高強(qiáng)高性能混凝土的研究及應(yīng)用

吳劍寒

（江蘇雙龍集團(tuán)有限公司 江蘇南京 211111）

在社會(huì)快速發(fā)展的背景下，建筑材料的性能愈發(fā)受到關(guān)注，除了需要滿足設(shè)計(jì)和施工使用需求外，同樣要滿足綠色環(huán)保、節(jié)能降耗等要求?；炷磷鳛橐环N最為常用的建筑材料，面臨的使用環(huán)境愈發(fā)惡劣，對(duì)其耐久性等提出了更高要求，這是滿足大跨度、高層以及輕量化結(jié)構(gòu)需求的重要保障。在這樣的發(fā)展趨勢(shì)下，高強(qiáng)高性能應(yīng)運(yùn)而生，具有很強(qiáng)的研究與應(yīng)用價(jià)值。

1 高強(qiáng)高性能混凝土研究

1.1 配制及基本性能

隨著混凝土技術(shù)的快速發(fā)展，基于普通工藝所配制的高強(qiáng)高性能混凝土是一種重要的混凝土技術(shù)。高性能混凝土具有良好耐久性、施工和易性且密實(shí)均勻性比較好等特性，同時(shí)具備上述特性，則被稱作高強(qiáng)高性能混凝土。綜合國(guó)內(nèi)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》以及國(guó)外對(duì)高強(qiáng)混凝土的相關(guān)研究與應(yīng)用，一般強(qiáng)度等級(jí)大于C60的高性能混凝土稱作高強(qiáng)高性能混凝土。在配制該種混凝土的時(shí)候，一般需要使用高標(biāo)號(hào)水泥、高效摻合料和減水劑等為主要原料。以超高強(qiáng)高性能混凝土配制為例，相應(yīng)的配料以及性能如表1所示。

表1 超高強(qiáng)高性能混凝土配制及基本性能

對(duì)于一些特殊要求的高強(qiáng)度高性能混凝土，還可以在其中添加一些外摻劑改善其性能。比如，為了提升高強(qiáng)高性能混凝土的沖擊韌性、抗彎性和抗拉性等性能，可以在混合料中摻加一些纖維材料；為了提升高強(qiáng)高性能混凝土的耐磨性和密實(shí)度，可以在混合料中摻加一些聚合物。然而，混合料常用的外加劑主要包括高性能引氣劑、高效減水劑、防水劑、高效泵送劑以及其他外加劑種類等；混合料的活性混合料常用主要包括硅粉、磨細(xì)礦粉、粉煤灰、偏高嶺土以及沸騰石粉等，還可以添加一些石英粉；纖維材料常用的主要包括玻璃纖維、聚酯纖維與鋼纖維等，借此來(lái)改善混凝土的性能，如增加其耐磨性等。

1.2 立方體抗拉強(qiáng)度及尺寸效應(yīng)

通過(guò)制作專門用于抗拉強(qiáng)度測(cè)量的立方體，然后對(duì)其典型破壞形態(tài)進(jìn)行觀察，可得圖1。通過(guò)仔細(xì)觀察立方體的破壞過(guò)程，可知高強(qiáng)高性能混凝土在出現(xiàn)破壞之前，表面基本不會(huì)出現(xiàn)可以觀測(cè)到的裂縫，只有少數(shù)立方體試塊會(huì)在破壞前的瞬間狀態(tài)下由內(nèi)部發(fā)出比較明顯的脆裂聲音，之后出現(xiàn)炸裂剝落而受到破壞。隨著混凝土強(qiáng)度等級(jí)的增加，相應(yīng)的混凝土出現(xiàn)破壞時(shí)候不再會(huì)呈現(xiàn)出明顯的四角錐形（正倒相接類型），且立方體試塊的尺寸越小，相應(yīng)的現(xiàn)象也更加顯著。由此可知，高強(qiáng)高性能混凝土強(qiáng)度與立方體試塊尺寸之間具有一定聯(lián)系。

1.3 耐火性能

圖1 立方體混凝土破壞形態(tài)

在火災(zāi)高溫狀態(tài)下，混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)會(huì)在物理作用和化學(xué)作用等的綜合影響下，降低其力學(xué)性能，如剛度與強(qiáng)度逐漸降低，最終可能會(huì)完全失效。然而，高強(qiáng)高性能混凝土在火災(zāi)高溫作用下除了具有普通混凝土的上述性質(zhì)外，還具有如下比較顯著的特征，即在中等或高溫條件下，會(huì)存在爆裂或強(qiáng)度喪失的變化趨勢(shì)，這種情況同高強(qiáng)高性能混凝土材料自身特性有關(guān)。基于這種耐火性特性，為了避免高溫條件下高強(qiáng)高性能混凝土施工中出現(xiàn)爆裂現(xiàn)象，確保施工的安全性，就要從高強(qiáng)高性能混凝土的材料特性入手把控。比如，可以在相應(yīng)鋼筋混凝土中的鋼筋配制中改善其耐火性能，或者在混凝土中摻入少量的聚丙烯纖維等改善高強(qiáng)高性能，提升混凝土在高溫條件下的使用性能，這樣會(huì)極大地增強(qiáng)混凝土的使用質(zhì)量。

