高性能混凝土

PAGE7PAGE251當(dāng)今水泥混凝土技術(shù)的發(fā)展方向水泥混凝土是當(dāng)今各類建設(shè)工程中應(yīng)用最廣泛、使用數(shù)量最多的建筑材料。進(jìn)入21世紀(jì)，世界水泥年產(chǎn)量已達(dá)16億噸（中國已超過6億噸，2002年達(dá)到7.25億噸），折合成水泥混凝土應(yīng)該不少于45億m3；隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展2010年世界水泥年產(chǎn)量達(dá)36.0億噸，中國水泥年產(chǎn)達(dá)到了18.7億噸，僅中國2010年水泥混凝土的消耗量就達(dá)到46億m3。水泥混凝土之所以應(yīng)用最廣和用量又大，都是因?yàn)樗嗷炷辆哂锌箟簭?qiáng)度高、原材料來源廣（混凝土體積的四分之三是砂石）、制作工藝簡便、成型容易、成本低廉、適應(yīng)性強(qiáng)等特點(diǎn)。在未來相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)，仍將是應(yīng)用最廣，用量最大的建筑材料，尚無有其它材料可替代。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，我國目前正值基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和城市化建設(shè)高潮，水泥混凝土的需求量還將不斷地快速增加，成為建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。同時(shí)，人們也更加關(guān)切混凝土技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展，希望混凝土材料與技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，性能更完美，技術(shù)更先進(jìn)，與環(huán)境更協(xié)調(diào)，在節(jié)能減排、節(jié)約資源方面發(fā)揮作用，在工程建設(shè)中發(fā)揮更大的作用。也就是說按照科學(xué)發(fā)展觀，混凝土材料與技術(shù)怎樣發(fā)展，其發(fā)展方向與趨勢(shì)是什么？清華大學(xué)閻培渝教授在《現(xiàn)代混凝土的特點(diǎn)》的論述中指出，現(xiàn)代混凝土是以工業(yè)化生產(chǎn)的預(yù)拌混凝土為代表，以高效減水劑和礦物摻合料的大規(guī)模使用為特征。現(xiàn)代混凝土減少了混凝土強(qiáng)度對(duì)水泥強(qiáng)度的依賴，拌合物的流動(dòng)性更加突出，保證混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的要求日益增強(qiáng)，在生產(chǎn)和使用過程中需滿足可持續(xù)發(fā)展的原則。1.1重視和提高水泥混凝土的耐久性是延長混凝土結(jié)構(gòu)和建筑物設(shè)計(jì)使用壽命的有效技術(shù)措施工程中，所使用的水泥混凝土的強(qiáng)度和耐久性直接關(guān)系結(jié)構(gòu)和建筑物的安全性和經(jīng)久耐用性，材料的質(zhì)量就是工程質(zhì)量的重要組成。本世紀(jì)初，中國工程院專家通過大量的調(diào)查研究指出，我國現(xiàn)今建筑工程的平均壽命不到30年，其原因除了大拆大建的人為因素外，主要是工程結(jié)構(gòu)和建筑物耐久性設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)過低。一方面在材料選擇和使用中存在重強(qiáng)度而忽視環(huán)境作用下的耐久性要求；另一方面，不少設(shè)計(jì)、施工單位將規(guī)范的最低要求作為唯一標(biāo)準(zhǔn)，而實(shí)際上我國的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)原本就低于發(fā)達(dá)的先進(jìn)國家。因此，造成我國大批建筑工程“未老先衰”或使用壽命周期中的“基因缺陷”。例如，我國混凝土抗凍等級(jí)設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)以水運(yùn)工程和水利水電工程為最高，水運(yùn)工程最高為F350，水利水電工程最高為F400。但是，根據(jù)中國水利水電科學(xué)研究院李金玉等人進(jìn)行的混凝土抗凍耐久性初步的定量化設(shè)計(jì)研究，即按照混凝土的安全運(yùn)行壽命來設(shè)計(jì)混凝土的抗凍等級(jí)。我國不同結(jié)構(gòu)類別與環(huán)境地區(qū)，不同壽命要求（即結(jié)構(gòu)安全性運(yùn)行年限）的抗凍混凝土與抗凍等級(jí)的關(guān)系如表1-1所示。表1-1混凝土抗凍安全性定量化設(shè)計(jì)的初步建議混凝土結(jié)構(gòu)物的類別安全性運(yùn)行年限地區(qū)混凝土抗凍安全性設(shè)計(jì)等級(jí)大壩等重要建筑物80～100年東北西北華北華東華中華南F800～F1000F800～F1000F500～F600F100～F200F100～F150F50港口工程工民建、大型水閘等50年東北西北華北華東華中華南F500F500F300～F400F100～F200F100F50道路、橋梁等30年東北西北華北華東華中華南F300F300F200～F300F50～F150F50F50新疆整個(gè)地區(qū)都屬嚴(yán)寒氣候，每年冬季長達(dá)5～6個(gè)月（頭年11月至第二年4月），這個(gè)階段室外凍融變化頻繁（西北地區(qū)平均為118次/年）。因此，室外工程（包括水工、路橋等）所使用的混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性首要普遍問題是抵抗凍融環(huán)境作用的抗凍性，既便是采用抗凍等級(jí)F350或F400，按照表1-1的研究成果，其安全性運(yùn)行年限也僅達(dá)30～40年左右。由于新疆地處干旱地區(qū)，鹽堿土地面積大，約占新疆總面積的26%左右，這些地區(qū)土壤和地下水中含有很高的硫酸鹽，往往還伴隨含有鎂鹽，其SO42-濃度常常在10000mg/L（或10000mg/kg）以上，有的甚至高達(dá)30000mg/L（kg）；另外，在新疆山區(qū)巖層中常常有石膏類硫酸鹽夾層或沉積層，因此巖層的裂隙水或滲漏水也含有豐富的硫酸鹽，SO42-常達(dá)2000mg/L～13000mg/L，有的個(gè)別巖層還夾有黃鐵礦（FeS2）；在新疆一些煤藏量豐富的地區(qū)和城市，當(dāng)?shù)叵滤鹘?jīng)煤層時(shí)，也會(huì)含有較多的硫酸鹽，例如烏魯木齊市的南湖區(qū)和西山區(qū)等，南湖區(qū)地下水中SO42-濃度達(dá)到3784mg/L，沙區(qū)北園春地下水中SO42-為1244mg/L，紅光山國際會(huì)展中心新址地下水中SO42-濃度達(dá)到5329.9mg/L。根據(jù)GB/T50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》中“環(huán)境分類與環(huán)境作用等級(jí)”劃分，詳見表1-2環(huán)境分類、表1-3環(huán)境作用等級(jí)、表1-4土中及地表，地下水中的化學(xué)腐蝕環(huán)境（V）及其作用等級(jí)。表1-2環(huán)境分類類別名稱類別名稱Ⅰ碳化引起鋼筋銹蝕的一般環(huán)境Ⅳ除冰鹽等其他氯化物引起鋼筋銹蝕的環(huán)境Ⅱ反復(fù)凍融引起混凝土凍蝕的環(huán)境Ⅴ化學(xué)腐蝕環(huán)境Ⅲ海水氯化物引起鋼筋銹蝕的近海或海洋環(huán)境表1-3環(huán)境作用等級(jí)作用等級(jí)作用程度的定性描述作用等級(jí)作用程度的定性描述A輕微D嚴(yán)重B輕度E非常嚴(yán)重C中度F極端嚴(yán)重表1-4土中及地表、地下水的化學(xué)腐蝕環(huán)境（V）及其作用等級(jí)腐蝕作用等級(jí)Ⅴ-CⅤ-DⅤ-E水中SO42-(mg/L)≥200，＜1000≥1000，＜4000≥4000，＜10000土中SO42-(mg/kg)≥300，＜1500≥1500，＜6000≥6000，＜15000水中Mg2-(mg/L)≥300，＜1000≥1000，＜3000≥3000水的pH值≥5.5，＜6.5≥4.5，＜5.5≥4.0，＜4.5水中CO2(mg/L)≥15，＜30≥30，＜60≥60，＜100顯然，新疆有硫酸鹽侵蝕環(huán)境的地區(qū)，會(huì)對(duì)水泥混凝土產(chǎn)生V-D及其以上V-E、V-F的侵蝕。實(shí)際工程建設(shè)中，一些工程因設(shè)計(jì)、施工忽視化學(xué)侵蝕（主要是硫酸鹽侵蝕），已發(fā)生多起混凝土結(jié)構(gòu)與工程的硫酸鹽侵蝕破壞事故和事例。如圖木舒克市49團(tuán)醫(yī)院大樓基礎(chǔ)混凝土、平安里水庫輸水干渠、希尼爾水庫輸水干渠、XXX水利樞紐發(fā)電洞豎井段混凝土等工程。49團(tuán)醫(yī)院大樓照片和基礎(chǔ)混凝土侵蝕產(chǎn)物電鏡照片，詳見圖1-1～圖1-4。圖木舒克市49團(tuán)醫(yī)院基礎(chǔ)混凝土周圍土壤SO42-濃度達(dá)到18440mg/kg，施工又采用抗侵蝕性較差的普通水泥，醫(yī)院大樓2003年建成，2005年醫(yī)院大樓封閉停用，原因是基礎(chǔ)混凝土遭受硫酸鹽侵蝕，反應(yīng)生成大量有膨脹性侵蝕產(chǎn)物，導(dǎo)致基礎(chǔ)混凝土喪失承載力使墻體開裂，建筑安全受到嚴(yán)重威脅。主要責(zé)任在于設(shè)計(jì)忽視環(huán)境的侵蝕作用。建在烏魯木齊市南湖區(qū)的烏市電信局十八層終端樓的基礎(chǔ)混凝土就處于SO42-達(dá)3784.4mg/L的強(qiáng)侵蝕地下水環(huán)境中，在這里提及這個(gè)建筑物的原因是當(dāng)年基礎(chǔ)施工時(shí)，用于加固基坑邊坡穩(wěn)定的鋼絲網(wǎng)砂漿就被地下水污染而發(fā)生過侵蝕破壞，最后僅用提高強(qiáng)度5Mpa的措施，現(xiàn)今至少還存在被侵蝕的隱患和危險(xiǎn)?？傊谛陆乃姽こ?，路橋工程以及地下工程和基礎(chǔ)工程，混凝土結(jié)構(gòu)的抗侵蝕性是耐久性中一項(xiàng)不容忽視的重要性能。另外，根據(jù)新農(nóng)大水利水電設(shè)計(jì)研究所、長江水科院和新大建工學(xué)院采用巖相法、快速法等對(duì)多項(xiàng)工程及區(qū)域性砂石料場骨料堿活性的檢測(cè)，屬于天山系水域形成的砂石骨料的料場中含有50%以上的凝灰?guī)r，這種巖性骨料是具有發(fā)生堿一硅酸反應(yīng)的潛在堿活性骨料；采用快速法檢測(cè)，具有較高堿活性。這意味著新疆地區(qū)不可避免地存在發(fā)生混凝土-堿骨料反應(yīng)的危害。圖1-149團(tuán)醫(yī)院大樓圖1-2醫(yī)院墻體開裂圖1-3水泥石中的CaSO4·2H2O晶體及能譜圖圖1-4Aft針狀晶體及能譜圖無論何種地區(qū)，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性最普遍的問題是混凝土的裂縫和其相關(guān)的鋼筋銹蝕。