技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用初探，總結(jié)分析了高性能混凝土的性能優(yōu)勢，闡明了高性能混凝土對于硅酸鹽水泥、砂石、高效減水劑和活性礦物摻合料等原材料的優(yōu)選及質(zhì)量控制的重要性，系統(tǒng)論述了施工過程中各個施工環(huán)節(jié)及施工質(zhì)量控制的關(guān)鍵，對于高性能混凝土的實際工程應(yīng)用起到了一定的參考作用。

公路工程，高性能混凝土，耐久性，質(zhì)量控制

0 引言

高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世紀90年代初提出的一種新型的高技術(shù)混凝土，是指選用優(yōu)質(zhì)的硅酸鹽水泥、砂石、高效減水劑和活性礦物摻合料配制而成的水泥混凝土。與傳統(tǒng)使用的普通混凝土相比，其不僅表現(xiàn)為高流態(tài)免振搗自密實，而且具有強度高、耐久性好、施工工作性好、適用性強、穩(wěn)定性高、經(jīng)濟效益高等一系列優(yōu)點，因此被廣泛應(yīng)用于我國的橋梁、高層建筑和海港建筑等重要工程領(lǐng)域中。同時，由于高性能混凝土大大地節(jié)約了水泥用量，使用了工業(yè)廢渣摻合料，起到了節(jié)約資源能源、保護環(huán)境的作用，符合環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展的趨勢，是一種綠色的現(xiàn)代高性能混凝土。

1 高性能混凝土的性能優(yōu)勢

與傳統(tǒng)使用的普通混凝土相比，高性能混凝土具有以下幾個方面的性能優(yōu)勢：

1)優(yōu)異的耐久性能。

與普通混凝土不同的是，高性能混凝土中添加了高效減水劑和礦物質(zhì)超細粉，從而使得用水量大大減少，混凝土的密實性、抗?jié)B性、抗凍性能都得到大幅提升，混凝土內(nèi)部空隙減少更加密實，其抗化學(xué)腐蝕性能顯著優(yōu)于普通強度混凝土，使混凝土結(jié)構(gòu)能安全可靠地工作50年～100年以上。

2)較好的工作性。

高性能混凝土具有良好的工作性，高性能混凝土的坍落度控制功能好，這是工業(yè)化泵送施工的條件，一般坍落度達到(20±2)cm，基本上無泌水。既具有較高的流動性，在振搗過程中，由于混凝土水灰比低，自由水少且摻入超細粉，粘性很大，不分層、不離析；成型過程中，易充滿模型，穩(wěn)定性和均勻性好。

3)較高強度。

由于高性能混凝土的水灰比較低，同時采用了高效減水劑，減少了混凝土中的用水量；礦物質(zhì)摻合料的加入可有效填充水泥顆粒之間的空隙，改善水泥石和集料之間的界面結(jié)構(gòu)，大大提高了混凝土的抗拉強度與抗壓強度。

4)較高的體積穩(wěn)定性。

高性能混凝土的體積穩(wěn)定性較高，即水灰比低用水量少直接導(dǎo)致水泥的水化反應(yīng)時間較短，因此混凝土硬化過程的前期水化熱較低，后期的徐變變形、低溫度變形和收縮變形較小。

5)經(jīng)濟效益好。

雖然高性能混凝土自身的價格偏高，但是由于其具有優(yōu)異的耐久性，從長遠來看，能夠延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命，在全壽命周期內(nèi)可大大減少混凝土結(jié)構(gòu)的維修費用，從而帶來良好的經(jīng)濟效益。

綜上所述，高性能混凝土比普通混凝土具有更好的使用性能優(yōu)勢，能夠更好地滿足工程對混凝土的性能要求，尤其耐久性能優(yōu)越可以延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價。

2 高性能混凝土的原材料優(yōu)選

1)水泥。水泥是高性能混凝土的主要膠凝材料，目前用來配制高性能混凝土的水泥主要有中熱硅酸鹽水泥、球狀水泥、調(diào)粒水泥和活化水泥。水泥應(yīng)滿足標準稠度用水量低、水化放熱量和放熱速率低、水泥硬化后強度高的條件。

2)粗集料。粗骨料宜優(yōu)先選用表面粗糙、形狀不規(guī)則有棱角、強度高的硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r碎石，其壓碎指標宜控制在10%～15%之間，針片狀含量不宜大于5%，吸水率應(yīng)小于2%；粗骨料中無堿活性組分。

