土木建筑材料中的高性能混凝土材料性能分析

范鄒升威

摘 要：采用對比分析的方式，針對各種常用材料的力學性能進行研究，高性能混凝土的優異性能可作為土木工程的主體原料，保障土木工程的安全性，在此基礎上利用不同養護制度下對高性能混凝土材料進行優化分析。結果表明：以養護模式為蒸汽養護3 d為例，鋼纖維摻量在0%～2%時，基體與鋼纖維的粘結力產生作用，此時鋼纖維在基體中會產生較大間隙，影響流動性會比較小，對擴展度的影響也較小;當鋼纖維摻量由0%上升至1%、2%和3%時，抗壓強度分別上升了38.44%、53.36%和73.99%，抗折強度分別上升了31.23%、53.00%和105.22%。在混凝土基體中會形成勁性骨架，在裂縫中起到橋接作用。

關鍵詞：工程施工;建筑材料;混凝土配比;養護方法度

中圖分類號：TU755 ? ? ? 文獻標識碼：A

文章編號：1001-5922（2022）02-0125-04

土木工程建造過程中選擇性能優異的建筑材料可決定土木工程的發展狀況，隨著科技的不斷發展與完善，人們對于房屋的建造采取不同類型的建筑材料，性能隨之提升，促使土木工程的發展前景越來越好。直至18世紀，科學家發明了水泥，最終演變成鋼筋混凝土材料，如今，人們對建筑材料的要求逐漸增長，促使建筑材料發展成高性能混凝土。高性能混凝土的制備原理主要通過現代混凝土技術進行加工制備，通過不同比例的調和，可改變高性能混凝土的亞微觀結構，使混凝土的致密性更高，保證建造質量。

1 土木建筑材料中高性能混凝土概述

1.1 高性能混凝土的特點

高性能混凝土在性能方面具有多種優勢，將其應用于土木工程中可提高建筑工程的整體質量，促進土木工程領域的可持續發展。高性能混凝土的眾多特點中高耐久性可使其具有較好的密實性和抗滲性，與普通混凝土相比高性能混凝土的流動性和抗離析性等多方面性能更加優秀。此外，針對高性能混凝土進行配置時，應將彈性模量的范圍控制在40～45 GPa，高性能混凝土干縮率小于0.04%的狀態下可保證自身的體積較穩定，不易發生變化，其特有的強度使高性能混凝土在土木工程領域中發揮優異作用[1]。1.2 高性能混凝土配合比原則

高性能混凝土的主要原材料包含水泥、骨料、硅灰、鋼纖維、減水劑、煅燒偏高嶺土、粉煤灰以及礦粉，其主要通過泵送的方式進行輸送，因此，針對含砂率進行配比過程中應在滿足工藝條件的情況下，盡可能降低高性能混凝土的含砂率，并考慮可泵性的要求。水灰比在高性能混凝土的比例調和中屬于重要參數，可決定高性能混凝土的強度，為此，針對水灰比應根據工程強度及相關經驗進行確定，并選擇合適的減水劑應用于高性能混凝土配比中，以此確定高性能混凝土的用水量及水泥量。為得到性能更好的高性能混凝土，應根據相關實驗數據確定摻和料的用量。

2 土木建筑材料中高性能混凝土的基本性能分析

2.1 高性能混凝土的力學性能分析

高性能混凝土與普通混凝土相比，在性能方面更具優勢，其特有的抗壓強度、粘結強度及彈性模量可保證高性能混凝土在土木工程領域中應用范圍更加廣闊，土木工程中各種常用材料的力學性能如表1所示。

從表1中可觀察到高性能混凝土的的力學性能與C60及Q345相比具有一定特性，在常規養護下高性能混凝土的多種性能明顯高于其他材料，其特有的韌性可保證高性能混凝土的抗震能力。通過研究發現，高性能混凝土的水密性能較好，可保證混凝土板在復雜環境下保持自身性能，有效避免出現滲漏及退化現象[2]。

2.2 高性能混凝土的耐久性能分析

高性能混凝土的耐久性能屬于眾多性能中較為重要的參數之一，優異的耐久性可保證土木工程在建筑過程中的安全性。其耐久性具有多項指標，高性能混凝土與C60的耐久性指標如表2所示。

從表2中可觀察到高性能混凝土具有較強的耐久性，在一定養護條件下可使其微觀結構得到改善。而優異的耐久性源于高性能混凝土的水灰比較低，在配比過程中提出粗集料，并優化顆粒級配，可最大限度地保證密實度。

2.3 高性能混凝土的防火及抗沖擊性能

高性能混凝土的防火、抗沖擊性能比較強，可以將該材料運用在安全防護工程中，高性能混凝土內部含有的硅粉含量較高，且氫氧化鈣含量較高，可將高性能混凝土暴露與火中，但長期暴露于火中，將造成高性能混凝土出現結構上的退化現象，為避免該現象發生，將在其中加入纖維原料，保證高性能混凝土的抗沖擊性能。

3 土木建筑材料中高性能混凝土配合比優化研究

通過上述研究發現，高性能混凝土具有較高的力學性能、優良的耐久性及體積穩定性，眾多性能均與力學性能息息相關，但水膠比與力學性能恰恰相反，其成反比趨勢不斷變化，因此，高性能混凝土應保證自身性能，全面發展，本文將采用不同的水灰比、砂膠比、鋼纖維摻量及3種不同粒徑的石英砂級配等方式對基準配合比進行研究[3]。

