高性能混凝土探析

李 超 郭艷坤

1河南省省直機(jī)關(guān)房屋建設(shè)開發(fā)公司（450003） 2中州大學(xué)（450044）

1 高性能混凝土產(chǎn)生的背景

混凝土作為用量最大的人造材料，不能不考慮它的使用對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。盡管與鋼材、鋁材、塑料等其它建筑材料相比，生產(chǎn)混凝土所消耗的能源和造成的污染相對(duì)較小或小得多，混凝土本身也是一種潔凈材料，但由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少地方造成資源破壞并嚴(yán)重影響環(huán)境和天然景觀。另一方面，如何處置費(fèi)舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環(huán)境帶來威脅。

因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料，充分考慮廢棄混凝土的再生利用。未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強(qiáng)都意味著節(jié)約資源?！案咝阅芑炷痢闭窃谶@種背景下產(chǎn)生的。

2 高性能混凝土的概念及性能研究

2.1 高性能混凝土的概念

歐洲混凝土學(xué)會(huì)和國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會(huì)將HPC定義為水膠比低于0.40的混凝土；在日本，將高流態(tài)的自密實(shí)混凝土（即免振混凝土）稱為HPC；中國土木工程學(xué)會(huì)高強(qiáng)與高性能混凝土委員會(huì)將HPC定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的混凝土。在不同的國家，不同的學(xué)者或工程技術(shù)人員,對(duì)HPC的理解有所差異，如美國學(xué)者更強(qiáng)調(diào)高強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，歐洲學(xué)者更注重耐久性,而日本學(xué)者偏重于高工作性，但他們的基本點(diǎn)都是高耐久性。

2.2 高性能混凝土的性能

與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨(dú)特的性能:

1）耐久性。高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少混凝土內(nèi)部的空隙,能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠的工作更長時(shí)間。

2）工作性。坍落度是評(píng)價(jià)混凝土工作性的主要指標(biāo)，HPC的坍落度控制功能好，在振搗的過程中，高性能混凝土黏性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振動(dòng)時(shí)間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時(shí)，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，其水泥漿的黏性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。

3）力學(xué)性能。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料,強(qiáng)度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，對(duì)于普通混凝土，隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，高性能混凝土中的高效減水劑對(duì)水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在高性能混凝土中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙,改善界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)度，從而提高強(qiáng)度。

4）體積穩(wěn)定性。高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。

3 高性能混凝土原材料及其選用

1）細(xì)集料。細(xì)集料宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、級(jí)配良好的天然中、粗河砂,其質(zhì)量要求應(yīng)符合普通混凝土用砂石標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。砂的粗細(xì)程度對(duì)混凝土強(qiáng)度有明顯的影響,一般情況下,砂子越粗,混凝土的強(qiáng)度越高。配制C50～C80的混凝土用砂宜選用細(xì)度模數(shù)大于2.3的中砂,對(duì)于C80～C100的混凝土用砂宜選用細(xì)度模數(shù)大于2.6的中砂或粗砂。

2）粗集料。高性能混凝土必須選用強(qiáng)度高、吸水率低、級(jí)配良好的粗集料。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖碎石,級(jí)配符合規(guī)范要求。由于高性能混凝土要求強(qiáng)度較高,就必須使粗集料具有足夠高的強(qiáng)度，一般粗集料強(qiáng)度應(yīng)為混凝土強(qiáng)度的115倍～210倍或控制壓碎指標(biāo)值＞10%。最大粒徑不應(yīng)大于25 mm,以10～20 mm為佳,這是因?yàn)?較小粒徑的粗集料,其內(nèi)部產(chǎn)生缺陷的幾率減小,與砂漿的粘結(jié)面積增大,且界面受力較均勻。另外,粗集料還應(yīng)注意集料的粒型、級(jí)配和巖石種類,一般采取連續(xù)級(jí)配,其中尤以級(jí)配良好、表面粗糙的石灰?guī)r碎石為最好。粗集料的線膨脹系數(shù)要盡可能小，這樣能大大減小溫度應(yīng)力,從而提高混凝土的體積穩(wěn)定性。

