高性能混凝土技術(shù)開發(fā)與應(yīng)用研究

袁國強(qiáng)

（翼城縣北關(guān)建筑安裝有限責(zé)任公司， 山西 翼城 043500）

1 高性能混凝土推廣應(yīng)用國內(nèi)試點(diǎn)工作進(jìn)展

1.1 高性能混凝土推廣應(yīng)用相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

在原有混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)充，逐步形成了我國高性能混凝土技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系。實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)是判定高性能混凝土推廣應(yīng)用的前提?！陡咝阅芑炷猎u(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》 (JGJ/T385－2015) 明確定義高性能混凝土，并將高性能混凝土的評(píng)價(jià)類別分為設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)、生產(chǎn)評(píng)價(jià)、工程評(píng)價(jià)，采用控制項(xiàng)與評(píng)分項(xiàng)結(jié)合的“雙控”評(píng)價(jià)模式，提出了具體的指標(biāo)體系和評(píng)價(jià)方法。評(píng)價(jià)體系涵蓋了混凝土生產(chǎn)及應(yīng)用全過程中原材料、配合比、制備、施工、混凝土性能5 大關(guān)鍵因素。該標(biāo)準(zhǔn)為高性能混凝土的評(píng)價(jià)與界定提供了可量化、可操作的依據(jù)。

水泥、摻合料、骨料作為混凝土中最主要的原材料，其品質(zhì)對(duì)混凝土性能及工程質(zhì)量具有重要影響。堅(jiān)持標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)，提升原材料品質(zhì)，可為高性能混凝土的推廣應(yīng)用提供基礎(chǔ)保證。

1） 水泥，目前水泥存在諸多問題：水泥早期水化速率偏高，強(qiáng)度特別是早期強(qiáng)度偏高，水泥中含有較多的熟料細(xì)粉(<3μm)，水泥細(xì)度過細(xì)，熟料C3A 含量偏高，通過提高熟料C3A 含量提高水泥早期強(qiáng)度或提高窯的臺(tái)時(shí)產(chǎn)量，熟料C3S 含量偏高，水泥的堿含量偏高，水泥標(biāo)準(zhǔn)對(duì)水泥與減水劑相容性未作規(guī)定，實(shí)際水泥于此參差不齊，水泥標(biāo)準(zhǔn)沒有全面的水泥質(zhì)量勻質(zhì)性指標(biāo)，水泥質(zhì)量波動(dòng)大，水泥顆粒形貌變差，水泥出廠時(shí)其混合材料摻量和品種沒有進(jìn)行明示等。其會(huì)導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生一系列問題，例如混凝土早期化學(xué)減縮增加，混凝土早期水化熱增加，混凝土在數(shù)年及更長時(shí)間持續(xù)的強(qiáng)度增長能力減弱，后期強(qiáng)度倒縮，水泥的堿含量過高會(huì)導(dǎo)致水泥漿體早期收縮增加，加大混凝土產(chǎn)生裂紋的危險(xiǎn)等。因此，混凝土行業(yè)廣泛呼吁從應(yīng)用端出發(fā)對(duì)水泥提出要求，并同時(shí)系統(tǒng)研究水泥的應(yīng)用技術(shù)?！锻ㄓ霉杷猁}水泥應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》正式列入中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)《2017年第一批工程建設(shè)協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制訂、修訂計(jì)劃》，由中國建筑科學(xué)研究院會(huì)同有關(guān)單位編制，該標(biāo)準(zhǔn)將為高性能混凝土用優(yōu)質(zhì)水泥的生產(chǎn)與應(yīng)用提供技術(shù)支撐。

2） 摻合料，現(xiàn)階段優(yōu)質(zhì)粉煤灰、礦粉等傳統(tǒng)摻合料日益緊缺，特殊工程及環(huán)境對(duì)功能型復(fù)合摻合料的需求日益增多。通過活性-惰性材料匹配、顆粒級(jí)配優(yōu)化等技術(shù)研制滿足工程需求的復(fù)合摻合料，既可以實(shí)現(xiàn)廢棄資源的綜合利用，解決粉煤灰、礦渣等傳統(tǒng)礦物摻合料緊缺帶來的供給問題，又可以利用“疊加效應(yīng)”獲得性能良好的摻合料?！痘炷劣脧?fù)合摻合料》 (JGJ/T486-2015) 的發(fā)布成為復(fù)合摻合料生產(chǎn)控制的技術(shù)依據(jù)，對(duì)于推動(dòng)混凝土用復(fù)合摻合料的研發(fā)與應(yīng)用具有重要作用。