裂縫是混凝土的一種常見病或質(zhì)量通病，其發(fā)生具有面大量廣、危害不小的特點(diǎn)，在環(huán)境作用下（干濕變化、溫度變化、凍融變化、水滲透、侵蝕介質(zhì)侵入等），裂縫會(huì)加劇混凝土性能劣化和鋼筋銹蝕，造成結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和承載能力的降低，加速結(jié)構(gòu)功能喪失或破壞，嚴(yán)重降低或縮短建筑物的使用壽命。對(duì)于氣候干燥、日溫差變化和季節(jié)溫度變化大的新疆地區(qū)來講，只要設(shè)計(jì)、施工、材料、管理任何一個(gè)環(huán)節(jié)稍一疏忽，混凝土裂縫的發(fā)生就幾乎不可避免。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，新疆的高等級(jí)公路、橋梁、城市市政道路（包括高架路、立交橋）也都在快速建設(shè)和投入使用，新疆冬季漫長又不時(shí)有降雪，管理部門清掃降雪時(shí)，常常使用除冰鹽，除冰鹽的使用不僅加劇凍融變化次數(shù)而影響混凝土抗凍性能；同時(shí)會(huì)造成路橋混凝土中的鋼筋銹蝕，從而減損工程的安全性使用壽命。因此，這也是新疆公路、城市市政混凝土工程必須重視的一個(gè)耐久性問題。綜上所述，不論是抗凍性、抗侵蝕性，還是抑制混凝土一堿骨料反應(yīng)和抗裂性，都是混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與施工過程中必須專門考慮環(huán)境作用下的耐久性要求，這些耐久性是我們?cè)诠こ探ㄔO(shè)中要保證工程質(zhì)量、工程安全性和經(jīng)久耐用性必備或必需的材料與結(jié)構(gòu)的技術(shù)性能。大量工程建設(shè)實(shí)踐證明，結(jié)構(gòu)耐久性不足，不僅會(huì)增加使用過程中的修理費(fèi)用，并影響工程的正常和安全使用，同時(shí)會(huì)過早結(jié)束結(jié)構(gòu)的使用年限，浪費(fèi)資源。1.2低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能減排，混凝土必須走可持續(xù)發(fā)展的綠色混凝土道路為了保證人類與自然環(huán)境的和諧或是生態(tài)文明，經(jīng)濟(jì)建設(shè)必須遵循節(jié)約資源、低碳經(jīng)濟(jì)、節(jié)能和減排的原則，這也是當(dāng)今我國的國策。水泥混凝土也是一種消耗資源、耗能的材料，其中混凝土所使用的水泥就是一種消耗資源（石灰石、粘土或頁巖等）、耗能大、對(duì)環(huán)境污染嚴(yán)重的產(chǎn)品，其主要資源是石灰石，我國已勘探可用的石灰石資源越來越短缺，持續(xù)可用不到50年；生產(chǎn)中排出的CO2氣體是導(dǎo)致溫室效應(yīng)和地球變暖的主要廢氣。要使水泥混凝土具有可持續(xù)發(fā)展，滿足工程建設(shè)對(duì)混凝土不斷增長的需求，就必須在建設(shè)中，①提高和延長混凝土結(jié)構(gòu)和建筑物的使用壽命，據(jù)專家科學(xué)分析，工程使用壽命由10年提高到50年，可節(jié)省材料五分之一；工程壽命由50年提高到100～200年，材料消耗可相應(yīng)減少50%～70%。②盡可能減少水泥類材料資源的消耗和能耗；要提高和延長結(jié)構(gòu)和建筑物的使用壽命，又必須選擇使用耐久性優(yōu)異和符合節(jié)約資源的材料。通過近二十年（從上世紀(jì)八十年代末起至今）的工程實(shí)踐，只有高性能混凝土是既具有優(yōu)異的耐久性、即具有健全的“耐久性基因”，又是具備節(jié)能、節(jié)約資源和環(huán)境保護(hù)功能的新型現(xiàn)代化混凝土。是傳統(tǒng)意義上的普通混凝土無法比擬的混凝土。從高性能混凝土配制技術(shù)上決定了其是綠色混凝土。建筑業(yè)內(nèi)不少專業(yè)人士已越來越認(rèn)識(shí)到，要提高和延長混凝土結(jié)構(gòu)和建筑物的使用壽命，就必須在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和施工過程中，既重視結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，也要重視實(shí)際環(huán)境作用下的結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)。環(huán)境作用下的結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)的基本目標(biāo)是在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)，考慮到環(huán)境因素可能引起的材料劣化以后，仍能保證結(jié)構(gòu)應(yīng)有的適用性與安全性。因此結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)必須首先明確工程的設(shè)計(jì)使用年限，這不僅是業(yè)主和用戶的需要，也是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)走向更為經(jīng)濟(jì)合理的必要步驟。許多國家在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中早已明確提出設(shè)計(jì)工作壽命的要求，新修訂的我國結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，如GB/T50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》,也開始對(duì)不同結(jié)構(gòu)物的設(shè)計(jì)使用年限作出明確規(guī)定。工程建設(shè)行業(yè)的業(yè)主、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)理單位和相關(guān)的技術(shù)、管理、試驗(yàn)研究人員應(yīng)該熟悉、了解混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限確定的方法和意義。這里須指出，我國1998年頒布的《建筑法》規(guī)定：“建筑物在其合理使用壽命內(nèi)，必須確保地基基礎(chǔ)工程和主體結(jié)構(gòu)的質(zhì)量”（第60條）；“在建筑物的合理使用壽命內(nèi)，因建筑工程質(zhì)量不合格受到損害的，有權(quán)向責(zé)任者要求賠償”（第80條）。工程合理的使用年限是受法律保護(hù)的?！痘炷两Y(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》CCES01-2005（修訂版）和GB/T50476-2008《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限分級(jí)為30年、50年100年三級(jí)，詳見表1-5。

表1-5混凝土結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限分級(jí)級(jí)別設(shè)計(jì)使用年限名稱示例一不小于100年重要建筑物標(biāo)志性、紀(jì)念性建筑物、大型公共建筑物如大型的博物館、會(huì)議大廈和文體衛(wèi)生建筑、政府的重要辦公樓、大型電視塔等重要土木基礎(chǔ)設(shè)施工程大型橋梁、隧道、高速和一級(jí)公路上的橋涵，城市干線上的大型橋梁、大型立交橋、城市地鐵輕軌系統(tǒng)等二不小于50年一般建筑物和構(gòu)筑物一般民用建筑，如公寓、住宅以及中小型商業(yè)和文體衛(wèi)生建筑、大型工業(yè)建筑次要的土木設(shè)施工程二級(jí)和二級(jí)以下公路及城市一般道路上的橋涵三不小于30年不需較長壽命的結(jié)構(gòu)物、可替換的易損結(jié)構(gòu)構(gòu)件某些工業(yè)廠房結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限必須由工程的業(yè)主與設(shè)計(jì)人員共同商定，并不低于政府主管部門規(guī)定的最低要求。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)材料耐久性應(yīng)根據(jù)不同的設(shè)計(jì)使用年限和不同環(huán)境類別及其作用等級(jí)進(jìn)行設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)所使用材料應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別，作用等級(jí)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限，按同時(shí)滿足混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)、最大水膠比和混凝土原材料組成的要求確定。詳見表1-6。表1-6滿足耐久性要求的混凝土最低強(qiáng)度等級(jí)（摘自混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范）環(huán)境類別與作用等級(jí)設(shè)計(jì)使用年限100年50年30年I-AC30C25C25I-BC35C30C25I-CC40C35C30II-CCa35，C45Ca30，C45Ca30，C40II-DCa40Ca35Ca35II-ECa45Ca40Ca40III-C，IV-C.V-C，III-D，IV-DC45C40C40V-D，Ⅲ-E,Ⅳ-EC50C45C45V-E，Ⅲ-FC55C50C502高性能混凝土的組成、結(jié)構(gòu)與性能高性能混凝土是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)于發(fā)達(dá)國家，由于具有優(yōu)異耐久性，其研究開發(fā)受到法、美、挪威、瑞典、日本等國家的高度重視，很快將高性能混凝土應(yīng)用在跨海大橋、海上采油平臺(tái)、海底隧道、核反應(yīng)堆和高層建筑。90年代，國內(nèi)開始應(yīng)用，最早用在上海南浦大橋、廣東大廈等。國內(nèi)推廣應(yīng)用較好的是上海，其次是北京。新疆應(yīng)用高性能混凝土始于1998年，當(dāng)時(shí)為了解決引額濟(jì)克、濟(jì)烏引水工程總干渠烏倫古河渡槽抗凍F300與預(yù)應(yīng)力混凝土的技術(shù)矛盾，在新疆首例采用高性能混凝土，不僅成功地解決了渡槽混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)難題，同時(shí)還縮短了工期和降低了混凝土成本。