3）細(xì)摻合料。配制高性能混凝土?xí)r,摻入活性細(xì)摻合料可以使水泥漿的流動(dòng)性大為改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石強(qiáng)度有所提高。在高性能混凝土中常用的活性細(xì)摻合料有硅粉、磨細(xì)礦渣粉、粉煤灰、天然沸石粉等。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、細(xì)度低、需水量低的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài)下迅速水淬冷卻而成的,用于高性能混凝土的磨細(xì)礦渣細(xì)度大于水泥,能提高混凝土的工作性和耐久性。硅粉是電爐法生產(chǎn)硅鐵合金所排放的煙道灰,SiO2含量大于90%，平均粒徑約011μm，比表面積>20 000 m2/kg,借助大劑量高效減水劑和強(qiáng)力攪拌作用,可以填充到水泥或其他摻合料的間隙中去，并且具有很高的活性，在各種摻合料中對(duì)混凝土的增強(qiáng)作用最為顯著，是國際上制備超高強(qiáng)混凝土最通用的超細(xì)活性摻合料。

4）減水劑及緩凝劑。由于高性能混凝土具有較高的強(qiáng)度,且一般混凝土拌合物的坍落度較大(15～20 cm左右)，在低水膠比(一般＜0.35)一般的情況下,要使混凝土具有較大的坍落度，就必須使用高效減水劑,且其減水率宜在20%以上。有時(shí)為減少混凝土坍落度的損失,在減水劑內(nèi)還宜摻有緩凝的成份。

5）礦物摻合料。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下幾個(gè)方面:①填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層,產(chǎn)生“滾珠潤滑”效應(yīng);②對(duì)水泥顆粒起物理分散作用,使其分布得更均勻;③粉煤灰和聚集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng),生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物,加強(qiáng)了薄弱的過渡區(qū),對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有明顯作用;④粉煤灰延緩了水化速度,減小混凝土因水化熱引起的溫升,對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利；⑤可減小混凝土溫度開裂的危險(xiǎn),同時(shí)由于加快了火山灰反應(yīng),還可提高28 d強(qiáng)度。值得注意的是,粉煤灰的水泥取代率對(duì)強(qiáng)度影響顯著,較好的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的水泥取代率應(yīng)小于10%。硅粉的加入,對(duì)混凝土的性能的影響主要有:①改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量;②提高了混凝土的強(qiáng)度,增大了彈性模量和混凝土的干縮;③提高了混凝土的耐久性。另外,在配制硅粉混凝土?xí)r必須注意:①由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土?xí)r,一般要摻加減水劑。在選擇減水劑時(shí),應(yīng)使之與所用的水泥具有相容性,否則,容易影響混凝土的工作性能。同時(shí),根據(jù)減水劑性能及需求的減水需求來選擇合適的摻量；②比表面積和活性SiO2含量是硅粉的重要指標(biāo),硅粉比表面積越大、活性SiO2含量越高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需選擇具有良好性能的硅粉；③硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大，配制高性能混凝土?xí)r應(yīng)采取補(bǔ)償收縮的措施,如摻加粉煤灰等。

4 結(jié)論

由于高性能混凝土具有良好的工作性、力學(xué)性及耐久性，發(fā)展形勢(shì)是良好的，但是要使高性能混凝土在建筑工程中推廣使用還需一個(gè)認(rèn)識(shí)和實(shí)踐的過程。隨著我國建筑領(lǐng)域新材料新技術(shù)的不斷發(fā)展，高性能混凝土必將成為重要建筑工程材料。

[1]吳中偉,廉慧珍.高性能混凝土[M].北京:中國鐵道出版社,1999.

[2]丁大鈞.高性能混凝土及其在工程中的應(yīng)用[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.

[3]陳肇元,等.混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2004.