论文部分内容阅读
【摘 要】 高性能混凝土具有优良的耐久性能、力学性能和施工性能，并能长期保持其强度，降低工程造价，方便施工，在今后的施工中应不断积累有关高性能混凝土成熟的施工经验，更好对其加以利用。
【关键词】 高性能混凝土；设计与制作；施工方法
一、高性能混凝土的含义
高性能混凝土（High Performance Concrete，缩写为HPC，以下同）是一种新型高技术混凝土，其耐久性作为设计的主要指标，在配置上的特点是低水胶比，优质原材料再掺加高效减水剂和足够数量的矿物掺和料组成。高性能高强混凝土是使用常规制作工艺，用常规水泥、砂石料作为原材料，主要依靠外加高效减水剂或同时外加一定数量活性矿物材料（如粉煤灰、矿粉、硅灰等），使混合料具有良好的工作度，并在硬化后具有高强、高耐久性能的水泥混凝土。与传统混凝土相比高性能高强混凝土在原材料上有两点不同：低水胶比和多组分。其目的是为了增加混凝土的密实程度，改善骨料和水泥浆体之间的界面性能，从而达到高强度、高工作性和良好的耐久性。在高性能方面强调了良好的工作度、高强度及高耐久性。
二、高性能混凝土特性
1、强度
高性能混凝土的抗压强度>200MPa。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比高强混凝土有明显增加，高性能混凝土早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。目前，28d平均强度介于100-120MPa的高性能混凝土，已在工程中应用。
2、体积稳定性
高性能混凝土体积稳定性高，具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。采用高弹性模量、高强度的粗集料同时减少水泥浆体的含量，高性能混凝土90d龄期干缩值在0.04%以下。普通混凝土弹性模量在20～25GPa之间，而高性能混凝土的弹性模量能够达到40～45GPa。
3、自密实性
高性能混凝土需水量不大，但是具有良好的流动性和高抗离析性，这使其具备了较好的填充性。所以，配好恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。
4、水化热
高性能混凝土的水灰比低，水化反应时间短，不会产生大量的水化热。
5、收缩和徐变
高性能混凝土总收缩量越小，强度越高，反之则强度越低。但其早期收缩率一般都随早期强度的增加而逐渐增大。高性能混凝土的收缩性能主要取决于相对湿度及环境温度两大要素。高性能混凝土相较于普通混凝土来说，其徐变总量明显降低，高性能混凝土徐变变形显著低于普通混凝土。尤其是干燥徐变值的减少更为突出，但是基本徐变量不大。而干燥徐变和基本徐变之间的比值则与混凝土强度的变化量呈反比。
6、抗渗性和耐久性
高性能混凝土的密实度及抗渗性能較好，这就决定其具备良好的抗化学腐蚀性和耐久性。换而言之，高性能混凝土的抗渗性能高，其发生渗漏的可能性就非常低，因此渗透率明显低于普通混凝土。
7、耐火性
在高温环境中，高性能混凝土会爆裂、剥落。如果将有机纤维掺入高性能混凝土中，就能提高其耐火性。高性能混凝土在高温环境中，其内部的纤维可以熔解、挥发，形成许多联通孔隙，可以释放大量蒸汽压力，用以低于高温度混凝土的破坏作用，提高混凝土的耐高温性能。
三、高性能混凝土配合比设计技术
1、材料选择
高性能混凝土的配制要根据工程实际的要求及所处的环境确定原材料的品种与质量。水泥一般要求选用中热硅酸盐水泥，细骨料要求选用中粗河砂，级配良好，表面含水率≯4%。粗骨料要求选用石灰碎石或花岗岩碎石，级配合格，最大粒径不超过20mm，其中粒径为5-13mm、13-20mm的要分别贮存，表面含水率≯1%。添加剂主要为高性能减水剂和加气剂。掺合料可用高炉矿碴、粉煤灰、石灰石粉等。采用上述材料获得高性能、超流动混凝土的关键在于利用减水剂充分激发水泥和混合材的和易性，并需要进行细致的配合比设计和合理的搅拌、制作。
2、配合比设计
选择合理配合比参数的主要依据是耐久性、流动性与强度，根据这些要求确定原材料的数量与质量。
2.1细骨料容积比
