高強高性能混凝土

1、一、前言1824年，波特蘭水泥發(fā)明，到目前混凝土材料已有近200年的歷史，且混凝土也有了很大的發(fā)展，由普通混凝土向高性能混凝土發(fā)展。自20世紀(jì)以來，混凝土就己成為房屋建筑、橋梁、水利、公路等現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)首選材料，混凝土作為土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。進(jìn)入21世紀(jì)以來，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，一種種新型混凝土不斷出現(xiàn)。作為最主要的建筑結(jié)構(gòu)材料，混凝土本身必須具有高強度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是現(xiàn)代混凝土技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是混凝土的發(fā)展方向。我國自從 1979年在湘桂鐵路紅水河斜拉橋的預(yù)應(yīng)力箱梁中首次采用泵送 C60 混凝土以來，現(xiàn)代高性能混凝土在我國的應(yīng)用已走過

2、了30余年?，F(xiàn)在，像北京、廣州、上海、深圳等大城市已供應(yīng)C80級別的預(yù)拌混凝土，C50C60級高性能混凝土已在許多建筑和橋梁中得到應(yīng)用，近年建成的大型橋梁的混凝土主體構(gòu)件如主梁、 剛架或索塔等， 多數(shù)都采用了高性能混凝土。二、高性能混凝土的概念高性能混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程（CECS207-2006）對高性能混凝土定義為：采用常規(guī)材料和工藝生產(chǎn)，具有混凝土結(jié)構(gòu)所要求各項力學(xué)性能，具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。普通混凝土配合比設(shè)計規(guī)程（JGJ55-2011）規(guī)定強度等級不低于C60級別的混凝土稱為高強混凝土。它采用高性能的外加劑,如高效減水劑或者高性能引氣劑、其它特種外加劑和摻入足夠的

3、超細(xì)活性混合材料，如:超細(xì)磨粉煤灰、磨細(xì)礦粉、優(yōu)質(zhì)粉煤灰等達(dá)到低水膠比，并具有耐久性、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟合理性等性能的新型混凝土。高性能混凝土以耐久性作為主要設(shè)計指標(biāo)，針對不同用途要求，對耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性等性能予以保證。三、高性能混凝土的特性(1) 高強度。由于高性能混凝土的強度高、彈模高，可以利用這一特性大幅度的減少高層和超高建筑物縱向受力結(jié)構(gòu)的截面尺寸，擴大建筑使用面積，很大程度上改善了建筑物的使用功能;另外由于結(jié)構(gòu)截面尺寸的減小，大大減少了建筑物結(jié)構(gòu)的自重，從而解決了建筑物的結(jié)構(gòu)自重占主要因素的問題。不僅如此，由于混凝土強度的提高，還能節(jié)約混凝土的原材料、加

4、快施工進(jìn)度提高建筑工程的經(jīng)濟效益。(2) 耐久性。高效減水劑和超細(xì)磨粉煤灰、磨細(xì)礦粉、優(yōu)質(zhì)粉煤灰等的配合使用，能有效的減少用水量，減少混凝土內(nèi)部的空隙，并且能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50100年以上，這是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。(3) 穩(wěn)定性。由于高性能混凝土的強度高，變形很，所以混凝土的鋼度大大增加，減少了混凝土預(yù)應(yīng)力的損失。因此，高性能混凝土能適應(yīng)現(xiàn)代化建筑結(jié)構(gòu)大跨度、超高層和承受惡劣等環(huán)境條件。(4)工作性。坍落度是評價混凝土工作性的主要指標(biāo)，高性能混凝土的坍落度控制功能很好，在振搗過程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同的振動時間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。

5、同時，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且摻入超細(xì)粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少會產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。(5)經(jīng)濟性。高性能混凝土的高強度可以減少構(gòu)件尺寸，減小自重，增加使用空間；高性能混凝土良好的耐久性和穩(wěn)定性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟效益；高性能混凝土良好的工作性可以減少工人工作強度，加快施工速度，減少成本。四、高性能混凝土原材料及其選用1、骨料高性能混凝土的骨料選擇，對于保證高性能混凝土的物理力學(xué)性能和長期耐久性至關(guān)重要，清華大學(xué)混凝土專家馮乃謙認(rèn)為，要選擇適宜的骨料配置高性能混凝土，必須注意骨料的品種、表觀密度、吸水率、粗骨料強度、粗骨料最大粒徑

