高強(qiáng)高性能混凝土

（一）高強(qiáng)高性能混凝土的原材料（1）水泥水泥的品種通常選用硅酸鹽水泥和普通水泥，也可采用礦渣水泥等。強(qiáng)度等級(jí)選擇一般為：C50～C60混凝土宜用強(qiáng)度等級(jí)42.5；C80以上選用52.5水泥。1m3混凝土中的水泥用量要控制在500kg以內(nèi)，且盡可能降低水泥用量。水泥和礦物摻合料的總量不應(yīng)大于600kg/m3。（2）摻合料1．硅粉：它是生產(chǎn)硅鐵時(shí)產(chǎn)生的煙灰，故也稱硅灰，是高強(qiáng)混凝土配制中應(yīng)用最早、技術(shù)最成熟、應(yīng)用較多的一種摻合料。硅粉中活性SiO2含量達(dá)90%以上，比表面積達(dá)15000m2/kg以上，火山灰活性高，且能填充水泥的空隙，從而極大地提高混凝土密實(shí)度和強(qiáng)度。硅灰的適宜摻量為水泥用量的5%～10%。研究結(jié)果表明，硅粉對(duì)提高混凝土強(qiáng)度十分顯著，當(dāng)外摻6～8%的硅灰時(shí)，混凝土強(qiáng)度一般可提高20%以上，同時(shí)可提高混凝土的抗?jié)B、抗凍、耐磨、耐堿－骨料反應(yīng)等耐久性能。但硅灰對(duì)混凝土也帶來不利影響，如增大混凝土的收縮值、降低混凝土的抗裂性、減小混凝土流動(dòng)性、加速混凝土的坍落度損失等。2．磨細(xì)礦渣：通常將礦渣磨細(xì)到比表面積350m2/kg以上，從而具有優(yōu)異的早期強(qiáng)度和耐久性。摻量一般控制在20%～50%之間。礦粉的細(xì)度越大，其活性越高，增強(qiáng)作用越顯著，但粉磨成本也大大增加。與硅粉相比，增強(qiáng)作用略遜，但其它性能優(yōu)于硅粉。3．優(yōu)質(zhì)粉煤灰：一般選用I級(jí)灰，利用其內(nèi)含的玻璃微珠潤滑作用，降低水膠比，以及細(xì)粉末填充效應(yīng)和火山灰活性效應(yīng)，提高混凝土強(qiáng)度和改善綜合性能。摻量一般控制在20%～30%之間。I級(jí)粉煤灰的作用效果與礦粉相似，且抗裂性優(yōu)于礦粉。4．沸石粉：天然沸石含大量活性SiO2和微孔，磨細(xì)后作為混凝土摻合料能起到微粉和火山灰活性功能，比表面積500m2/kg以上，能有效改善混凝土粘聚性和保水性，并增強(qiáng)了內(nèi)養(yǎng)護(hù)，從而提高混凝土后期強(qiáng)度和耐久性，摻量一般為5%～15%。5．偏高嶺土：偏高嶺土是由高嶺土在700～800℃條件下脫水制得的白色粉末，平均粒徑1～2μm，SiO2和Al2O3含量90%以上，特別是Al2O3較高。在混凝土中的作用機(jī)理與硅粉及其他火山灰相似，除了微粉的填充效應(yīng)和對(duì)硅酸鹽水泥的加速水化作用外，主要是活性SiO2和Al2O3與Ca（OH）2作用生成CSH凝膠和水化鋁酸鈣（C4AH13、C3AH6）水化硫鋁酸鈣（C2AH8）。由于其極高的火山灰活性，故有超級(jí)火山灰之稱。研究結(jié)果表明，摻入偏高嶺土能顯著提高混凝土的早期強(qiáng)度和長期抗壓強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度及劈裂抗拉強(qiáng)度。由于高活性偏高嶺土對(duì)鉀、鈉和氯離子的強(qiáng)吸附作用和對(duì)水化產(chǎn)物的改善作用，能有效抑制混凝土的堿－骨料反應(yīng)和提高抗硫酸鹽腐蝕能力。我國《高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736）規(guī)定了用于高強(qiáng)高性能混凝土有礦物外加劑的技術(shù)性能要求。見表1。表1

高強(qiáng)高性能混凝土用礦物外加劑的技術(shù)要求試驗(yàn)項(xiàng)目指標(biāo)磨細(xì)礦渣磨細(xì)粉煤灰磨細(xì)天然沸石硅灰ⅠⅡⅢⅠⅡⅠⅡ化學(xué)性能MgO/%≤141－－SO3/%≤43－－燒失量/%≤358－6Cl/%≤0.020.020.020.02SiO2/%≥－－－85吸銨值/mmol/100g≥－－130100－物理性能比表面積/m2/kg≥75055035060040070050015000含水率/%≤1.01.0－－3膠砂性能需水量比/%≤10095105110115125活性指數(shù)3d/%≥857055－－－－－7d/%≥10085758075－－－28d/%≥1151051009085908585（3）外加劑高效減水劑（或泵送劑）是高強(qiáng)高性能混凝土最常用的外加劑品種，減水率一般要求大于20%，以最大限度降低水膠比，提高強(qiáng)度。