将细骨料分为粗粒细骨料（粒径≥0.06mm）和微粒细骨料（粒径≯0.06mm）两种。微粒细骨料与水泥等粉质物具有相同的物理性能，设计时将其归入粉质物类。将粗粒细骨料的容积与除去气泡后的砂浆容积（M）之比定义为粗粒细骨容积比Sc/M。从混凝土凝固角度考虑，Sc/M越大越好，但超过某一限度后，细骨料之间将互相直接咬合，引起砂浆，甚至混凝土流动性恶化。经过分析与研究，Sc/M取0.40较为适宜，这样细骨料容积比S/M=0.40/（1-Ksf）。
2.2水灰比
在确定水灰比之前，先要通过试验求出水泥的约束水灰比，这里约束水灰比指与不参加混凝土流动、约束固体粒子（主要为水泥）的水量对应的水灰比，然后适当添加高效减水剂进行坍落试验和砂浆流动度试验。当满足相对坍落面积比为5，坍落度流动相对速度比为0.90-1.1时，相应的水灰比就是所求的值。需要指出的是，高性能混凝土按重量所得的水灰比一般在0.30左右，远比普通混凝土（约为0.50）低。
2.3含气量
在高海拔地区，由于昼夜温差大，宜采用引气混凝土。即在浇筑时必须掺用引气剂，并应满足相应强度等级中最大水胶比和胶凝材料最小用量的要求；对处于其他环境作用等级的混凝土，亦可通过掺加引气剂（含气量≮4%）提高其耐久性。混凝土抗冻性的耐久性指数（DF）应符合现行行业标准及相关技术规范的规定；引气混凝土的适宜含气量和气泡间距系数应符合规定。同时，含气量对减少单位用水量及水泥用量是有效的，对提高混凝土抗冻融能力也是有效的，故高性能混凝土含气量一般取A=4%-7%为宜。 2.4粗骨料容积比
粗骨料最大粒经一般不超过20mm，级配要满足有关标准规定。在此前提下，粗骨料的实际体积与其所占空间之比（简称实积比）Glim对混凝土的流动性影响最大。经试验研究，实积比以取50%为最佳，并由此得到粗骨料容积比G=0.5Glim（1-A）。
2.5添加剂用量
添加剂包括高效减水剂SP及加气剂AE，用量须通过试验确定。具体做法是：高效减水剂用量可在含气量不变的情况下，让掺有SP的混凝土坍落直径达到65cm时求得，加气剂用量根据含气量试验确定。
2.6综合评定
上述各步骤完成后，还要进行综合评定。评定标准是只要成品混凝土的坍落度流动相对速度比在0.50-1.0的范围内，就可得到所需的高性能超流动混凝土。
四、高性能混凝土施工控制
1、加强拌和物检测
以往对混凝土拌和物出机及现场的指标通常只对混凝土坍落度进行检测，由此判断混凝土的沁水情况及其是否具有良好的和易性。现在还需定时不定时地量测出机温度、含气量、入模温度和压力泌水率等指标，因此，巨大的工作量要求施工部门必须配备足够的试验人员以确保各工序施工顺利开展。
2、尽量在大型搅拌站集中制备耐久性混凝土
所有原料一律用自动化的电子计量系统计量，以降低人为误操作的可能性，严格按设计配合制备混凝土，确保其拌合均匀、质量可靠，提高混凝土的耐久性。
3、骨料级配粒径
粗骨料。粗骨料要按粒径分仓堆放，根据试验确定的配合比進行二次或三次级配，进一步优化骨料的级配设计。一年或一年以上的骨料必须通过质量检测再投入使用。细骨料。选用洁净的、圆形颗粒的天然河砂作为细骨料，确保骨料级配符合设计要求。
4、混凝土养护
养护阶段温、湿度的控制是关键。除了要对混凝土构件洒水保湿以外，还需密切关注混凝土表面和内部的温度变化，加强保温的同时还需注意适当散热，避免其内外部产生过大的温差而引发温度裂缝。
5、新旧混凝土浇注面温控措施
新浇混凝土与邻接的已硬化的混凝土或岩土介质之间的温差应控制在15℃以内。之所以严格控制温差，是因为新浇混凝土与硬化的混凝土无法同步收缩，致使浇筑时新浇混凝土收缩时受到硬化混凝土的约束而开裂，尤其在新旧混凝土温差明显时这种约束作用更为突出。
五、结束语
解决现代混凝土施工中的技术问题，其社会、经济效益显著，是适应城市化、现代化基本建设的一项重大的技术举措，具有积极、深远的现实意义和实用价值。
参考文献：
[1]张立.高性能混凝土施工中常见问题及预防措施[J].工程质量，2011.
[2]丁新建.确保高性能混凝土施工质量的技术措施[J].陕西建筑，2013：43-44.
[3]刘平.高性能混凝土施工技术及预防措施[J].工程质量，2013.
