建筑工程中高性能混凝土施工技術探究

仇兆立

【摘 要】高性能混凝土有著耐久性、穩定性等優點，因此在建筑工程中得到了廣泛的應用。它的應用不僅可以提高工程質量，還可以推動節能減排，因此，本文先對高性能混凝土的定義作了概述，然后從建筑用高性能混凝土設計階段應注意的事項、高性能混凝土的性能研究和應用現狀、高性能混凝土在建筑施工中的運輸與澆筑、高性能混凝土施工過程中的主要技術控制措施及發展預測這幾方面進行了闡述。

【關鍵詞】建筑；高性能混凝土；施工技術；質量

引言

高性能混凝土的突出特點就在于既能保證高強度、體積的穩定性，又進一步提高了混凝土的耐久性。其中礦物細摻料中的硅粉是提高混凝土耐久性的重要元素，硅粉與水泥相比具有活性高、顆粒小、比表面積高的優點，在高性能混凝土的配置過程中，利用硅粉填充到水泥顆粒的縫隙之中，并通過火山灰反應將水泥轉化為CSH凝膠，從而使得混凝土在惡劣環境中仍舊有理想的工程壽命。

一、高性能混凝土的定義

（一）高耐久性能

高耐久性是高性能混凝土的重要特點之一，高性能混凝土應用的主要目的是能將混凝土結構的使用壽命盡可能的延長到50～100年以上，因而對于一些特殊工程中存在的特殊部位，耐久性成為控制結構設計的主要指標。高性能混凝土中摻加有水膠比很低的高效減水劑，在水泥水化后，其內部不含有多余的毛細水，并且內部孔隙細化，使總的孔隙率降低，從而提高高性能混凝土的抗滲性；再者高性能混凝土中又加入了礦物質超細粉，不僅能夠大幅度提高混凝土的早期抗裂性能，還能明顯縮小水泥石與骨料之間的孔隙，并且可以明顯水泥石中降低孔徑≥100μm的孔含量，從而改善了水泥石的孔結構。通過摻入高效減水劑和礦物質超細粉后，高性能混凝土的耐久性能得到了顯著地提高。

（二）具有良好的工作性

良好的工作性能也是高性能混凝土的重要特點。高性能混凝土在在成型過程中能夠達到不離析、不分層、易充滿模型等目的。另外，自密實混凝土和泵送混凝土還具有不錯的可泵性，在施工過程中能做到自流平，而且坍落度損失小。這種優良的工作性能不僅能保證施工時混凝土的質量均勻，還能提高施工效率。

（三）具有較高的體積穩定性

高性能混凝土擁有較高的體積穩定性。材料配合比適中的高性能混凝土彈性模量可以達到40～50GPa，而一般普通混凝土只有20～25GPa。高性能混凝土不僅低收縮、低徐變，而且還有低溫度變形的優點。這樣使得其在硬化早期有較低的水化熱，而且讓其在硬化后期的收縮變形降低。從而提高高性能混凝土的體積穩定性。

（四）具有高強度、高抗滲能力

高性能混凝土還具有一定的強度、高抗滲能力、較高的韌性和長期的力學性能穩定性等優點。高性能混凝土的抗壓強度已超過200MPa，其抗拉強度與抗壓強度值明顯高于高強混凝土。跟普通強度混凝土相比，其早期強度發展快，但后期強度增長率比普通混凝土低。另外，高性能混凝土中由于摻入了緩凝劑、膨脹劑等改良劑，使其具有了較高的韌性以及長期的力學性能穩定性等優點?？傊?，高性能混凝土擁有普通混凝土無法比擬的優良特性，并且憑借這些特性，會不斷擴大其在工程中的應用。

二、建筑用高性能混凝土設計階段應注意的事項

依據筆者多年的工程經驗，許多混凝土施工技術未達到預期的工程效果，究其原因大多數是高性能混凝土在設計的過程中存在著漏洞。工程技術人員要在設計的過程中注意以下事項，從而保證所配置的高性能混凝土滿足工程技術的要求：