粗骨料應(yīng)采用多級級配，級配應(yīng)連續(xù)。為了保證混凝土澆筑時順暢，粗骨料的粒徑不應(yīng)過大，最大粒徑不宜大于25 mm。

3)細集料。細集料宜選用質(zhì)地堅硬、潔凈、級配良好、吸水率低、空隙率小的天然中、粗河砂，不宜使用山砂，不得使用海砂。細度模數(shù)控制在2.6～3.2之間，配制C80以上超高強度、高性能混凝土?xí)r宜選用細度模數(shù)大于2.6的中砂或粗砂。含泥量應(yīng)不得大于1.5%，配制C80以上超高強度、高性能混凝土?xí)r其含泥量不得大于1.0%。

4)水。拌和用水一般可采用飲用水，水中不得含有影響水泥水化反應(yīng)和凝結(jié)硬化的有害物質(zhì)；嚴禁使用海水作為拌和用水。

5)礦物質(zhì)摻合料。摻入一定量性能優(yōu)良的礦物摻合料，可有效改善混凝土的工作性和提高其耐久性。常用的礦物質(zhì)摻合料有：硅粉、磨細礦渣、粉煤灰、天然沸石粉及其他微粉等。加入礦物質(zhì)摻合料，可充分填充混凝土內(nèi)部的空隙，降低了孔隙率，改善了水泥的水化作用，減少了水泥的水化熱，抑制堿—集料反應(yīng)，提高了水泥混凝土的內(nèi)部密實性，從而大幅提高了混凝土的強度、抗?jié)B性能、抗腐蝕性能和耐久性。

6)減水劑及緩凝劑。由于高性能混凝土的水泥用量大、水灰比低(一般小于0.35)、拌和物粘性大，一般混凝土拌和物的坍落度較大(15 cm～20 cm)，采用高效減水劑來保證混凝土較好的工作性和較大的坍落度；考慮到混凝土運輸過程中會產(chǎn)生一定的坍落度損失，通常在高效減水劑中還摻有一部分緩凝劑。目前將萘磺酸鹽甲醛縮合物與多羥羧酸鹽復(fù)合起來，既能夠達到較高的減水率(20%～30%)，又能夠很好地控制混凝土坍落度損失。

另外，為使粗、細骨料具有較強的抗分離性，防止混凝土發(fā)生泌水和離析，可加入適量的纖維素類、丙烯酸類、聚丙烯酰酸、發(fā)酵多糖聚合物等增粘劑；為降低高性能混凝土的收縮，也可加入鋁粉、石膏、硫鋁酸鹽系和石灰系膨脹調(diào)節(jié)劑。

3 高性能混凝土施工工藝及質(zhì)量控制

高性能混凝土施工工藝流程如下所示：

1)攪拌。

a.由于混凝土水灰比低用水量較少，混合料較粘稠，為了保證拌和物的均勻性，高性能混凝土應(yīng)采用大型攪拌站進行集中拌合，宜采用臥軸式或逆流式攪拌機，按施工配合比要求采用電子計量系統(tǒng)對各種原材料進行計量(原材料每盤稱量偏差如下：水泥、礦物摻合料±1%，粗細骨料±2%，外加劑、拌和用水±1%)，能在較短時間內(nèi)將混合料攪拌均勻，攪拌時間應(yīng)在2 min～3 min內(nèi)。b.攪拌過程中，應(yīng)密切關(guān)注混凝土的稠度，如發(fā)生波動時，應(yīng)及時調(diào)整砂石含水量。c.為避免拌和物的坍落度損失過快，可在攪拌時延遲加入部分減水劑。d.寒冬炎夏等不利季節(jié)施工時應(yīng)采取措施控制原材料的溫度。

2)運輸。

高性能混凝土運輸宜采用罐車，運輸過程中應(yīng)保證拌和物的均勻性。在施工溫度不利的季節(jié)，如夏季溫度過高應(yīng)采取隔熱措施，冬季溫度過低應(yīng)采取保溫措施，保證混凝土的各項性能指標不發(fā)生明顯波動。

3)澆筑。

a.高性能混凝土的澆筑宜采用泵送。在進行澆筑入模前，應(yīng)首先現(xiàn)場測定混凝土的關(guān)鍵技術(shù)指標，包括混凝土的溫度、坍落度、水灰比、泌水率、含氣量及勻質(zhì)性等指標，符合要求后方可入模澆筑。b.入模溫度一般宜控制在5 ℃～30 ℃，當施工時氣溫高于35 ℃或低于-5 ℃時不得進行混凝土的澆筑工作。c.同時，為保證混合物的均勻性減少可能出現(xiàn)的離析現(xiàn)象，澆筑時的混凝土傾落高度不得超過2 m。

4)振搗。

高性能混凝土采用插入式振動棒、表面平板或附著式平板振搗器進行振搗，通常采用的是插入式振搗器。為了防止過振，振搗時間一般不超過30 s，以混凝土表面泛漿或不冒大氣泡為準。