中國建筑科學(xué)研究院成功研制出混凝土用降粘增強(qiáng)劑，并應(yīng)用于國內(nèi)首個(gè)120m 高混凝土風(fēng)電塔筒工程，配制出滿足頂升法施工工藝的C85 自密實(shí)混凝土。該風(fēng)電塔筒預(yù)制片鋼筋密集、波紋管軟弱，采用頂升法施工，頂模封閉、兩側(cè)開口?？朔水?dāng)?shù)卮止橇峡障堵蚀?高達(dá)48%)、細(xì)骨料含泥量高(戈壁砂) 等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了混凝土拌合物倒筒時(shí)間≤10s、離析率≤10%、混凝土強(qiáng)度等級(jí)達(dá)到C85，滿足工程需求。兩組混凝土配合比及拌合物性能、力學(xué)性能見表1。用降粘增強(qiáng)劑取代部分I 級(jí)粉煤灰，混凝土倒筒時(shí)間由24s縮短至9s，3d、28d、56d 抗壓強(qiáng)度分別提高14%、9%、16%，且離析率滿足工程要求。圖1 為未使用與使用降粘增強(qiáng)劑的預(yù)制片外觀對(duì)比。使用降粘增強(qiáng)劑的混凝土粘度明顯降低，拌合物工作性明顯提高，混凝土成型質(zhì)量得到了保證，在工程中應(yīng)用效果良好。

3） 骨料，骨料是混凝土的骨架，占到混凝土體積的70%左右，骨料的品質(zhì)直接關(guān)系到混凝土的質(zhì)量。據(jù)測(cè)算，目前我國骨料年產(chǎn)量已突破100 億t，天然砂石質(zhì)量每況愈下，再加上各地政府河道砂禁采禁挖的力度不斷加強(qiáng)，資源日益稀缺，機(jī)制砂石是工程建設(shè)的必然選擇。許多學(xué)者通過對(duì)高性能混凝土配制技術(shù)的系統(tǒng)研究，紛紛提出高性能混凝土用骨料應(yīng)具備更好的粒形粒貌、顆粒級(jí)配等技術(shù)性能，同時(shí)意識(shí)到石粉與泥的本質(zhì)區(qū)別。隨著研究和認(rèn)識(shí)的深入，對(duì)高性能混凝土用骨料提出了一些列新的技術(shù)指標(biāo)和測(cè)試評(píng)價(jià)方法，為此，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部組織中國建筑科學(xué)研究院會(huì)同有關(guān)單位編制行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《高性能混凝土用骨料》，該標(biāo)準(zhǔn)于2017年立項(xiàng)，目前正在開展試驗(yàn)研究工作。該標(biāo)準(zhǔn)將鼓勵(lì)企業(yè)產(chǎn)品提質(zhì)，引導(dǎo)高品質(zhì)骨料生產(chǎn)。

1.2 高性能混凝土推廣應(yīng)用國內(nèi)試點(diǎn)探索

遼寧、河南、江蘇、廣東、貴州、新疆作為高性能混凝土推廣應(yīng)用試點(diǎn)省，根據(jù)自身情況，建立了以高性能混凝土推廣應(yīng)用工作為核心任務(wù)的領(lǐng)導(dǎo)小組、專家技術(shù)指導(dǎo)組等。目前已經(jīng)建立了一套從國家到試點(diǎn)省多級(jí)管理、行政管理與技術(shù)指導(dǎo)聯(lián)合的組織機(jī)構(gòu)，明確了高性能混凝土推廣應(yīng)用工作中各組織的任務(wù)分工，同時(shí)充分吸納和發(fā)揮高性能混凝土推廣應(yīng)用鏈條上的各方力量，形成了國家層面的頂層設(shè)計(jì)，并且國家組織與試點(diǎn)省組織、試點(diǎn)省組織之間形成了交流互動(dòng)的良好氛圍。

