高性能混凝土的性能及其原材料的选用

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２ ０ １ ５ 年７ 月 ・ ２ ２ ９・
高性 能混 凝 土 的性 能 及其 原材 料 的选用
高 杨 南 内蒙古扎 兰 屯市城市排水有 限责任公 司， 内蒙古扎 兰 屯 ０ ２ １ ０ ０ ０
摘 要 ： 随 着我 国改革开放和现代 化进程 的加 快，我 国的建设规模 正 日益增大 ，如何保证建 筑工程 质量的 同时也能使 工程 能 长 久 的安 全使 用 下去 ， 日益 受 到 各 级 政 府 和 社 会 各 界 的 广 泛 关 注 。 在 众 多的 土木 工程 建设 中 ， 混凝 土 的 应 用 面 之 广 ，使 用 次 数之 多是很 少见 的。尤其 中近年 来， 一种较新的混凝土技术 正在 快速发展 并且 运用到许 多实际工程项 目中， 那就是 高性能混凝土 。 高性 能混凝土 （ Ｈ Ｐ Ｃ）由于具有 高耐久性、 高工作性 、高强度和 高体积稳 定性 等许 多优 良特性 ，被认 为是 目前全世界性能 最为 全 面的混凝 土，至今 已在 不 少重要工程 中被采 用，特 别是在桥 梁、高层 建筑、海港建筑等工程 。 关键词 ： 高性 能 混凝 土 ； 耐久性 ； 体 积 稳 定 性 中 图分 类 号 ： Ｔ Ｕ ３ 文献标识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ １ — ５ ５ ８ ６（ ２ ０ １ ５ ）３ ３ ． ０ ２ ２ ９ ． ０ １ 高性 能混凝 土 （ ＨＰ Ｃ）是２ ０ 世纪 ８ ０ 年代末 ９ ０ 年代初 ，一 些发达 国家基于 混凝 土结构耐久性设计提 出的一种全 新概 念的 混凝土 ，它 以耐久性为首要设计指标 ，这种混凝土有 可能为基 础 设施工程 提供 １ ０ ０ 年 以上 的 使 用 寿 命 。 区 别 于传 统 混 凝 土 ， 高性能混凝土 由于具有高耐久性 、高工作性 、高强度 和高体积 稳定性等许 多优 良特 性，被认为是 目前全世 界性 能最为全 面的 混凝土 ，至今 已在 不少重要工程 中被采用 ，特别 是在桥梁 、高 层建筑 、海港建 筑等工程 中显示 出其独特 的优越 性，在 工程安 全使用期 、经济 合理性、环境条件 的适应性等方 面产 生了明显 的 效 益 ， 因此 被 各 国 学 者 所 接 受 ，被 认 为 是 今 后 混凝 土 技 术 的 发展方 向。 １高性 能混凝土 的性 能 １ ． １耐久性 高效减水剂 和矿 物质 超细粉的配合使用 ，能够有 效的减少 用水量 ，减少混凝土 内部的空隙 ，能够使混凝土结构 安全 可靠 地工作 ５ ０～ １ ０ ０ 年 以上 ，是高性能混凝土应用 的主 要 目的。 １ ． ２ 工 作 性 坍落 度 是评价 混凝 土工 作性 的主要 指标 ，ＨＰ Ｃ的坍 落度 控 制 功 能 好 ，在 振 捣 的过 程 中 ，高 性 能 混 凝 土 粘 性 大 ，粗 骨 料 的 下 沉 速 度 慢 ，在 相 同振 动 时 间 内 ，下 沉 距 离 短 ，稳 定性 和 均

高性能混凝土必须选用强度高 、吸水率低 、级配 良好 的粗 集料 。 宜选择表面粗糙、 外形有棱角 、 针片状含量低的硬质砂岩 、 石 灰 岩 、花 岗岩 、 玄武 岩 碎 石 ，级 配 符 合 规 范 要 求 。 由于 高性 能混凝土要求 强度较高 ，就必 须使粗集料 具有足够 高的强度 ， 般 粗 集 料 强度 应 为 混 凝 土 强 度 的 ｌ ｌ ５ 倍～ ２ １ ０ 倍 或 控 制 压 碎 指 标值 ＞ １ ０％。 最 大 粒 径 不 应 大 于 ２ ５ ｍｍ， 以 １ ０ ｍｍ ～ ２ ０ ｍｍ 为 佳 ，这 是 因为 ，较 小粒 径 的粗 集 料 ，其 内部 产 生 缺 陷 的几 率 减 小 ， 与砂 浆 的粘 结 面 积 增 大 ，且 界 面 受 力 较 均 匀 。 ２ ． ３细掺合料 配 制高性能混凝土 时，掺入活性细掺合料可 以使水泥浆 的 流 动性 大为 改善 ， 空 隙得 到充 分 填 充 ，使 硬 化 后 的水 泥 石 强度 有所提 高。更重要 的是 ，加入 活性细掺合料 改善 了混凝土 中水 泥石与骨料 的界面结构 ，使混凝土 的强度 、抗渗性与耐久性均 得 到提 高。活性细掺合料是高性能混凝土必用 的组成材料 。