1999年，在新疆某重點(diǎn)水利樞紐工程中，應(yīng)用高性能混凝土又解決了發(fā)電洞豎井結(jié)構(gòu)混凝土的抗侵蝕問題；2001年額河建管局在380公里長的引額濟(jì)烏引水工程（南干渠）中全面推廣應(yīng)用高性能混凝土，提高了工程的經(jīng)久耐用性、適用性和安全性。隨后，伊犁恰甫其海水利樞紐工程在導(dǎo)流洞工程施工中也采用了高性能混凝土解決抗侵蝕和抗磨；巴州博斯騰湖東泵站工程混凝土抗侵蝕也通過使用高性能混凝土得以解決；托克遜紅山水庫輸水洞和和西延干渠，伊犁南干渠八十一達(dá)坂長26公里的隧洞也先后陸續(xù)采用高性能混凝土施工。高性能混凝土在這些工程中的成功應(yīng)用和實(shí)踐，使越來越多的工程技術(shù)人員、管理人員開始了解、認(rèn)識(shí)這種新型混凝土，其中一些人由原來的懷疑、反對(duì)而變成支持者，并積極推廣宣傳和應(yīng)用高性能混凝土。但是，由于高性能混凝土的應(yīng)用歷史太短，在工程界還有更多的技術(shù)人員、管理人員不了解和認(rèn)識(shí)熟悉這種新材料，在工程中使用時(shí)，難免有不少的疑問和困惑；甚至在工程中不認(rèn)可使用。因此，為了工程技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展，非常有必要在工程技術(shù)人員、管理人員中進(jìn)行高性能混凝土知識(shí)的普及教育和學(xué)習(xí)。通過學(xué)習(xí)、試驗(yàn)研究、工程實(shí)踐來認(rèn)識(shí)和掌握什么樣的混凝土是高性能混凝土？它有哪些特點(diǎn)（包括優(yōu)勢(shì)和弱勢(shì)）？怎樣配制？怎樣施工？我們希望有更多的人認(rèn)識(shí)、熟悉和掌握這種新型的、21世紀(jì)的混凝土，有更多的工程推廣應(yīng)用。自從高性能混凝土問世以來，不同國家、不同的學(xué)者依照各自的實(shí)踐、認(rèn)識(shí)、應(yīng)用范圍和目的要求的差異，對(duì)高性能混凝土有不同的定義和解釋，根據(jù)我國已故吳中偉院士的建議和我們親身的實(shí)踐體會(huì)，高性能混凝土定義為：高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用低水膠比、摻加高效減水劑和大摻量超細(xì)礦物質(zhì)摻和料等現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性做為設(shè)計(jì)的主要技術(shù)指標(biāo)，并具有優(yōu)良的工作性、密實(shí)性、耐久性、強(qiáng)度、適用性和經(jīng)濟(jì)性的綠色混凝土。上述定義首先確切地反映了高性能混凝土的組成和配制特點(diǎn)，同時(shí)也反映了其性能特點(diǎn)。高性能混凝土是傳統(tǒng)普通混凝土的發(fā)展，又區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土。2.1高性能混凝土的組成（與普通混凝土的不同點(diǎn)，即組成特點(diǎn)）采用低水膠比，一般不超過0.40；必須摻加高效減水劑—作用：①塑化作用，使混凝土拌和物有大流動(dòng)性；②減水，達(dá)到低水膠比。必須摻加大摻量的超細(xì)摻和料——改性混凝土的性能。超細(xì)摻和料(經(jīng)分選或加工磨細(xì)或收塵)：礦渣粉，粉煤灰{Ⅰ級(jí)灰、Ⅱ級(jí)灰}，鋰渣粉，硅灰……高效減水劑和超細(xì)摻和料是高性能混凝土的必要組成和得以實(shí)現(xiàn)的必要條件。2.2高性能混凝土的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——高密實(shí)度圖2-1普通混凝土孔結(jié)構(gòu)圖2-2普通混凝土孔徑圖2-3高性能混凝土孔結(jié)構(gòu)高性能混凝土的密實(shí)度取決于：①采用的低水膠比的大??；②高效減水劑的減水率；③超細(xì)摻和料的填充效應(yīng)；④超細(xì)摻和料的水化效應(yīng)。高性能混凝土的高密實(shí)度大幅度提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗侵蝕能力和抗凍性。高密實(shí)度導(dǎo)致高強(qiáng)，例如，博湖東泵站高性能混凝土，使用32.5P.0，分別摻40%、45%礦渣粉，采用0.35水膠比，混凝土28天抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到55.1MPa和53.0Mpa，這個(gè)例子說明，高強(qiáng)是高密實(shí)度結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的一個(gè)宏觀表現(xiàn)結(jié)果。2.3高性能混凝土的高性能——高性能表現(xiàn)在五個(gè)方面第一個(gè)高性能——混凝土拌和物具有優(yōu)異的工作性（亦稱和易性）。表現(xiàn)在流動(dòng)性大（坍落度大）；粘聚性好，不易發(fā)生離析、分層；保水性好，不泌水。適用于泵送施工且不易堵泵，也適用于自流平、自密實(shí)混凝土。第二個(gè)高性能——高耐久性，其表現(xiàn)如下所示。高耐久性表現(xiàn)在：①高抗?jié)B性——由許秀花、賈鈞山兩位專家主持的項(xiàng)目，經(jīng)烏市強(qiáng)石商品混凝土拌合站配制的水膠比0.36，礦渣粉摻量40%，坍落度22cm的高性能混凝土抗?jié)B等級(jí)達(dá)S37仍不透水，試件平均滲水高度10.3mm，最大滲水高度26mm，最小滲水高度2mm。②高抗凍性——烏倫古河渡槽、水膠比0.30，礦渣粉40%的高性能混凝土抗凍大于F600。經(jīng)600次凍融循環(huán)，動(dòng)彈模量仍達(dá)98.7%，試件質(zhì)量損失僅為1.01%?；炷廖磽揭龤鈩?，采用了膨脹劑。③高抗侵蝕性——高性能混凝土抗侵蝕性高于抗硫酸鹽水泥混凝土。新疆大型水利工程如某重點(diǎn)水利樞紐發(fā)電洞、引額濟(jì)烏引水工程、伊犁恰甫其海水利樞紐導(dǎo)流洞、博湖東泵站、西延干渠等工程的混凝土抗侵蝕全是采用高性能混凝土解決的。④優(yōu)異的抑制堿骨料反應(yīng)能力——國內(nèi)外成熟經(jīng)驗(yàn)與成果是混凝土中摻加礦渣40%，或摻加粉煤灰30%，或摻硅灰10%，就可以有效抑制混凝土——堿骨料反應(yīng)，這正是高性能混凝土的配制技術(shù)所在。高性能混凝土的高耐久性主要決定于其高密實(shí)度和超細(xì)摻和料對(duì)混凝土的改性作用。更確切一點(diǎn)講，是高性能混凝土配制技術(shù)改善了混凝土水泥石、水泥石與骨料界面過渡區(qū)微結(jié)構(gòu)的結(jié)果，提升了耐久性的“高性能化”。第三個(gè)高性能——低水化熱，體積穩(wěn)定性相對(duì)較好，適用于大體積混凝土結(jié)構(gòu)。第四個(gè)高性能——利于配制高強(qiáng)混凝土和抗磨高強(qiáng)混凝土。用42.5P.0，硅灰8%，粉煤灰7%，ZY6%（膨脹劑），采用水膠比0.30就很容易配制出C60～C80的高強(qiáng)混凝土。其強(qiáng)度調(diào)節(jié)可以通過調(diào)整水膠比、超細(xì)摻和料摻量、選擇水泥不同強(qiáng)度等級(jí)（或標(biāo)號(hào)）來實(shí)現(xiàn)?？梢詽M足不同設(shè)計(jì)齡期、不同強(qiáng)度等級(jí)混凝土的力學(xué)性質(zhì)要求。第五個(gè)高性能——適用性和適應(yīng)性強(qiáng)，高性能混凝土既適用于正常環(huán)境，更適用于惡劣環(huán)境和嚴(yán)酷的環(huán)境條件；既能用于高強(qiáng)，也適用于中強(qiáng)；既適用于泵送、自流平自密實(shí)混凝土，也適用于非泵送混凝土；既適用普通混凝土結(jié)構(gòu)，也適用大體積混凝土結(jié)構(gòu)。4、高性能混凝土的經(jīng)濟(jì)性或經(jīng)濟(jì)效益——經(jīng)濟(jì)，可大大降低成本高性能混凝土中大摻量超細(xì)摻和料通常采用等量代替水泥的方式摻入，摻和料大多又是工業(yè)廢渣，其成本主要是加工磨細(xì)和分選，價(jià)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于水泥，因此高性能混凝土又是一種比較經(jīng)濟(jì)的混凝土。高性能混凝土應(yīng)用地和生產(chǎn)地距離超細(xì)摻和料來源地或加工地愈近，就愈經(jīng)濟(jì)。例：烏魯木齊市是一個(gè)鋼鐵、熱電生產(chǎn)發(fā)達(dá)的城市，工業(yè)廢渣多，高性能混凝土所用的超細(xì)摻和料豐富，運(yùn)費(fèi)極低，建設(shè)規(guī)模大，混凝土需求量大，廣泛推廣應(yīng)用高性能混凝土?xí)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)效益。2.5高性能混凝土的社會(huì)效益——節(jié)能減排、節(jié)約資源、防治工業(yè)廢渣對(duì)環(huán)境的污染。高性能混凝土中大摻量超細(xì)摻和料可以大大節(jié)約水泥用量，水泥中主要是經(jīng)過煅燒的水泥熟料，生產(chǎn)1噸熟料要向大氣中排放1噸CO2廢氣，同時(shí)還排放廢氣SO2、NO等，嚴(yán)重污染大氣環(huán)境，所以水泥工業(yè)是環(huán)境污染大戶之一，水泥是嚴(yán)重耗能和耗資源并污染環(huán)境的材料與產(chǎn)品。如果工程建設(shè)中普遍推廣應(yīng)用高性能混凝土，就可以大大節(jié)省水泥用量和減少水泥生產(chǎn)，降低和減少水泥工業(yè)對(duì)大氣環(huán)境的污染，同時(shí)節(jié)能減耗和節(jié)約資源；另外，超細(xì)摻和料幾乎大多為工業(yè)廢渣，對(duì)這些工業(yè)廢渣的充分利用，又防治了這些廢渣的二次污染，由此，很多學(xué)者稱高性能混凝土是利于節(jié)能減排和環(huán)境保護(hù)的綠色混凝土，具有重大社會(huì)效益。以烏魯木齊為例，烏魯木齊是水泥、鋼鐵、熱電生產(chǎn)的工業(yè)城市。據(jù)2007年五月份調(diào)查，烏昌地區(qū)水泥協(xié)會(huì)計(jì)劃該地區(qū)計(jì)劃生產(chǎn)水泥340萬噸（由于哈薩克斯坦鄰國今年對(duì)水泥的大批需求，實(shí)際2007年烏昌地區(qū)將突破計(jì)劃數(shù)值）；寶鋼集團(tuán)八一鋼鐵公司2007年將計(jì)劃生產(chǎn)340萬噸鋼鐵，同時(shí)排出100萬噸高爐粒化礦渣（往年八鋼每年排出高爐?；V渣30萬噸～40萬噸）；三年后，鋼鐵生產(chǎn)每年達(dá)800萬噸時(shí)，每年將排出高爐?；V渣220萬噸，同時(shí)還有200萬噸鋼渣排出；烏市四個(gè)熱電廠（紅雁池一電、二電、葦電和石化熱電廠）平均每年排出粉煤灰70～80萬噸；還有新疆鋰鹽廠每年也排出數(shù)萬噸鋰渣。近幾年烏市地區(qū)的礦渣每年利用在15萬噸左右，粉煤灰20萬噸。這些數(shù)據(jù)說明，烏市既是工業(yè)發(fā)達(dá)區(qū)，也是環(huán)境污染重點(diǎn)區(qū)，既有水泥工業(yè)生產(chǎn)CO2等廢氣對(duì)大氣的污染，也存在著工業(yè)固體廢渣對(duì)環(huán)境的二次污染。