6、、粗骨料級配、漿骨比、砂率和堿活性組分含量等指標(biāo)。在混凝土中，骨料具有重要的技術(shù)作用和經(jīng)濟作用，正確的選擇骨料的品種，是配制高性能混凝土的基礎(chǔ)。在普通混凝土中，一般骨料的強度高于混凝土的34倍，雖然骨料不同，但混凝土的抗壓強度差別很??；但在高性能混凝土中，隨著混凝土強度的提高，骨料的差別對混凝土的抗壓強度影響很大，甚至骨料的粒徑、粒形、表面狀況、級配及最佳砂率、骨灰比都會成為影響高性能混凝土強度的因素。對于高性能混凝土來說，骨料的選擇應(yīng)考慮以下問題：(1) 級配要好：混凝土骨料，既要求級配合格，也要粒徑粗細(xì)、大小適中?？障堵时M可能低，這樣當(dāng)達(dá)到相同流動性時，水泥漿的用量低，混凝土的自收縮變形低

7、，水化熱低，體積穩(wěn)定性好，對強度耐久性有利。(2) 物理性能好：骨料的表觀密度和堆積密度要大、吸水率要低，表面要粗糙、粒徑好。表觀密度>2.65,堆積密度>1450kg/m3,這樣可以降低骨料的空隙率，降低水泥漿用量，有利于流動性，耐久性和強度。吸水率<1.0%，說明巖石比較致密，穩(wěn)定性好。(3) 力學(xué)性能：不含有軟弱顆粒的骨料或風(fēng)化骨料。巖石抗壓強度應(yīng)為混凝土強度的1.5倍以上。骨料彈性模量越大，混凝土的彈性模量也相應(yīng)增大。(4) 化學(xué)性能：骨料應(yīng)是無堿活性骨料，避免高性能混凝土中發(fā)生堿-骨料反應(yīng)。不含泥塊且含泥量<1.0%；不含有機物、硫化物和硫酸鹽等雜質(zhì)。2、水混

8、凝土拌合用水是在混凝土攪拌時，加入其中賦予混凝土流動性，和水泥發(fā)生水化反應(yīng)，使混凝土凝結(jié)、硬化及滿足其強度發(fā)展。拌合用水對拌合料的性能、混凝土的凝結(jié)、硬化、強度發(fā)展、體積變化以及工作度等方面都有很大影響。拌制或養(yǎng)護(hù)混凝土的用水，不能含有對混凝土中鋼筋產(chǎn)生有害影響的物質(zhì)。通常使用清潔的能飲用的河水、井水、自來水、湖水及溪澗水(pH值不得小于4)等。但沼澤水、工廠廢水以及含礦物質(zhì)較多的硬質(zhì)水則不得使用；水中含有脂肪、糖類、酸類等有害物質(zhì)時則應(yīng)禁止使用?；炷涟韬嫌盟畼?biāo)準(zhǔn)(JGJ63-2006)對混凝土拌合水有如下技術(shù)要求：(1)對凝結(jié)時間的影響；用被檢驗水和生活用水，進(jìn)行水泥凝結(jié)時間試驗。兩者的初

9、凝和終凝時間差不得大于30min，而且要符合水泥國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。(2)對抗壓強度的影響；被檢驗水樣應(yīng)與飲用水樣進(jìn)行水泥膠砂強度對比試驗，被檢驗水樣配制的水泥膠砂3d和28d強度不應(yīng)低于飲用水配制的水泥膠砂3d和28d強度的90。(3) 未經(jīng)處理的海水嚴(yán)禁用于鋼筋混凝土和預(yù)應(yīng)力混凝土。（4）拌和用水不得采用海水。當(dāng)混凝土處于氯鹽銹蝕環(huán)境時，拌和用水中Cl-含量不應(yīng)大于200 mg/L。對于使用鋼絲或經(jīng)熱處理鋼筋的預(yù)應(yīng)力混凝土，拌和水中Cl-含量不得超過350mg/L。（5）養(yǎng)護(hù)用水除不溶物、可溶物可不作要求外，其他項目應(yīng)符合規(guī)定。養(yǎng)護(hù)用水不得采用海水。3、水泥 配制高性能混凝土?xí)r選用的

10、水泥應(yīng)符合以下要求：（1）標(biāo)準(zhǔn)稠度的用水量要低，以獲得較大的流動性。（2）水化放熱量和放熱率均要低，以便最大限度地減少因溫度應(yīng)力引起的裂縫。（3）水泥水化后的強度要高，以保證以最少的水泥用量獲得較高的混凝土強度。水泥通常選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，強度等級不宜低于42.5級。水泥亦可選擇礦渣水泥、粉煤灰水泥或球狀水泥、調(diào)粒水泥等低水灰比的特性水泥。水泥要有出廠合格證明以及復(fù)檢合格證明，高性能混凝土拌制使用的水泥質(zhì)量應(yīng)嚴(yán)格控制，嚴(yán)禁使用不合格或過期的水泥。4、礦物摻合料  礦物摻合料主要是粉煤灰、礦渣、硅粉等，它們是輔助膠凝材料，近幾年來在普通混凝土應(yīng)用中越來越普遍，一方

