淺析高性能混凝土的施工控制

馬永菊

中鐵大橋局集團(tuán)第二工程有限公司 210015

摘要：通過對(duì)高性能混凝土的觀察和研究，本文從原材料選用和施工工藝等方面論述了高性能混凝土在橋梁中的應(yīng)用及相關(guān)內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：高性能混凝土；耐久性；原材料；應(yīng)用

前 言

高性能混凝土（High performance concrete，簡稱HPC）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)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途要求，對(duì)下列性能重點(diǎn)予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能混凝土在配置上的特點(diǎn)是采用低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，且必須摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。加強(qiáng)混凝土的施工管理，提高混凝土的施工工藝，是確保混凝土質(zhì)量的重要措施。

高性能混凝土的施工工藝主要包括原材料控制、配合比要求、拌制工藝、輸送工藝、澆筑工藝和養(yǎng)護(hù)工藝。

一、原材料控制工藝及配合比要求

1 水泥

膠凝材料是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，水泥是高性能混凝土中的主要膠凝材料，也是決定混凝土強(qiáng)度高低的首要因素?；炷恋膹?qiáng)度主要取決于水泥石與骨料之間的粘結(jié)力。

選擇水泥主要考慮的技術(shù)條件：

（1）水泥的品種和水泥標(biāo)號(hào)；

（2）在正常養(yǎng)護(hù)條件下，水泥早期和后期強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律；

（3）在混凝土的使用環(huán)境中，水泥的穩(wěn)定性；

（4）水泥與高效外加劑的相互適應(yīng)性；

（5）水泥的其他特殊要求，如水化熱的限制、凝結(jié)時(shí)間、（耐蝕性）等。

具體技術(shù)指標(biāo)如下：水泥應(yīng)選用硅酸鹽水泥或普硅酸鹽水泥。水泥中C3A含量應(yīng)不大于8%，細(xì)度控制在10%，堿含量小于0.8%，氯離子含量小于O.1%。水泥中的C3A含量高、細(xì)度高，比表面積就會(huì)增大，混凝土的用水就會(huì)增加，從而造成混凝土落度損失過快，有時(shí)甚至?xí)霈F(xiàn)急凝和假凝現(xiàn)象，這不僅會(huì)影響混凝土的外觀質(zhì)量，同時(shí)也將直接影響其耐久性，為了更好地達(dá)到各項(xiàng)指標(biāo)，水泥的存放時(shí)間宜不少于3天。水泥進(jìn)場時(shí)應(yīng)對(duì)其品種、級(jí)別、包裝或散裝倉號(hào)、出廠日期等進(jìn)行檢查，應(yīng)對(duì)其強(qiáng)度、安定性及其它必要的性能指標(biāo)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，其質(zhì)量必須符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。當(dāng)在使用中對(duì)水泥質(zhì)量有懷疑或水泥出廠超過三個(gè)月時(shí)，應(yīng)進(jìn)行復(fù)驗(yàn)，并按復(fù)驗(yàn)結(jié)果使用。鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)、預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，嚴(yán)禁使用含氯化物的水泥。

2 摻合料

礦物摻和料對(duì)混凝土具有減水、活化、致密、潤滑、免疫、填充的作用，它能延緩水泥水化過程中水化粒子的凝聚，減輕坍落度損失。礦物摻合料選用品質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)品，礦物摻合料的品種宜為粉煤灰、磨細(xì)粉煤灰、礦渣粉或硅灰。

混凝土中礦物摻合料的質(zhì)量應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)。礦物摻合料的摻量應(yīng)通過試驗(yàn)確定。使用前應(yīng)檢查出廠合格證和進(jìn)場復(fù)驗(yàn)報(bào)告。粉煤灰是一種人工火山灰材料，是燃煤電廠煤粉爐煙道中收集的細(xì)顆粒粉末。按照國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，國產(chǎn)的粉煤灰分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個(gè)等級(jí)，主要是從細(xì)度、燒失量、需水量、三氧化硫、含水率五個(gè)方面予以區(qū)別。

高性能混凝土水膠比低，通過摻入不同品種、不同細(xì)度及不同數(shù)量的摻和料，取代混凝土中部分水泥后，會(huì)使混凝土的密實(shí)度高，體積穩(wěn)定性好，強(qiáng)度也高，故耐久性好。

