建筑工程中高性能混凝土施工技術(shù)探究

仇兆立

【摘 要】高性能混凝土有著耐久性、穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，因此在建筑工程中得到了廣泛的應(yīng)用。它的應(yīng)用不僅可以提高工程質(zhì)量，還可以推動(dòng)節(jié)能減排，因此，本文先對(duì)高性能混凝土的定義作了概述，然后從建筑用高性能混凝土設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意的事項(xiàng)、高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用現(xiàn)狀、高性能混凝土在建筑施工中的運(yùn)輸與澆筑、高性能混凝土施工過(guò)程中的主要技術(shù)控制措施及發(fā)展預(yù)測(cè)這幾方面進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】建筑；高性能混凝土；施工技術(shù)；質(zhì)量

引言

高性能混凝土的突出特點(diǎn)就在于既能保證高強(qiáng)度、體積的穩(wěn)定性，又進(jìn)一步提高了混凝土的耐久性。其中礦物細(xì)摻料中的硅粉是提高混凝土耐久性的重要元素，硅粉與水泥相比具有活性高、顆粒小、比表面積高的優(yōu)點(diǎn)，在高性能混凝土的配置過(guò)程中，利用硅粉填充到水泥顆粒的縫隙之中，并通過(guò)火山灰反應(yīng)將水泥轉(zhuǎn)化為CSH凝膠，從而使得混凝土在惡劣環(huán)境中仍舊有理想的工程壽命。

一、高性能混凝土的定義

（一）高耐久性能

高耐久性是高性能混凝土的重要特點(diǎn)之一，高性能混凝土應(yīng)用的主要目的是能將混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命盡可能的延長(zhǎng)到50～100年以上，因而對(duì)于一些特殊工程中存在的特殊部位，耐久性成為控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。高性能混凝土中摻加有水膠比很低的高效減水劑，在水泥水化后，其內(nèi)部不含有多余的毛細(xì)水，并且內(nèi)部孔隙細(xì)化，使總的孔隙率降低，從而提高高性能混凝土的抗?jié)B性；再者高性能混凝土中又加入了礦物質(zhì)超細(xì)粉，不僅能夠大幅度提高混凝土的早期抗裂性能，還能明顯縮小水泥石與骨料之間的孔隙，并且可以明顯水泥石中降低孔徑≥100μm的孔含量，從而改善了水泥石的孔結(jié)構(gòu)。通過(guò)摻入高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉后，高性能混凝土的耐久性能得到了顯著地提高。

（二）具有良好的工作性

良好的工作性能也是高性能混凝土的重要特點(diǎn)。高性能混凝土在在成型過(guò)程中能夠達(dá)到不離析、不分層、易充滿模型等目的。另外，自密實(shí)混凝土和泵送混凝土還具有不錯(cuò)的可泵性，在施工過(guò)程中能做到自流平，而且坍落度損失小。這種優(yōu)良的工作性能不僅能保證施工時(shí)混凝土的質(zhì)量均勻，還能提高施工效率。

（三）具有較高的體積穩(wěn)定性

高性能混凝土擁有較高的體積穩(wěn)定性。材料配合比適中的高性能混凝土彈性模量可以達(dá)到40～50GPa，而一般普通混凝土只有20～25GPa。高性能混凝土不僅低收縮、低徐變，而且還有低溫度變形的優(yōu)點(diǎn)。這樣使得其在硬化早期有較低的水化熱，而且讓其在硬化后期的收縮變形降低。從而提高高性能混凝土的體積穩(wěn)定性。

（四）具有高強(qiáng)度、高抗?jié)B能力

高性能混凝土還具有一定的強(qiáng)度、高抗?jié)B能力、較高的韌性和長(zhǎng)期的力學(xué)性能穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)。高性能混凝土的抗壓強(qiáng)度已超過(guò)200MPa，其抗拉強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度值明顯高于高強(qiáng)混凝土。跟普通強(qiáng)度混凝土相比，其早期強(qiáng)度發(fā)展快，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)率比普通混凝土低。另外，高性能混凝土中由于摻入了緩凝劑、膨脹劑等改良劑，使其具有了較高的韌性以及長(zhǎng)期的力學(xué)性能穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)?？傊?，高性能混凝土擁有普通混凝土無(wú)法比擬的優(yōu)良特性，并且憑借這些特性，會(huì)不斷擴(kuò)大其在工程中的應(yīng)用。