11、面是由于經(jīng)濟效益顯著，另一方面是因為使用這種材料可以得到技術(shù)效果。在高性能混凝土中，應(yīng)用輔助膠凝材料的作用就更為突出。  高性能混凝土的高強度部分來源于其基材的密實，即使有一部分水泥被一種或者多種輔助膠凝材料代替，也不會對混凝土的早期強度有副作用。此外，化學(xué)活性較低的輔助膠凝材料代替部分水泥，從控制水化放熱和流變性能的角度也是有益的。對摻合料的要求。合理選用摻合料品種及合理控制其最優(yōu)摻合用量，可提高混凝土強度20%以上，對提高混凝土的工作性和耐久性、抑制堿-骨料反應(yīng)、減少泌水離析現(xiàn)象的產(chǎn)生、降低徐變和收縮等都有著重要作用。高性能混凝土的礦物摻合料可選用優(yōu)質(zhì)粉煤灰、磨細(xì)礦渣、

12、硅粉或天然沸石巖等材料。在配置高性能混凝土?xí)r，用作混凝土摻合料的硅粉用量一般為水泥的5%15%，煤灰一般應(yīng)選用級灰，同時用作摻合料的粉煤灰應(yīng)該符合國家標(biāo)準(zhǔn)用于水泥和混凝土中的粉煤灰（GB/J1596-2005）的技術(shù)規(guī)范。五、高性能混凝土的施工與質(zhì)量控制 混凝土的制造和施工在很大程度上決定了混凝土的性能。加料順序是否正確，拌和是否徹底、均勻、運輸與搬運過程中混凝土拌合物是否離析、振搗是否密實、養(yǎng)護(hù)是否充分等均是影響高性能混凝土質(zhì)量的重要因素。 (1) 攪拌?；炷猎牧蠎?yīng)嚴(yán)格按照施工配合比要求進(jìn)行準(zhǔn)確稱量，稱量最大允許偏差應(yīng)符合下列規(guī)定(按重量計)：膠凝材料(水泥、摻合料等

13、)±1%；外加劑±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。應(yīng)采用臥軸式、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌混凝土，也可以應(yīng)用普通混凝土的施工設(shè)備進(jìn)行施工，采用電子計量系統(tǒng)計量原材料，并且要增加原材料質(zhì)量變化的檢查次數(shù)。攪拌時間不宜少于2min，也不宜超過3min。炎熱季節(jié)或寒冷季節(jié)攪拌混凝土?xí)r，必須采取有效措施控制原材料的溫度，以保證混凝土入模溫度符合規(guī)定要求。(2) 運輸。應(yīng)采取有效措施保證混凝土在運輸?shù)倪^程中保持均勻性和各項工作性能指標(biāo)不發(fā)生明顯的波動。應(yīng)對運輸設(shè)備采取保溫隔熱措施,防止局部混凝土溫度升高(夏季)或受凍(冬季)。且應(yīng)采取適當(dāng)措施防止水分進(jìn)入運輸容

14、器或蒸發(fā)。(3) 澆筑。高性能混凝土入模前，應(yīng)采用專用檢測設(shè)備測定混凝土的溫度、坍落度、含氣量、水膠比及泌水率等工作性能；只有拌合物性能符合設(shè)計要求或配合比要求的混凝土方可入模澆筑。高性能混凝土澆筑時的自由傾落高度不得大于2m當(dāng)大于2m時，應(yīng)采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土，保證混凝土不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象?；炷恋臐仓?yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進(jìn)行，間隙時間不得超過90min，不得隨意留置施工縫。新澆混凝土與鄰接的己硬化混凝土或巖土介質(zhì)間澆筑時的溫差不得大于15。(4) 振搗?？刹捎貌迦胧秸駝影?、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設(shè)備振搗混凝土。振搗時應(yīng)避免碰撞模板、鋼筋及預(yù)埋件。采用