為改善混凝土的施工和易性及提供其它特殊性能，也可同時(shí)摻入引氣劑、緩凝劑、防水劑、膨脹劑、防凍劑等。摻量可根據(jù)不同品種和要求根據(jù)需要選用。（4）砂、石料一般宜選用級(jí)配良好的中砂，細(xì)度模數(shù)宜大于2.6。含泥量不應(yīng)大于1.5%，當(dāng)配制C70以上混凝土，含泥量不應(yīng)大于1.0%。有害雜質(zhì)控制在國家標(biāo)準(zhǔn)以內(nèi)。石子宜選用碎石，最大骨料粒徑一般不宜大于25mm，強(qiáng)度宜大于混凝土強(qiáng)度的1.20倍。對(duì)強(qiáng)度等級(jí)大于C80的混凝土，最大粒徑不宜大于20mm。針片狀含量不宜大于5%，含泥量不應(yīng)大1.0%，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)大于C100的混凝土，含泥量不應(yīng)大于0.5%。（二）高強(qiáng)高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)高強(qiáng)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)理論尚不完善，一般可尊循下列原則進(jìn)行。（1）水膠比W/C普通混凝土配合比設(shè)計(jì)中的鮑羅米公式對(duì)C60以上的混凝土已不盡適用，但水膠比仍是決定混凝土強(qiáng)度的主要因素，目前尚無完善的公式可供選用，故配合比設(shè)計(jì)時(shí)通常根據(jù)設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、原材料和經(jīng)驗(yàn)選定水膠比。（2）用水量和水泥用量普通水泥中用水量根據(jù)坍落度要求、骨料品種、粒徑選擇。高強(qiáng)度高性能混凝土可參考執(zhí)行，當(dāng)由此確定的用水量導(dǎo)致水泥或膠凝材料總用量過大時(shí)，可通過調(diào)整減水劑品種或摻量來降低用水量或膠凝材料用量。也可以根據(jù)強(qiáng)度和耐久性要求，首先確定水泥或膠凝材料用量，再由水膠比計(jì)算用水量，當(dāng)流動(dòng)性不能滿足設(shè)計(jì)要求時(shí)，再通過調(diào)整減水劑品種或摻量加以調(diào)整。（3）砂率對(duì)泵送高強(qiáng)混凝土，砂率的選用要考慮可泵性要求，一般為35%～45%，在滿足施工工藝和施工和易性要求時(shí)，砂率宜盡量選小些，以降低水泥用量。從原則上來說，砂率宜通過試驗(yàn)確定最優(yōu)砂率。（4）高效減水劑高效減水劑的品種選擇原則，除了考慮減水率大小外，尚要考慮對(duì)混凝土坍落度損失、保水性和粘聚性的影響，更要考慮對(duì)強(qiáng)度、耐久性和收縮的影響。減水劑的摻量可根據(jù)減水率的要求，在允許摻量范圍內(nèi)，通過試驗(yàn)確定。但一般不宜因減水的需要而超量摻用。（5）摻合料其摻量通常根據(jù)混凝土性能要求和摻合料品種性能，結(jié)合原有試驗(yàn)資料和經(jīng)驗(yàn)選擇并通過試驗(yàn)確定。其他設(shè)計(jì)計(jì)算步驟與普通混凝土基本相同。（三）高強(qiáng)高性能混凝土的主要技術(shù)性質(zhì)（1）高強(qiáng)混凝土的早期強(qiáng)度高，但后期強(qiáng)度增長率一般不及普通混凝土。故不能用普通混凝土的齡期—強(qiáng)度關(guān)系式（或圖表），由早期強(qiáng)度推算后期強(qiáng)度。如C60～C80混凝土，3天強(qiáng)度約為28天的60%～70%；7天強(qiáng)度約為28天的80%～90%。（2）高強(qiáng)高性能混凝土由于非常致密，故抗?jié)B、抗凍、抗碳化、抗腐蝕等耐久性指標(biāo)均十分優(yōu)異，可極大地提高混凝土結(jié)構(gòu)物的使用年限。（3）由于混凝土強(qiáng)度高，因此構(gòu)件截面尺寸可大大減小，從而改變“肥梁胖柱”的現(xiàn)狀，減輕建筑物自重，簡化地基處理，并使高強(qiáng)鋼筋的應(yīng)用和效能得以充分利用。（4）高強(qiáng)混凝土的彈