作者简介：
1、刘海波（1981-），性别：男。籍贯：浙江省嵊州市。职称：工程师。学历：大学本科学士学位。研究方向：土木工程。
2、肖玉章（1981—）男，湖北松滋人，土木工程师，大学本科学士学位，主要从事土工工程现场施工技术管理。
【关键词】 高性能混凝土；设计与制作；施工方法
一、高性能混凝土的含义
高性能混凝土（High Performance Concrete，缩写为HPC，以下同）是一种新型高技术混凝土，其耐久性作为设计的主要指标，在配置上的特点是低水胶比，优质原材料再掺加高效减水剂和足够数量的矿物掺和料组成。高性能高强混凝土是使用常规制作工艺，用常规水泥、砂石料作为原材料，主要依靠外加高效减水剂或同时外加一定数量活性矿物材料（如粉煤灰、矿粉、硅灰等），使混合料具有良好的工作度，并在硬化后具有高强、高耐久性能的水泥混凝土。与传统混凝土相比高性能高强混凝土在原材料上有两点不同：低水胶比和多组分。其目的是为了增加混凝土的密实程度，改善骨料和水泥浆体之间的界面性能，从而达到高强度、高工作性和良好的耐久性。在高性能方面强调了良好的工作度、高强度及高耐久性。
二、高性能混凝土特性
1、强度
高性能混凝土的抗压强度>200MPa。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比高强混凝土有明显增加，高性能混凝土早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。目前，28d平均强度介于100-120MPa的高性能混凝土，已在工程中应用。
2、体积稳定性
高性能混凝土体积稳定性高，具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。采用高弹性模量、高强度的粗集料同时减少水泥浆体的含量，高性能混凝土90d龄期干缩值在0.04%以下。普通混凝土弹性模量在20～25GPa之间，而高性能混凝土的弹性模量能够达到40～45GPa。
3、自密实性
高性能混凝土需水量不大，但是具有良好的流动性和高抗离析性，这使其具备了较好的填充性。所以，配好恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。
4、水化热
高性能混凝土的水灰比低，水化反应时间短，不会产生大量的水化热。
5、收缩和徐变
高性能混凝土总收缩量越小，强度越高，反之则强度越低。但其早期收缩率一般都随早期强度的增加而逐渐增大。高性能混凝土的收缩性能主要取决于相对湿度及环境温度两大要素。高性能混凝土相较于普通混凝土来说，其徐变总量明显降低，高性能混凝土徐变变形显著低于普通混凝土。尤其是干燥徐变值的减少更为突出，但是基本徐变量不大。而干燥徐变和基本徐变之间的比值则与混凝土强度的变化量呈反比。
6、抗渗性和耐久性
高性能混凝土的密实度及抗渗性能較好，这就决定其具备良好的抗化学腐蚀性和耐久性。换而言之，高性能混凝土的抗渗性能高，其发生渗漏的可能性就非常低，因此渗透率明显低于普通混凝土。
7、耐火性
在高温环境中，高性能混凝土会爆裂、剥落。如果将有机纤维掺入高性能混凝土中，就能提高其耐火性。高性能混凝土在高温环境中，其内部的纤维可以熔解、挥发，形成许多联通孔隙，可以释放大量蒸汽压力，用以低于高温度混凝土的破坏作用，提高混凝土的耐高温性能。
三、高性能混凝土配合比设计技术
1、材料选择
高性能混凝土的配制要根据工程实际的要求及所处的环境确定原材料的品种与质量。水泥一般要求选用中热硅酸盐水泥，细骨料要求选用中粗河砂，级配良好，表面含水率≯4%。粗骨料要求选用石灰碎石或花岗岩碎石，级配合格，最大粒径不超过20mm，其中粒径为5-13mm、13-20mm的要分别贮存，表面含水率≯1%。添加剂主要为高性能减水剂和加气剂。掺合料可用高炉矿碴、粉煤灰、石灰石粉等。采用上述材料获得高性能、超流动混凝土的关键在于利用减水剂充分激发水泥和混合材的和易性，并需要进行细致的配合比设计和合理的搅拌、制作。
2、配合比设计
选择合理配合比参数的主要依据是耐久性、流动性与强度，根据这些要求确定原材料的数量与质量。
2.1细骨料容积比
