高性能混凝土的应用

题目：高性能混凝土在建设工程中的应用

内容提要：本文阐述了高性能混凝土的定义及特点，并通过对高性能混凝土的原材料、配合比的分析，指出了其在建筑工程中的应用和发展趋势，在使用过程中的存在的问题及解决途径。

主题词：主题词：高性能混凝土原材料配合比应用

正文内容

1 高性能混凝土的定义和特点

高性能混凝土是指在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代先进的预拌混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高性能外加剂，经过科学配方以及提高浇筑、捣实的方法来提高混凝土的长期力学性能、初期强度、刚度和体积稳定性以及延长其在恶劣环境下的使用寿命的一种新型高技术混凝土。

高性能混凝土往往被人们与高强度混凝土联系起来，其实质高性能混凝土不仅仅是高强度，而且具有相当高的刚度、弹性模量和耐久性。这种混凝土在凝结硬化过程中，水化热低，内部缺陷少；硬化后，体积稳定，收缩变形小，结构密实，抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性高。

2 高性能混凝土在建设工程中的应用

高性能混凝土广泛用于长大跨径结构和特殊条件结构，因为其具有易于浇注、捣实而不离析、高超的、能长期保持的力学性能，在恶劣的使用条件下寿命长、强度高、高流动性与优异的耐久性，高性能混凝土对延长构筑物的使用寿命和获得更好的经济效益方面发挥着举足轻重的作用。

青岛地区海洋环境是混凝土结构所处的恶劣的外部环境之一，普通混凝土的耐久性根本无法满足很长的使用年限。用于海水环境的混凝土，其性能上，应具有高耐久性（抗渗、抗冻、抗碳化、抗碱骨料反应，耐磨等），尤其具有高的抗氯离子渗透性，以减少海水中氯化物对钢筋的锈蚀作用；良好的施工性（大流动，可灌性、可泵性、均匀性等）；良好的力学性能，早期后期强度均高；良好的尺寸稳定性；合理的适用性与经济性等。能够具备这些要求的，非高性能混凝土莫属。

3 高性能混凝土的原材料和配合比

高性能混凝土的原材料，除了常规的水泥、粗集料、细集料、水四种材料外，必须使用化学外加剂和矿物细掺料，一共是六种必不可少的材料，而且后两种材料可以是一种也可以是多种复合，这在选材上就要求与水泥具有良好的相容

性，多种的外加剂之间（或细掺料之间）要求合理匹配，使之具有黄金搭配，产生叠加效应的效果，其组成和配比要比普通混凝土复杂，要求也高得多。

3.1 水泥及其用量

配制高性能混凝土可以使用硅酸盐、普通硅酸盐水泥、早强硅酸盐水泥、中热水泥等，其强度等级应不低于42.5级。水泥矿物组成中，C3A（铝酸三钙）含量不应超过8%，比表面积不宜太高，通常比表面在3200cm2/g左右。试验结果证明，C3A含量超过8%，水泥的流动度损失明显，含碱量及硫酸盐含量高的水泥更严重。当骨料具有碱-硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%。用于海水环境的还应控制其氯离子含量低于0.03%。

为了控制水泥水化放热量以及提高体积稳定性，配制高性能混凝土时胶凝材料（包括水泥和活性掺合料）总用量通常在300~550kg/m3范围。这样，在合适的配合比条件下，可以得到抗压强度40~120MPa的混凝土。为了适应高性能混凝土的发展，最理想的办法是生产一种低水胶比、高流动性、高强度等级的水泥，或者生产一种调节细度和颗粒组成的水泥，与普通水泥配合使用，这样便能保证在低水胶比的情况下，水泥砂浆流动度在200mm以上。

3.2 矿物掺合料

矿物掺和料包括粉煤灰、火山灰质材料、粒化高炉矿渣等，它们是辅助胶凝材料，近几年来在普通混凝土应用中越来越普遍，一方面是由于经济效益显著，另一方面是因为使用这种材料可以得到技术效果。在高性能混凝土中，应用辅助胶凝材料的作用就更为突出。