無疑，要想減少烏昌地區(qū)水泥生產(chǎn)、節(jié)約資源和能耗，充分利用工業(yè)廢渣和防治廢渣對(duì)環(huán)境的污染，大力推廣應(yīng)用高性能混凝土具有很大作用和意義，另外，也說明烏市具有大力推廣應(yīng)用高性能混凝土的超細(xì)摻和料的充足資源條件。2.6高性能混凝土的弱勢(shì)——易發(fā)生早期開裂混凝土和其它物體一樣，具有熱脹冷縮、濕脹干縮的變形性質(zhì)。在環(huán)境溫度、濕度變化的影響下，冷縮和干縮易使混凝土產(chǎn)生裂縫，裂縫是混凝土的最常見的一種缺陷，成為外部環(huán)境水分和侵蝕介質(zhì)滲入或侵入的通道，會(huì)降低混凝土的抗?jié)B性、抗凍性和抗侵蝕性，并誘發(fā)鋼筋銹蝕，從而損害工程結(jié)構(gòu)的承載能力、使用功能和耐久性以及使用壽命。因此，保證混凝土及其結(jié)構(gòu)耐久性的必要措施之一是防止或控制混凝土開裂，即混凝土應(yīng)有良好的抗裂性，在工程中稱為裂縫控制。高性能混凝土和傳統(tǒng)的普通混凝土一樣易開裂，其開裂成因主要是混凝土早期塑性收縮和自干燥收縮。由于高性能混凝土采用低水膠比，其塑性收縮比普通混凝土發(fā)生早而快，自生干燥收縮比普通混凝土大許多，這兩種收縮極易形成早期誘導(dǎo)微裂縫而使高性能混凝土開裂，所以開裂是高性能混凝土的一項(xiàng)弱勢(shì)。在工程建設(shè)中，如何使高性能混凝土做到“揚(yáng)長避短”，充分發(fā)揮“高性能”優(yōu)勢(shì)，其裂縫控制也是不可忽略的一項(xiàng)重要技術(shù)工作?；炷亮芽p控制關(guān)系到工程設(shè)計(jì)、原材料選擇、配合比的設(shè)計(jì)、施工、養(yǎng)護(hù)等各個(gè)環(huán)節(jié)。從材料選擇和配合比設(shè)計(jì)角度的控制來看，許多工程實(shí)踐證明，在工程設(shè)計(jì)和施工密切的配合下，采用摻加適量的優(yōu)質(zhì)膨脹劑、配制和使用“補(bǔ)償收縮微膨脹混凝土”是混凝土抗裂或裂縫控制的一條有效技術(shù)措施。“補(bǔ)償收縮微膨脹混凝土”是應(yīng)用膨脹劑和水泥熟料礦物成分的水化產(chǎn)物生成適量的膨脹水化產(chǎn)物補(bǔ)償或抵抗收縮的機(jī)理，防止混凝土開裂。新疆引額濟(jì)烏的烏倫古河渡槽混凝土和伊犁特克斯河恰甫其海水利樞紐導(dǎo)流洞抗磨高強(qiáng)混凝土都是用膨脹劑成功地防治了開裂。這兩個(gè)補(bǔ)償收縮微膨脹混凝土又都屬于高性能混凝土。實(shí)踐還證明，在混凝土的各種抗裂措施中，這種技術(shù)措施的成本相對(duì)是較低的。就施工環(huán)節(jié)，混凝土的即時(shí)保濕保溫養(yǎng)護(hù)（混凝土澆筑完畢立即覆膜保濕和保溫）也是裂縫控制的重要關(guān)鍵措施，這種措施對(duì)于防止塑性收縮裂縫和自生干燥收縮裂縫至關(guān)重要，特別是對(duì)于氣候干燥、日溫差變化大的新疆來講，尤其重要；這種既時(shí)保濕保溫對(duì)早期誘導(dǎo)裂縫控制具有事半功倍的作用。采用“補(bǔ)償收縮微膨脹混凝土”技術(shù)更要加強(qiáng)和重視養(yǎng)護(hù)，只有養(yǎng)護(hù)好，補(bǔ)償收縮的抗裂技術(shù)才更完美。3高性能混凝土的組成材料高性能混凝土的組成材料有：水泥、超細(xì)摻和料、高效減水劑（還可以使用引氣劑、緩凝劑、膨脹劑等）、砂石骨料、水。其組成材料和普通混凝土基本相同，但對(duì)水泥、超細(xì)摻和料、高效減水劑和砂石骨料要求會(huì)有所不同或更嚴(yán)格。例如水泥品種的選擇、高效減水劑和水泥的適應(yīng)性、超細(xì)摻和料的品種、細(xì)度等品質(zhì)指標(biāo)，這些要求都以滿足配制高性能混凝土的“高性能”為需要。3.1水泥由于高性能混凝土要外摻加大量的超細(xì)摻和料，所以高性能混凝土宜選用硅酸鹽水泥和普通水泥。選用硅酸鹽水泥可以比普通水泥外摻入更多一些超細(xì)摻和料，因?yàn)槠胀ㄋ嘀幸褍?nèi)摻6%～20%混合材，有些水泥廠在6%～20%混合材中還會(huì)摻加不超過8%的非活性混合材。從改善高性能混凝土的性能來看，使用硅酸鹽水泥比普通水泥好，原因是外摻的超細(xì)摻和料的細(xì)度和品質(zhì)比普通水泥中內(nèi)摻的混合材更符合高性能混凝土的配制需要。摻混合材的硅酸鹽水泥如礦渣水泥、粉煤灰水泥、復(fù)合水泥和粉煤灰水泥等，因?yàn)檫@些水泥中已內(nèi)摻大量混合材（如礦渣水泥礦渣摻量＞20%且≤70%；火山灰水泥中火山灰混合材為＞20%且≤40%；粉煤灰水泥中粉煤灰為＞20%且≤40%；復(fù)合水泥中有兩種或兩種以上活性混合材為＞20%且≤50%）且其混合材顆粒比水泥熟料顆粒粗，這些內(nèi)摻混合材的活性不僅低于外摻超細(xì)摻和料，而且沒有超細(xì)摻和料的顆粒填充效應(yīng)，同時(shí)影響超細(xì)摻和料外摻入混凝土內(nèi)的摻加量，因此，高性能混凝土不提倡使用這些摻混合材的水泥。選擇水泥強(qiáng)度等級(jí)時(shí)，應(yīng)遵循下列原則：配制高強(qiáng)的高性能混凝土如C40～C80或C80以上的混凝土，應(yīng)該選用42.5或大于42.5以上強(qiáng)度等級(jí)的硅酸鹽水泥，也可選用42.5或42.5以上強(qiáng)度等級(jí)的普通水泥；配制混凝土強(qiáng)度低于C40，可選用32.5普通水泥；混凝土無早強(qiáng)要求時(shí)，盡量選擇不代“R”（即早強(qiáng)）的水泥，以利于混凝土裂縫控制和降低水化熱，同時(shí)還利于水泥與高效減水劑的適應(yīng)性。一般情況下，使用萘系高效減水劑的高性能混凝土拌和物的坍落度損失會(huì)更快，這是水泥與萘系高效減水劑適應(yīng)性較差的表現(xiàn)，此時(shí)應(yīng)選擇水泥熟料中C3A含量低、堿含量低、水泥細(xì)度不宜太細(xì)的水泥；如果是普通水泥，其內(nèi)摻的混合材最好是礦渣或粉煤灰；如果混凝土使用以木鈣為緩凝劑的外加劑（包括泵送劑中的木鈣緩凝劑），要注意水泥中石膏脫水要少，特別是水泥磨機(jī)大，氣溫高，水泥熟料入磨溫度也高時(shí)，容易導(dǎo)致水泥中石膏脫水，造成水泥與外加劑的適應(yīng)性變差。3.2超細(xì)摻和料超細(xì)摻和料原本是水泥的活性混合材料，由于將其單獨(dú)加工磨細(xì)并經(jīng)分選，它比水泥內(nèi)摻的活性混合材和水泥顆粒都細(xì)得多，又因?yàn)槭窃诨炷涟韬蜁r(shí)加入，所以稱其為超細(xì)摻和料。超細(xì)摻和料是高性能混凝土必不可少的組成成分，其品質(zhì)好壞直接決定混凝土是否具有“高性能”。超細(xì)摻和料的原料大多是工業(yè)廢渣，如?；郀t礦渣、粉煤灰、硅灰、鋰渣等，經(jīng)收塵、磨細(xì)、分選加工成超細(xì)粉狀，細(xì)度比水泥細(xì)，價(jià)格比水泥低得多?，F(xiàn)在烏市和新疆市場上已有的超細(xì)摻和料有?；郀t礦渣粉（簡稱礦渣粉）、Ⅰ級(jí)和Ⅱ級(jí)粉煤灰、硅灰和鋰渣粉。3.2.1超細(xì)摻和料品種與品質(zhì)(1)礦渣粉（亦稱磨細(xì)礦渣）礦渣粉是高性能混凝土常用的超細(xì)摻和料，它的原料是煉鐵高爐排出的熔渣，經(jīng)水淬而成的廢渣，通常稱為粒化高爐礦渣（簡稱礦渣），有時(shí)也稱為水淬渣。新疆產(chǎn)有這種工業(yè)廢渣的是八鋼、新源鋼鐵廠、和靜鋼鐵廠、富蘊(yùn)銅冶煉公司。高爐?；V渣的化學(xué)成分主要是SiO2、Al2O3、CaO，這些成分是活性成分，決定礦渣的活性大小；其次化學(xué)成分有MgO、MnO（氧化亞錳）、FeO、TiO2等，這些成分含量雖然少，但有時(shí)也會(huì)影響礦渣的品質(zhì)和活性。礦渣中SiO2、Al2O3成分的微觀結(jié)構(gòu)為玻璃體（即非晶體結(jié)構(gòu)）才具有活性，礦渣中玻璃體的多少取決于水淬冷卻是否“急劇”，急劇冷卻有利于玻璃體的形成。另外，礦渣中還含有少量的硅酸二鈣和硅酸一鈣結(jié)晶態(tài)組分，這些礦物成分具有微弱的自身水硬性。礦渣中活性成分SiO2、Al2O3在潮濕或有水環(huán)境下，能與Ca(OH)2、石膏(CaSO2·2H2O)反應(yīng)生成和水泥熟料礦物成分水化一樣的水化產(chǎn)物水化硅酸鈣（CSH）、水化鋁酸鈣（CAH）和鈣礬石（Aft），具有水硬性。因此，礦渣被用來作為水泥的活性混合材，而且是一種重要的、比較好的活性混合材，可用于生產(chǎn)P.Ⅱ型硅酸鹽水泥、P.0普通水泥、P.S礦渣水泥、P.C復(fù)合水泥、低熱礦渣水泥、堿——礦渣水泥。高爐?；V渣的活性一般用質(zhì)量系數(shù)K的大小來評(píng)價(jià)。KEQ=\F(CaO(%)+Al2O3(%)+MgO(%),SiO2(%)+MnO(%)+TiO2(%))質(zhì)量系數(shù)K數(shù)值越大，礦渣的活性越高，用于水泥活性混合材和高性能混凝土超細(xì)摻和料的礦渣質(zhì)量系數(shù)K應(yīng)該大于1.2。高性能混凝土使用的礦渣粉是粒化高爐礦渣經(jīng)干燥、粉磨、分選等工藝達(dá)到規(guī)定細(xì)度的產(chǎn)品。粉磨時(shí)可添加適量的石膏和水泥粉磨用工藝外加劑，但使用于有硫酸鹽侵蝕環(huán)境中的礦渣粉不得添加石膏。礦渣粉的品質(zhì)指標(biāo)可以參考GB/T18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉》、GB/T18736-2002《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》中“磨細(xì)礦渣”有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，詳見表3-1和表3-2。表3-1GB/T18046-2008中對(duì)礦渣粉的技術(shù)要求項(xiàng)目級(jí)別S105S95S75密度g/cm3不小于2.8比表面積m2/kg不小于500400300活性指數(shù)%不小于7d95755528d1059575流動(dòng)度比%不小于959595含水量%不大于1.0三氧化硫（SO3）%不大于4.0氯離子(Cl-)%不大于0.06燒失量%不大于3.0玻璃體含量%不小于85放射性合格注：1）可根據(jù)用戶要求協(xié)調(diào)提高。2）選擇性指標(biāo)，當(dāng)用戶有要求時(shí)，供貨方應(yīng)提供礦渣粉的氯離子和燒失量數(shù)據(jù)。表3-2GB/T18736-2002中對(duì)磨細(xì)礦渣（礦渣粉）的技術(shù)要求試驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)ⅠⅡⅢ化學(xué)性能MgO%≤14SO3%≤4燒失量%≤3Cl-%≤0.02物理性能比表面積m2/kg≥750550350含水率%≤1.0膠砂性能需水量比%≤100活性指標(biāo)3d%≥8570557d%≥100857528d%≥115105100工程實(shí)踐證明，礦渣粉的細(xì)度以比表面積表示時(shí)，其比表面積至少為430m2/kg才能在高性能混凝土中充分地發(fā)揮出其活性。礦渣磨得越細(xì)，活性越高，電能耗也越大，其成本就高，不利于推廣利用。