二、建筑用高性能混凝土設(shè)計(jì)階段應(yīng)注意的事項(xiàng)

依據(jù)筆者多年的工程經(jīng)驗(yàn)，許多混凝土施工技術(shù)未達(dá)到預(yù)期的工程效果，究其原因大多數(shù)是高性能混凝土在設(shè)計(jì)的過(guò)程中存在著漏洞。工程技術(shù)人員要在設(shè)計(jì)的過(guò)程中注意以下事項(xiàng)，從而保證所配置的高性能混凝土滿足工程技術(shù)的要求：

1.建筑工程的種類(lèi)多種多樣，工程所處的外部環(huán)境也千差萬(wàn)別，不同種類(lèi)的工程和有所差異的外部施工環(huán)境對(duì)混凝土的性能要求存在明顯的差異，高性能混凝土設(shè)計(jì)過(guò)程要充分考慮與建筑工程質(zhì)量相關(guān)的多種技術(shù)途徑，使配置的高性能混凝土具有很強(qiáng)的針對(duì)性。以混凝土池塘的建設(shè)為例，如果混凝土池塘建在室外，由于冬季室外氣溫較低，應(yīng)配置具有良好抗凍性能的混凝土，而對(duì)室內(nèi)的混凝土池塘而言，由于氣溫適宜，考慮混凝土的抗凍性能就顯得多此一舉；

2.水膠比技術(shù)的運(yùn)用提高了混凝土的性能，在高性能混凝土的設(shè)計(jì)過(guò)程中要給予高度的重視。施工技術(shù)人員可以嘗試低水膠比，使得水泥的比例處于合理的范圍之內(nèi)，減少水泥水化反應(yīng)放出的熱量，從而提高混凝土工程的穩(wěn)定性，繼而減小工程出現(xiàn)開(kāi)裂等不良狀況的比率；

3.礦物摻料的加入有效的提高了混凝土的持久性，但是它并不能取代水泥的作用，這一點(diǎn)施工技術(shù)人員要格外注意。在高性能混凝土的設(shè)計(jì)工程中，要嚴(yán)格的按照施工要求將礦物摻料的用量控制在合理的范圍之內(nèi)，從而保證其發(fā)揮最大的工程效果；

4.在高性能混凝土的設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，高效減水劑的添加是必不可少的。分別摻加兩種萘系取得的效應(yīng)，總是小于按一定的比例混合使用不同萘系得到的效應(yīng)總和。

三、高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）性能研究

1.力學(xué)性能。由于混凝土的不均勻性，所以影響混凝土強(qiáng)度的因素有很多，諸多因素中水膠比是最重要的。水膠比與強(qiáng)度一般成反比，在其他條件不變時(shí)水膠比越小強(qiáng)度越大。相比普通混凝土，高性能混凝土具有更高強(qiáng)度的原因是：高性能混凝土中高效減水劑的使用大大減少了用水量，在水泥和摻合料用量不變的情況下降低了水膠比。除此之外，高性能混凝土對(duì)粗細(xì)骨料的粒徑要求更為嚴(yán)格，配制出更理想的顆粒級(jí)配。并且，高性能混凝土摻入粉煤灰等礦物超細(xì)粉來(lái)替代部分水泥，不僅增加粘聚力還可以填充水泥間的空隙。這兩點(diǎn)通過(guò)增強(qiáng)混凝土的密實(shí)度進(jìn)一步提高了混凝土的強(qiáng)度。

