淺析高性能混凝土的施工控制

馬永菊

中鐵大橋局集團第二工程有限公司 210015

摘要：通過對高性能混凝土的觀察和研究，本文從原材料選用和施工工藝等方面論述了高性能混凝土在橋梁中的應用及相關內容。

關鍵詞：高性能混凝土；耐久性；原材料；應用

前 言

高性能混凝土（High performance concrete，簡稱HPC）是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現代混凝土技術制作的混凝土。它以耐久性作為設計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能重點予以保證：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩定性和經濟性。為此，高性能混凝土在配置上的特點是采用低水膠比，選用優質原材料，且必須摻加足夠數量的礦物細摻料和高效外加劑。加強混凝土的施工管理，提高混凝土的施工工藝，是確?；炷临|量的重要措施。

高性能混凝土的施工工藝主要包括原材料控制、配合比要求、拌制工藝、輸送工藝、澆筑工藝和養護工藝。

一、原材料控制工藝及配合比要求

1 水泥

膠凝材料是影響混凝土強度的主要因素，水泥是高性能混凝土中的主要膠凝材料，也是決定混凝土強度高低的首要因素?；炷恋膹姸戎饕Q于水泥石與骨料之間的粘結力。

選擇水泥主要考慮的技術條件：

（1）水泥的品種和水泥標號；

（2）在正常養護條件下，水泥早期和后期強度的發展規律；

（3）在混凝土的使用環境中，水泥的穩定性；

（4）水泥與高效外加劑的相互適應性；

（5）水泥的其他特殊要求，如水化熱的限制、凝結時間、（耐蝕性）等。

具體技術指標如下：水泥應選用硅酸鹽水泥或普硅酸鹽水泥。水泥中C3A含量應不大于8%，細度控制在10%，堿含量小于0.8%，氯離子含量小于O.1%。水泥中的C3A含量高、細度高，比表面積就會增大，混凝土的用水就會增加，從而造成混凝土落度損失過快，有時甚至會出現急凝和假凝現象，這不僅會影響混凝土的外觀質量，同時也將直接影響其耐久性，為了更好地達到各項指標，水泥的存放時間宜不少于3天。水泥進場時應對其品種、級別、包裝或散裝倉號、出廠日期等進行檢查，應對其強度、安定性及其它必要的性能指標進行復驗，其質量必須符合現行國家標準的規定。當在使用中對水泥質量有懷疑或水泥出廠超過三個月時，應進行復驗，并按復驗結果使用。鋼筋混凝土結構、預應力混凝土結構中，嚴禁使用含氯化物的水泥。

2 摻合料

礦物摻和料對混凝土具有減水、活化、致密、潤滑、免疫、填充的作用，它能延緩水泥水化過程中水化粒子的凝聚，減輕坍落度損失。礦物摻合料選用品質穩定的產品，礦物摻合料的品種宜為粉煤灰、磨細粉煤灰、礦渣粉或硅灰。

混凝土中礦物摻合料的質量應符合現行國家標準。礦物摻合料的摻量應通過試驗確定。使用前應檢查出廠合格證和進場復驗報告。粉煤灰是一種人工火山灰材料，是燃煤電廠煤粉爐煙道中收集的細顆粒粉末。按照國家標準規定，國產的粉煤灰分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三個等級，主要是從細度、燒失量、需水量、三氧化硫、含水率五個方面予以區別。

高性能混凝土水膠比低，通過摻入不同品種、不同細度及不同數量的摻和料，取代混凝土中部分水泥后，會使混凝土的密實度高，體積穩定性好，強度也高，故耐久性好。

水泥的水化反應是一個漫長的過程，混凝土中有相當一部分水泥僅起填充料的作用，混凝土中摻加過量的水泥，不僅無助于混凝土強度的提高，而且還會增加混凝土的水化熱，若未及時采取有效散熱措施還會使結構本身產生裂縫，給工程帶來較大的質量隱患和巨大的材料浪費。在高性能混凝土的配置中，若加入適量的活性摻合料，既可以促進水泥水化產物的進一步轉化，也可以提高混凝土配制強度、降低工程造價、改善高性能混凝土性能的效果。