就目前市場需要的礦渣活性和銷售價(jià)格來看，礦渣粉的細(xì)度應(yīng)控制在450m2/kg左右為宜。礦渣粉顆粒形態(tài)見圖3-1。圖3-1礦渣粉形貌形態(tài)目前市場供應(yīng)的礦渣粉產(chǎn)品有八鋼和新源鋼鐵廠的礦渣粉，比表面積450m2/kg左右，價(jià)格浮動(dòng)在200～360元/噸。（2）粉煤灰粉煤灰是用煤粉爐發(fā)電的熱電廠排放出的煙道灰，也稱為飛灰。粉煤灰的活性成分主要是SiO2、Al2O3，而CaO含量低，將CaO含量不超過10%的粉煤灰稱為低鈣灰，超過10%的粉煤灰稱為高鈣灰。我國各地的粉煤灰絕大多數(shù)屬低鈣灰。粉煤灰顆粒多呈實(shí)心和中空玻璃微珠，也有少量蜂巢狀或海綿狀顆粒，一般這種顆粒尺寸大，顆粒微珠多的粉煤灰質(zhì)量好。其形貌形態(tài)見圖3-2。圖3-2(a)呈實(shí)心的球形粉煤灰顆粒圖3-2(b)呈渣塊狀的粉煤灰顆粒圖3-2(c)呈海綿狀的粉煤灰顆粒圖3-2(d)呈中空狀的粉煤灰顆粒高性能混凝土中使用的粉煤灰主要是指電廠煙道灰通過靜電場除塵直接收集，或再經(jīng)分選、或再加工磨細(xì)、或再加工磨細(xì)又經(jīng)分選等工藝得到的Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)粉煤灰，其技術(shù)指標(biāo)參考GB/T1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》、GB/T18736-2002《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》中“磨細(xì)粉煤灰”的標(biāo)準(zhǔn)，詳見表3-3和表3-4。選擇粉煤灰時(shí)，要嚴(yán)格控制其燒失量、SO3和細(xì)度，燒失量與需水量比有很好相關(guān)性，燒失量低的粉煤灰，其需水量比較小，顆粒形態(tài)多呈球狀微珠，其活性也高。新疆的粉煤灰資源分布比礦渣廣，南至喀什、庫車，北至塔城、獨(dú)山子、奎屯，東有哈密都建有用電除塵的新型電廠，其收集的粉煤灰的燒失量、SO3都在Ⅱ級(jí)灰范圍內(nèi)，顆粒形態(tài)多為微珠，具有利用開發(fā)價(jià)值。開發(fā)利用粉煤灰較好的地區(qū)是烏市和石河子，烏市的紅雁池一電、葦電、瑪納斯電廠、獨(dú)山子電廠都建有粉煤灰加工系統(tǒng)，能加工生產(chǎn)Ⅰ級(jí)灰和Ⅱ級(jí)灰，價(jià)格在120元/t～160元/t之間。表3-3GB/T1596-2005拌制混凝土和砂漿用粉煤灰技術(shù)要求項(xiàng)目技術(shù)要求Ⅰ級(jí)Ⅱ級(jí)Ⅲ級(jí)細(xì)度（45μm方孔篩篩余）%不大于F類粉煤灰12.025.045.0C類粉煤灰需水量比%不大于F類粉煤灰95105115C類粉煤灰燒失量%不大于F類粉煤灰5.08.015.0C類粉煤灰含水量%不大于F類粉煤灰1.0C類粉煤灰三氧化硫%不大于F類粉煤灰3.0C類粉煤灰游離氧化鈣%不大于F類粉煤灰1.0C類粉煤灰4.0安定性不大于雷氏夾沸煮后增加距離）mmC類粉煤灰5.0備注：F類粉煤灰——由無煙煤或煙煤煅燒收集的粉煤灰。C類粉煤灰——由褐煤或次煙煤煅燒收集的粉煤灰，其CaO含量一般大于10%。表3-4GB/T18736-2002磨細(xì)粉煤灰技術(shù)要求試驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)ⅠⅡ化學(xué)性能SO3%≤3燒失量%≤58Cl-%≤0.02物理性能比表面積m2/kg≥600400含水率%≤1.0膠砂性能需水量比%≤95105活性指標(biāo)7d%≥807528d%≥9085（3）硅灰硅灰是冶煉硅鐵合金的煙道灰通過收塵袋收集的超細(xì)粉末。硅灰為無定形的球狀玻璃顆粒，主要化學(xué)成分為SiO2，顆粒粒徑為水泥顆粒的1/100～1/50，比表面積約為15000m2/kg～20000m2/kg，具有很高的活性，是配制高強(qiáng)混凝土的最好超細(xì)摻和料。硅灰的技術(shù)要求可參考GB/T18736-2002《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》中有關(guān)“硅灰”的標(biāo)準(zhǔn)，見表3-5。表3-5GB/T18736-2002中硅灰技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)燒失量不超過Ｃl-含量不超過SiO2含量不小于比表面積不小于含水率不大于需水量比不超過28d活性指標(biāo)不小于6%0.02%85%15000m2/kg3%125%85%新疆八鋼的哈密硅鐵廠生產(chǎn)加工有硅灰供應(yīng)，價(jià)格在1600元/t～1800元/t之間，但SiO2含量常常達(dá)不到85%。（4）鋰渣粉鋰渣粉是新疆鋰鹽廠生產(chǎn)碳酸鋰的濾渣，通過烘干、加工磨細(xì)而形成的粉狀廢渣。主要化學(xué)成分為SiO2、Al2O3、CaO，以無定形的玻璃體結(jié)構(gòu)為主，由于SiO2含量在50%～55%，顆粒細(xì)，比表面積為400m2/kg～800m2/kg，具有較好的活性，有時(shí)亦稱為鋰硅粉。價(jià)格在200元/t左右。3.2.2超細(xì)摻和料的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益由于超細(xì)摻和料顆粒粒徑小，比表面積增大，它的活性比水泥中內(nèi)摻的活性混合材更高，改善混凝土性能的作用也更大，與此同時(shí)，還迸發(fā)出新的潛在性能與效應(yīng)。通過應(yīng)用實(shí)踐證明和科學(xué)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，歸納綜合超細(xì)摻和料在高性能混凝土中具有以下技術(shù)經(jīng)濟(jì)效應(yīng)：(1)改善混凝土拌合物工作性的增塑或減水效應(yīng)超細(xì)摻和料和高效減水劑共同使用時(shí)，有明顯的增塑效應(yīng)，使拌和物流動(dòng)性增大。表3-6所示為巴州博湖東泵站工程礦渣粉對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度影響試驗(yàn)結(jié)果，證實(shí)礦渣粉有明顯的增塑作用，塑化作用增大了17.4％。重慶大學(xué)蒲心誠教授和浙江華威建材有限公司周群高級(jí)工程師都著文介紹了他們用粉煤灰、礦渣粉、硅灰增大或提高混凝土流動(dòng)性的試驗(yàn)研究結(jié)果，蒲心誠教授試驗(yàn)結(jié)果見表3-7。表3-6礦渣粉對(duì)水泥凈漿流動(dòng)度影響試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)水膠比水泥(g)礦渣粉(g)高效減水劑KDNOF-A摻量流動(dòng)度(mm)流動(dòng)度增加值(mm)塑化增大率(％)10.29300O0.5％22420.29180120(40％)0.5％2633917.4表3-7蒲心誠用超細(xì)摻和料對(duì)混凝土拌和物流動(dòng)性影響試驗(yàn)結(jié)果水膠比膠凝材料用量(kg/m3)超細(xì)摻和料品種超細(xì)摻和料摻量水泥用量坍落度(mm)減水劑摻量抗壓強(qiáng)度(Mpa)%kg%kg3d28d0.265600粉煤灰0010060042同一種減水劑,摻量相同5373.29549154610253.176.7171028349810649.678.3231387746220543.576.3301807042019040.270.10.30583礦渣粉0010058330同一種減水劑,摻量相同93.0201178046612086.0301757040816092.0402336035017096.0502925029223091.0603504023323078.00.20650硅灰00100650085.8108.1533956181789.7126.810659058523599.3140.715988555324092.3136.9超細(xì)摻和料在增塑的同時(shí)，還使拌和物具有優(yōu)良的粘聚性和保水性，混凝土拌和物不產(chǎn)生泌水，增加了混凝土施工的可泵性，泵送時(shí)不易堵泵。所以，高性能混凝土特別適合于泵送混凝土和自密實(shí)混凝土。(2)超細(xì)摻和料的微集料填充效應(yīng)混凝土是一種連續(xù)顆粒級(jí)配的堆聚結(jié)構(gòu)體系，粗骨(集)料顆粒空隙由細(xì)骨(集)料顆粒填充，細(xì)骨(集)料的顆?？障秳t由水泥顆?；蛩嗍畛洌囝w粒之間的空隙或水泥石的孔隙需要更細(xì)的顆粒來填充。超細(xì)摻和料顆粒尺寸比水泥顆粒小，比表面積比水泥大，水泥的比表面積一般在330～350m2/kg；而S75級(jí)礦渣微粉為450m2/kg左右；Ⅰ級(jí)粉煤灰則在510m2/kg左右；硅灰顆粒粒級(jí)是水泥顆粒的1/100—1/50，比表面積高達(dá)20000m2/kg。超細(xì)摻和料的顆粒粒徑是高性能混凝土連續(xù)顆粒級(jí)配中最小的顆粒，起到了顆粒級(jí)配的微集料作用，能有效填充水泥顆?？障逗退嗍紫丁？紫妒腔炷廖⒔Y(jié)構(gòu)中重要組成部分，水泥石微結(jié)構(gòu)中的毛細(xì)孔是影響混凝土宏觀性能(強(qiáng)度、抗?jié)B、抗侵蝕、抗凍等)的重要因素之一。所謂毛細(xì)孔是指水泥中沒有被水泥及水化產(chǎn)物所填充、占據(jù)的空間。根據(jù)研究，吳中偉、廉慧珍將孔徑小于20nm的孔劃分為無害孔，20～50nm孔徑的孔為少害孔，50～200nm孔徑的孔為有害孔，大于200nm的孔為多害孔。江蘇省交通科研所何宏榮等用壓汞儀測(cè)試水灰(膠)比為0.35、不摻與摻超細(xì)摻和料、標(biāo)養(yǎng)180d時(shí)混凝土水泥石微結(jié)構(gòu)中毛細(xì)孔孔徑分布對(duì)比試驗(yàn)結(jié)果，可以充分反映超細(xì)摻和料的填充效應(yīng)，詳見表3-8。表3-8混凝土微結(jié)構(gòu)(標(biāo)養(yǎng)180d)中孔徑分布測(cè)試結(jié)果編號(hào)水灰(膠)比摻和料摻量(%)孔徑分布(%)特征孔徑(nm)總孔隙率(%)粉煤灰礦渣粉>200nm50～200nm20～50nm<20nm臨界孔徑最可幾孔徑平均孔徑中等體積孔徑F00.35003.661.523.710.9262.240.347.053.09.81F400.354003.440.675.505.3942.626.320.227.515.00F40S200.3540202.250.534.446.2440.326.316.022.713.47F30S300.3530302.240.443.935.3240.526.316.923.311.92F600.356002.080.162.7310.0232.817.113.917.014.99超細(xì)摻和料的填充效應(yīng)，可以大大提高混凝土的密實(shí)性，從而大幅度提高混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗侵蝕能力和抗凍性。