15、插入式振搗器振搗混凝土?xí)r，宜采用垂直點振方式振搗。每點的振搗時間以表面泛漿或不冒大氣泡，一般不宜超過30s，避免振動過度。若需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置，應(yīng)首先豎向緩慢將振搗棒拔出，然后再將振搗棒移至新的位置，不得將振搗棒放在拌合物內(nèi)平拖。(5) 養(yǎng)護(hù)。高性能混凝土早期強度增長較快，一般3天可以達(dá)到設(shè)計強度的60%，7天達(dá)到設(shè)計強度的80%，因而混凝土早期養(yǎng)護(hù)特別重要。通常在混凝土澆注完畢后采取以帶模養(yǎng)護(hù)為主，澆水養(yǎng)護(hù)為輔，使混凝土表面保持濕潤。此外，高性能混凝土?xí)休^高的水化熱，根據(jù)混凝土成分和環(huán)境條件的不同，大約在澆筑后2448h會到達(dá)最高溫度，所以高性能混凝土施工時一般不應(yīng)過早

16、拆模，同時拆模后應(yīng)持續(xù)保護(hù)幾小時再移走模板，以避免混凝土受到冷擊。同時，正確的抹面和水養(yǎng)護(hù)是獲得不透水表面的重要步驟，對于低水灰比的高性能混凝土，不僅需要保持內(nèi)部水分不蒸發(fā)，還要注重從外部環(huán)境中補充水分，應(yīng)進(jìn)行外界潮濕養(yǎng)護(hù)，以保證混凝土充分水化，提高混凝土的綜合性能。施工與質(zhì)量控制流程圖如下所示：水泥外加劑水石砂粉煤灰礦粉進(jìn)場、待檢區(qū)附材質(zhì)單另選合格用水進(jìn)場、待檢料倉進(jìn)場、待檢料罐附材質(zhì)單退貨不合格篩洗或處理不合格不合格檢驗檢驗檢驗合格不合格合格合格檢驗進(jìn)入合格料罐、料倉合格原材料報驗監(jiān)理單位驗收不合格合格攪拌站稱量系統(tǒng)報驗稱量系統(tǒng)檢定或調(diào)整進(jìn)行混凝土生產(chǎn)準(zhǔn)備施工單位開混凝土要料單試驗室配料單

17、計算、校核不合格各原材料定稱、校核混凝土生產(chǎn)合格監(jiān)理審查調(diào)整計算配料單不合格試拌調(diào)整出機性能檢測重測骨料含水、砂細(xì)度模數(shù)和骨料級配合格不合格運輸合格查找原因調(diào)整配比入倉澆筑取樣檢驗不合格檢驗試驗養(yǎng)護(hù)合格進(jìn)入下一個循環(huán)驗收六、高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題高性能混凝土在我國的應(yīng)用過程中也存在一些問題：原材料方面，我國水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大；粗骨料的質(zhì)量低劣，含泥量大，級配較差，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，也缺乏充分的適用性研究。在高性能混凝土的施工過程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護(hù)措施不到位，使高性能混凝土的密實性和質(zhì)量不穩(wěn)定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于水分

18、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，為各種有害介質(zhì)滲透提供通道，給氯離子侵入、堿骨料反應(yīng)的發(fā)生和鋼筋銹蝕創(chuàng)造可能；在高性能混凝土的設(shè)計方面，由于高性能混凝土的后期強度增長不及普通混凝土，而且脆性大，需要特別注意。同時，在高性能混凝土的研究方面，現(xiàn)在的研究以實驗室研究為主，但是實驗室的情況與實際施工相差較大，這不利于今后高性能混凝土的推廣應(yīng)用。七、 綠色高性能混凝土的發(fā)展展望高性能混凝土的概念是近三十年才提出的，它的出現(xiàn)意味著混凝土技術(shù)從經(jīng)驗技術(shù)向高科技轉(zhuǎn)變，代表著當(dāng)今混凝土發(fā)展的大趨勢。 其特點集中表現(xiàn)在具有高強度、高耐久性、高體積穩(wěn)定性、低水化熱等多方面。 提高混凝土性能是發(fā)展高層建筑、高聳結(jié)構(gòu)、大跨度結(jié)構(gòu)的重要措施。采用高性能混凝土，可以減小截面尺寸，減輕自重，因而可獲得較大的經(jīng)濟效益，而且高性能度混凝土一般也具有良好的耐久性。高性能混凝土，其推廣應(yīng)用對提高建設(shè)工程質(zhì)量，降低工程全壽命周期的綜合成本，對于發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟，促進(jìn)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步，推進(jìn)混凝土行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重大意義。但在推廣使用高性能混凝土的過程中，要實事求是，因地制宜，結(jié)合當(dāng)?shù)氐慕?jīng)濟社會發(fā)展水平、資源環(huán)境條件和工程特點，確定本地