将细骨料分为粗粒细骨料（粒径≥0.06mm）和微粒细骨料（粒径≯0.06mm）两种。微粒细骨料与水泥等粉质物具有相同的物理性能，设计时将其归入粉质物类。将粗粒细骨料的容积与除去气泡后的砂浆容积（M）之比定义为粗粒细骨容积比Sc/M。从混凝土凝固角度考虑，Sc/M越大越好，但超过某一限度后，细骨料之间将互相直接咬合，引起砂浆，甚至混凝土流动性恶化。经过分析与研究，Sc/M取0.40较为适宜，这样细骨料容积比S/M=0.40/（1-Ksf）。
2.2水灰比
在确定水灰比之前，先要通过试验求出水泥的约束水灰比，这里约束水灰比指与不参加混凝土流动、约束固体粒子（主要为水泥）的水量对应的水灰比，然后适当添加高效减水剂进行坍落试验和砂浆流动度试验。当满足相对坍落面积比为5，坍落度流动相对速度比为0.90-1.1时，相应的水灰比就是所求的值。需要指出的是，高性能混凝土按重量所得的水灰比一般在0.30左右，远比普通混凝土（约为0.50）低。
2.3含气量
在高海拔地区，由于昼夜温差大，宜采用引气混凝土。即在浇筑时必须掺用引气剂，并应满足相应强度等级中最大水胶比和胶凝材料最小用量的要求；对处于其他环境作用等级的混凝土，亦可通过掺加引气剂（含气量≮4%）提高其耐久性。混凝土抗冻性的耐久性指数（DF）应符合现行行业标准及相关技术规范的规定；引气混凝土的适宜含气量和气泡间距系数应符合规定。同时，含气量对减少单位用水量及水泥用量是有效的，对提高混凝土抗冻融能力也是有效的，故高性能混凝土含气量一般取A=4%-7%为宜。 2.4粗骨料容积比
粗骨料最大粒经一般不超过20mm，级配要满足有关标准规定。在此前提下，粗骨料的实际体积与其所占空间之比（简称实积比）Glim对混凝土的流动性影响最大。经试验研究，实积比以取50%为最佳，并由此得到粗骨料容积比G=0.5Glim（1-A）。
2.5添加剂用量
添加剂包括高效减水剂SP及加气剂AE，用量须通过试验确定。具体做法是：高效减水剂用量可在含气量不变的情况下，让掺有SP的混凝土坍落直径达到65cm时求得，加气剂用量根据含气量试验确定。
2.6综合评定
上述各步骤完成后，还要进行综合评定。评定标准是只要成品混凝土的坍落度流动相对速度比在0.50-1.0的范围内，就可得到所需的高性能超流动混凝土。
四、高性能混凝土施工控制
1、加强拌和物检测
以往对混凝土拌和物出机及现场的指标通常只对混凝土坍落度进行检测，由此判断混凝土的沁水情况及其是否具有良好的和易性。现在还需定时不定时地量测出机温度、含气量、入模温度和压力泌水率等指标，因此，巨大的工作量要求施工部门必须配备足够的试验人员以确保各工序施工顺利开展。
2、尽量在大型搅拌站集中制备耐久性混凝土
所有原料一律用自动化的电子计量系统计量，以降低人为误操作的可能性，严格按设计配合制备混凝土，确保其拌合均匀、质量可靠，提高混凝土的耐久性。
3、骨料级配粒径
粗骨料。粗骨料要按粒径分仓堆放，根据试验确定的配合比進行二次或三次级配，进一步优化骨料的级配设计。一年或一年以上的骨料必须通过质量检测再投入使用。细骨料。选用洁净的、圆形颗粒的天然河砂作为细骨料，确保骨料级配符合设计要求。
4、混凝土养护
养护阶段温、湿度的控制是关键。除了要对混凝土构件洒水保湿以外，还需密切关注混凝土表面和内部的温度变化，加强保温的同时还需注意适当散热，避免其内外部产生过大的温差而引发温度裂缝。
5、新旧混凝土浇注面温控措施
新浇混凝土与邻接的已硬化的混凝土或岩土介质之间的温差应控制在15℃以内。之所以严格控制温差，是因为新浇混凝土与硬化的混凝土无法同步收缩，致使浇筑时新浇混凝土收缩时受到硬化混凝土的约束而开裂，尤其在新旧混凝土温差明显时这种约束作用更为突出。
五、结束语
解决现代混凝土施工中的技术问题，其社会、经济效益显著，是适应城市化、现代化基本建设的一项重大的技术举措，具有积极、深远的现实意义和实用价值。
参考文献：
[1]张立.高性能混凝土施工中常见问题及预防措施[J].工程质量，2011.
[2]丁新建.确保高性能混凝土施工质量的技术措施[J].陕西建筑，2013：43-44.
[3]刘平.高性能混凝土施工技术及预防措施[J].工程质量，2013.
作者简介：
1、刘海波（1981-），性别：男。籍贯：浙江省嵊州市。职称：工程师。学历：大学本科学士学位。研究方向：土木工程。
2、肖玉章（1981—）男，湖北松滋人，土木工程师，大学本科学士学位，主要从事土工工程现场施工技术管理。