高性能混凝土配制技術(shù)與原理

蔣平??

【摘 要】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)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。本文討論了高性能混凝土的配置技術(shù)與原理。

【關(guān)鍵詞】高性能混凝土；配置技術(shù)；原理

Preparation Technology and Principle of High Performance Concrete

Jiang Ping

（Zhongfu Construction Group Co.， Ltd Shaoxing Zhejiang 312000）

【Abstract】High performance concrete is a new type of high-tech concrete， is a substantial increase in the performance of ordinary concrete based on the use of modern concrete technology made of concrete. This paper discusses the configuration and principle of high performance concrete.

【Key words】High performance concrete；Configuration technology；Principle

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)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土。高性能混凝土是一種耐久性優(yōu)異的混凝土。其主要特點(diǎn)是高工作性、高體積穩(wěn)定性、較高強(qiáng)度、高抗?jié)B性等。因此在配置高性能混凝土?xí)r，應(yīng)從如下幾方面考慮。

1. 加入適量超塑化劑，降低水膠比

（1）在普通混凝土中，用水量比水泥水化所需水量大得多。一般水泥水化所需的用水量為水泥重量的15%～25%，而實(shí)際施工時(shí)用水量為水泥重量的50%～60%，甚至更多。在混凝土硬化后多余的水在水泥石中以及水泥石和集料的界面區(qū)域形成大量的各種孔隙，以及因混合料泌水和混凝土收縮所引起的微孔和微縫，這些缺陷是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降和其他性能指標(biāo)低劣的根本原因。因此，盡可能減少和消除這些缺陷，改善混凝土的結(jié)構(gòu)，是制成高性能混凝土的關(guān)鍵問題，其基本措施就是摻入超塑化劑。

（2）混凝土要達(dá)到高耐久性，首先要降低水膠比，以減少水泥石中毛細(xì)孔隙和混凝土中的骨料與水泥石之間的界面縫隙，提高其抗?jié)B性。但水膠比的降低是有限度的，極低的水膠比往往伴隨著流動(dòng)性的降低。研究表明：摻用超塑化劑后，在水膠比較低、膠結(jié)材料用量適中的情況下，可獲得較大的工作度；而且超塑化劑在一定摻量范圍內(nèi)流動(dòng)度隨其摻量提高而增加；但超過某一摻量，流動(dòng)度變化不明顯。一般超塑化劑摻量以0.70%～1.50%為宜（最高不超過2.0%），過量經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果均較差。

2. 改善水泥石中的相組成

改善水泥石中的相組成，是制成高性能混凝土的另一關(guān)鍵問題。眾所周知，硅酸鹽水泥水化后形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣、水化鐵鋁酸鈣等多種膠凝物質(zhì)，它們把混凝土中各種固體顆粒膠結(jié)成整體。其中，以水化硅酸鈣的數(shù)量最多，最為重要。水化硅酸鈣的種類很多，主要分為兩類：即低堿性水化硅酸鈣（C/S<1.5者）和高堿性水化硅酸鈣，前者比后者強(qiáng)度高得多。但是，水泥水化后形成的主要水化物是高堿性水化硅酸鈣，而且還形成大量基本上沒有強(qiáng)度和穩(wěn)定性很差的游離氧化鈣。由這些相構(gòu)成的水泥石強(qiáng)度及其他性能指標(biāo)都不可能增加低堿性水化硅酸鈣含量，并同時(shí)消除游離石灰，其方法是在混凝土中摻人活性Si02微?；蜾X硅酸鹽微粒等一些礦物摻料，這些摻料與游離石灰以及高堿性水化酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，其他性能也得到相應(yīng)改善。這就是人們通常所說的火山灰效應(yīng)。此外，另有研究表明：活性微集料在水泥混凝土中還可產(chǎn)生填充效應(yīng)、增強(qiáng)效應(yīng)、減水效應(yīng)和耐久性提高效應(yīng)等。

（1）火山灰效應(yīng)。因活性微集料可與水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2等起火山灰反應(yīng)，生成C-S-H，消除了孔隙較高的過渡層；使硬化水泥漿內(nèi)的空隙細(xì)化。提高了水泥漿-骨料間界面的強(qiáng)度，同時(shí)提高了混凝土的抗?jié)B性。此反應(yīng)有利于混凝土在酸性環(huán)境下的耐久性。

（2）填充效應(yīng)。微集料取代部分水泥后，超細(xì)粉填充于水泥粒子空隙之間，使膠凝材料具有更好的級(jí)配，降低其標(biāo)準(zhǔn)稠度下的用水量，降低了填充水泥粒子間空隙的用水量。

（3）減水增強(qiáng)效應(yīng)。以微集料等量取代水泥，在保持流動(dòng)度不變的情況下，部分微集料可降低水膠比，28d強(qiáng)度提高。

（4）耐久性提高效應(yīng)。通過摻超細(xì)微集料使混凝土的水膠比進(jìn)一步降低，抗?jié)B性進(jìn)一步提高；更重要的還是通過摻人不同品種和摻量的微集料，提高混凝土抵抗環(huán)境腐蝕的耐久性。

