高性能水泥混凝土在工程應用中的技術要點分析及發(fā)展前景

摘? 要：高性能水泥混凝土作為一種新型高技術混凝土，在公路工程中得到大力推廣，本文通過介紹掌握的實際工程，對高性能水泥混凝土的原材料選擇、配合比設計、施工工藝等提出見解，以期為其在公路工程中的應用提供參考。

關鍵詞：高性能混凝土材料要求;設計理念;施工要點;發(fā)展前景

中圖分類號：U414? 文獻標識碼：A? ? 文章編號：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

近年來，我國交通基礎設施規(guī)模不斷擴大，國省干線公路等級全面提高，農(nóng)村公路交通條件得到明顯改善。然而，不少水泥混凝土結構（構造物）在使用3～5年甚至更短的時間內(nèi)出現(xiàn)了不同程度的破損、開裂及耐久性破壞等問題，因此致使水泥混凝土結構物使用性能迅速衰減，難以達到設計使用年限，進而被迫提前維修或重新修筑，這不僅嚴重影響交通和安全，而且造成巨大的經(jīng)濟損失?；诖耍l(fā)展高性能水泥混凝土是現(xiàn)代混凝土技術發(fā)展的必然趨勢，且其擁有廣闊的發(fā)展前景[1]。

1 高性能水泥混凝土概念

“高性能水泥混凝土”是在普通水泥混凝土基礎上，通過技術優(yōu)化，不斷提升其整體性能而產(chǎn)生的一種新型的高技術混凝土。其突出性能為高耐久性、高強度，高工作性。

高耐久性是高性能水泥混凝土的首要特征。在惡劣的使用條件下，高性能水泥混凝土能長期保持其體積穩(wěn)定性、力學性能不變。

高強度是高性能水泥混凝土的公認標準。高強度意味著耐久，但需要指出，高性能水泥混凝土不一定單純指大于C50的高強混凝土，還包括（如C30～C50）中等強度混凝土，它主要是以強調(diào)改善混凝土材料耐久性為目標的混凝土。

高工作性是高性能水泥混凝土的重要特征。在實際應用中，高性能水泥混凝土具有良好的流動性、自密實性、保水性、粘聚性、可泵性、抗離析性等部分性能或全部性能。

2 高性能水泥混凝土對材料的技術要求

高性能水泥混凝土的原材料選擇除滿足普通混凝土相關技術要求外，還應綜合考慮工程特點、工程用途、混凝土所處環(huán)境、施工工藝等因素。因此，高性能水泥混凝土的原材料選擇比普通混凝土有著更加苛刻的要求[2]。

2.1水泥的選擇

高性能水泥混凝土的性能在一定程度上取決于水泥性能。目前工程中采用的水泥有硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、火山灰硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復合硅酸鹽等幾種水泥，但不是所有水泥都可以用來配制高性能水泥混凝土。

高性能水泥混凝土具有高耐久性、高強度、高工作性，在水膠比不變的前提下，需要增加水泥用量，但為了避免因混凝土的內(nèi)外溫差過大而使構件產(chǎn)生裂縫，又要降低水泥用量，同時還要保證使用較少的水泥用量獲得高強度的混凝土。因此，配制高性能水泥混凝土的水泥必須要滿足用水量小，水化后釋熱量低，早期強度較低而后期強度高的水泥。

通過大量的工程實踐證明，我國各地水泥廠生產(chǎn)的符合GB 175-2007《通用硅酸鹽水泥》標準的普通硅酸鹽水泥及硅酸鹽水泥，完全可以滿足配制高性能混凝土的要求。

2.2粗、細集料的選擇

高性能水泥混凝土在粗集料選擇上與普通混凝土有著不同之處，既要符合GB/T14685-2011國家標準《建筑用卵石、碎石》中的各項技術指標，又有較高限制。根據(jù)多年的實踐經(jīng)驗，配制高性能水泥混凝土所用粗集料表面必須粗糙且?guī)Ю饨?，這樣可使水泥和骨料粘結比較牢固，其針、片狀顆粒總含量不宜大于5%;強度指標中壓碎值宜控制在10%～15%之間，對混凝土耐久性有利;粗集料最大粒徑不大于20mm時，混凝土構件整體強度能達到最佳，粗集料中無堿活性組分。

水泥混凝土常用細集料有天然砂和機制砂兩種，天然砂具有外形圓滑且質(zhì)地堅硬等特點，是比較理想的原料;機制砂是技術性質(zhì)與天然砂最為接近的一種人工砂，也是不錯的選擇。高性能水泥混凝土所用細集料宜選用石英含量高、顆粒形狀渾圓、潔凈、篩分曲線平滑的中粗砂，細度模數(shù)一般控制在2.3～3.0之間，同時應符合GB/T14684-2011國家標準《建筑用砂》中各項技術指標。

2.3礦物外摻料的選擇

有針對性的摻加礦物外摻料已成為現(xiàn)代混凝土高性能化的一大技術手段。高性能水泥混凝土中常用的礦物外摻料主要有優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦渣和硅粉等，粉煤灰因原料豐富、價格低廉和使用經(jīng)驗多等特點，目前是公路工程中最常使用的礦物外摻料。首先，高性能水泥混凝土摻加粉煤灰后可減少水泥用量，且粉煤灰水化放熱量很少，由于混凝土內(nèi)部溫度的降低，可明顯減少溫縮裂縫，特別對大體積混凝土工程極為利;其次，粉煤灰小球狀顆粒填充于水泥顆粒之間，使膠凝材料具有良好的級配，降低了用水量，提高了混凝土的強度和耐久性。一般情況下，當采用Ⅱ級粉煤灰時摻量應控制在10%～20%（不包括水泥生產(chǎn)內(nèi)摻量）;采用Ⅰ級粉煤灰時，最佳摻量范圍可適當放寬，但須通過試驗確定或應用實踐驗證。