水泥的水化反應(yīng)是一個(gè)漫長的過程，混凝土中有相當(dāng)一部分水泥僅起填充料的作用，混凝土中摻加過量的水泥，不僅無助于混凝土強(qiáng)度的提高，而且還會(huì)增加混凝土的水化熱，若未及時(shí)采取有效散熱措施還會(huì)使結(jié)構(gòu)本身產(chǎn)生裂縫，給工程帶來較大的質(zhì)量隱患和巨大的材料浪費(fèi)。在高性能混凝土的配置中，若加入適量的活性摻合料，既可以促進(jìn)水泥水化產(chǎn)物的進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，也可以提高混凝土配制強(qiáng)度、降低工程造價(jià)、改善高性能混凝土性能的效果。

3 粗細(xì)骨料

混凝土中摻用粗細(xì)骨料為一般性項(xiàng)目控制。

由天然巖石、卵石經(jīng)破碎、篩分而得的粒徑在5mm以上的顆粒，稱為碎石。對(duì)于普通混凝土來說，顆粒級(jí)配、強(qiáng)度、堅(jiān)固性和針片狀顆粒含量是主要的控制技術(shù)指標(biāo)。混凝土用的粗骨料，其最大顆粒粒徑不得超過構(gòu)件截面最小尺寸的1/4，且不得超過鋼筋最小凈間距的3/4。碎石粒徑宜為5mm-20mm，最大粒徑不應(yīng)超過25mm，級(jí)配良好，應(yīng)采用二級(jí)或多級(jí)配，顆粒形狀好質(zhì)地均勻堅(jiān)固，壓碎指標(biāo)不大于8%，針片狀含量不大干10%，含泥量低于1.0%，骨料水溶性氯化物折合氯離子含量不超過集料質(zhì)量的0.02%。碎石的含泥量和泥塊含量不得超標(biāo)。經(jīng)堿骨料反應(yīng)試驗(yàn)后，試驗(yàn)期內(nèi)混凝土的膨脹率均小于0.01%。

在自然條件作用下形成的顆粒小于5.0mm的巖石顆粒為細(xì)骨料，成為天然砂。對(duì)有害物質(zhì)應(yīng)嚴(yán)格控制：含泥量不宜超過2%，云母含量按質(zhì)量計(jì)不宜大于2%，輕物質(zhì)含量按質(zhì)量計(jì)不宜大于1%，硫化物及硫酸鹽含量按質(zhì)量計(jì)不宜大于1%，有機(jī)物含量按比色法評(píng)價(jià)顏色不應(yīng)深于標(biāo)準(zhǔn)色。采用的砂子的細(xì)度模數(shù)應(yīng)大于2.4，宜控制在2.6～3.0范圍內(nèi)。

4 高效外加劑

高效外加劑又稱超塑化劑。它是一種減水率高，緩凝和引氣作用極小的混凝土外加劑。外加劑與水泥相適應(yīng)性、減水率、流動(dòng)性、含氣量、摻量都將影響混凝土的工作性，高速鐵路外加劑宜采用聚羧酸系列產(chǎn)品，其技術(shù)指標(biāo)主要包括：減水率不應(yīng)低于20%，硫酸鈉含量小于10%，堿含量不得超過10%，硫酸鈉含量小于10%，外加劑中的氯離子含量不得大于0.2%，含氣量不小于3%。

在不改變混凝土工作性的條件下，它能大幅度地減少混凝土用水量，并顯著地提高混凝土強(qiáng)度。在不改變混凝土用水量的條件下，能顯著的改變混凝土的工作性，技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果特別好。

高效外加劑應(yīng)用于混凝土中主要起三個(gè)不同的作用：⑴ 改善混凝土施工工作性；⑵ 減少水灰比，提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性；⑶ 節(jié)約水泥，減少混凝土初始缺陷。

5、高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)：

（1）混凝土配合比應(yīng)根據(jù)原材料品質(zhì)、混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)、混凝土耐久性以及施工工藝的要求，通過計(jì)算、試配、調(diào)整等步驟選定。配制的混凝土拌合物性能應(yīng)滿足施工要求，配制的混凝土應(yīng)滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度、耐久性等質(zhì)量要求。