2.高耐久性?；炷恋哪途眯园?jié)B性、抗凍性、抗侵蝕性等內(nèi)容，研究起來(lái)相當(dāng)復(fù)雜。耐久性是指一定的混凝土結(jié)構(gòu)在規(guī)定的或預(yù)期的服務(wù)壽命期限內(nèi)，保持設(shè)計(jì)所需要功能的性能，也就是說(shuō)耐久性是相對(duì)于一定環(huán)境條件而定的。高性能混凝土通過(guò)摻加的摻合料和外加劑有效提高了強(qiáng)度和抗裂抗?jié)B等性能。比如超細(xì)粉的填充作用和高效減水劑的減水作用可以提高混凝土的密實(shí)度，超細(xì)粉本身也可以增強(qiáng)混凝土的后期強(qiáng)度，纖維可以提高混凝土的抗折抗裂和延性。另外，高性能混凝土中混凝土密實(shí)、鋼筋的電化學(xué)腐蝕也難以進(jìn)行，鋼筋不易銹蝕。高性能混凝土因?yàn)橛械V物摻合料的摻加和低水膠比，故幾乎不考慮堿骨料病害。綜上所述，高性能混凝土具有高耐久性。

3.高工作性。在工程建設(shè)過(guò)程中，混凝土良好的工作性使混凝土的施工更加方便?；炷恋墓ぷ餍园鲃?dòng)性、粘聚性和保水性，這三種性能相互影響。一般來(lái)說(shuō)流動(dòng)性越好保水性就會(huì)差一點(diǎn)，流動(dòng)性用坍落度等指標(biāo)來(lái)測(cè)定，粘聚性和保水性的好壞則是在測(cè)流動(dòng)性的同時(shí)由經(jīng)驗(yàn)判斷。大量的實(shí)驗(yàn)證明HPC由于高效減水劑和礦物超細(xì)粉的使用使其獲得較大的坍落度，因此HPC具有良好的工作性，這為HPC在大型工程及復(fù)雜工程中的應(yīng)用提供了有利條件。

4.經(jīng)濟(jì)性。高性能混凝土具有高耐久性，可以延長(zhǎng)建筑物的安全期，避免重復(fù)建設(shè)和減少后期維護(hù)費(fèi)用，節(jié)省大量資金。在拌制混凝土的過(guò)程中適量摻入了粉煤灰等摻合物，有效利用了廢棄資源，既保護(hù)了環(huán)境又提高了資源的利用率。高強(qiáng)度能夠在保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和可靠度的前提下減小構(gòu)件的尺寸，合理利用資源、減輕結(jié)構(gòu)自重。即使高性能混凝土本身造價(jià)比較高，但綜合比較后，HPC仍然是很經(jīng)濟(jì)的建筑材料。HPC能更好地滿足未來(lái)建筑的發(fā)展需求，更好地延長(zhǎng)建筑使用壽命，降低成本。

（二）應(yīng)用現(xiàn)狀

直到現(xiàn)在，高性能混凝土已在建筑領(lǐng)域有了大量的應(yīng)用。國(guó)際上，法國(guó)西瓦克斯核電站2號(hào)反應(yīng)堆殼采用了C50高性能混凝土，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校建造的會(huì)堂所用的混凝土大量摻入粉煤灰至少代替了50%的水泥。在我國(guó)，高性能混凝土近幾年也得到了相應(yīng)的應(yīng)用，90d后強(qiáng)度達(dá)到了100MPa，不僅方便了施工而且滿足了強(qiáng)度要求。并不是所有的應(yīng)用都是成功的。很多研究表明高性能混凝土的耐火性顯著不如普通混凝土。

四、高性能混凝土在建筑施工中的運(yùn)輸與澆筑

（一）高性能混凝土的運(yùn)輸

高性能混凝土在生產(chǎn)完成后就可以直接進(jìn)行攪拌，再?gòu)墓S運(yùn)輸?shù)绞┕?chǎng)所的過(guò)程一般采用專門(mén)的混凝土攪拌運(yùn)輸車(chē)。在運(yùn)輸?shù)倪^(guò)程中要盡可能的減小混凝土塌落度的損失。（依據(jù)坍落度法測(cè)出的坍落度值，用來(lái)衡量混凝土塑化性能和可泵性能的高低，從而判斷施工能否正常進(jìn)行）。