1.建筑工程的種類多種多樣，工程所處的外部環境也千差萬別，不同種類的工程和有所差異的外部施工環境對混凝土的性能要求存在明顯的差異，高性能混凝土設計過程要充分考慮與建筑工程質量相關的多種技術途徑，使配置的高性能混凝土具有很強的針對性。以混凝土池塘的建設為例，如果混凝土池塘建在室外，由于冬季室外氣溫較低，應配置具有良好抗凍性能的混凝土，而對室內的混凝土池塘而言，由于氣溫適宜，考慮混凝土的抗凍性能就顯得多此一舉；

2.水膠比技術的運用提高了混凝土的性能，在高性能混凝土的設計過程中要給予高度的重視。施工技術人員可以嘗試低水膠比，使得水泥的比例處于合理的范圍之內，減少水泥水化反應放出的熱量，從而提高混凝土工程的穩定性，繼而減小工程出現開裂等不良狀況的比率；

3.礦物摻料的加入有效的提高了混凝土的持久性，但是它并不能取代水泥的作用，這一點施工技術人員要格外注意。在高性能混凝土的設計工程中，要嚴格的按照施工要求將礦物摻料的用量控制在合理的范圍之內，從而保證其發揮最大的工程效果；

4.在高性能混凝土的設計環節，高效減水劑的添加是必不可少的。分別摻加兩種萘系取得的效應，總是小于按一定的比例混合使用不同萘系得到的效應總和。

三、高性能混凝土的性能研究和應用現狀

（一）性能研究

1.力學性能。由于混凝土的不均勻性，所以影響混凝土強度的因素有很多，諸多因素中水膠比是最重要的。水膠比與強度一般成反比，在其他條件不變時水膠比越小強度越大。相比普通混凝土，高性能混凝土具有更高強度的原因是：高性能混凝土中高效減水劑的使用大大減少了用水量，在水泥和摻合料用量不變的情況下降低了水膠比。除此之外，高性能混凝土對粗細骨料的粒徑要求更為嚴格，配制出更理想的顆粒級配。并且，高性能混凝土摻入粉煤灰等礦物超細粉來替代部分水泥，不僅增加粘聚力還可以填充水泥間的空隙。這兩點通過增強混凝土的密實度進一步提高了混凝土的強度。

2.高耐久性?；炷恋哪途眯园節B性、抗凍性、抗侵蝕性等內容，研究起來相當復雜。耐久性是指一定的混凝土結構在規定的或預期的服務壽命期限內，保持設計所需要功能的性能，也就是說耐久性是相對于一定環境條件而定的。高性能混凝土通過摻加的摻合料和外加劑有效提高了強度和抗裂抗滲等性能。比如超細粉的填充作用和高效減水劑的減水作用可以提高混凝土的密實度，超細粉本身也可以增強混凝土的后期強度，纖維可以提高混凝土的抗折抗裂和延性。另外，高性能混凝土中混凝土密實、鋼筋的電化學腐蝕也難以進行，鋼筋不易銹蝕。高性能混凝土因為有礦物摻合料的摻加和低水膠比，故幾乎不考慮堿骨料病害。綜上所述，高性能混凝土具有高耐久性。

3.高工作性。在工程建設過程中，混凝土良好的工作性使混凝土的施工更加方便?；炷恋墓ぷ餍园鲃有浴⒄尘坌院捅Ｋ裕@三種性能相互影響。一般來說流動性越好保水性就會差一點，流動性用坍落度等指標來測定，粘聚性和保水性的好壞則是在測流動性的同時由經驗判斷。大量的實驗證明HPC由于高效減水劑和礦物超細粉的使用使其獲得較大的坍落度，因此HPC具有良好的工作性，這為HPC在大型工程及復雜工程中的應用提供了有利條件。

