低强度等级混凝土的高性能化及其应用

低强度等级混凝土的高性能化及其应用

发表时间：2019-05-09T13:24:05.050Z 来源：《建筑学研究前沿》2019年1期作者：马鑫峰

[导读] 据了解，高性能混凝土很多人理解成是通过高强度技术生产的。

江苏省南通市建设混凝土有限公司 226000

摘要：据了解，高性能混凝土很多人理解成是通过高强度技术生产的。事实上，这种理解并不全面，低强度混凝土也可以通过合理的配合比设计而具备高性能。本文介绍了低强度高性能混凝土的发展现状及相关工程的应用。低强度混凝土的高性能化是对传统混凝土的突破性发展，也对环境和经济产生了巨大的影响。

关键词：混凝土；高性能化；低强度等级

高强混凝土的微观结构相对致密，但这种混凝土的优异强度和密实度也会导致高脆性和高温收缩等缺陷，从而导致混凝土开裂。基于高强度混凝土应用带来的诸多不利因素，它在实际应用中不需要高强度，但需整体性能良好。在某些使用条件下，只要混凝土在某些方面具备良好的性能，它就被认为是高性能混凝土，这种针对特定环境的混凝土被广泛使用。随着低强度混凝土的应用逐年增加，对高性能混凝土的研究变得越来越重要。

1.高强度混凝土的劣势

近几十年，高强混凝土得到了广泛的应用，但由于耐久性差，在高性能场合并没有得到很好的应用。高强度混凝土的出现只有几十年，主要是通过降低水胶比来增加其强度。低水胶比使混凝土微观结构变脆，混凝土硬化后，随着时间的推移，强度会变得非常差。高强混凝土建筑微观结构紧凑，与外界的水分交换较少，负压已经在结构内部产生并被压缩。另外，其防火能力随着水胶比降低。致密的结构会导致内部混凝土不水化，长期吸收外部水分会导致体积膨胀。如果混凝土外加剂与混凝土的相容性不好，也会降低混凝土的性能。

高强混凝土脆性和强度弱化的严重问题已经成为阻碍高强混凝土成为高性能混凝土的主要原因。在实际应用中，虽然增加钢筋可以改善脆性，但由于混凝土搅拌技术不成熟，效果不明显。这些缺点将导致实际应用中产生巨大经济损失，使人们明白高性能和高强度是不可等同的。

2.低强度混凝土的高性能化研究现状

只要保证原材料的质量，低强度混凝土正在被优化以生产出性能良好的混凝土，这被称为低强度混凝土的高性能化。改进了混凝土结构，提高了强度等级，增强了耐久性。

高性能混凝土的研究和应用在我国起步较晚，近年来发展迅速。高性能混凝土已成为许多基础建设项目的主力军。然而，中低强度混凝土，尤其是低强度混凝土的高性能研究起步较晚，因此在高性能研究方面没有取得很大进展。

国内低强度混凝土高性能化的研究倍受关注，研究中出现了许多困难。其中最重要的是对高性能概念的认知。虽然所研究的高性能混凝土采用高强度技术，但它不能使低强度混凝土具有高性能。在混凝土强度设计过程中，水胶比和砂率是需要考虑的主要因素。不仅应使用相关强度公式进行计算，还应考虑环境对混凝土的各种侵蚀效应，以获得理想的设计。

3.应用工程范围

许多基础设施项目，如地铁项目，需要较长的使用寿命，因此对混凝土的要求非常高。一旦维护出现问题，将会耗费大量的人力和物力，维护造成的地铁使用中断会带来很多不便，使得维护工作非常麻烦。因此，混凝土的性能应该在使用初期得到充分保证，并且应该考虑耐久性。对地铁工程而言，如果使用低强度混凝土，并且地下工程混凝土的抗渗水平非常高，那么渗漏问题就应该被考虑，尤其是在水量大的地下混凝土。因此，在设计中，抗渗水平应保持在P8~P12。事实上，抗渗等级是地铁工程质量的主要考虑因素，混凝土的耐久性反映在混凝土的抗渗等级中。一旦发生渗漏，很容易降低混凝土的性能，混凝土中的钢筋会在渗水后生锈，从而大大降低了工程的使用寿命。