2 高強(qiáng)高性能混凝土的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題

不同于普通混凝土，高強(qiáng)高性能混凝土在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中會(huì)因?yàn)椴牧系奶厥庑远憩F(xiàn)出一些差異性，具體表現(xiàn)如下：①收縮與徐變問(wèn)題。隨著高強(qiáng)輕骨料混凝土強(qiáng)度的增加，徐變值不斷降低，自身的彈性模量比較低，使得相應(yīng)的彈性應(yīng)變較大，致使該種混凝土在荷載作用下會(huì)產(chǎn)生比較大的變形值，同時(shí)還會(huì)造成預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力損失，所以實(shí)際的預(yù)應(yīng)力設(shè)計(jì)中需要考慮這部分收縮值，確保最終預(yù)應(yīng)力值設(shè)計(jì)的合理性和準(zhǔn)確性。②耐磨性問(wèn)題。高強(qiáng)輕骨料混凝土的表層耐磨性要比一般混凝土的耐磨性更差，實(shí)際應(yīng)用中需要做好施工防護(hù)，如在混凝土混合料中添加一些耐磨性比較強(qiáng)的玻璃纖維或鋼纖維等材料，改善其耐磨性。③體積穩(wěn)定性問(wèn)題。在高強(qiáng)高性能混凝土中所用的水泥用量較高時(shí)，會(huì)出現(xiàn)比較大的混凝土收縮值，為了確保混凝土體積有良好的穩(wěn)定性，需要控制好材料的配比及施工工藝。④脆性問(wèn)題。混凝土本質(zhì)上屬于一種脆性材料，尤其是在其強(qiáng)度達(dá)到一定程度后，脆性特性就愈發(fā)突出。為了確保其使用質(zhì)量，可以在施工中采用三維配筋或鋼管約束來(lái)控制其脆性。⑤可泵性問(wèn)題。高強(qiáng)高性能混凝土具有相對(duì)較低的用水量，相應(yīng)的流動(dòng)性主要是基于高效減水劑的強(qiáng)吸附分散作用，使得混凝土出現(xiàn)比較大的粘性，增加了泵送的難度。在實(shí)際的施工中，需要科學(xué)選擇減水劑來(lái)改善其可泵性，確保有良好坍落度的同時(shí)，不會(huì)出現(xiàn)混凝土離析問(wèn)題。

2.2 應(yīng)用流程及要點(diǎn)

高強(qiáng)高性能混凝土在施工中主要適宜采用混凝土攪拌站進(jìn)行拌制，借助專用的自動(dòng)控制系統(tǒng)精確計(jì)量原材料。在實(shí)際的拌制施工中，應(yīng)用要點(diǎn)如下：

（1）在攪拌高強(qiáng)高性能混凝土期間，加水加入量達(dá)到一半時(shí)就可以添加外加劑，并在攪拌均勻20s后再加入粗骨料進(jìn)行機(jī)械攪拌，待攪拌時(shí)間不低于4s后方可進(jìn)行出料，確?；炷翑嚢璧恼w質(zhì)量。

（2）在運(yùn)輸高強(qiáng)高性能混凝土期間，要采用清潔的攪拌運(yùn)輸車進(jìn)行運(yùn)輸混凝土，且在混合料裝車前先將筒體內(nèi)存在的積水和積漿等進(jìn)行翻轉(zhuǎn)傾倒，之后即可進(jìn)行裝料，且在運(yùn)輸期間筒體保持適宜的旋轉(zhuǎn)速度，避免高強(qiáng)高性能混凝土在運(yùn)輸過(guò)程中發(fā)生離析或初凝問(wèn)題而影響其整體質(zhì)量。另外，在運(yùn)輸以及卸料期間不可向筒體內(nèi)部注入，待運(yùn)輸工作完畢后再及時(shí)清洗處理筒體。

（3）在泵送高強(qiáng)高性能混凝土期間，由于混凝土具有比較小的水灰比以及比較大的粘性，這會(huì)增加了混凝土的泵送阻力，泵送時(shí)適宜使用高壓泵管和固定高壓泵。在泵送混凝土期間，泵送速度不能夠過(guò)快，避免出現(xiàn)爆卡或爆管等問(wèn)題。

（4）在澆筑高強(qiáng)高性能混凝土期間，由于混凝土具有比較高的黏性，流動(dòng)速率比較低，很難充盈模板空間，澆筑混凝土注意延長(zhǎng)振動(dòng)時(shí)間，同時(shí)要放緩振動(dòng)棒的抽拔速率，且要聘請(qǐng)專門人員進(jìn)行施工監(jiān)控，避免出現(xiàn)漏振等混凝土振搗問(wèn)題。

（5）在養(yǎng)護(hù)高強(qiáng)高性能混凝土期間，由于其水灰比相對(duì)較小，不會(huì)出現(xiàn)泌水情況，也需要高度重視混凝土養(yǎng)護(hù)施工。比如，可以在混凝土模板外側(cè)位置處懸掛兩層棉被，且在拆除模板后及時(shí)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)液噴涂；在澆筑混凝土之前，要科學(xué)地埋置測(cè)溫管，密切檢測(cè)混凝土內(nèi)外的溫度，避免過(guò)大溫差而誘發(fā)溫度裂縫，一般需要將內(nèi)外溫差值控制在25℃以下，否則需要采取相應(yīng)的溫度控制措施。

3 小結(jié)

高強(qiáng)高性能混凝土可以滿足大跨度、高層以及輕量化結(jié)構(gòu)等的施工需求，具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，環(huán)保效益和經(jīng)濟(jì)效益也比較理想。為了確保高強(qiáng)高性能混凝土應(yīng)用質(zhì)量，必須要立足于高強(qiáng)高性能混凝土自身特性的基礎(chǔ)上，科學(xué)制定施工方案，做好混凝土拌制、運(yùn)輸、澆筑以及養(yǎng)護(hù)等各個(gè)工作環(huán)節(jié)的質(zhì)量管控，提升高強(qiáng)高性能混凝土的質(zhì)量。