高性能混凝土的配制技術

摘? ? 要：本文主要通過不同國家對高性能混凝土的涵義理解出發，對高性能混凝土的涵義和特點進行了總結，重點對高性能混凝土的配制路線和原材料要求進行了介紹，希望能使大家對高性能混凝土這一高科技材料有所幫助。

關鍵詞：高性能混凝土、特點、配制路線、原材料的要求

1? 引言

2011年4月10日，深圳京基100大廈項目的總承包“中建四局”攜手中聯重科等七家單位共同打造了C120超高性能混凝土實現427m泵送的業界神話。這是繼2008年12月16日中建四局攜手中聯重科將C100超高強度混凝土成功泵送至411米的廣州西塔頂部后，雙方合作推動的又一次科技創新。上面提到的高性能混凝土是我們下面要談的主角。讓我們走進這一混凝土的新技術吧！

2? 高性能混凝土（High-Performance Concrete）的概念

國際木土工程界對什么是高性能混凝土至今有著不同的解釋和理解。

1950年5月美國國家標準與技術研究院（NIST）和美國混凝土協會（ACI）首次提出高性能混凝土的概念。到目前為止，各國對高性能混凝土提出的要求和涵義完全不同。

美國：高性能混凝土是一種易于澆注、搗實、不離析，能長期保持高強、韌性與體積穩定性，在嚴酷環境下使用壽命長的混凝土。美國混凝土協會認為混凝土并不一定需要很高的混凝土抗壓強度，但仍需達到55MPa以上，需要具有很高的抗化學腐蝕性或其他一些性能。

加拿大：高性能混凝土是一種具有高彈性模量、高密度、低滲透性和高抗腐蝕能力的混凝土。

日本：高性能混凝土是一種具有高填充能力的的混凝土，在新拌階段不需要振搗就能完善澆注;在水化、硬化的早期階段很少產生有水化熱或干縮等因素而形成的裂縫;在硬化后具有足夠的強度和耐久性。

中國在上世紀80年代開始研究這種混凝土技術，通過幾十年努力現已成為達到世界一流的工程應用技術水平。在我國，吳中偉教授最早提到了高性能混凝土并指出它的意義，基本上得到普遍的認同。高性能混凝土（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。

3? 高性能混凝土配制的技術路線

高性能混凝土是由高強混凝土發展而來的，但高性能混凝土對混凝土技術性能的要求比高強混凝土更多、更廣乏，高性能混凝土的發展一般可分為三個階段。

（1）振動加壓成型的的高強混凝土。在高效減水劑問世以前，為獲得高強混凝土，一般采用降低W/C（水灰比），強力振動加壓成型。即將機械壓力加到混凝土上，擠出混凝土中的空氣和剩余水分，減少孔隙率。但該工藝不適合現場施工，難以推廣，只在混凝土預制板、預制樁的生產，廣泛采用，并與蒸壓養護共同使用。

（2）摻高效減水劑配置高性能混凝土——第五組分。20世紀50年代末期出現高效減水劑是高強混凝土進入一個新的發展階段。代表性的有萘系、三聚氰胺系和改性木鈣系高效減水劑，這三個系類均是目前普遍使用的高效減水劑。采用普通工藝，摻加高效減水劑，降低水灰比，可獲得高流動性，抗壓強度為60MPa～100MPa的高強混凝土，是高強混凝土獲得廣泛的發展和應用。但是，僅用高效減水劑配制的混凝土，具有坍落度損失較大的問題。

（3）采用礦物外加劑配制高性能混凝土——第六組分。20世紀80年代礦物外加劑異軍突起，發展成為高性能混凝土的第六組分，它與第五組分相得益彰，成為高性能混凝土不可缺少的部分。目前，配制高性能混凝土的技術路線主要是在混凝土中同時摻入高效減水劑和礦物外加劑。