各試點(diǎn)省、城市印發(fā)了高性能混凝土推廣應(yīng)用相關(guān)工作通知、激勵(lì)政策、產(chǎn)業(yè)政策等。例如，遼寧省錦州市計(jì)劃對(duì)確定的高性能混凝土試點(diǎn)企業(yè)給予新型墻材專項(xiàng)基金扶持的政策，以鼓勵(lì)和推進(jìn)試點(diǎn)工作，促進(jìn)高性能混凝土在錦州市的全面推廣應(yīng)用。江蘇省將高性能混凝土列入綠色建筑評(píng)定、建筑設(shè)計(jì)、工程評(píng)優(yōu)的評(píng)定要素。江蘇省編制了高性能混凝土推廣應(yīng)用技術(shù)目錄，鼓勵(lì)工程設(shè)計(jì)優(yōu)先選用，江蘇省高性能混凝土試點(diǎn)企業(yè)會(huì)同江蘇省轄市混凝土行業(yè)協(xié)會(huì)，在市造價(jià)站發(fā)布的普通混凝土指導(dǎo)價(jià)的基礎(chǔ)上，結(jié)合地區(qū)混凝土材料成本和產(chǎn)品升級(jí)換代后實(shí)際運(yùn)營成本等因素，共同組織采樣，并編制了高性能混凝土指導(dǎo)價(jià)信息。

在肯尼亞蒙內(nèi)鐵路項(xiàng)目建設(shè)過程中，針對(duì)中國鐵路相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的混凝土摻合料并未包含天然火山灰(渣) 的問題，2013年以來，中國建筑科學(xué)研究院基于充分的實(shí)地調(diào)研和考察，以肯尼亞當(dāng)?shù)氐幕鹕皆湍規(guī)r為主要研究對(duì)象，進(jìn)行了系統(tǒng)的試驗(yàn)研究和論證。研究發(fā)現(xiàn)，磨細(xì)凝灰?guī)r和火山渣的水化放熱速率與粉煤灰相當(dāng)，累計(jì)水化熱也表現(xiàn)出相同的規(guī)律。而火山灰與粉煤灰的技術(shù)區(qū)別主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：形貌、密度及活性差異。研究結(jié)果表明，天然火山灰替代粉煤灰作為礦物摻合料用于混凝土，其工作性、力學(xué)性能和耐久性均滿足鐵路混凝土標(biāo)準(zhǔn)的要求。而且，通過研究天然火山灰(渣) 的有效堿與以Na2Oeq 計(jì)算的總堿含量的關(guān)系，解決了堿含量“超標(biāo)”的問題。在系統(tǒng)研究的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了肯尼亞當(dāng)?shù)鼗鹕交业某晒﹂_發(fā)與工程應(yīng)用，突破了原有的中國鐵路標(biāo)準(zhǔn)，并形成了肯尼亞國家標(biāo)準(zhǔn)《天然火山灰混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中英文建議稿。這是中國標(biāo)準(zhǔn)在國外項(xiàng)目實(shí)施中的一次成功經(jīng)驗(yàn)，也是以中國標(biāo)準(zhǔn)為框架形成當(dāng)?shù)貥?biāo)準(zhǔn)的一次成功案例。此外，天然火山灰質(zhì)材料作為摻合料在蒙—內(nèi)鐵路混凝土中的有效應(yīng)用，還產(chǎn)生了巨大的經(jīng)濟(jì)效益，其摻量按膠凝材料用量的15%～25%計(jì)算，基于當(dāng)?shù)厮鄡r(jià)格是國內(nèi)的5～6 倍的情況，初步估計(jì)可節(jié)約工程成本上億元人民幣。在中國標(biāo)準(zhǔn)框架下，研究不同地區(qū)具體技術(shù)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)中國技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)在國外的應(yīng)用，能夠及時(shí)、有效地解決混凝土工程技術(shù)問題，減少管理和協(xié)調(diào)成本，增加技術(shù)方案的可行性和便利性，大大縮短建設(shè)成本。

2 結(jié)語

高性能混凝土推廣應(yīng)用是我國混凝土技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。以滿足工程需求為目標(biāo)、以優(yōu)質(zhì)常規(guī)原材料應(yīng)用為基礎(chǔ)、以綠色生產(chǎn)為途徑、以生產(chǎn)與施工全過程控制為保障、以量化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為準(zhǔn)繩、以實(shí)現(xiàn)性能全面優(yōu)異為導(dǎo)向，是高性能混凝土被賦予的新內(nèi)涵。高性能混凝土的理念和技術(shù)體系將有助于提升我國混凝土技術(shù)水平，同時(shí)提升混凝土工程質(zhì)量。推廣應(yīng)用高性能混凝土實(shí)質(zhì)上是一個(gè)對(duì)工程設(shè)計(jì)、混凝土生產(chǎn)、施工、驗(yàn)收等多個(gè)環(huán)節(jié)的系統(tǒng)性提升，也將注定是一項(xiàng)“久久為功”的工作。