（二）高性能混凝土的振搗

在混凝土的澆筑環(huán)節(jié)，為保證工程的質(zhì)量不允許直接應(yīng)用新拌混凝土，而應(yīng)對(duì)其進(jìn)行振搗處理，這是增加混凝土密實(shí)性的關(guān)鍵操作。以傳統(tǒng)的施工工藝而言，平板振動(dòng)器或插入式振動(dòng)器是振搗步驟的主要施工儀器，該儀器通過(guò)機(jī)械振動(dòng)過(guò)程產(chǎn)生的振動(dòng)波使得新拌混凝土鋪滿預(yù)制的模塊。在振動(dòng)的過(guò)程中，混凝土實(shí)現(xiàn)二次均勻攪拌，混凝土在攪拌工程和澆筑環(huán)節(jié)產(chǎn)生起泡開(kāi)裂，從而將新拌混凝土中的氣體排放出去，繼而實(shí)現(xiàn)混凝土顆粒的均勻排布，提高混凝土的密實(shí)性。一般而言，機(jī)械振動(dòng)的頻率范圍5000～12000次每分鐘，在此范圍內(nèi)所能引起起泡開(kāi)裂的直徑為0.9～0.07mm，而直徑更小的氣泡仍舊殘余在混凝土顆粒之中。但是經(jīng)過(guò)專家的研究發(fā)現(xiàn)，影響混凝土穩(wěn)定性和持久性的氣泡直徑要比其小得多，通常可達(dá)到0.01mm。當(dāng)今的機(jī)械振動(dòng)根本達(dá)不到工程技術(shù)的要求，為消除小型氣泡的影響，必須采用先進(jìn)的振動(dòng)設(shè)備，以提高振動(dòng)頻率。因此，對(duì)高性能混凝土，宜采用超聲波振動(dòng)器或高頻振動(dòng)器振搗。（振動(dòng)頻率可達(dá)到20000次每分鐘）。

（三）真空吸水密實(shí)

真空吸水壓實(shí)技術(shù)在提高混凝土的配置標(biāo)準(zhǔn)上，起著至關(guān)重要的作用。目前的真空吸水壓實(shí)技術(shù)應(yīng)用廣泛，為滿足各種工程的需求，真空吸水壓實(shí)作業(yè)衍生為表面真空吸水與內(nèi)部真空吸水兩種作業(yè)方式。樓面工程、屋面工程、預(yù)制混凝土板工程等厚度較小、面積較大的混凝土工程的施工通常采用表面真空吸水作業(yè)；混凝土基礎(chǔ)工程中體積較大的梁柱等混凝土工程的施工多采用內(nèi)部真空吸水作業(yè)。

五、高性能混凝土施工過(guò)程中的主要技術(shù)控制措施

（一）適宜的真空度

混凝土施工過(guò)程要控制合理的真空度，真空度過(guò)大或是過(guò)小都會(huì)影響混凝土施工工程的質(zhì)量。真空度過(guò)大，混凝土的脫水速度和脫水的質(zhì)量會(huì)顯著上升，一般的機(jī)械設(shè)備難以承受，為防止原料外溢，對(duì)設(shè)備的密封性能也提出了更高的要求。因此，過(guò)高的真空度會(huì)加大企業(yè)對(duì)設(shè)備的投資，無(wú)形中增加了企業(yè)的施工成本。真空度過(guò)低，產(chǎn)生的負(fù)壓難以排除新拌混凝土內(nèi)剪應(yīng)力的作用，使其其受水分和排解氣泡的能力不足，從而導(dǎo)致施工的時(shí)間增多。一般而言，真空度的合理范圍為0.05—0.07MPa。倘若混凝土工程的厚度較大，其對(duì)應(yīng)的真空度要適當(dāng)增大。

（二）適宜的機(jī)械振動(dòng)