烏市強(qiáng)石商品混凝土拌和站配制的水膠比0.36、礦渣粉摻量40％、坍落度達(dá)22cm的高性能混凝土，實(shí)測(cè)抗?jié)B等級(jí)達(dá)S37仍不透水，將6個(gè)抗?jié)B試件劈裂觀察滲水高度，平均滲水高度10.3mm，最大滲水高度26mm，最小滲水高度2mm。這充分證明了高性能混凝土的密實(shí)程度。博湖東泵站使用32.5普通水泥，摻加40％和45％的礦渣粉，采用0.35水膠比配制的二級(jí)配高性能混凝土的28天設(shè)計(jì)齡期抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到55.1Mpa和53.0Mpa，詳見表3-9所示。用32.5強(qiáng)度等級(jí)水泥配制出強(qiáng)度為50Mpa的混凝土，沒有超細(xì)摻和料微集料的填充效應(yīng)是不可能的，當(dāng)然也離不開高效減水劑的減水作用。表3-9博湖東泵站高性能混凝土抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果序號(hào)水泥品種水膠比Dmax(mm)(級(jí)配)礦渣粉摻量水泥(kg)礦渣粉(kg)水(kg)拌合物坍落度(cm)各齡期抗壓強(qiáng)度(Mpa)3d7d28d60d132.5P.00.3540(二級(jí)配)40％1951301147.O25.039.355.158.4232.5P.00.3540(二級(jí)配)45％1801471155.823.535.653.061.3摻混合材的硅酸鹽水泥如礦渣水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥和復(fù)合水泥，雖然水泥中也摻加了大量的活性混合材，由于這些混合材是和水泥熟料一起進(jìn)入磨機(jī)混磨加工，在磨機(jī)內(nèi)，它們比熟料難磨，當(dāng)水泥細(xì)度達(dá)到要求時(shí)，熟料顆粒磨細(xì)了，而混合材還是比熟料顆粒大，因此，摻混合材的硅酸鹽水泥內(nèi)摻的混合材料沒有微集料填充效應(yīng)，同時(shí)它們的活性即火山灰效應(yīng)也不能充分發(fā)揮。高性能混凝土使用的超細(xì)摻和料經(jīng)過單獨(dú)磨細(xì)分選加工，隨著顆粒尺寸變小，就具有填充補(bǔ)強(qiáng)作用，隨著比表面積增大，火山灰效應(yīng)增強(qiáng)；加工得愈細(xì)，其填充補(bǔ)強(qiáng)作用和火山灰效應(yīng)也愈強(qiáng)。試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，混凝土采用的水膠比越小，超細(xì)摻和料的微集料填充效應(yīng)越強(qiáng)。(3)超細(xì)摻和料的火山灰效應(yīng)更充分由前述已知超細(xì)摻和料就是傳統(tǒng)意義的水泥活性混合材料，活性混合材的“活性”首先來自于其化學(xué)成分主要是SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3，類似于水泥熟料的化學(xué)組成；其二是混合材料在形成過程中，這些成分多形成“非晶體微觀結(jié)構(gòu)”(又稱為玻璃體結(jié)構(gòu))，這些玻璃體結(jié)構(gòu)具有化學(xué)不穩(wěn)定，特別是玻璃體結(jié)構(gòu)中活性成分SiO2、A12O3遇到石灰Ca(OH)2，在有水或潮濕條件下，發(fā)生水化反應(yīng)生成水硬性物質(zhì)(即水泥熟料水化生成物)，其反應(yīng)式為：SiO2+Ca(OH)2+H2O——CSH(水化硅酸鈣)A12O3+Ca(OH)2+H2O——CAH(水化鋁酸鈣)由于人們最早認(rèn)識(shí)的活性混合材是火山灰，火山灰與石灰在潮濕環(huán)境下發(fā)生上述反應(yīng)，因此稱上述水化反應(yīng)為火山灰效應(yīng)，在摻混合材水泥中，稱其為第二次水化反應(yīng)。水泥行業(yè)利用火山灰效應(yīng)，將硅酸鹽水泥熟料與不同活性混合材混合并加適量石膏磨細(xì)生產(chǎn)出諸如礦渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥等，不但改善了硅酸鹽水泥的一些性質(zhì)，同時(shí)也大大降低了水泥成本。摻混合材的水泥在磨細(xì)加工時(shí)，混合材不易加工磨細(xì)，混合材顆粒比水泥熟料顆粒大，其比表面積相對(duì)小，在水泥水化時(shí)，活性混合材與水泥熟料水化產(chǎn)物Ca(OH)2接觸面積也就小，因此其火山灰效應(yīng)不充分。超細(xì)摻和料細(xì)度比水泥顆粒小，比表面積增大，摻入混凝土內(nèi)與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2接觸面積比內(nèi)摻混合材、水泥的接觸面積大很多，其火山灰效應(yīng)相對(duì)更充分、更劇烈。充分和劇烈地火山灰效應(yīng)產(chǎn)生更多的水化產(chǎn)物(水硬性物質(zhì))，又可以填充高性能混凝土中的水泥石孔隙結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)混凝土的密實(shí)性。宏觀上提高混凝土強(qiáng)度和耐久性。(4)降低水化熱水泥水化是一個(gè)放熱反應(yīng)，主要是水泥熟料礦物成分C3A、C3S等水化放出水化熱。水化熱導(dǎo)致混凝土內(nèi)部溫度升高，當(dāng)混凝土受外界大氣環(huán)境溫度變化影響時(shí)會(huì)引發(fā)溫度裂縫，裂縫又會(huì)降低混凝土的抗?jié)B性、抗侵蝕性等一系列耐久性，尤其是大體積混凝土易出現(xiàn)這種現(xiàn)象。防止和控制混凝土溫度裂縫的有效措施是減少混凝土中的水泥用量或采用中、低熱水泥，高性能混凝土中摻加大摻量超細(xì)摻和料等量替代水泥既可以減少水泥用量，又可以起到使用中、低熱水泥的效用，其作用將明顯降低混凝土所使用膠凝材料的水化熱。河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院周美茹副教授等采用GB/T12959-1991《溶解熱》方法對(duì)摻礦渣粉、粉煤灰（Ⅰ級(jí)）的水泥漿體進(jìn)行3d、7d水化熱檢測(cè)，其結(jié)果見表3-10。表3-10礦渣粉、粉煤灰對(duì)水泥水化熱的影響試驗(yàn)結(jié)果編號(hào)水泥用量(%)礦渣粉細(xì)度(m2/kg)礦渣粉摻量(%)粉煤灰摻量(%)水化熱(J/g)3d實(shí)測(cè)值百分比(%)7d實(shí)測(cè)值百分比(%)11000029810031910027043030022475311973505002056926984430700192642267157052030028696312986505002187327987730700201672337388043002022375303959602020184622548010100中熱硅酸鹽水泥42.5P.MH25129311100低熱硅酸鹽水泥42.5P.LH23026012100低熱礦渣硅酸鹽水泥32.5P.SLH197230由表3-10明顯看到，摻礦渣粉、粉煤灰可有效降低水泥或混凝土的水化熱。粉煤灰降低水化熱效果優(yōu)于礦渣粉；礦渣粉和粉煤灰復(fù)摻降熱更優(yōu)；礦渣粉過細(xì)不利于降低不化熱；由此推論硅灰由于比表面積太大，不利于降低水化熱，混凝土使用硅灰時(shí)，應(yīng)采用適當(dāng)降溫措施。（5）改善混凝土骨料與水泥石界面結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)效應(yīng)混凝土的宏觀組織呈堆聚狀，它是由各種形狀和大小的骨料顆粒和水泥石所組成，如圖3-3所示，其中起膠結(jié)作用的物質(zhì)是水泥石。我們可以把混凝土看作是粗細(xì)骨料均勻分散在水泥石中的復(fù)合材料或分散體系。這時(shí)混凝土就可被視為由水泥石結(jié)構(gòu)、骨料、骨料與水泥石界面結(jié)構(gòu)（亦可稱為界面過渡區(qū)）組成?；炷恋膹?qiáng)度就取決于水泥石強(qiáng)度、骨料強(qiáng)度和界面粘結(jié)強(qiáng)度，見圖3-4。圖3-3混凝土的宏觀堆聚結(jié)構(gòu)圖3-4混凝土中三個(gè)相聯(lián)的結(jié)構(gòu)在施工過程中，由于普通混凝土不可避免地發(fā)生沉降離析，骨料下沉，水上升并在混凝土表層泌水，使混凝土發(fā)生分層現(xiàn)象。混凝土拌和物粘聚性不好、保水性差、骨料粒徑越大，沉降離析和分層現(xiàn)象越嚴(yán)重。骨料下沉過程，其下緣會(huì)阻擋上升的水滯留在界面處，使骨料下緣界面成為充水區(qū)或水囊，充水區(qū)內(nèi)水泥漿體的水灰比（W/C）值大，凝結(jié)硬化后孔隙率大、孔徑大；Ca(OH)2在這里取向生長且Ca(OH)2和鈣礬石（Aft）水化產(chǎn)物多，二者的結(jié)晶顆粒粗；主要起膠結(jié)作用的凝膠狀水化硅酸鈣（CSH）卻很少，導(dǎo)致骨料下緣與水泥石界面結(jié)構(gòu)的粘結(jié)強(qiáng)度很弱，要成為影響混凝土強(qiáng)度的最薄弱結(jié)構(gòu)環(huán)節(jié)?；炷猎谑┕み^程中的沉降離析和分層現(xiàn)象見圖3-5，混凝土薄弱界面結(jié)構(gòu)過渡層模型見圖3-6。圖3-5混凝土分層形成過程示意圖圖3-6典型的混凝土界面過渡層模型高性能混凝土中摻加的高效減水劑和大摻量的超細(xì)摻和料使混凝土拌和物水膠比降低又具有大流動(dòng)性的優(yōu)異的粘聚性、保水性，優(yōu)異的粘聚性和保水性使混凝土不易發(fā)生沉降離析分層現(xiàn)象，骨料下緣充水區(qū)也就難形成；同時(shí)大摻量超細(xì)摻和料相對(duì)減少了水泥熟料，相應(yīng)也減少了Ca(OH)2的生成量；另外，超細(xì)摻和料在水泥漿體中又與水泥水化的Ca(OH)2反應(yīng)生成主要起膠結(jié)作用的水化硅酸鈣（CSH），這又減少了界面處Ca(OH)2的含量，限制了Ca(OH)2取向；超細(xì)摻和料的填充作用也會(huì)降低界面過渡層的孔隙率，減小此處孔隙的直徑，上述作用會(huì)大大改善和提高界面結(jié)構(gòu)過渡層的粘結(jié)強(qiáng)度，從而使整體混凝土的強(qiáng)度提高。高性能混凝土之所以高強(qiáng)，這是一條很重要的原因。（6）提高混凝土抗侵蝕性的效應(yīng)大量的混凝土侵蝕試驗(yàn)證明，混凝土的侵蝕實(shí)質(zhì)是水泥的侵蝕，更確切地講是水泥石的侵蝕?；炷涟l(fā)生侵蝕有內(nèi)外因，內(nèi)因是混凝土中水泥凝結(jié)硬化形成的水泥石結(jié)構(gòu)內(nèi)的水化產(chǎn)物Ca(OH)2和水化、鋁酸鈣（CAH）以及水泥石中的開口孔隙，當(dāng)外因——侵蝕介質(zhì)隨載體環(huán)境水侵入水泥石孔隙內(nèi)（主要是開口孔隙），Ca(OH)2和CAH成為水泥石結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定成分，易和侵蝕介質(zhì)（如硫酸鹽、鎂鹽、侵蝕性CO2、酸等）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成侵蝕產(chǎn)物。