淺析高性能混凝土技術(shù)

(西昌學(xué)院土木與水利工程學(xué)院 四川 西昌 615000)

隨著建筑物的高度不斷增長，普通混凝土已經(jīng)不能滿足結(jié)構(gòu)的需求，高性能混凝土應(yīng)運(yùn)而生。高性能混凝土是指采用常規(guī)材料和常規(guī)工藝生產(chǎn)，滿足混凝土結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，具有高強(qiáng)度、高耐久性、高體積穩(wěn)定性和優(yōu)良的工作性能的混凝土。

一、高性能混凝土

(一)概述

時(shí)代的演進(jìn)細(xì)致入微，傳統(tǒng)混凝土已經(jīng)越過了方興未艾，遭遇了滑鐵盧。其在建筑構(gòu)造中進(jìn)退兩難，舉步維艱。超大型混凝土構(gòu)筑物及重大混凝土建筑要求越來越高，也要求混凝土的施工性能、耐久性能越來越好。對于斥巨資維護(hù)更新老化的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，考慮混凝土使用對環(huán)境的影響等等一系列問題，都影響著混凝土的不斷發(fā)展進(jìn)步。由此可見，高性能是未來混凝土的大勢所趨，減少水泥的用量、更多的利用工業(yè)上的廢渣、再生利用廢棄混凝土是未來混凝土慘淡經(jīng)營的主要方向。從上世紀(jì)80年代起，發(fā)達(dá)國家便掀起了研究“高性能混凝土”的熱潮，各國混凝土設(shè)計(jì)時(shí)不再只重強(qiáng)度，而是強(qiáng)度與耐久性并重。自清華大學(xué)的教授對國內(nèi)引進(jìn)了“高性能混凝土”的概念后，打破了國內(nèi)兩眼一抹黑的落后狀態(tài)，找到了計(jì)日程功的終南捷徑，不塞不流，不行不止，也算是篳路藍(lán)縷，勞苦功高。

1.高耐久性。通過合理地減少水的使用量，從而控制混凝土內(nèi)部的空隙，將礦物質(zhì)超細(xì)粉與高效減水劑配合使用，使混凝土有效工作時(shí)間達(dá)50-100年，是研究高性能混凝土的主要目的。

2.高工作性。坍落度是混凝土工作性的重要指標(biāo)。混凝土在振搗時(shí)，HPC的粘性好，骨料下沉速度慢，可知其坍落度控制較好；相同的振搗振動時(shí)間，HPC和易性好，坍落距離短，均勻性好，穩(wěn)定性高。由于HPC的用水量少，水灰比較低，又摻入超細(xì)粉，基本無泌水現(xiàn)象，密實(shí)度高，直接提高強(qiáng)度。

3.體積穩(wěn)定性。HPC混凝土硬化的早期，水化熱較低；后期收縮變形小，有良好的體積穩(wěn)定性。

4.高強(qiáng)性。強(qiáng)度和耐久性不可分割，概念不同但又互相聯(lián)系，他們本質(zhì)上都與混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)緊密相關(guān)，隨著混凝土內(nèi)部組織的緊實(shí)，降低孔隙率，直接提高了混凝土的強(qiáng)度，抗?jié)B性能也隨之提高。

5.經(jīng)濟(jì)性。HPC的水灰比較低，所以在一定程度上節(jié)約了水泥用量；強(qiáng)度的提高，節(jié)約了鋼材的用量；耐久性的提高，降低了后期維修更新的費(fèi)用，使用壽命延長；HPC的高強(qiáng)性更是減小了構(gòu)件的截面尺寸，增大了使用空間；其高工作性可降低工人工作強(qiáng)度，減少成本，大幅度提高施工進(jìn)度。綜上，高性能混凝土可以更好地達(dá)到結(jié)構(gòu)的功能以及施工技術(shù)和工藝的要求，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，降低其工程造價(jià)。

二、高性能混凝土技術(shù)

(一)對原材料的技術(shù)要求

1.水泥。水泥宜選取硅酸鹽水泥或者普通硅酸鹽水泥，混合材料宜選取礦渣或者粉煤灰，最好不選用早強(qiáng)水泥。當(dāng)骨料中有堿-硅酸反應(yīng)發(fā)生時(shí)，生產(chǎn)C40及以上混凝土?xí)r，水泥中堿含量不超過0.06%。游離CaO含量≤1.5%，MgO含量≤5.0%，SO3含量≤3.5%，比表面積在300-350m2/Kg范圍內(nèi)。