3 粗細骨料

混凝土中摻用粗細骨料為一般性項目控制。

由天然巖石、卵石經破碎、篩分而得的粒徑在5mm以上的顆粒，稱為碎石。對于普通混凝土來說，顆粒級配、強度、堅固性和針片狀顆粒含量是主要的控制技術指標?；炷劣玫拇止橇希渥畲箢w粒粒徑不得超過構件截面最小尺寸的1/4，且不得超過鋼筋最小凈間距的3/4。碎石粒徑宜為5mm-20mm，最大粒徑不應超過25mm，級配良好，應采用二級或多級配，顆粒形狀好質地均勻堅固，壓碎指標不大于8%，針片狀含量不大干10%，含泥量低于1.0%，骨料水溶性氯化物折合氯離子含量不超過集料質量的0.02%。碎石的含泥量和泥塊含量不得超標。經堿骨料反應試驗后，試驗期內混凝土的膨脹率均小于0.01%。

在自然條件作用下形成的顆粒小于5.0mm的巖石顆粒為細骨料，成為天然砂。對有害物質應嚴格控制：含泥量不宜超過2%，云母含量按質量計不宜大于2%，輕物質含量按質量計不宜大于1%，硫化物及硫酸鹽含量按質量計不宜大于1%，有機物含量按比色法評價顏色不應深于標準色。采用的砂子的細度模數應大于2.4，宜控制在2.6～3.0范圍內。

4 高效外加劑

高效外加劑又稱超塑化劑。它是一種減水率高，緩凝和引氣作用極小的混凝土外加劑。外加劑與水泥相適應性、減水率、流動性、含氣量、摻量都將影響混凝土的工作性，高速鐵路外加劑宜采用聚羧酸系列產品，其技術指標主要包括：減水率不應低于20%，硫酸鈉含量小于10%，堿含量不得超過10%，硫酸鈉含量小于10%，外加劑中的氯離子含量不得大于0.2%，含氣量不小于3%。

在不改變混凝土工作性的條件下，它能大幅度地減少混凝土用水量，并顯著地提高混凝土強度。在不改變混凝土用水量的條件下，能顯著的改變混凝土的工作性，技術經濟效果特別好。

高效外加劑應用于混凝土中主要起三個不同的作用：⑴ 改善混凝土施工工作性；⑵ 減少水灰比，提高混凝土的強度和耐久性；⑶ 節約水泥，減少混凝土初始缺陷。

5、高性能混凝土配合比設計：

（1）混凝土配合比應根據原材料品質、混凝土設計強度等級、混凝土耐久性以及施工工藝的要求，通過計算、試配、調整等步驟選定。配制的混凝土拌合物性能應滿足施工要求，配制的混凝土應滿足設計強度、耐久性等質量要求。

（2）選定混凝土配合比應遵循如下基本規定：

a、C30及以下混凝土的膠凝材料總量不宜高于400kg/m3，C35-C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3。

b、為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜適量摻加優質的粉煤灰、礦渣粉或硅灰等礦物摻合料。不同礦物摻合料的摻量應根據混凝土的性能通過試驗確定。混凝土中粉煤灰摻量大于30%時，混凝土的水膠比不得大于0.45。預應力混凝土以及處于凍融環境的混凝土中粉煤灰的摻量不宜大于30%。

c、混凝土中應摻加適量混凝土外加劑，優先選用多功能復合外加劑。

d、混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量應滿足設計要求，當設計無要求時，鋼筋混凝土及預應力混凝土應滿足表1的要求；素混凝土應滿足表2的要求。

表-1鋼筋混凝土及預應力混凝土最大水膠比和最小膠凝材料用量（kg/m3）

表-2素混凝土最大水膠比和最小膠凝材料用量（kg/m3）

二 拌制工藝

高性能混凝土由水泥、摻合料、粗細骨料、水和外加劑組成。將各種組分材料按已經確定的配合比進行拌制生產，首先要進行配料。一般情況下，配料與拌制是混凝土生產的連續過程。

大體積混凝土一般采用現場集中拌制，通過混凝土泵和混凝土攪拌車運輸，將混凝土供應到各工點，終端通過混凝土布料機將混凝土送入模板，振搗成型。拌合站在正式投入使用前，按國家標準《混凝土攪拌機技術條件》的規定對混凝土拌合物的勻質性進行檢驗。攪拌混凝土前嚴格測定粗細骨料的含水率，準確測定因天氣變化而引起的粗細骨料含水量的變化，及時調整施工配合比，雨天時應隨時抽測。每一工班正式稱量時，還應對計量設備進行校核。高性能混凝土拌制時間不得少于120s。

混凝土拌合物應滿足拌和均勻，顏色一致，不得有離析、泌水現象等要求。在生產和澆筑混凝土的過程中，按規定的頻率對混凝土拌合物的坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率等指標進行檢測，同時留足混凝土力學性能和耐久性檢驗的試件。混凝土拌合物的質量指標包括坍落度、含氣量、水膠比、水泥含量、摻合料含量及均勻性等。