（2）選定混凝土配合比應(yīng)遵循如下基本規(guī)定：

a、C30及以下混凝土的膠凝材料總量不宜高于400kg/m3，C35-C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3。

b、為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜適量摻加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦渣粉或硅灰等礦物摻合料。不同礦物摻合料的摻量應(yīng)根據(jù)混凝土的性能通過試驗(yàn)確定。混凝土中粉煤灰摻量大于30%時(shí)，混凝土的水膠比不得大于0.45。預(yù)應(yīng)力混凝土以及處于凍融環(huán)境的混凝土中粉煤灰的摻量不宜大于30%。

c、混凝土中應(yīng)摻加適量混凝土外加劑，優(yōu)先選用多功能復(fù)合外加劑。

d、混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，當(dāng)設(shè)計(jì)無要求時(shí)，鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土應(yīng)滿足表1的要求；素混凝土應(yīng)滿足表2的要求。

表-1鋼筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土最大水膠比和最小膠凝材料用量（kg/m3）

表-2素混凝土最大水膠比和最小膠凝材料用量（kg/m3）

二 拌制工藝

高性能混凝土由水泥、摻合料、粗細(xì)骨料、水和外加劑組成。將各種組分材料按已經(jīng)確定的配合比進(jìn)行拌制生產(chǎn)，首先要進(jìn)行配料。一般情況下，配料與拌制是混凝土生產(chǎn)的連續(xù)過程。

大體積混凝土一般采用現(xiàn)場集中拌制，通過混凝土泵和混凝土攪拌車運(yùn)輸，將混凝土供應(yīng)到各工點(diǎn)，終端通過混凝土布料機(jī)將混凝土送入模板，振搗成型。拌合站在正式投入使用前，按國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土攪拌機(jī)技術(shù)條件》的規(guī)定對(duì)混凝土拌合物的勻質(zhì)性進(jìn)行檢驗(yàn)。攪拌混凝土前嚴(yán)格測定粗細(xì)骨料的含水率，準(zhǔn)確測定因天氣變化而引起的粗細(xì)骨料含水量的變化，及時(shí)調(diào)整施工配合比，雨天時(shí)應(yīng)隨時(shí)抽測。每一工班正式稱量時(shí)，還應(yīng)對(duì)計(jì)量設(shè)備進(jìn)行校核。高性能混凝土拌制時(shí)間不得少于120s。

混凝土拌合物應(yīng)滿足拌和均勻，顏色一致，不得有離析、泌水現(xiàn)象等要求。在生產(chǎn)和澆筑混凝土的過程中，按規(guī)定的頻率對(duì)混凝土拌合物的坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率等指標(biāo)進(jìn)行檢測，同時(shí)留足混凝土力學(xué)性能和耐久性檢驗(yàn)的試件?；炷涟韬衔锏馁|(zhì)量指標(biāo)包括坍落度、含氣量、水膠比、水泥含量、摻合料含量及均勻性等。

三 輸送工藝

由于高性能混凝土的水灰比低，因此粘性大，流動(dòng)慢，與普通混凝土相比有較大的阻力，故對(duì)于混凝土的泵送是現(xiàn)在混凝土工程中最嚴(yán)酷的施工問題。

運(yùn)輸混凝土所應(yīng)采用的方法和選用的設(shè)備，取決于構(gòu)筑物的結(jié)構(gòu)形式、混凝土的總體積、每天或每小時(shí)澆注的混凝土量、水平及垂直運(yùn)輸距離和道路條件以及現(xiàn)有的供應(yīng)情況、氣候條件等等因素。應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場的實(shí)際情況而定。從混凝土的自身特點(diǎn)考慮，對(duì)運(yùn)輸工作總的要求是：

⑴ 在運(yùn)輸過程中應(yīng)保持混凝土的均勻性，不產(chǎn)生離析現(xiàn)象，否則澆筑后就容易形成蜂窩或麻面；

⑵ 混凝土運(yùn)到工點(diǎn)開始澆注時(shí)，應(yīng)具有設(shè)計(jì)配合比所規(guī)定的流動(dòng)性；

⑶ 運(yùn)輸時(shí)間應(yīng)保證混凝土在初凝之前澆入模板內(nèi)并搗實(shí)完畢；

⑷ 當(dāng)混凝土在運(yùn)輸過程中發(fā)生離析時(shí)應(yīng)報(bào)告試驗(yàn)負(fù)責(zé)人，試驗(yàn)室應(yīng)對(duì)其原因進(jìn)行分析后妥善處理。