此外，摻入微集料可大幅度降低水泥用量，降低混凝土水化熱；改善新拌混凝土的工作度，減少泌水和離析，降低其坍落度損失等。

3. 復(fù)合適量增強(qiáng)防水劑，提高混凝土強(qiáng)度和其他性能

混凝土摻入大量微集料后，改善了混凝土的主要性能，某些性能（如早期強(qiáng)度）往往受到一定影響，為此，可加入適量增強(qiáng)防水劑，該外加劑的性能特點(diǎn)如下：

（1）增強(qiáng)。同配比混凝土用該產(chǎn)品等量取代水泥后強(qiáng)度提高10MPa以上，亦可取代2～3倍的水泥。

（2）減水增塑。該產(chǎn)品減水率為10%～30%，可將坍落度10～30mm混凝土提高至坍落度180mm以上，以至配制高流態(tài)免振（自流平）混凝土。

（3）引氣、保水。該產(chǎn)品可適量引氣，保水性能好，坍落度損失小。

（4）緩凝。摻該產(chǎn)品可使混凝土凝結(jié)時(shí)間緩凝12h，超緩凝仍不影響混凝土后期強(qiáng)度的發(fā)展。

（5）密實(shí)防水。摻該產(chǎn)品的混凝土無收縮；孔結(jié)構(gòu)大大改善（混凝土有害孔變?yōu)槲⑿】祝軐?shí)防水性能好，抗?jié)B等級(jí)可達(dá)P30以上（形成結(jié)構(gòu)自防水混凝土）。

（6）改善水泥安定性。摻該外加劑可改善水泥安定性，增加強(qiáng)度。

（7）節(jié)能利廢。在水泥生產(chǎn)時(shí)加入該產(chǎn)品可提高混合材摻量，從而提高水泥產(chǎn)量。在混凝土中加入該產(chǎn)品可提高微集料摻量，從而節(jié)省水泥10%～50%，降低混凝土水化熱。

（8）耐久性好。摻該產(chǎn)品的混凝土抗?jié)B、抗凍、抗碳化等耐久性能顯著提高。

4. 選擇適宜的膠結(jié)漿體量新拌混凝土中膠結(jié)漿體，本身具有雙重作用：它既可使骨料顆粒相互分開，使其在離散狀態(tài)下保持在一起；又可作為骨料顆粒間的潤滑劑，增加新拌混凝土的塑性變形能力。因此，膠結(jié)漿體本身的稠度及其含量是決定混凝土工作度的重要因素。而膠結(jié)漿體的稠度又是膠結(jié)料組成、水膠比和超塑化劑量決定的。在膠結(jié)料組成和超塑化劑一定的情況下，膠結(jié)漿體中的自由水含量取決于其水膠比，水膠比越大，其稠度越稀。當(dāng)膠結(jié)漿體和稠度一定時(shí)，膠結(jié)漿體的數(shù)量對(duì)混凝土工作度起決定性作用，其數(shù)量越多，骨料間的潤漿漿體量也越多，混凝土的工作度愈好。但其超量混凝土技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果惡化。一般膠結(jié)材料總量在250～650Kg/m3之間。

5. 選擇適當(dāng)?shù)纳奥?/p>

（1）膠結(jié)漿體的稠度和數(shù)量確定后，砂率便成為影響新拌混凝土工作度的重要因素。因砂率變動(dòng)會(huì)使骨料的空隙度和表面積發(fā)生變化。砂率太少，骨料間孔隙變大，需較多的漿體填充空隙面使?jié)櫥瑵{體減少，若砂率過大，骨料的總表面積及空隙率都增大，同樣膠結(jié)漿體相對(duì)顯少了，這也就減弱了膠結(jié)漿體的潤滑作用，使新拌混凝土流動(dòng)性變差。實(shí)驗(yàn)表明，高強(qiáng)高性能混凝土砂率可比泵送混凝土偏低；高流態(tài)（免振）高性能混凝土則比泵送混凝土砂率偏高。

（2）根據(jù)國內(nèi)大量試驗(yàn)研究表明：當(dāng)采用符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求的比較干凈的中粗砂來配制高性能混凝土?xí)r，砂率在32%～40%范圍內(nèi)，免振高性能混凝土砂率在45%～50%。對(duì)混凝土工作性的影響并不是很敏感。隨著砂率的提高，混凝土坍落度略有增大，強(qiáng)度略有下降。由于高性能混凝土水膠比較小，用水量較低，粘度較大，為避免拌和物過粘，在滿足工作性要求的前提下選擇偏低的砂率。試驗(yàn)中一般選用34%～38%，且考慮到具體配合比進(jìn)一步選定。

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