4.經濟性。高性能混凝土具有高耐久性，可以延長建筑物的安全期，避免重復建設和減少后期維護費用，節省大量資金。在拌制混凝土的過程中適量摻入了粉煤灰等摻合物，有效利用了廢棄資源，既保護了環境又提高了資源的利用率。高強度能夠在保證結構穩定性和可靠度的前提下減小構件的尺寸，合理利用資源、減輕結構自重。即使高性能混凝土本身造價比較高，但綜合比較后，HPC仍然是很經濟的建筑材料。HPC能更好地滿足未來建筑的發展需求，更好地延長建筑使用壽命，降低成本。

（二）應用現狀

直到現在，高性能混凝土已在建筑領域有了大量的應用。國際上，法國西瓦克斯核電站2號反應堆殼采用了C50高性能混凝土，美國加州大學伯克利分校建造的會堂所用的混凝土大量摻入粉煤灰至少代替了50%的水泥。在我國，高性能混凝土近幾年也得到了相應的應用，90d后強度達到了100MPa，不僅方便了施工而且滿足了強度要求。并不是所有的應用都是成功的。很多研究表明高性能混凝土的耐火性顯著不如普通混凝土。

四、高性能混凝土在建筑施工中的運輸與澆筑

（一）高性能混凝土的運輸

高性能混凝土在生產完成后就可以直接進行攪拌，再從工廠運輸到施工場所的過程一般采用專門的混凝土攪拌運輸車。在運輸的過程中要盡可能的減小混凝土塌落度的損失。（依據坍落度法測出的坍落度值，用來衡量混凝土塑化性能和可泵性能的高低，從而判斷施工能否正常進行）。

（二）高性能混凝土的振搗

在混凝土的澆筑環節，為保證工程的質量不允許直接應用新拌混凝土，而應對其進行振搗處理，這是增加混凝土密實性的關鍵操作。以傳統的施工工藝而言，平板振動器或插入式振動器是振搗步驟的主要施工儀器，該儀器通過機械振動過程產生的振動波使得新拌混凝土鋪滿預制的模塊。在振動的過程中，混凝土實現二次均勻攪拌，混凝土在攪拌工程和澆筑環節產生起泡開裂，從而將新拌混凝土中的氣體排放出去，繼而實現混凝土顆粒的均勻排布，提高混凝土的密實性。一般而言，機械振動的頻率范圍5000～12000次每分鐘，在此范圍內所能引起起泡開裂的直徑為0.9～0.07mm，而直徑更小的氣泡仍舊殘余在混凝土顆粒之中。但是經過專家的研究發現，影響混凝土穩定性和持久性的氣泡直徑要比其小得多，通?？蛇_到0.01mm。當今的機械振動根本達不到工程技術的要求，為消除小型氣泡的影響，必須采用先進的振動設備，以提高振動頻率。因此，對高性能混凝土，宜采用超聲波振動器或高頻振動器振搗。（振動頻率可達到20000次每分鐘）。

（三）真空吸水密實

真空吸水壓實技術在提高混凝土的配置標準上，起著至關重要的作用。目前的真空吸水壓實技術應用廣泛，為滿足各種工程的需求，真空吸水壓實作業衍生為表面真空吸水與內部真空吸水兩種作業方式。樓面工程、屋面工程、預制混凝土板工程等厚度較小、面積較大的混凝土工程的施工通常采用表面真空吸水作業；混凝土基礎工程中體積較大的梁柱等混凝土工程的施工多采用內部真空吸水作業。

五、高性能混凝土施工過程中的主要技術控制措施

（一）適宜的真空度

混凝土施工過程要控制合理的真空度，真空度過大或是過小都會影響混凝土施工工程的質量。真空度過大，混凝土的脫水速度和脫水的質量會顯著上升，一般的機械設備難以承受，為防止原料外溢，對設備的密封性能也提出了更高的要求。因此，過高的真空度會加大企業對設備的投資，無形中增加了企業的施工成本。真空度過低，產生的負壓難以排除新拌混凝土內剪應力的作用，使其其受水分和排解氣泡的能力不足，從而導致施工的時間增多。一般而言，真空度的合理范圍為0.05—0.07MPa。倘若混凝土工程的厚度較大，其對應的真空度要適當增大。