5)養(yǎng)護。

a.由于高性能混凝土的水灰比較小，泌水現(xiàn)象不明顯，且其早期強度增長較快，因此對混凝土的早期養(yǎng)護顯得尤為重要。澆筑后需立即進行濕養(yǎng)護，以帶模養(yǎng)護為主，澆水養(yǎng)護為輔，使得混凝土在濕潤環(huán)境下充分進行水化，以避免后期可能出現(xiàn)的由于水分的蒸發(fā)與凝聚造成的塑性收縮裂縫和溫度裂縫的產(chǎn)生。當現(xiàn)場水源不足時，可在混凝土表面處于飽水狀態(tài)后采用密封薄膜進行養(yǎng)護。b.養(yǎng)護時還應(yīng)注意控制混凝土的溫度變化，根據(jù)施工現(xiàn)場氣溫，應(yīng)采取一定的保溫和散熱的有效措施。保濕養(yǎng)護時間一般不應(yīng)少于14 d。

綜上所述，在高性能混凝土的施工過程中，應(yīng)加強水泥、砂石、高效減水劑和活性礦物摻合料等原材料的預(yù)先抽樣檢測工作，首先從源頭做好質(zhì)量控制，同時應(yīng)做好各道施工工序的銜接工作；另外，應(yīng)加強對混凝土拌和物的檢測控制，保證拌和物高流態(tài)、低離析、質(zhì)量均勻，并做好混凝土溫度控制工作。

為了防止溫差過大引起混凝土產(chǎn)生裂縫，施工過程中尤其應(yīng)控制好混凝土的各種溫度，如拌和出機的溫度、養(yǎng)護溫度、拆模時的溫度控制等。溫度控制方法根據(jù)季節(jié)和氣溫來確定，夏季施工應(yīng)采用冷水做拌和水、用冷卻水噴灑、浸泡骨料以及夜間澆筑等措施；冬季施工時可對拌和水或骨料進行預(yù)熱，可采用加熱水與骨料先拌和的攪拌工藝，出機溫度不宜低于10 ℃，入模溫度不低于5 ℃。混凝土拆模時，混凝土內(nèi)部溫度和表面溫度的溫差以及表面溫度和氣溫的溫差均不得超過20 ℃。

4 結(jié)語

公路和橋梁應(yīng)用混凝土的耐久性問題，引起了專業(yè)管理和科研人員的高度重視。高性能混凝土的研發(fā)及應(yīng)用，彌補了傳統(tǒng)混凝土的一部分技術(shù)缺陷，其具有高強耐久、高流態(tài)、免振自密實的性能優(yōu)勢，對工程質(zhì)量、經(jīng)濟、節(jié)能環(huán)保等方面具有重大的意義。簡單意義上講，高性能混凝土是由高強水泥、優(yōu)質(zhì)骨料、復(fù)合高效外加劑和優(yōu)質(zhì)礦物摻合料組成。因此，在高性能混凝土的工程應(yīng)用過程中應(yīng)尤其做好原材料和拌和物質(zhì)量控制工作；鑒于溫度對于高性能混凝土成型過程中的重要性，同時也需要做好各個施工環(huán)節(jié)混凝土的溫度控制工作。只有這樣才能將高性能混凝土的性能得到更大的提高和改善，使其在工程領(lǐng)域進一步地推廣應(yīng)用。

[1]李崇智,馮乃謙,李永德.現(xiàn)代高性能混凝土的研究與發(fā)展.建筑技術(shù),2003(34):23-25.

[2]任 準,周文軍.高性能混凝土的特性及其研究應(yīng)用概況.江蘇建材,2010(3):36-37.

[3]安 明,朱金銓,覃維祖.高性能混凝土的自收縮問題.建筑材料學(xué)報,2010(2):39-41.

[4]王達乾.公路橋梁高性能混凝土應(yīng)用分析.福建建材,2010(6):75-76.

[5]吳中偉.高強、特高強水泥基本材料的研究與應(yīng)用.混凝土與水泥制品,1992(5):22-25.

[6]張萬標.高性能混凝土的研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向.科技博覽,2008(1):58-59.

On feature analysis of high-performance concrete and construction quality control

Liu Zefeng

(JinzhongBranch,ShanxiRoadBureau,Jinzhong030600,China)

According to the exploration for the development and application of high-performance concrete techniques, the paper sums up and analyzes the performance advantages of the concrete, illustrates the optimal selection for the raw materials for the concrete for silicate cement, sand and gravel, superplasticizer, and active mineral admixture and the importance of the quality control, has the systematic indications of the construction steps and keys for the construction quality control in the construction process, so as to provide some reference for the application of the high-performance concrete in projects.

road project, high-performance concrete, durability, quality control

1009-6825(2015)21-0106-02

2015-05-16

劉澤鋒(1977- )，男，工程師

TU528

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