四 澆筑工藝

施工準(zhǔn)備：澆筑前，根據(jù)工程施工的對(duì)象、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，結(jié)合具體條件制訂混凝土澆筑施工方案。攪拌站、運(yùn)輸車、泵管、料斗、串筒、泵車、攪拌輸送車和振動(dòng)器等機(jī)具設(shè)備必須準(zhǔn)備充足，并考慮發(fā)生故障時(shí)的修理時(shí)間。采用泵送混凝土?xí)r另外備用一臺(tái)同型號(hào)備用泵。在混凝土澆筑期間，要確保水、電、照明不中斷。

根據(jù)工程需要和季節(jié)施工特點(diǎn)，應(yīng)準(zhǔn)備好在澆筑過程中的所必須的抽水設(shè)備和防雨、防暑、防寒等物資。

澆筑前還應(yīng)檢查模板的標(biāo)高、位置、構(gòu)件的尺寸、預(yù)拱度等，做好技術(shù)準(zhǔn)備工作。檢查預(yù)埋件數(shù)量與位置，檢查支架的穩(wěn)定性。澆注前應(yīng)將模板內(nèi)的垃圾、雜物清理干凈。澆筑工程中要求填寫工程日志。

混凝土澆筑：混凝土出料時(shí)應(yīng)觀察混凝土和易性、均勻程度，檢測坍落度，泵送過程中加強(qiáng)檢查。對(duì)于鉆孔灌注樁應(yīng)注意首次灌注量、導(dǎo)管埋置深度，派員檢查泵管漏水、漏漿情況，加強(qiáng)孔內(nèi)混凝土面標(biāo)高測量，不斷核對(duì)入孔數(shù)量、理論數(shù)量、孔深三者之間的關(guān)系。對(duì)于承臺(tái)施工，平面上面積大，要考慮豎向分層、橫向分塊，混凝土、鋼筋、模板等工序能相互配合、流水進(jìn)行。為了保證深處的混凝土得以搗實(shí)，每次澆筑的厚度不能太大，最大不得超過100cm?；炷恋臐沧⒐ぷ鲬?yīng)盡可能連續(xù)、不間斷地進(jìn)行。分層澆筑時(shí)，就應(yīng)該要求在下層混凝土初凝之前，將上一層混凝土澆下，并振搗完畢，保證上下層混凝土能結(jié)合良好。澆筑混凝土?xí)r應(yīng)注意防止混凝土的分層離析?；炷劣闪隙?、小漏斗內(nèi)卸出進(jìn)行澆筑時(shí)，其自由傾落高度一般不超過2m，在豎向結(jié)構(gòu)中澆筑混凝土的高度不得超過3m，否則應(yīng)采用串筒、斜槽、溜管等下料。澆注混凝土?xí)r，應(yīng)經(jīng)常觀察模板、支架、鋼筋、預(yù)埋件和預(yù)留孔洞的情況。當(dāng)發(fā)現(xiàn)有變形、移位時(shí)，應(yīng)立即停止?jié)仓?，并?yīng)在已澆筑的混凝土凝結(jié)前休整完好。

五 養(yǎng)護(hù)工藝

養(yǎng)護(hù)是為了保證混凝土凝結(jié)和硬化必需的濕度和適宜的溫度，促使水泥作用充分發(fā)展的過程，它是獲得優(yōu)質(zhì)混凝土必不可少的措施。混凝土中的用量雖比水泥所需的水量大得多，但由于蒸發(fā)，骨料、模板和基層的吸水作用以環(huán)境條件等因素的影響，可使混凝土內(nèi)的水分降低到水泥水化所必需的用量之下。因此，混凝土養(yǎng)護(hù)不及時(shí)、不充分，不僅易產(chǎn)生收縮裂紋、降低強(qiáng)度，而且影響混凝土的耐久性。

結(jié)束語

高性能混凝土的技術(shù)途徑：為了達(dá)到高強(qiáng)度與高耐久性，混凝土的水膠比一般要在0.38以下，這樣可使水泥石具有足夠的密實(shí)度。高性能減水劑是降低混凝土中水膠比的必須材料，也是高性能混凝土不可缺的組分。對(duì)高性能減水劑的要求除了高的減水率以外，還希望能具有控制坍落度損失的功能。礦物質(zhì)超細(xì)粉是高性能混凝土的功能組分之一，其可以填充水泥的空隙，在相同的水膠比下，比基準(zhǔn)水泥漿能提高流動(dòng)性，硬化后也能提高強(qiáng)度。更重要的是改善混凝土中水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu)，使混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高。

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