从渗漏的微观角度来看，当水压较高时，密实度不好的混凝土容易渗漏，抗渗等级可以用来评估混凝土抵抗压力液体渗漏的能力。另一个主要原因是混凝土开裂，这是使用混凝土过程中最致命的。在地铁工程施工中，混凝土的体积变化会引起混凝土变形，进而容易引起混凝土开裂。控制混凝土在使用过程中的体积变化是预防开裂的主要手段，所以对原材料的选择也应该重点考虑。从分析可以看出，地铁工程需要密实度高、体积稳定性好的混凝土。

4.高性能化过程

对于高性能混凝土，虽然在制造过程中没有很高的要求和特性，但是对掺合料的选择非常严格。改善低强度混凝土的性能在很大程度上取决于合理的外加剂及矿物掺合料，是混凝土高性能化的必备条件，并且合理的配合比还可以降低成本。地下工程所需的高密度不能通过增加水泥用量来实现。虽然密度可以提高，但体积稳定性会降低，混凝土硬化后水泥的体积收缩容易导致开裂。增加矿物掺合料的用量不仅可以提高混凝土的密实度，还可以降低水泥的使用成本，而不会因密实度增加而导致体积不稳定。

4.1矿物掺合料

由于钢筋和混凝土之间的接触过渡区很窄，接触表面非常薄弱，接头表面区域的强度和耐久性相对较差。混凝土中的氢氧化钙在结晶后定向排列，形成的多孔结构将导致界面结合过渡区的增加。对于外部掺杂材料，可以添加矿物掺合料，如粉煤灰、矿粉等，以减少氢氧化钙的沉淀，并且可以减少接缝处空隙，从而提高抗渗性和耐久性。

有许多常用的高性能掺合料，其中粉煤灰、矿粉和硅灰被广泛使用。增加硅灰的用量可以提高混凝土的强度，但是由于硅灰价格较高，实际使用量较少；粉煤灰和矿粉主要用于提高混凝土的密实度及后期强度。加入粉煤灰、矿粉后，混凝土的水化热和水化速度降低，体积稳定性提高，所以在很多情况下，粉煤灰和矿粉可以用来代替部分水泥改善混凝土的性能。

混凝土中相关成分的化学反应是一种活性反应。对于掺粉煤灰混凝土中产生的活性反应，主要指活性二氧化硅、氧化铝和氢氧化钙的反应。另外粉煤灰还具备微集料填充效应，粉煤灰的活性玻璃微珠颗粒可以改善混凝土的和易性和密实性，从而降低混凝土中的空气含量和泌水能力。选择粉煤灰时，应注意其形状和成分，它的质量主要由他们决定，所以应通过相关试验选择活性高、有害成分少的粉煤灰。

4.2混凝土配制

降低用水量可以提高高性能混凝土的密实度，但耐久性无法保证。在混凝土的实际制备过程中，应保证胶凝材料的用量，但水泥不应过度使用。应增加粉煤灰和矿粉的掺量，从而减少温度变化引起的收缩。不仅需要确保混凝土材料的均匀性，还需要确保其和易性。

混凝土中使用的外加剂可以很好地改善流动性，不会对混凝土结构造成损坏。高效减水剂可以用来降低混凝土的孔隙率，这在欧洲国家已经使用了很长时间，现在已经成为一种常用的方法。高效减水剂可以在保证混凝土强度的同时改善混凝土的流动性，对吸附在一起的水泥具有明显的分散作用。例如，在地铁工程中，减少混凝土泌水的有效方法是使用表面活性剂——引气剂。混凝土搅拌过程中产生的微小气泡会均匀分布，这不仅改善了混凝土内部的孔隙结构，也提高了混凝土的密实度。这些微泡在混凝土硬化后均匀地分布在混凝土内部，显著提高了混凝土的抗冻性和抗渗性能。

5.结语

如今，当低强度混凝土被广泛使用时，有必要研究其高性能化，选择合理的原材料是一种有效的方法。科学选择材料，使用合理的外加剂和掺合料，改进施工工艺，可以使低强度混凝土具备高性能。高性能化的应用可以降低成本，提高资源的合理利用。国内外低强度混凝土的使用仍占有很大比例，未来混凝土高性能化的研究有着广阔的空间和深远的意义。

参考文献

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