淺談高性能混凝土原材料及其選用

李 恒（遼寧省交通規劃設計院 沈陽 110000）

淺談高性能混凝土原材料及其選用

李 恒
（遼寧省交通規劃設計院 沈陽 110000）

高性能混凝土以其各種優點成為今后混凝土技術的發展方向。針對高性能混凝土原材料存在的問題，根據實踐經驗提出了在選用高性能混凝土原材料方面應注意的事項。

混凝土；原材料；摻和料

高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世紀80年代末90年代初，一些發達國家基于混凝土結構耐久性設計提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設計指標，這種混凝土有可能為基礎設施工程提供100年以上的使用壽命。區別于傳統混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩定性等許多優良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優越性，在工程安全使用期、經濟合理性、環境條件的適應性等方面產生了明顯的效益，因此被各國學者所接受，被認為是今后混凝土技術的發展方向。

一、高性能混凝土原材料方面存在的問題

高性能混凝土原材料主要包括：細集料、粗集料、細摻和料、減水劑及緩凝劑、礦物摻和料。在高性能混凝土的原材料方面，我國水泥質量不穩定，離散性大；在骨料方面，粗骨料質量低劣，含泥量大，級配較差，細骨料細度模數不合要求；在外加劑和外摻料的選擇上，尚缺乏充分的適用性的研究。

二、高性能混凝土原材料的選用

1.細集料。細集料宜選用質地堅硬、潔凈、級配良好的天然中、粗河砂,其質量要求應符合普通混凝土用砂石標準中的規定。砂的粗細程度對混凝土強度有明顯的影響,一般情況下,砂子越粗,混凝土的強度越高。配制C50～C80的混凝土用砂宜選用細度模數大于2.3的中砂,對于C80～C100的混凝土用砂宜選用細度模數大于2.6的中砂或粗砂。

2.粗集料。高性能混凝土必須選用強度高、吸水率低、級配良好的粗集料。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質砂巖、石灰巖、花崗巖、玄武巖碎石,級配符合規范要求。由于高性能混凝土要求強度較高,就必須使粗集料具有足夠高的強度,一般粗集料強度應為混凝土強度的115倍～210倍或控制壓碎指標值＞10﹪。最大粒徑不應大于25mm,以10mm～20mm為佳,這是因為,較小粒徑的粗集料,其內部產生缺陷的幾率減小,與砂漿的粘結面積增大,且界面受力較均勻。另外,粗集料還應注意集料的粒型、級配和巖石種類,一般采取連續級配,其中尤以級配良好、表面粗糙的石灰巖碎石為最好。粗集料的線膨脹系數要盡可能小,這樣能大大減小溫度應力,從而提高混凝土的體積穩定性。

3.細摻合料。配制高性能混凝土時,摻入活性細摻合料可以使水泥漿的流動性大為改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石強度有所提高。更重要的是,加入活性細摻合料改善了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。活性細摻合料是高性能混凝土必用的組成材料。在高性能混凝土中常用的活性細摻合料有硅粉(SF)、磨細礦渣粉(BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉(NZ)等。粉煤灰是火電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰,它能有效提高混凝土的抗滲性,顯著改善混凝土拌合物的工作性,大摻量粉煤灰混凝土還對環境保護和節約資源有重要意義。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、細度低、需水量低的優質粉煤灰。礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態下迅速水淬冷卻而成的,用于高性能混凝土的磨細礦渣細度大于水泥,能提高混凝土的工作性和耐久性。硅粉是電爐法生產硅鐵合金所排放的煙道灰,SiO2含量大于90﹪,平均粒徑約011μm,比表面積＞20000㎡/kg,借助大劑量高效減水劑和強力攪拌作用,可以填充到水泥或其他摻合料的間隙中去,并且具有很高的活性,在各種摻合料中對混凝土的增強作用最為顯著,是國際上制備超高強混凝土最通用的超細活性摻合料。

4.減水劑及緩凝劑。由于高性能混凝土具有較高的強度,且一般混凝土拌合物的坍落度較大(15～20㎝左右),在低水膠比(一般＜0.35)一般的情況下,要使混凝土具有較大的坍落度,就必須使用高效減水劑,且其減水率宜在20﹪以上。有時為減少混凝土坍落度的損失,在減水劑內還宜摻有緩凝的成份。此外,由于高性能混凝土水膠比低,水泥顆粒間距小,能進人溶液的離子數量也少,因此減水劑對水泥的適應性表現更為敏感。因大部分高性能混凝土施工時采用泵送,故摻減水劑后混凝土拌合物的坍落度損失不能太快太大,否則影響泵送。

5.礦物摻合料。(1)粉煤灰,粉煤灰是燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細微粉末,又稱“飛灰”(Fly Ash),其顆粒多呈球形,表面光滑。大量的實踐證明:摻用粉煤灰的混凝土,其長期性能可得到大幅度的改善,對延長構筑物的使用壽命有重要意義。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下幾個方面:①填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層,產生“滾珠潤滑”效應;②對水泥顆粒起物理分散作用,使其分布得更均勻;③粉煤灰和聚集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結晶發生火山灰反應,生成具有膠凝性質的產物,加強了薄弱的過渡區,對改善混凝土的各項性能有顯著作用;④粉煤灰延緩了水化速度,減小混凝土因水化熱引起的溫升,對防止混凝土產生溫度裂縫十分有利;⑤可減小混凝土溫度開裂的危險,同時由于加快了火山灰反應,還可提高28d強度。值得注意的是,粉煤灰的水泥取代率對強度影響顯著,較好的早期強度和后期強度的水泥取代率應小于10%。當粉煤灰摻量較低時,只會對水泥早期水化熱有影響,但對7d齡期的水化熱幾乎沒有影響。(2)硅粉(Silica Fume,簡寫SF)又稱硅灰,是從生產硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細的煙塵。硅粉主要由非常微小、表面光滑的玻璃態球形顆粒組成，粒徑為0.1μm～1.0μm,是水泥粒徑的1/50～1/100,一般比表面積為18500㎡/kg～20000㎡/kg,主要化學成分為二氧化硅,其含量在90%以上。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥,結合應用減水劑,可使混凝土各方面的物理力學性能都得到顯著提高,硅粉的適宜摻量為水泥用量的5﹪～10﹪。硅粉的加入,對混凝土的性能的影響主要有:①改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量;②提高了混凝土的強度,增大了彈性模量和混凝土的干縮;③提高了混凝土的耐久性。另外,在配制硅粉混凝土時必須注意:①由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土時,一般要摻加減水劑。在選擇減水劑時,應使之與所用的水泥具有相容性,否則,容易影響混凝土的工作性能。同時,根據減水劑性能及需求的減水需求來選擇合適的摻量。②比表面積和活性SiO2含量是硅粉的重要指標,硅粉比表面積越大、活性SiO2含量越高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需選擇具有良好性能的硅粉。③硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大,配制高性能混凝土時應采取補償收縮的措施,如摻加粉煤灰等。

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1007-6344（2016）04-0334-01

李恒，男，1974年5月3日。沈陽大學工民建畢業，遼寧省交通規劃設計院工作，助理工程師職稱。