2.礦物摻和料。(1)粉煤灰：C50及以上混凝土細(xì)度≤12%，C50以下混凝土細(xì)度≤20%；CaO含量≤10%，游離CaO含量≤10%，SO3含量≤3.0%，氯離子含量≤0.02%，含水量≤1%。(2)礦渣粉：比表面積在350-450m2/Kg，密度≥2.8g/cm3,SO3含量≤4.0%，氯離子含量≤0.02%，含水量≤1%,MgO含量≤14%;7d活性指數(shù)≥75%，28d活性指數(shù)≥95%。

3.骨料。(1)細(xì)骨料：宜選用級配合理、空隙率小、吸水率低的天然河砂或機(jī)制砂，不得使用海砂。含有顆粒狀硫化物雜質(zhì)時(shí)，需重新確認(rèn)其是否滿足HPC的耐久性要求。粒徑大于5mm的砂礫含量不大于5%。(2)粗骨料：宜選用質(zhì)地均勻、線脹系數(shù)較小的碎石。應(yīng)選用二級或多級級配，粗骨料的最大平均外徑不應(yīng)大于保護(hù)層厚度的2/3,且不超過鋼筋最小間距的3/4；配置C50以上預(yù)應(yīng)力混凝土?xí)r，粗骨料最大平均外徑不超過25mm。

4.外加劑。減水率>20%，含氣量：對于非抗凍混凝土需≥3.0%，對于抗凍混凝土需≥4.5%，壓力泌水率比≤90%，常壓泌水率比≤20%，收縮率比≤135%。

三、高性能混凝土的發(fā)展趨勢

(一)超高強(qiáng)混凝土

混凝土技術(shù)的一日千里，摒棄了傳統(tǒng)混凝土的膠柱鼓瑟，現(xiàn)今更是遠(yuǎn)求騏驥，其對原材料和施工技術(shù)要求愈發(fā)嚴(yán)格，高性能混凝土各性能逐步提升，而混凝土強(qiáng)度是其很重要的一個(gè)性能，因此在高性能混凝土后續(xù)技術(shù)發(fā)展中，超高強(qiáng)混凝土?xí)絹碓绞芨鲊嗖A，其不僅具有高性能混凝土的各大優(yōu)良性能，并且具有長期發(fā)展與應(yīng)用的優(yōu)良而綜合的經(jīng)濟(jì)性。據(jù)了解，我國已經(jīng)在工程建筑中運(yùn)用了C100以上的超高強(qiáng)混凝土，而國外在實(shí)驗(yàn)室配置的高強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度已超過800MPa,強(qiáng)度1000MPa的極高強(qiáng)度的混凝土也即將面世。

(二)綠色高性能混凝土

綠色混凝土是指在建筑工程運(yùn)用中達(dá)到節(jié)能環(huán)保，經(jīng)濟(jì)實(shí)用的要求，其綠色性質(zhì)具體表現(xiàn)在混凝土的制作材料和施工過程能夠道法自然，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。目前，綠色混凝土有再生混凝土和自密實(shí)混凝土，其不僅具有綠色效益，又具備高性能混凝土的各項(xiàng)優(yōu)異性能。“綠水青山就是金山銀山”，實(shí)現(xiàn)十九大報(bào)告提出的“五位一體”可持續(xù)發(fā)展，是我國現(xiàn)在的主要目標(biāo)和奮斗方向。

四、結(jié)語

世界科技的蓬勃發(fā)展，其彰示著建筑行業(yè)的巨大潛力，高性能混凝土技術(shù)一點(diǎn)會在世界舞臺上流光溢彩，熠熠生輝。它將以超乎建筑工程要求范圍而存在，從各個(gè)方面超過我們使用100多年的傳統(tǒng)混凝土。HPC代表著工程技術(shù)的又一飛躍，我們作為土木工程的一份子感到驕傲與自豪，這樣的技術(shù)需要更大限度的傳承和發(fā)揚(yáng)，更大廣度地運(yùn)用到社會經(jīng)濟(jì)建筑工程中。