隨侵蝕介質(zhì)類型的不同，生成的侵蝕產(chǎn)物不同，有的是易分解、溶蝕的物質(zhì)，有的是結(jié)晶膨脹產(chǎn)物。易分解或溶蝕的侵蝕產(chǎn)物會(huì)造成水泥石結(jié)構(gòu)的疏松；過量的結(jié)晶膨脹侵蝕產(chǎn)物會(huì)使水泥石結(jié)構(gòu)因膨脹而破壞。水泥石結(jié)構(gòu)的破壞必然導(dǎo)致混凝土的破壞?；炷恋那治g是外因通過內(nèi)因起作用，因此，防治侵蝕的有效措施之一是減少侵蝕內(nèi)因。高性能混凝土以大摻量超細(xì)摻和料等量替代水泥是實(shí)施這個(gè)有效措施的一個(gè)重要途徑，大摻量超細(xì)摻和料等量替代水泥首先減少混凝土中的水泥用量，直接減少了水泥熟料或熟料中能反應(yīng)生成侵蝕內(nèi)因Ca(OH)2的礦物成分C3S和生成另一侵蝕內(nèi)因CAH的礦物成分C3A，這些礦物成分的減少，必然是侵蝕內(nèi)因的減少；與此同時(shí)，由于超細(xì)摻和料具有較強(qiáng)活性，它會(huì)與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2在潮濕條件下發(fā)生前述更充分的火山灰效應(yīng)生成CSH等有利于強(qiáng)度、耐久性的水硬性物質(zhì)，使水泥石結(jié)構(gòu)中的侵蝕內(nèi)因Ca(OH)2進(jìn)一步減少或被消化。內(nèi)因的大量減少，使外因發(fā)揮不了侵蝕作用，就意味著提高抗侵蝕性的必然。另外，超細(xì)摻和料的填充效應(yīng)和改善界面結(jié)構(gòu)的作用，可以有效減少水泥石內(nèi)的開口孔隙和混凝土中的空隙，提高混凝土的密實(shí)度，使侵蝕介質(zhì)和環(huán)境水難侵入水泥石和混凝土內(nèi)部，所以，這也是高性能混凝土有高抗侵蝕性的一個(gè)重要因素。混凝土侵蝕試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，超細(xì)摻和料的細(xì)度、摻量多少和高性能混凝土采用的水膠比大小是其減少侵蝕內(nèi)因或提高抗侵性的關(guān)鍵；無疑，超細(xì)摻和料具有改善和提高高性能混凝土抗侵蝕性的顯著效應(yīng)。（7）抑制混凝土堿骨料反應(yīng)(AAR)混凝土堿骨料反應(yīng)是混凝土耐久性的一個(gè)重要內(nèi)容，其造成的危害對(duì)混凝土往往也是致命的，尤其是對(duì)水利水電工程、路橋工程、地下基礎(chǔ)工程所使用的混凝土來說，是不可忽視的一項(xiàng)耐久性指標(biāo)或性質(zhì)。國內(nèi)外大量工程實(shí)踐和試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，混凝土堿骨料反應(yīng)發(fā)生的首要條件是混凝土粗細(xì)骨料中含有堿活性骨料；其二是混凝土中堿含量超過3kg/m3，所謂堿含量是指Na2O和K2O的含量，通常以R2O=Na2O+0.658k2O形式表達(dá)，混凝土中Na2O和K2O主要來自于水泥和外加劑；混凝土堿骨料反應(yīng)發(fā)生的第三個(gè)條件是有水或混凝土處于潮濕環(huán)境條件，這對(duì)水工混凝土、路橋混凝土、地下基礎(chǔ)混凝土是一個(gè)必然充分的條件，因此水工混凝土等要優(yōu)先重視這個(gè)技術(shù)性質(zhì)。在這里須強(qiáng)調(diào)，混凝土堿骨料反應(yīng)發(fā)生必須具備上述三個(gè)條件，缺一不可。在新疆和我國北方地區(qū)，由于水泥所使用的原料——粘土或頁巖本身含堿高，所以生產(chǎn)出來的水泥含堿就高，一般都屬于高堿水泥(R2O>0.6％)。另外，現(xiàn)在普遍使用的許多外加劑，如減水劑、膨脹劑、防凍劑多含Na、K堿金屬化學(xué)物質(zhì)，使這些外加劑堿含量也高。對(duì)混凝土堿骨料反應(yīng)發(fā)生唯一不確定的條件或因素只有工程所使用砂石骨料或其料場是否有堿活性骨料，通過相關(guān)規(guī)程所規(guī)定的檢測(cè)方法，例如巖相法、砂漿棒快速法、化學(xué)法等可檢測(cè)或鑒定出骨料的活性成分。一旦確定條件必備或骨料堿活性情況不明，如何防治或預(yù)防?這對(duì)水利水電、路橋、地下基礎(chǔ)等混凝土工程是一個(gè)關(guān)鍵問題。國內(nèi)外研究已得出的成果是：只要在混凝土中摻加30%的粉煤灰或摻加40%礦渣或摻加10%的硅灰就可有效地抑制堿骨料反應(yīng)。上述摻量的粉煤灰、礦渣或硅灰摻和料之所以能抑制混凝土堿骨料反應(yīng)的原理就是活性混合材吸收水泥和外加劑堿或堿性物質(zhì)發(fā)生火山灰效應(yīng)，而且這種效應(yīng)是在混凝土凝結(jié)硬化過程中發(fā)生，這說明這些堿含量有利于激發(fā)上述摻和料的活性，并有利于混凝土強(qiáng)度和耐久性的提高；從摻和料對(duì)堿骨料反應(yīng)的抑制作用看，實(shí)際上是上述摻和料吸收和消耗了混凝土中的堿含量并使堿含量在安全線以下，使混凝土堿骨料反應(yīng)發(fā)生的條件不完備。高性能混凝土所使用的超細(xì)摻和料除了硅灰無需加工外，粉煤灰通常采用加工的優(yōu)質(zhì)Ⅰ級(jí)灰和Ⅱ級(jí)灰，礦渣則使用加工的礦渣粉，細(xì)度細(xì)，比表面積大，使用時(shí)又是大摻量，其抑制混凝土堿骨料反應(yīng)的效應(yīng)都優(yōu)于上述研究成果。(8)超細(xì)摻和料的經(jīng)濟(jì)效益高性能混凝土中一般以大摻量超細(xì)摻和料等量替代水泥方式摻加，從強(qiáng)度發(fā)展角度看，Ⅰ級(jí)粉煤灰最佳摻量為30%，S75礦渣粉最佳摻量為40%。這些摻和料價(jià)格都大大低于水泥出廠價(jià)格，其降低混凝土成本而為工程節(jié)約投資的效益是顯著的。如果混凝土工程有抗侵蝕或抑制混凝土堿骨料反應(yīng)要求，采用摻加超細(xì)摻和料的高性能混凝土代替抗硫酸鹽水泥混凝土或低堿水泥配制的混凝土，不僅能完全滿足相應(yīng)技術(shù)要求，還會(huì)大大降低工程造價(jià)，使工程技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益俱佳。例如頂山隧洞工程、洞壁全用泵送混凝土襯砌，有抗硫酸鹽侵蝕要求，確定采用摻40%礦渣粉高性能混凝土，混凝土配合比設(shè)計(jì)1m3混凝土使用32.5普通水泥(屯河)192kg、礦渣粉128kg、水膠比0.41、RH-9泵送劑1.5%。如果工程使用抗硫酸鹽水泥配制的抗侵蝕混凝土，則其1m3混凝土要使用抗硫水泥320kg，該水泥當(dāng)時(shí)出廠單價(jià)430元/t，1m3混凝土膠凝材料費(fèi)用為137.6元；32.5普通水泥(P.O)出廠單價(jià)270元/t，礦渣粉單價(jià)200元/t，高性能混凝土中膠凝材料(包括32.5P.O水泥192kg和礦渣粉128kg)的費(fèi)用需77.44元。頂山隧洞工程使用的水泥均為屯河水泥，礦渣粉產(chǎn)于八鋼，它們運(yùn)費(fèi)單價(jià)相同。僅就高性能混凝土和抗硫酸鹽水泥混凝土膠凝材料相比較，高性能混凝土1m3的膠凝材料費(fèi)用(77.44元)比抗硫水泥混凝土膠凝材料費(fèi)用(137.6元)節(jié)約60.16元；頂山隧洞長15.98公里，混凝土總工程量約17萬m3，由于使用摻40%礦渣粉高性能混凝土，就為工程節(jié)約資金1022.72萬元，其經(jīng)濟(jì)效益非常顯著，同時(shí)，試驗(yàn)研究證明，高性能混凝土抗侵蝕性還優(yōu)于抗硫水泥混凝土。3.2.3超細(xì)摻和料的選擇與使用高性能混凝土中的超細(xì)摻和料的摻量一般較大，因此超細(xì)摻和料品種選擇首先要遵守就近原則，當(dāng)?shù)鼗蚓徒惺裁雌贩N的超細(xì)摻和料，就盡量優(yōu)先選擇使用這些材料，以利減少運(yùn)輸費(fèi)用，降低混凝土工程造價(jià)，便于推廣高性能混凝土的應(yīng)用。同時(shí)要注意選擇供應(yīng)與來源有保障的超細(xì)摻和料品種，以免供應(yīng)無保障而影響工程建設(shè)的正常進(jìn)行。在選擇超細(xì)摻和料品種時(shí)，還應(yīng)考慮混凝土結(jié)構(gòu)所處的工作環(huán)境對(duì)高性能混凝土的技術(shù)要求。因?yàn)楦鞣N超細(xì)摻和料既具有化學(xué)活性的共同點(diǎn)外，還會(huì)因各自化學(xué)活性成分與顆粒形貌形態(tài)的差異、細(xì)度或比表面積大小不一等而在活性和其它性能上存在差別與不同，從而在滿足混凝土技術(shù)要求上所表現(xiàn)或發(fā)揮的技術(shù)效應(yīng)不同。就化學(xué)活性大小而言，硅灰最高，礦渣粉和鋰渣粉次之，粉煤灰較低，因此配制高強(qiáng)高性能混凝土應(yīng)優(yōu)選硅灰，其次可選礦渣粉或鋰渣粉；就水化熱高低區(qū)分，粉煤灰最低，硅灰最高，礦渣粉和鋰渣粉處于前二者之間，因此，大體積的高性能混凝土應(yīng)采用粉煤灰超細(xì)摻和料，避免使用硅灰；就超細(xì)摻和料在混凝土中改善或提高抗侵蝕的效應(yīng)大小來劃分，由于粉煤灰（低鈣）和硅灰中的活性成分CaO低，它們的抗侵蝕效應(yīng)高于礦渣粉；就滿足混凝土的抗裂性來看，粉煤灰的抗裂性最優(yōu)，硅灰最差，因?yàn)榉勖夯业男杷孕。钥s和干縮相對(duì)小，而硅灰需水性大且干縮也大。在選擇超細(xì)摻和料品種時(shí)，在首先重視超細(xì)摻和料的性能特點(diǎn)的同時(shí)，也要關(guān)注其價(jià)格。由于各自的加工成本高低不同，粉煤灰價(jià)格一般最低，硅灰最高，礦渣粉和鋰渣粉略高于Ⅰ級(jí)粉煤灰。通常情況下，除硅灰外，其余超細(xì)摻和料價(jià)格都低于32.5普通水泥和復(fù)合水泥。在高性能混凝土中，可以單摻一種超細(xì)摻和料，也可以復(fù)合兩種或三種超細(xì)摻和料，復(fù)合使用能發(fā)揮各種摻和料的特點(diǎn)，起到互補(bǔ)作用，例如硅灰和粉煤灰、礦渣粉和粉煤灰復(fù)合使用，既能克服粉煤灰早期強(qiáng)度低的弱勢(shì)，又能發(fā)揮粉煤灰低水化熱和抗裂的優(yōu)勢(shì)。各種超細(xì)摻和料的適宜摻量須通過試驗(yàn)確定。從影響高性能混凝土強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果來看，Ⅰ級(jí)粉煤灰最佳摻量一般為30%左右，比表面積在450m2/kg左右的礦渣粉最佳摻量為40%，硅灰為10%；當(dāng)對(duì)混凝土不要求高強(qiáng)度時(shí)，前兩種超細(xì)摻和料的摻量可適當(dāng)增減。在高性能混凝土中使用超細(xì)摻和料時(shí)，盡管它們?cè)诨炷林挟a(chǎn)生很多積極的技術(shù)效應(yīng)，而且這些效應(yīng)占主導(dǎo)，但也要注意其可能產(chǎn)生的負(fù)面效應(yīng)。因?yàn)槌?xì)摻和料既有優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，也有弱勢(shì)的特征，具有兩重性。例如，超細(xì)摻和料易使高性能混凝土表層產(chǎn)生塑性收縮和較大的自生干燥收縮，導(dǎo)致混凝土發(fā)生早期微裂縫，這種微裂縫往往是混凝土開裂的誘導(dǎo)縫。