高性能混凝土配制施工技术方法

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高性能混凝土配制施工技术方法

　　高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。下面由小编为大家分享高性能混凝土配制施工技术方法，欢迎大家阅读浏览。

高性能混凝土配制施工技术方法

　　1 高性能混凝土的性能特点

　　耐久的混凝土必须能抵抗风化作用、化学侵蚀、磨耗和其他破坏过程，这表示高性能混凝土不仅应有高强度，而且应具有高刚度，体积变化小，实际上不透水，氯离子难以渗透，高弹性模量，收缩徐变小，热应变小等特点。因此，高性能混凝土在组成和结构上与普通混凝土应有所不同，首先应具有以下结构特点[1]：

　　1) 孔隙率很低，而且基本上不存在大于100nm的大孔;

　　2) 水化物中Ca(OH)2含量减少，C-S-H和Aft含量增多;

　　3) 未水化颗粒多，未水化颗粒和矿物细掺料等各级中心质效应增多，中心质网络骨架得到强化;

　　4) 界面过渡层厚度小，并且孔隙率低，Ca(OH)2数量减少，取向程度下降，水化物结晶颗粒尺寸减少，更接近于水泥石本体水化物的分布，因而得到加强。

　　其次，高性能混凝土的配制特点是低水胶比、掺加高效减水剂和矿物细掺料，故从组成和配比来看，高性能混凝土还应具有以下特点：

　　1)水灰比(W/C)≤0.38

　　按照Rüch提出的相图[2]，当水灰比>0.38时，水泥全部水化后，水泥石中含有水泥凝胶、凝胶水、毛细水和空隙。而毛细水在混凝土中是可以扩散渗透的，也就是说，W/C>0.38时，混凝土中有毛细管存在，抗渗性降低，耐久性降低。所以配制高性能混凝土时，水灰比不应大于0.38。

　　2)高效减水剂是降低混凝土中水灰比的必须材料，也是高性能混凝土不可或缺的组分。为使混凝土具有良好的工作性能，高效减水剂除了具有高的减水率外，还应具有有效控制塌落度损失的功能。

　　3)矿物掺合料是高性能混凝土的功能组分之一，它可以填充水泥的空隙，在相同的水胶比下，能提高流动性，硬化后也能提高强度。更重要的是能改善混凝土中水泥石与集料的界面结构，使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得到提高。

　　4)对高性能混凝土有抗冻或其他要求时，应掺加引气剂，以及其他有关的外加剂，如阻锈剂等。

　　因此配制高强高性能混凝土时，应根据工程实际的耐久性、流动性与强度要求及所处的环境，确定原材料的品种与质量(如胶凝材料、外加剂、掺和料、集料及粗集料最大粒级、品种等)，选择合理的工艺参数，确定混凝土配合比。此外，高性能混凝土的施工需要进行严格的质量控制。

　　2 高性能混凝土的组成材料

　　HPC和NC一样，要应用水泥、集料和水，同时必须使用外加剂和矿物细掺料，但是由于高性能的要求，HPC对材料质量的要求更高，其组成材料的数量和比例与NC明显不同。为了获得高强度、大流动性的高性能混凝土，除水泥、水、集料等应选用优质原材料外，还必须采取以下技术措施：

　　1.掺加活性较高的矿物掺合料，如硅灰、磨细矿渣微粉、超细粉煤灰、天然沸石粉等，充分利用超细粉的填隙作用以形成细观紧密体系，改善混凝土孔结构，提高混凝土的密实度，同时改善混凝土界面结构，提高界面粘结强度。

　　2.掺加优质高效减水剂，如采用缓凝高效减水剂既可保证混凝土有足够流动性，又能有效控制混凝土的坍落度损失。

　　3 高性能混凝土的配合比设计

　　3.1高性能混凝土配制目标和影响因素

　　1)耐久性：如前所述，HPC配制的目标主要是耐久性，由于大多数造成混凝土劣化的物理或化学侵蚀都是有害介质通过水的浸入而发生的，所以低的渗透性是混凝土的第一道防线。影响混凝土渗透性的主要因素是拌合物的均匀性、稳定性，以及硬化混凝土的密实度、中心质网络的形成、界面结构、尺寸稳定性和所用原材料的品质等。