（二）適宜的機械振動

在混凝土真空吸水的環節，要采用適宜的機械振動加以輔助，使得混凝土的流動性能增大，使得混凝土顆粒的排布更加均勻，從而有助于混凝土內部氣體的排出。振動的方向要盡可能與真空吸水的方向垂直，這樣可以降低因吸水作業產生的壓力和混凝土重力對振動效果的影響。振動的振動幅度要根據高性能混凝土的特點相應的作出調整，振幅過高容易導致混凝土出現離析現象，導致振動效果大大折扣。

（三）高性能混凝土的養護

高性能混凝土水膠比小，水化反應迅速，早期養護十分重要。保溫和保濕是高性能混凝土養護的兩個關鍵步驟。高性能混凝土水化反應劇烈，其中產生了大量的熱，混凝土內外部產生較大溫度差，會因此對建筑物產生損害，新澆筑的混凝土應保證適當的溫度。在高性能混凝土水化硬化時應保證充足的水分，盡量保證環境的濕度≥90%，采取有效措施防止混凝土水分的蒸發，如薄膜保濕、表面噴灑養護劑等。

六、高性能混凝土的發展預測

高性能混凝土優良的性能決定了它必定是混凝土行業的未來，定會在建筑領域得到更廣泛應用，并逐步向綠色、超高強、自密實和智能化發展。現代人們需要建設“綠色”型社會，綠色高性能混凝土可以將廢棄資源變廢為寶，這給它的發展帶來了良好的機遇。超高強混凝土是目前市場上急需的，可以節約資源、減輕結構自重，獲得更大社會效益。自密實混凝土的研究目前是比較多的，它可以加快施工速度，消除振搗噪聲。研究表明對HPC引入引氣劑能否提高其抗凍性現在仍有爭議。所以，對HPC抗凍性的研究仍有大量工作要做。

在我國高性能混凝土面臨最大的問題是難以大范圍推廣應用。如果說HPC是混凝土的革命，那么HPC的推廣就會帶動整個行業的革命。如果沒有嚴格的生產、澆筑、養護過程就得不到高性能混凝土，這就需要整個行業的共同監督。隨著砂、石、水泥生產原材料等資源的短缺，在提升技術、節約資源上又對科學工作者提出了更高要求。當然，目前還需要研發出更高效、適應性更好的減水劑，雖然困難重重，但前景依舊光明。

七、結束語

總而言之，在高性能混凝土的實際施工過程中，施工人員必須要嚴格按照施工規范來進行高性能混凝土的施工，保證其基本質量。除此之外，由于高性能混凝土的用水量較低，所以在完成澆筑后，必須要做好養護工作，避免水分流失過快，而導致混凝土出現收縮裂縫等病害，進一步保證高性能混凝土的施工質量，從而為建筑工程質量的提升提供基礎保障。

參考文獻：

[1]李東光.水泥混凝土外加劑配方與制備[M].中國紡織出版社，2011.

[2]牛永勝，韋慶東，沈驥，谷少東.高強高性能混凝土經濟效益分析[J].混凝土，2012（13）：94～95.

[3]燕蘭，邢永明，郝貟洪.混雜纖維增強高性能混凝土（HFHPC）高溫力學性能及微觀分析[J].混凝土，2012（01）

[4]鹿斌.淺談建筑工程中的混凝土施工技術[J].中小企業管理與科技（上旬刊），2012，09：129-130.

[5]尹大勇，朱起志，郭磊.淺析混凝土施工技術在建筑工程中的應用[J].中國建筑金屬結構，2013，20：169.