因此在使用中要注意采用一些輔助技術(shù)措施，充分發(fā)揮超細(xì)摻和料的優(yōu)勢(shì)，避免弱勢(shì)，做到“揚(yáng)長避短”。例如前述的負(fù)面效應(yīng)可用即時(shí)保濕養(yǎng)護(hù)和二次抹壓等措施來降低。3.3高效減水劑與其它外加劑高性能混凝土應(yīng)用實(shí)踐證明，要使低水膠比的高性能混凝土拌和物具有較大的流動(dòng)性而易于施工操作和質(zhì)地均勻密實(shí)，必須摻加高效減水劑或高性能減水劑。因此，高效減水劑或高性能減水劑是高性能混凝土必要的組分。高效減水劑或高性能減水劑的品種很多，適用于高性能混凝土的高效減水劑或高性能減水劑應(yīng)該是減水率大，同時(shí)還能減緩混凝土拌和物坍落度損失，所以，選擇高效減水劑或高性能減水劑也是一項(xiàng)重要工作。根據(jù)減水劑的作用機(jī)理，減水劑實(shí)際是水泥的分散劑，減水劑品種的選擇通常是通過減水劑和水泥的適應(yīng)性(亦稱相容性)試驗(yàn)來確定，該試驗(yàn)方法詳見GB50119-2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》附錄A“混凝土外加劑對(duì)水泥的適應(yīng)性檢測(cè)方法”。對(duì)于摻加超細(xì)摻和料的高性能混凝土應(yīng)該進(jìn)行高效減水劑或高性能減水劑與水泥的適應(yīng)性試驗(yàn)，還應(yīng)進(jìn)行高效減水劑或高性能減水劑與膠凝材料(水泥+超細(xì)摻和料)的適應(yīng)性試驗(yàn)，應(yīng)該選擇與水泥或膠凝材料適應(yīng)性好的高效減水劑或高性能減水劑品種。所謂“適應(yīng)性”好的標(biāo)志是減水劑摻量少、流動(dòng)度大、流動(dòng)度損失小。關(guān)于減水劑與水泥的適應(yīng)性請(qǐng)參看有關(guān)培訓(xùn)教材內(nèi)容。經(jīng)實(shí)踐證明，水膠比在0.40～0.30之間的高性能混凝土宜采用高效減水劑；水膠比為0.30及其以下的高性能混凝土宜采用高性能減水劑。高性能減水劑通常為聚羧酸系高效減水劑。對(duì)于有抗凍、抗侵蝕等耐久性要求的高性能混凝土還應(yīng)同時(shí)復(fù)合使用引氣劑，特別是摻加粉煤灰的高性能混凝土。對(duì)于高強(qiáng)抗磨的高性能混凝土，在有受力鋼筋約束的條件下，應(yīng)同時(shí)使用高效減水劑和膨脹劑。對(duì)于大體積混凝土又在高溫季節(jié)施工，應(yīng)摻加緩凝劑和高效減水劑。3.4骨料新疆的天然砂石非常豐富，分布也廣，經(jīng)過篩分、水洗加工后符合DL/T5144-2001水工混凝土用砂石標(biāo)準(zhǔn)或JGJ52-2006規(guī)范中C30及其C30以上普通混凝土用砂石標(biāo)準(zhǔn)或GB/T14684-2001與GB/T14685-2001標(biāo)準(zhǔn)中Ⅰ、Ⅱ類建筑用砂、用石標(biāo)準(zhǔn)要求的骨料均可用于高性能混凝土。上述三個(gè)規(guī)范對(duì)砂、石的品質(zhì)要求見表3-11、表3-12。

表3-11砂（包括天然砂、人工砂）的品質(zhì)要求DL/T5144-2001JGJ52-2006GB/T14684-2001Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類適用范圍水工混凝土≥C60C55～C30≤C25＞C60C60～C30＜C30含泥量(按質(zhì)量計(jì))%≥C9030和有抗凍要求≤3.0＜C9030≤5.0≤2..0≤3.0≤5.0＜1.0＜3.0＜5.0泥塊含量(按質(zhì)量計(jì))%不允許≤0.5≤1.0≤2.00＜1.0＜2.0人工砂(包括混合砂)石粉含量%MB值<1.40(合格)6～18≤5.0≤7.0≤10.0＜3.0＜5.0＜7.0MB值≥1.40(不合格)≤2.0≤3.0≤5.0＜1.0＜3.0＜5.0云母含量（按質(zhì)量計(jì)）%≤2.0≤2.0＜1.0＜2.0＜2.0輕物質(zhì)（按質(zhì)量計(jì)）%天然砂≤1.0≤1.0＜1.0＜1.0＜1.0有機(jī)物（比色法）天然砂淺于標(biāo)準(zhǔn)色，人工砂不允許淺于標(biāo)準(zhǔn)色，當(dāng)顏色深于標(biāo)準(zhǔn)色，按水泥膠砂強(qiáng)度法，進(jìn)行強(qiáng)度比試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度比不小于0.95合格（淺于標(biāo)準(zhǔn)色）硫化物及硫酸鹽（按SO3質(zhì)量計(jì)）%≤1.0≤1.0＜0.5＜0.5＜0.5氯化物（以氯離子質(zhì)量計(jì)）%對(duì)鋼筋砼用砂Cl-≤0.06＜0.01＜0.02＜0.06堅(jiān)固性指標(biāo)（質(zhì)量損失）%有抗凍要求砼≤8嚴(yán)寒、寒冷、潮濕及干濕交替狀態(tài)下砼；抗疲勞、耐磨、抗沖砼；有腐蝕介質(zhì)作用，水位變化區(qū)的地下結(jié)構(gòu)砼≤8＜8＜8＜10人工砂壓碎指標(biāo)%＜30＜20＜25＜30表觀密度(kg/m3)≥2500＞2500松散堆積密度(kg/m3)＞1350空隙率%＜47堿骨料反應(yīng)檢測(cè)必檢對(duì)于潮濕環(huán)境混凝土用砂必檢規(guī)定齡期膨脹率小于0.1%備注：表中MB——代表人工砂中亞甲藍(lán)測(cè)定值。

表3-12卵石、碎石的品質(zhì)要求DL/T5144-2001JGJ52-2006GB/T14684-2001Ⅰ類Ⅱ類Ⅲ類適用范圍水工混凝土≥C60C55～C30≤C25＞C60C60～C30＜C30含泥量(按質(zhì)量計(jì))%D20、D40粒徑級(jí)≤1.0≤0.5≤1.0≤2.0＜0.5＜1.0＜1.5泥塊含量(按質(zhì)量計(jì))%不允許≤0.2≤0.5≤0.70＜0.5＜0.7針片狀顆粒含量（按質(zhì)量計(jì)）%≤15≤8≤15≤25＜5＜15＜25有害物質(zhì)含量有機(jī)物（比色法）淺于標(biāo)準(zhǔn)色，如深于標(biāo)準(zhǔn)色應(yīng)進(jìn)行混凝土強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度比不應(yīng)低于0.95淺于標(biāo)準(zhǔn)色，當(dāng)顏色深于標(biāo)準(zhǔn)色，應(yīng)進(jìn)行強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度比不小于0.95合格（淺于標(biāo)準(zhǔn)色）≤0.5≤1.0＜0.5＜1.0＜1.0堅(jiān)固性指標(biāo)(質(zhì)量損失)%有抗凍要求的混凝土無抗凍要求的混凝土嚴(yán)寒、寒冷、潮濕及干濕交替狀態(tài)下的砼；有腐蝕或地下水位變化區(qū)的地下結(jié)構(gòu)砼；耐磨抗沖擊砼≤8＜5＜8＜12≤5≤12其他條件下的砼≤12碎石巖石抗壓強(qiáng)度(Mpa)碎石、巖石強(qiáng)度應(yīng)比配制的混凝土強(qiáng)度至少高出20%；≥C60混凝土應(yīng)進(jìn)行巖石抗壓強(qiáng)度檢驗(yàn)火成巖≮80Mpa變質(zhì)巖≮60Mpa沉積巖（水成巖）≮30Mpa壓碎指標(biāo)(%)碎石壓碎指標(biāo)見表3-11附表見表3-11附表＜10＜20＜30卵石壓碎指標(biāo)C9055～C9240≤C9035≤12≤16C60～C40砼≤C35≤12≤16＜12＜16＜16表觀密度、堆積密度、空隙率、吸水率表觀密度≥2550kg/m3吸水率≤2.5%表觀密度大于2500kg/m3，松堆密度大于1350kg/m3，空隙率小于47%堿骨料反應(yīng)必須進(jìn)行料場骨料堿活性檢驗(yàn)對(duì)于潮濕環(huán)境的混凝土應(yīng)進(jìn)行骨料堿活性檢驗(yàn)規(guī)定齡期的膨脹率應(yīng)小于0.10%

表3-12附表碎石的壓碎值指標(biāo)巖石品種混凝土強(qiáng)度等級(jí)碎石壓碎值指標(biāo)（%）沉積巖（水成巖）C60～C40≤10≤C35≤16變質(zhì)巖或深成的火成巖（巖漿巖）C60～C40≤12≤C35≤20噴出的火成巖（巖漿巖）C60～C40≤13≤C35≤30砂應(yīng)質(zhì)地堅(jiān)硬、清潔、級(jí)配良好；細(xì)度模數(shù)宜在2.2～3.0范圍內(nèi)；含泥量≤3%、表觀密度≥2500kg/m3、硫化物硫酸鹽含量(以S03計(jì))≤1%、云母含量≤2%、輕物質(zhì)含量≤1%、堅(jiān)固性≤8%。粗骨料—石(礫石或卵石)的最大粒徑不要超過40mm：含泥量≤1%、表觀密度≥2550kg/m3、硫化物及硫酸鹽含量≤O.5%、針片狀顆粒含量≤15%、堅(jiān)固性≤5%；顆粒級(jí)配良好，嚴(yán)格控制各級(jí)骨料的超、遜徑含量，以原孔篩檢驗(yàn)，其控制標(biāo)準(zhǔn)：超徑小于5%，遜徑小于10)%：壓碎指標(biāo)≤12%。對(duì)于高強(qiáng)抗磨的高性能混凝土的粗骨料宜用最大粒徑小于40mm的碎石。4高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)高性能混凝土是以耐久性作為主要設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)，所以其配合比設(shè)計(jì)是以滿足所要求的耐久性來合理確定各項(xiàng)原材料的比例用量。鑒于高性能混凝土的發(fā)展歷史很短，所積累的經(jīng)驗(yàn)甚少，加上高性能混凝土的組成材料比普通混凝土復(fù)雜，因此高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)最可靠的方法還是全面的試驗(yàn)試配法。根據(jù)高性能混凝土采用低水膠比、摻加高效減水劑和大摻量超細(xì)摻和料的配制特點(diǎn)，全面試驗(yàn)進(jìn)行混凝土配合比設(shè)計(jì)的程序如下：第一步，根據(jù)工程對(duì)混凝土耐久性的技術(shù)要求，選擇確定水泥品種及強(qiáng)度等級(jí)；同時(shí)按就近原則選擇超細(xì)摻和料；對(duì)水泥和超細(xì)摻和料進(jìn)行全面檢驗(yàn)。第二步，選擇符合GB8076-1999《混凝土外加劑》標(biāo)準(zhǔn)的高效減水劑不同品種，與工程確定使用的水泥或水泥加超細(xì)摻和料進(jìn)行適應(yīng)性試驗(yàn)。通過適應(yīng)性試驗(yàn)，至少選擇出兩種適應(yīng)性好的高效減水劑，爾后比較價(jià)格，最后確定出價(jià)格較低、適應(yīng)性好(即摻量少、流動(dòng)度大、流動(dòng)度損失小)的高效減水劑供混凝土配合比設(shè)計(jì)試驗(yàn)使用或工程采用。對(duì)有抗凍、抗侵蝕等技術(shù)要求的高性能混凝土還應(yīng)選擇試驗(yàn)用的引氣劑等外加劑。第三步，對(duì)混凝土使用的粗細(xì)骨料進(jìn)行全面試驗(yàn)檢驗(yàn)，必須符合高性能混凝土對(duì)砂石材料的技術(shù)要求。第四步，初步選擇高