高性能混凝土的发展和应用

高性能混凝土的发展和应用

随着我国建筑规模的增大，建筑业最大宗的材料——混凝土的用量逐年增 加，可是如何保证钢筋混凝土结构的耐久性和安全性，正受到关注。高性能混凝 土的出现较好的解决了这一问题。

以水泥作为胶凝材料的混凝土从发明以来，强度历经从低到高的历史。随着 早期混凝土结构使用时间较长后发现，因为材料问题导致的混凝土开裂、表层剥 离、钢筋保护层脱落等质量问题的发生。经研究发现，其原因不是由于强度不足， 而是由于混凝土耐久性不良。混凝土的耐久性已成为枝叶混凝土结构发展的难 题。随着科学技术的发展和人的需求增加，例如大坝、高架桥、港口码头的各类 大型公共基础性建筑越来越多，解决混凝土耐久性不足已经摆在我们的桌面上。

一、什么是高性能混凝土

高性能混凝土在 20 世纪 80-90 年代初，由欧美国家提出。我国中国工程院 吴中伟院士在《高性能混凝土》一书中进行了详细的阐述。它是基于混凝土结构 耐久性为主的一种新的理念，它以耐久性为设计目标辅以其它应用性能。这种混 凝土有可能为基础设施工程提供长达百年以上的结构安全寿命。类似理念已经退 出立即引起了业界非常关注。经过近几十年的深入研究，高性能混凝土已初成体系。高性能混凝土不是简单地改变配合比降低水灰比能达到的，这需要在原材料 和生产过程中严格控制和制作。

我国《高性能混凝土应用技术规程》(CECS207-2006)还提到：处于多种劣 化因素综合作用下的混凝土结构宜采用高性能混凝土。根据混凝土结构所处的环境条件，高性能混凝土应满足下列一种或几种技术要求： （1）水胶比38.0CW；

（2）56d龄期的6h总导电量小于1000C；

（3）300次冻融循环后相对动弹性模量大于80%；

（4）胶凝材料抗硫酸盐腐蚀试验的试件15周膨胀率小于0.4%，混凝土最大水 胶比不大于0.45；

（5）混凝土中可溶性碱总含量小于3.0kg/m3。

二、高性能混凝土对原材料的要求

2.1 高性能混凝土对水泥的要求

水泥的硬化是一个复杂的物理-化学过程。水泥加水后发生反应，释放热量，在混凝土硬化过程中，水化热量过低则混凝土低温环境下早期强度不足；水化热大则易产生裂缝。水泥各项参数中影响水化热的重要指标是细度。

普通水泥版值得混凝土在达到 28 天期龄还有 25%的水泥没有参与水化，这些水泥大多是大粒径颗粒。水泥粒径级配理想值是 3-32 微米，小颗粒水泥在提高混凝土早期强度上有着巨大的作用，但是小粒径多会产生较大的水化热，引

起质量问题。在粒径与强度关系上，3 微米历经会提高混凝土早期强度；16-24 微米对混凝土强度起到最关键的作用；超过 65 微米的水泥颗粒基本不会为混凝土增加强度。小雨 3 微米的颗粒不大于 10%，16-24 微米颗粒要大于 65%，大于 65微米的尽量不要存在。由于微小颗粒的水泥比表面积大、拌合用水量多，需要添加适量的细磨掺合料。

2.2 掺合料

高性能混凝土使用掺合料可降低水泥用量、减小水灰比、使水泥浆的流动性大为改善，空隙得到充分填充,使硬化后强度有所提高。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、磨细矿渣粉、粉煤灰、天然沸石粉等。

2.3 集料的选择

集料又称骨料，石混凝土中起到骨架作用的组成部分。其中粒径大于 5mm的骨料称为粗骨料。小雨 5mm 的称为细骨料。混凝土拌制中常用的粗骨料有碎石及卵石两种。碎石是天然岩石、卵石经机械破碎、筛分制成的，粒径大于 5mm 的岩石颗粒。卵石是由自然风化粒径大于5mm 的岩石颗粒。禁止使用含碱量超标的粗骨料。在细骨料应选用质地坚硬、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，宜选用细度模数大于 2.6 的中砂或粗砂。级配良好、细度模数适宜的砂还可减少水泥用量。但应注意严禁使用软质岩石经过破碎筛选加工的人工砂。

2.4 外加剂在高性能混凝土中的作用

高性能混凝土常用的外加剂有减水剂、引气剂、泵送剂、缓凝剂等。其作用是增加结构密实度、塌落度，提高抗渗、抗冻、碳化性能，减小水灰比的作用。 外加剂可以改善混凝土内部结构、减少裂缝、提高耐久性。在使用外加剂需要注意的是要密切关注外加剂对钢筋的腐蚀、与水泥的适应性。

三、高性能混凝土生产和使用

3.1 搅拌

混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量,称量最大允许偏差应符合下列规定：水泥、掺合料等±1%；外加剂±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。搅拌时间不宜少于 2min,也不宜超过 3min。炎热季节或寒冷季节搅拌混凝土时,必须采取有效措施控制原材料温度,以保证混凝土的入模温度满足规定。

3.2 运输

应采取有效措施，保证混凝土在运输过程中保持均匀性及各项工作性能指标不发生明显波动。应对运输设备采取保温隔热措施,防止局部混凝土温度升高(夏季)或受冻(冬季)。应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。

3.3 浇筑

混凝土入模前,应采用专用设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比及泌水率等工作性能；只有拌合物性能符合设计或配合比要求的混凝土方可入 模浇筑。

3.4 振捣

可采用插入式振动棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等振捣设备振捣混凝土。振捣时应避免碰撞模板、钢筋及预埋件。采用插入式振捣器振捣混凝土时,宜采用垂直点振方式振捣。每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准,一般不宜超过 30s,避免过振。若需变换振捣棒在混凝土拌合物中的水平位置,应首先竖向缓慢将振捣棒拔出,然后再将振捣棒移至新的位置,不得将振捣棒放在拌合物内平拖。

3.5 养护

高性能混凝土早期强度增长较快,一般 3 天达到设计强度的 60%,7 天达到设计强度的 80%,因而,混凝土早期养护特别重要。通常在混凝土浇注完毕后采取以带模养护为主,浇水养护为辅,使混凝土表面保持湿润。养护时间不少于 14 天。

四、高性能混凝土的发展前景

随着高性能混凝土的开发和应用, 建筑对生态环境产生的影响正引起社会 的关注。建筑物在建造和运行的过程中需消耗大量的自然资源和能源,并对环境产生不同程度的影响。有专家指出, 作为建筑工业主要原料的水泥,实际上是一种不可持续发展的产品。因此,高性能混凝土的技术核心是在限制水泥用量以获得混凝土高性能的同时,坚持其可持续性的发展原则。21世纪前后, 吴中伟等提 出了绿色混凝土的概念,在高性能混凝土的基础上增加了三个含义 （1）节约资源、能源

（2）不破坏环境,更有利于环境 （3）可持续发展

既要满足当代人的需求,又不危害后代人满足其需要的能力。大力开展绿色高性能混凝土的研究和应用高性能混凝土具有普通混凝土无法比拟的优良性能,对混凝土的发展将起重要作用, 并为高性能混凝土的发展指明了非常明确的方向。

结论

随着我国建筑基础建设的不断增强，高性能混凝土必将成为新世纪的重要建筑工程材料。基于上述特点,高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。

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