　　2)强度：由于具有减少高层建筑柱和大跨度桥梁等构件的断面、降低结构物自重、扩大使用面积等优势，在允许减小断面的部位，应尽量提高混凝土的强度。目前，结构设计中对混凝土的要求仍以抗压强度为主要指标，因此混凝土配合比可见的设计依据首先也还是抗压强度。影响强度和密实度的主要因素是水胶比和矿物掺合料的用量，同时受界面的影响，粗集料的粒径、砂率和浆体数量也会对强度有所影响。

　　3)工作性：HPC的工作性很重要，是保证混凝土浇筑质量的关键。HPC应具有高流动性、可泵性，拌合物应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性，同时为了保证施工质量，在配料时还应考虑减少流动性损失。影响HPC拌合物工作性的主要因素有水泥浆用量(涉及水胶比、胶凝材料用量及砂率等)、集料级配、外加剂品种及其掺量等。

　　3.2高性能混凝土配合比法则

　　根据高性能混凝土的特点，在配合比设计时应遵循以下法则：

　　1)灰水比法则：混凝土的强度与水泥强度成正比，与灰水比成正比。灰水比一经确定，不能随意变动。这里的“灰”包括所有胶凝材料，也可称为胶水比。

　　2)混凝土密实体积法则：可塑状态混凝土的总体积为水、水泥(胶凝材料)、砂、石的密实体积之和。这一法则是计算混凝土配合比的基础。

　　3)最小单位用水量或最小胶凝材料用量法则：在灰水比固定、原材料一定的情况下，使用满足工作性的最小加水量(即最小的浆体量)，可得到体积稳定、经济的混凝土。

　　4)最小水泥用量法则：为降低温升，提高混凝土抵抗环境因素侵蚀的能力，在满足混凝土早期强度要求的前提下，应尽量减少胶凝材料中的水泥用量。

　　3.3高性能混凝土配合比参数的选择

　　高性能混凝土的配合比参数主要有水胶比、浆集比、砂率和减水剂用量。

　　1)水胶比：水灰比(或水胶比)不仅极大的影响混凝土的强度，同时会极大的影响混凝土的抗渗性能和耐久性，水灰比大的水泥石的毛细孔隙较大，渗透性增加，耐久性降低。《普通混凝土配合比设计技术规程》中由于对耐久性有要求，规定了最大水灰比与最小水泥用量。对于高性能混凝土，为达到低渗透性以保证混凝土的耐久性，其水灰比不宜大于0.35～0.40。有研究表明，硅酸盐水泥水化时，结合水约占水泥重量的22%，即在目前所用水泥和高效减水剂的条件下，采用普通的拌合、浇筑和养护技术措施，最佳水灰比约为0.22。水灰比小于0.22，则水泥石达不到足够的密实程度，因此高性能混凝土的水灰比取值范围应为0.22～0.35。如陕西钟佳墙采用0.236的水胶比，掺加Ⅱ级粉煤灰配制出C80的泵送达流动性混凝土[3]。

　　2)浆集比：水灰比确定以后，胶凝材料总量就反映了水泥浆和集料的比例，即浆集比。试验证明，HPC中水泥浆/集料的体积比宜为35/65。即为保证混凝土具有良好的流动性，要求有较大的胶凝材料总用量，但随胶凝材料用量的增加，混凝土的弹性模量会有所下降，混凝土的收缩也会有所增加。根据经验，HPC的胶凝材料总量以不超过550 kg/m3为宜，并随混凝土强度等级的下降而减少，但最少不能低于300 kg/m3。

　　此外由于水灰比较低，水泥用量较高时，高性能混凝土会有较高的水化热，温升较高，容易引起体积变形，产生温度裂缝。因而从技术性能与经济上考虑，需要掺加辅助胶凝材料，以减少混凝土的温升和干缩，提高抗化学侵蚀的能力，增加密实度，并降低成本。一般以10%～30%的辅助胶凝材料取代水泥，可以单独掺加硅灰、矿渣、粉煤灰，也可以掺加硅灰与粉煤灰或硅灰与矿渣的混合物。