在 高 性 能 混 凝 土 中 常用 的 活 性 细 掺 合 料 有 硅 粉 （ Ｓ Ｆ ） 、 磨 细 矿 渣 粉 （ Ｂ Ｆ Ｓ ） 、粉 煤灰 （ Ｆ Ａ） 、天然 沸石 粉 （ ＮＺ）等 。粉煤 灰是 火 电厂燃 煤锅 炉排 出的烟道 灰，它 能有效提 高混 凝土 的抗渗 性 ，显著 改善混凝土拌合物 的工作性 ，大掺量粉煤灰混凝土还 对环境保护和节约资源有重要 意义 。配制高性能混凝土 的粉煤 灰 宜用含碳量低 、细度低 、需水量低 的优质粉煤灰 。矿渣是 高 炉 炼 铁 排 出 的熔 融矿 渣 在 高温 状 态 下迅 速 水 淬 冷 却 而 成 的 ，用 于 高性 能混 凝 土 的磨 细 矿 渣 细 度 大 于 水 泥 ， 能提 高混 凝 土 的工 作 性和耐久性 。硅 粉是 电炉法 生产硅铁合 金所排放 的烟 道灰 ， Ｓ ｉ ０ ２ 含 量 大于 ９ ０％， 平 均 粒 径 约 ０ １ １ ｕｍ， 比 表 面 积 ＞ ２ ０ ０ ０ ０ ｍ ／ ｋ ｇ ，借 助大剂量高 效减 水剂和 强力搅拌作 用，可 以填充 到 水泥或其他掺合料 的间隙中去 ，并且具有很 高的活性 ，在各种 掺合料 中对混凝土 的增强作用最为 显著 ，是 国际上制备超 高强 混 凝 土 最通 用 的超 细 活 性 掺 合 料 。 ２ ． ４减水剂及缓凝剂 由于高性 能混凝土具有较 高的强度 ，且 一般混凝土拌合物 的坍落度较 大 （ １ ５～ ２ ０ ｃ ｍ 左右 ） ，在低 水胶 比 （ 一般 ＜０ ． ３ ５ ） 般 的情 况 下 ，要 使 混凝 土 具 有 较 大 的坍 落 度 ，就 必 须使 用 高 效 减水剂 ，且其减 水率宜在 ２ ０％ 以 上 。 有 时 为 减 少 混 凝 土 坍 落度 的损 失，在减水剂 内还 宜掺有缓凝 的成份 。此外 ，由于高 性 能混 凝 土 水 胶 比低 ，水 泥 颗 粒 间距 小 ， 能进 人 溶 液 的离 子数 量 也 少 ， 因此 减 水 剂 对 水 泥 的适 应 性 表 现 更 为 敏 感 。 因大 部 分
匀性好 。 １ ． ３ 力 学 性 能
用细度模数 大于 ２ ． ６ 的 中砂或粗砂 。
２ ． ２粗集料
由于 混凝土 是一种非均 质材料 ，强度受诸 多因素 的影响 ， 水灰 比是影 响混凝土 强度 的主要因素 ，对于普通混凝土 ，随着 水灰 比的降低 ，混凝 土的抗压强度增大 ，高性能混凝 土中的高 效 减 水 剂 对 水 泥 的分 散 能 力 强 、 减 水 率 高 ，可 大 幅度 降低 混凝 土单方用水量 。 １ ， ４ 体积稳定性 高性能混凝土具有较 高的体积稳定性 ，即混凝土在硬 化早 期 应 具 有 较 低 的水 化 热 ， 硬化 后 期 具 有 较 小 的收 缩 变 形 。 １ ． ５ 经 济 性 高性能混凝土较 高的强度 、 良好的耐久性和工艺性都 能使 其 具 有 良好 的经 济 性 。 高 性 能 混 凝 土 良好 的耐 久 性 可 以减 少 结 构 的 维 修 费 用 ， 延 长 结 构 的 使 用 寿 命 ，收 到 良好 的经 济 效 益 ； 高性能混凝土 的高强度可 以减 少构件尺寸 ，减小 自重 ，增 加使 用空间 ； ＨＰ Ｃ 良好 的 工 作 性 可 以减 少 工 人 工 作 强 度 ， 加 快 施 工 速 度 ， 减 少 成 本 。前 苏 联 学 者 研 究 发 现 用 Ｃ１ １ ０ ￣ Ｃ１ ３ ７ 的 高性 能 混 凝 土 替 代 Ｃ ４ ０ ～ Ｃ ６ ０的 混 凝 土 ，可 以节 约 １ ５ ％～ ２ ５ ％ 的钢 材 和 ３ ０ ％～ ７ ０ ％ 的水 泥 。虽然 Ｈ Ｐ Ｃ本 身 的价 格偏 高，但 是其优 异 的性能使 其具 有 了 良好 的 经济性 。概 括起来说 ，高性能混凝 土就 是能更好地满足结构功 能要求和施 工工艺要求的混凝土 ，能最大限度地延长混凝土结 构 的使用年 限，降低 工程造价 。 ２高性能混凝土 原材 料及其选用 ２ ． １细集料 细集料宜选用质 地坚硬、洁净 、级配 良好的天然 中、粗河 砂 ， 其 质 量 要 求 应 符 合 普 通 混 凝 土 用 砂 石 标 准 中 的 规 定 。砂 的 粗 细 程 度 对 混 凝 土 强度 有 明 显 的影 响 ， 一般情况 下， 砂子越粗 ， 混凝土 的强度越 高 。配 制 Ｃ５ ０～ Ｃ ８ ０ 的混 凝土 用砂 宜选 用细 度 模数 大 于 ２ ＿ ３ 的 中 砂 ，对 于 Ｃ８ ０～ Ｃ１ ０ ０的 混 凝 土 用 砂 宜 选