在混凝土真空吸水的環(huán)節(jié)，要采用適宜的機(jī)械振動(dòng)加以輔助，使得混凝土的流動(dòng)性能增大，使得混凝土顆粒的排布更加均勻，從而有助于混凝土內(nèi)部氣體的排出。振動(dòng)的方向要盡可能與真空吸水的方向垂直，這樣可以降低因吸水作業(yè)產(chǎn)生的壓力和混凝土重力對(duì)振動(dòng)效果的影響。振動(dòng)的振動(dòng)幅度要根據(jù)高性能混凝土的特點(diǎn)相應(yīng)的作出調(diào)整，振幅過(guò)高容易導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)離析現(xiàn)象，導(dǎo)致振動(dòng)效果大大折扣。

（三）高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)

高性能混凝土水膠比小，水化反應(yīng)迅速，早期養(yǎng)護(hù)十分重要。保溫和保濕是高性能混凝土養(yǎng)護(hù)的兩個(gè)關(guān)鍵步驟。高性能混凝土水化反應(yīng)劇烈，其中產(chǎn)生了大量的熱，混凝土內(nèi)外部產(chǎn)生較大溫度差，會(huì)因此對(duì)建筑物產(chǎn)生損害，新澆筑的混凝土應(yīng)保證適當(dāng)?shù)臏囟取Ｔ诟咝阅芑炷了不瘯r(shí)應(yīng)保證充足的水分，盡量保證環(huán)境的濕度≥90%，采取有效措施防止混凝土水分的蒸發(fā)，如薄膜保濕、表面噴灑養(yǎng)護(hù)劑等。

六、高性能混凝土的發(fā)展預(yù)測(cè)

高性能混凝土優(yōu)良的性能決定了它必定是混凝土行業(yè)的未來(lái)，定會(huì)在建筑領(lǐng)域得到更廣泛應(yīng)用，并逐步向綠色、超高強(qiáng)、自密實(shí)和智能化發(fā)展。現(xiàn)代人們需要建設(shè)“綠色”型社會(huì)，綠色高性能混凝土可以將廢棄資源變廢為寶，這給它的發(fā)展帶來(lái)了良好的機(jī)遇。超高強(qiáng)混凝土是目前市場(chǎng)上急需的，可以節(jié)約資源、減輕結(jié)構(gòu)自重，獲得更大社會(huì)效益。自密實(shí)混凝土的研究目前是比較多的，它可以加快施工速度，消除振搗噪聲。研究表明對(duì)HPC引入引氣劑能否提高其抗凍性現(xiàn)在仍有爭(zhēng)議。所以，對(duì)HPC抗凍性的研究仍有大量工作要做。

在我國(guó)高性能混凝土面臨最大的問(wèn)題是難以大范圍推廣應(yīng)用。如果說(shuō)HPC是混凝土的革命，那么HPC的推廣就會(huì)帶動(dòng)整個(gè)行業(yè)的革命。如果沒(méi)有嚴(yán)格的生產(chǎn)、澆筑、養(yǎng)護(hù)過(guò)程就得不到高性能混凝土，這就需要整個(gè)行業(yè)的共同監(jiān)督。隨著砂、石、水泥生產(chǎn)原材料等資源的短缺，在提升技術(shù)、節(jié)約資源上又對(duì)科學(xué)工作者提出了更高要求。當(dāng)然，目前還需要研發(fā)出更高效、適應(yīng)性更好的減水劑，雖然困難重重，但前景依舊光明。

七、結(jié)束語(yǔ)

總而言之，在高性能混凝土的實(shí)際施工過(guò)程中，施工人員必須要嚴(yán)格按照施工規(guī)范來(lái)進(jìn)行高性能混凝土的施工，保證其基本質(zhì)量。除此之外，由于高性能混凝土的用水量較低，所以在完成澆筑后，必須要做好養(yǎng)護(hù)工作，避免水分流失過(guò)快，而導(dǎo)致混凝土出現(xiàn)收縮裂縫等病害，進(jìn)一步保證高性能混凝土的施工質(zhì)量，從而為建筑工程質(zhì)量的提升提供基礎(chǔ)保障。

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