高性能混凝土的高强度部分来源于其基材的密实，即使有一部分水泥被一种或多种辅助代替，也对混凝土的早期强度不会有副作用。此外，化学活性较低的辅助胶凝材料代替部分水泥，从控制水化放热和流变性能的角度也是有益的。

3.3集料及其用量

集料的种类对混凝土的体积稳定性也有显著影响。例如：水泥浆与集料的弹性模量或热膨胀系数不相匹配，当结构暴露在温度变化频繁的环境中将产生开裂。同样，在一定的水泥浆、集料比时，使用弹性模量低的集料将会使混凝土的徐变增大。就长期尺寸稳定性而言，通常认为混凝土集料用石灰岩和玄岩比花岗岩好,其发生碱-骨料反应的风险也大大降低。除此之外，在配合比相似时，用花岗岩和砾石集料的混凝土比用辉绿岩或石灰岩集料的混凝土强度低得多，这是由于水泥石与集料之间的界面区的结构和粘结强度的差异造成的。

除集料的材质外，使用级配良好，洁净集料（没有泥土及脆弱颗粒）是必

要的。作为细集料（小于5mm）通常采用中高细度模数（即2.6～3.1）的天然砂为好。在颗粒尺寸相同时，作为粗集料用破碎的致密石灰石或深层的岩浆岩（如花岗岩、正长岩、闪长岩和辉绿岩）通常以得到满意的结果。

粗集料的最大粒径对高性能混凝土来说以不超过25mm为最佳，超过25mm 对混凝土强度和抗渗性不利。由于高性能混凝土的集料与水泥石界面较强，集料确实是混凝土强度的制约因素，而在普通混凝土中几乎不考虑这个问题。若采用水泥熟料球作为人造集料配制高性能混凝土，可能得到高强度和高弹性模量，其原因是产生致密和牢固的集料-水泥界面区。

3.4 用水量

在拌合水大大减少的情况下，获得大的流动性，使硬化混凝土具有高强度和高密实性。因此，必须使用超塑化剂破坏水泥粒子的絮凝结构，使水泥粒子分散。拌合水大大减少使水泥粒子间距缩小，因此得到比普通混凝土密实得多的水泥石结构，凭借这种高密实度的结构，水化物形成较多的水泥石结构，水化物形成较多的化学键合就能获得非常高的抗压强度。由于游离水含量较少，自干燥失水后使高性能混凝土的水泥石具有非常低的孔隙率。

在配制高性能混凝土时应采用低水水灰比（ω/c）或水胶比ω/(c+s)，高性能混凝土的抗压强度不仅取决于水灰比（水胶比），也取决于水泥石的密实度。换句话说，两个影响混凝土强度的因素即水灰比（水胶比）和减小水化开始时粒子的间距。

3.5 外加剂

配制高性能混凝土不可缺少的是超塑化剂，而普通减水剂达不到高性能混凝土减水率和提高工作性的要求。超塑化剂或高性能减水剂是阴离子型高分子表面活性剂。通常是萘磺酸盐甲醛聚合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛聚合物。这两个系列的超塑化剂很难说哪个好一些。三聚氰胺系超塑化剂减水率略差一些，但坍落度损失快，缓凝比萘系小得多，更适合与引气剂复合使用。

超塑化剂的掺量为水泥重量的1%～2%，对于不同等级的混凝土，随着强度的增高其掺量增大。市售的超塑化剂产品很多，产品选择通过试验来确定，因为超塑化剂与水泥和掺合料之间存在相容性问题。

超塑化剂对水泥浆有强烈的分散作用，但是这种作用持续时间不长，因此用超塑化剂配制大流动性混凝土存在坍落度随时间损失的问题，解决坍落度损失可采用后掺法，即一部分超塑化剂在混凝土拌合物运达施工现场后再加入，然后经搅拌进行混凝土泵送。后掺法虽然有效地解决了坍落度损失问题，但增加了二