2.4拌和及養(yǎng)生用水

高性能水泥混凝土拌和及養(yǎng)生用水，凡符合現(xiàn)行《生活飲用水衛(wèi)生標準》（GB 5749）的飲用水可直接作為拌和及養(yǎng)生用水。

2.5化學外加劑的選擇

高性能水泥混凝土用外加劑種類，應通過試驗和技術經(jīng)濟比較確定。各種外加劑都有其特性，如改善和易性、泵送性、調(diào)節(jié)凝結時間、提高強度、改進耐久性、防止開裂等，常用混凝土外加劑品種有普通（高效）減水劑、引氣劑、緩凝劑、早強（速凝）劑、防凍劑，其摻加量一般為水泥質(zhì)量5%以下，因此使用前的試配工作是極為必要的。

3 高性能水泥混凝土配合比設計理念

高性能水泥混凝土與普通混凝土配合比設計，既有相同之處，也有不同的設計理念。二者的相同之處是仍然依據(jù)三大法則，即：（1）水膠比（或水灰比）法則;（2）最大密實度法則;（3）最小單位用水量法則，根據(jù)三大法則，可以初步確定混凝土配合比中的水膠比、集漿比、砂率與最小單位用水量這四個基本參數(shù)，再通過試配和經(jīng)驗確定化學外加劑和礦物外摻料的用量。而高性能水泥混凝土配合比設計時最重要的特征是強調(diào)混凝土結構與所處工作環(huán)境類別和作用等級相適應，為保證高性能混凝土具有高耐久性，在進行配合比設計時，必須考慮到抗?jié)B性、抗凍性、抗化學侵蝕性、耐磨性、堿-骨料反應、抗干縮體積穩(wěn)定性等，這些性能受水灰比影響很大，所以高性能水泥混凝土的水灰比不宜大于0.40。

高性能水泥混凝土應突出高工作性，對混凝土施工性能用工作性（或和易性）進行評價，這是新拌混凝土的一項綜合性能指標，高性能水泥混凝土既要具有滿足施工要求的流動性，又要具有良好的粘聚性和保水性，粘聚性好則混凝土在保水方面表現(xiàn)較好，但如流動性過大，則其保水性和粘聚性往往變差。因此，根據(jù)不同施工方法和工藝，高性能水泥混凝土的坍落度宜控制在100～180mm。

4 高性能水泥混凝土的施工要點

高性能水泥混凝土拌制前，根據(jù)施工需要，配備強制式拌和設備，并嚴格按照施工配合比要求準確計量原材料，最大允許偏差應符合：膠凝材料（水泥、礦物外摻料）±1%;化學外加劑±1%;粗細集料±2%;拌合水±1%。在常溫情況下，混凝土總攪拌時間宜控制在90s～120s，以保證混凝土材料拌制均勻，顏色一致，未經(jīng)試驗人員同意不得隨意增減用水量，并隨時檢查拌合物的和易性，判斷坍落度損失等情況?；炷翝仓?，應針對工程特點、環(huán)境條件等，合理安排供料調(diào)度工作，事先進行澆筑方案設計，加強混凝土的振搗工藝，不得過振或漏振，保確?；炷劣凶畲蟮拿軐嵭院妥钚〉臐B透性。高性能水泥混凝土的用水量比普通混凝土小，應盡量減少水分蒸發(fā)，振搗密實后及時用塑料薄膜進行覆蓋，以防止混凝土干縮裂縫產(chǎn)生及保證混凝土后期強度增長。這些施工工藝都是保證高性能水泥混凝土結構物質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。

5 高性能水泥混凝土的工程應用發(fā)展前景

隨著高性能水泥混凝土技術的不斷成熟和發(fā)展，有些技術已在公路工程中廣泛應用并取得成功，如在道路快速施工、路面沉降搶修、大跨徑橋梁施工、橋面鋪裝搶修及養(yǎng)護修補、在嚴酷環(huán)境中使用的結構物、海底隧道等工程領域，積累了豐富的經(jīng)驗;還有些技術與工藝正處于探索和研究階段，可以預期，經(jīng)過廣大技術工作者的努力，將會取得更大、更多的技術經(jīng)濟效益。

6 結語

綜上所述，大力推廣應用高性能水泥混凝土在節(jié)約資源能源、降低工程造價、延長公路橋梁使用壽命、環(huán)境保護和改善勞動條件等方面，有著重大意義，因此其是一種具有廣闊應用前景且可持續(xù)發(fā)展的綠色材料。

參考文獻

[1]李繼業(yè)，劉福臣，林世樂.道路工程常用混凝土實用技術手冊[M].北京：中國建材工業(yè)出版社，2008.

[2]《公路橋涵施工技術規(guī)范》 JTG/T F50-2011[M].人民交通出版社，2011.

收稿日期：2019-08-12

作者簡介：呂興建（1985—），男，甘肅靖遠人，本科，工程師，研究方向：公路工程。

Analysis on the Technical Points of High-performance Cement Concrete in Engineering Application and Its Development Prospects

LV Xingjian

（Gansu Baiyin Highway Bureau，? Baiyin? Gansu? 730900）

Abstract： As a new type of high-tech concrete， high-performance cement concrete has been vigorously promoted in highway engineering. This article provides insights on the selection of raw materials， mix ratio design， construction technology， etc. of high-performance cement concrete by introducing the actual engineering mastered in order to Provide a reference for its application in highway engineering.

Keywords： high performance concrete material requirements; design concept; construction points; development prospects