　　3)砂率：在水泥浆量一定的情况下，细集料对混凝土配合比的影响比粗集料更为显著，重量一定时，细集料的表面积比粗集料大得多，所有集料的表面都需要有胶凝材料浆体包裹，因而砂的颗粒级配以及砂率的大小均对浆体的需要量有直接的影响。高性能混凝土胶凝材料用量较大，若细集料用料较少，粗集料用量较大，则可以减少浆体用量，比较经济，也可以获得较高的强度，故在和易性能满足施工要求的条件下，可以选择较小的适宜的砂率。P.K.Mehta认为[2]，应用适当的粗集料，水泥浆/集料的体积比为35/65的条件下，可以制造出尺寸稳定性好的高性能混凝土，在粗集料最大粒径为12～19mm时，推荐的砂率为36%～39%。通过对国外典型工程和实验室配合比的统计，发现对于28d抗压强度为60～120的高性能混凝土，砂率大多在34%～44%范围内;当强度在80～100之间时，砂率主要集中在38%～42%之间;且随混凝土强度的增高，砂率呈减少的趋势。如内蒙古杭美艳采用0.36的砂率，掺加650㎡/kg的超细矿渣配制出C80的高性能混凝土[4]。

　　4)减水剂掺量：在上述低水灰比的条件下，要拌制高施工性能的混凝土是十分困难的，必须要应用高效减水剂。高效减水剂具有较强的分散作用，其减水率可以高达30%以上，在水泥用量大或水泥颗粒相对较细时，分散作用更为显著。高效减水剂的掺量一般以水泥质量的1.0%左右较为适宜，或者掺加0.8%～1.0%的高效减水剂和0.2%左右的木质素磺酸钙，以适当控制混凝土的坍落度损失。当胶凝材料用量较大时，高效减水剂的掺量需要增加。

　　4 高性能混凝土的施工与质量控制

　　如果材料选择与配合比设计正确，高性能混凝土的耐久性在很大程度上决定于施工质量是否优良，混凝土的制造和施工决定了混凝土的性能。加料顺序正确，拌和彻底、均匀、运输与搬运过程混凝土拌合物不离析、振捣密实、养护充分等均是保证高性能混凝土质量的重要因素。

　　高性能混凝土可以应用普通混凝土的施工设备进行施工，但其施工质量控制应该更加严格，配料计量误差要在允许的范围之内，原材料质量变化的检查次数要增加，混凝土的拌和要彻底均匀，应保证新拌混凝土具有良好的施工性能。HPC特别强调的一个方面就是应具有适宜的和易性以保证满意的浇筑质量，为利于浇筑，HPC通常需要较大的，如10～20cm的坍落度。但由于HPC胶凝材料用量大，水灰比较小，混凝土拌合物比较粘稠，坍落度损失较快，如果坍落度损失过大将不利于混凝土的浇筑、密实和均匀化，影响结构整体质量。因此，在高性能混凝土施工过程中除要求高效减水剂具有良好的控制塌落度损失性能外，还应特别注意施工组织安排，尽量减小混凝土坍落度损失。

　　此外，由于高强和高性能混凝土均有较高的水化温升，根据混凝土成分和环境条件的不同大约在浇筑后24～48h到达最高温度，所以HPC施工一般不应过早拆模，同时拆模后不宜立即移走模板，应持续保护几小时，以避免冷击。同时，正确的抹面和水养护是获得不透水表面的重要步骤[5]，对于低水灰比的HPC，不仅需要保持内部水分不蒸发，还要注重从外部环境中补充水分，应进行外界潮湿养护，以保证混凝土充分水化，提高混凝土的综合性能。

　　参考文献：

　　[1]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999

　　[2]冯乃谦编著.高性能混凝土[M].北京：中国建筑工业出版社，1996

　　[3]钟佳墙，刘凯等.Ⅱ级粉煤灰在C80泵送大流动性混凝土中的试验研究.第三届全国商品混凝土大会论文集，2006

　　[4]杭美艳，赵根田，高春彦.用超细矿渣微粉配制C80混凝土的研究.混凝土，2007

　　[5]张传仓，杨利民等.大体积混凝土测温技术工程实践应用.混凝土，2007，(4)

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