4? 高性能混凝土對原材料的要求

4.1? 水泥

水泥宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，混合材宜為礦渣或粉煤灰。有耐硫酸鹽侵蝕要求的混凝土也可選用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥，不宜使用早強水泥。

4.2? 細骨料

細骨料應選用級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然中粗河砂，也可選用專門機組生產的人工砂。不宜使用山砂，不得使用海砂。優先使用非堿活性骨料。當采用人工砂或混合砂時，應進行亞甲藍試驗和壓碎指標值試驗，石粉含量和壓碎指標值應符合相關標準的規定。

4.3? 粗骨料

粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線脹系數小的潔凈碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂巖碎石。優先采用非活性骨料。最大粒徑應不超過保護層厚度的2/3，并不大于鋼筋最小間距的3/4;對于C50以上混凝土骨料最大粒徑不應大于25mm。骨料應采用二級或多級級配，其松散堆積密度宜大于1500kg/m3，緊密空隙率應小于40%，吸水率應小于2%（用于干濕交替或凍融循環下的混凝土應小于1%）。粗骨料為碎石時，碎石的強度用巖石抗壓強度表示，且巖石抗壓強度與混凝土強度等級之比不應小于1.5。

4.4? 拌合用水

高性能混凝土優先選用自來水。

4.5? 外加劑

混凝土外加劑是一種在混凝土攪拌之前或拌制過程中加入的，用以改善新拌混凝土和（或）硬化混凝土性能的材料。是配制高性能混凝土必需使用的組成材料。常用的外加劑有普通減水劑、高效減水劑、緩凝高效減水劑、引氣減水劑、泵送劑、早強劑、緩凝劑、引氣劑、防凍劑、防水劑、膨脹劑和速凝劑等。

4.6? 礦物摻合料

常用的礦物摻合料有磨細粉煤灰、磨細礦渣粉、磨細天然沸石粉和硅灰等。目前相關標準是GB/T 18736—2017《高強高性能混凝土用礦物外加劑》 。粉煤灰（FA）是從燃煤熱電廠的煤燃燒后的煙氣中收集下來的粉狀材料。粉煤灰是燃煤電廠排出的主要固體廢物。粉煤灰在水泥混凝土中作用機理歸結為形態效應、活性效應、微集料效應三個基本效應。礦渣是以粒化高爐礦渣為主要原料，可摻加少量石膏磨制成的一定細度的粉體。沸石粉是指以天然沸石巖為主要原料，經破碎、粉磨加工制成的粉狀物料。硅灰在高性能混凝土重要的摻合料，其定義是冶煉硅鐵合金或工業硅時，通過煙道排出的硅蒸氣氧化后，經收塵器收集得到的以無定形二氧化硅為主要成分的產品。硅灰的特點是結構為圓球狀微珠。顆粒細小，形狀渾圓而且活性高。平均粒徑為0.1μm，其細度和比表面積約為水泥的80～100倍;密度為2.2g/cm3～2.5g/cm3，松散密度為160g/cm3～320kg/m3。

5? 結束語

清華大學土木水利學院教授廉慧珍曾經說過：“混凝土材料是用最簡單的工藝制造的最復雜的人工材料。”由于原材料不能提純，其物理和化學反應復雜，對時間和環境具有十分敏感的依賴性，以致于混凝土水化產物組成和微結構的形成與發展非常復雜，具有不確定性和不確知性。如何正確認識和把握復雜的混凝土特征，是我國混凝土技術進步的基礎。

參考文獻：

[1] 馮乃謙.混凝土技術大全[M].北京：中國建筑工業出版社，2001.

[2].黃榮輝.預拌混凝土實用技術[M].北京：機械工業出版社，2004.

[3] 張承志.商品混凝土[M].北京：化學工業出版社，2006.

作者簡介：

趙宇晗（1973—）男，民族：滿族，籍貫：遼寧省昌圖縣人，學歷：本科，職稱：講師。主要研究方向：建筑材料。郵編（111000）工作單位：遼寧建筑職業學院。