三 輸送工藝

由于高性能混凝土的水灰比低，因此粘性大，流動慢，與普通混凝土相比有較大的阻力，故對于混凝土的泵送是現在混凝土工程中最嚴酷的施工問題。

運輸混凝土所應采用的方法和選用的設備，取決于構筑物的結構形式、混凝土的總體積、每天或每小時澆注的混凝土量、水平及垂直運輸距離和道路條件以及現有的供應情況、氣候條件等等因素。應根據現場的實際情況而定。從混凝土的自身特點考慮，對運輸工作總的要求是：

⑴ 在運輸過程中應保持混凝土的均勻性，不產生離析現象，否則澆筑后就容易形成蜂窩或麻面；

⑵ 混凝土運到工點開始澆注時，應具有設計配合比所規定的流動性；

⑶ 運輸時間應保證混凝土在初凝之前澆入模板內并搗實完畢；

⑷ 當混凝土在運輸過程中發生離析時應報告試驗負責人，試驗室應對其原因進行分析后妥善處理。

四 澆筑工藝

施工準備：澆筑前，根據工程施工的對象、結構特點，結合具體條件制訂混凝土澆筑施工方案。攪拌站、運輸車、泵管、料斗、串筒、泵車、攪拌輸送車和振動器等機具設備必須準備充足，并考慮發生故障時的修理時間。采用泵送混凝土時另外備用一臺同型號備用泵。在混凝土澆筑期間，要確保水、電、照明不中斷。

根據工程需要和季節施工特點，應準備好在澆筑過程中的所必須的抽水設備和防雨、防暑、防寒等物資。

澆筑前還應檢查模板的標高、位置、構件的尺寸、預拱度等，做好技術準備工作。檢查預埋件數量與位置，檢查支架的穩定性。澆注前應將模板內的垃圾、雜物清理干凈。澆筑工程中要求填寫工程日志。

混凝土澆筑：混凝土出料時應觀察混凝土和易性、均勻程度，檢測坍落度，泵送過程中加強檢查。對于鉆孔灌注樁應注意首次灌注量、導管埋置深度，派員檢查泵管漏水、漏漿情況，加強孔內混凝土面標高測量，不斷核對入孔數量、理論數量、孔深三者之間的關系。對于承臺施工，平面上面積大，要考慮豎向分層、橫向分塊，混凝土、鋼筋、模板等工序能相互配合、流水進行。為了保證深處的混凝土得以搗實，每次澆筑的厚度不能太大，最大不得超過100cm?；炷恋臐沧⒐ぷ鲬M可能連續、不間斷地進行。分層澆筑時，就應該要求在下層混凝土初凝之前，將上一層混凝土澆下，并振搗完畢，保證上下層混凝土能結合良好。澆筑混凝土時應注意防止混凝土的分層離析?；炷劣闪隙贰⑿÷┒穬刃冻鲞M行澆筑時，其自由傾落高度一般不超過2m，在豎向結構中澆筑混凝土的高度不得超過3m，否則應采用串筒、斜槽、溜管等下料。澆注混凝土時，應經常觀察模板、支架、鋼筋、預埋件和預留孔洞的情況。當發現有變形、移位時，應立即停止澆筑，并應在已澆筑的混凝土凝結前休整完好。

五 養護工藝

養護是為了保證混凝土凝結和硬化必需的濕度和適宜的溫度，促使水泥作用充分發展的過程，它是獲得優質混凝土必不可少的措施?；炷林械挠昧侩m比水泥所需的水量大得多，但由于蒸發，骨料、模板和基層的吸水作用以環境條件等因素的影響，可使混凝土內的水分降低到水泥水化所必需的用量之下。因此，混凝土養護不及時、不充分，不僅易產生收縮裂紋、降低強度，而且影響混凝土的耐久性。

結束語

高性能混凝土的技術途徑：為了達到高強度與高耐久性，混凝土的水膠比一般要在0.38以下，這樣可使水泥石具有足夠的密實度。高性能減水劑是降低混凝土中水膠比的必須材料，也是高性能混凝土不可缺的組分。對高性能減水劑的要求除了高的減水率以外，還希望能具有控制坍落度損失的功能。礦物質超細粉是高性能混凝土的功能組分之一，其可以填充水泥的空隙，在相同的水膠比下，比基準水泥漿能提高流動性，硬化后也能提高強度。更重要的是改善混凝土中水泥石與骨料的界面結構，使混凝土的強度、抗滲性與耐久性均得到提高。

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