3.1 表觀密度與石英砂級配

本實驗針對表觀密度測定將依據標準規則下進行，表觀密度按照下式進行計算：

ρ=M0V1-V2- t×1 000

式中：ρ為表觀密度，kg/m3;M0為試樣的烘干質量，g;V1為水的原有體積，mL;V2為倒入試樣后的水和試樣的體積; t為水溫對砂的表觀密度影響的修正系數。

針對表觀密度進行精準測量，有利于提升高性能混凝土的整體質量。通過上述公式測得高性能混凝土中各部分原材料的表觀密度如表3所示[4]。

高性能混凝土的結構組成中涵蓋大量石英砂，而配置過程中基于最大密實度的基礎上進行相關操作;因此應考慮石英砂的級配。本文為考察石英砂的級配，采用實驗對比分析的方法，實驗內容：將兩種石英砂按照不同的比例混合均勻，并將總質量定為2 kg后，將混合均勻的砂倒入1 L的正方體容器中，在倒入總質量的一半時，應采取振動模式，使其振動的時間控制在30 s;容器內充滿石英砂后，繼續振動30 s，將其表面刮平稱重。通過3次比例混合，最終求得石英砂的級配為：（16～26目）∶（26～40目）∶（40～70目）∶（70～120目）=0.55∶0.15∶0.22∶0.08。gzslib202204012312

3.2 鋼纖維對高性能混凝土性能的影響

本次研究了不同摻量對混凝土工作性能及力學性能的影響。養護模式采用的是蒸洗養護3 d。通過研究發現，高性能混凝土遭受不同情況下的外力作用時，可引起高性能混凝土的內部結構出現改變，因此，應在其內部加入鋼纖維，使其形成粘結作用，約束高性能混凝土中裂縫的發展。不同比例的鋼纖維摻入量對于高性能混凝土的影響各不相同，鋼纖維摻量變化的影響如表4所示。

從表4中可看出，將鋼纖維按照不同比例摻入高性能混凝土的配比中，對于高性能混凝土的性能影響也不同。隨著鋼纖維比例的增加，高性能混凝土中各基體之間相互作用逐漸增強，高性能混凝土的整體性能提升。

3.3 水、砂膠比對高性能混凝土性能的影響

水膠比的含量決定高性能混凝土的強度，該過程主要通過高效減水劑進行實現，在滿足高性能混凝土制作工藝的情況下，通過振動密實將高性能混凝土充分振動，并隨著水膠比的降低，高性能混凝土的整體性能將出現大幅度提升，對于高性能混凝土的配合比起著重要作用，在保證混凝土工作性能的前提下，砂膠比越大，高性能混凝土的力學性能越好[5]。

4 不同養護制度對高性能混凝土性能的影響

4.1 高性能混凝土力學性能分析

通過分析可知，4種養護方式對于高性能混凝土性能的影響具有較大差異，蒸汽養護和熱水養護下的高性能混凝土抗壓、抗折強度明顯高于標準養護和干燥常溫養護下的高性能混凝土，在高溫環境下可改變高性能混凝土的微觀結構，將高性能混凝土內部存在的孔隙進行有效填補。但由于高性能混凝土前期性能測試中消耗大量水分，造成干燥常溫養護不能及時為高性能混凝土提供充足的水分，導致后期強度不如標準養護[6]。

4.2 高性能混凝土收縮性能分析

通過研究發現，為保證高性能混凝土的優異性能，前期針對高性能混凝土內部混入大量纖維材料，纖維材料的引入可使高性能混凝土的粘合作用較大，因此造成高性能混凝土早期收縮比較大。還發現，大部分高性能混凝土出現裂痕現象的主要原因是：高性能混凝土自身具有一定收縮性能，經過不同環境因素的影響下，高性能混凝土的收縮性能將出現變化，以不同的開裂方式進行呈現。不同開裂方式在不同養護制度的作用下反應不同，在熱養護制度下可有效減少高性能混凝土的收縮開裂現象[7]。

5 結語

為了確保土木工程的施工安全，將高性能混凝土按照不同的配比方式進行調和，可得到不同的施工效果，經過優化作用的高性能混凝土可得出4種養護方式中最有利的養護制度為蒸汽養護的結論。通過蒸汽養護制度可提升高性能混凝土的早期強度，并且熱水養護及蒸汽養護可將高性能混凝土收縮性能得前期收縮量控制在最大限度，高性能混凝土具有多種優勢，在未來發展中可廣泛應用于土木工程領域，但土木工程在施工過程中可導致環境污染現象發生，應針對在現有材料基礎上進行環保材料的開發利用，推動土木工程向前不斷發展。

【參考文獻】

[1] 李海培，徐琦.新型建筑材料在土木工程中的應用探析[J].安徽建筑，2020（8）：155，164.

[2] 賈永剛.綠色建筑材料在建筑工程施工中的應用研究[J].住宅與房地產，2019（21）：98-99.

[3] 閆蕾.新型節能環保材料在建筑工程中的應用與展望[J].住宅與房地產，2018（3）：88-89.

[4] 王林林.新型土木工程材料研究進展[J].綠色環保建材，2017（12）：5-6.

[5] 韋宗桃.淺談建筑工程混凝土施工技術與質量管理[J].磚瓦，2020（9）：112-113.

[6] 李明.土木工程建筑中混凝土結構的施工技術探討[J].城市建設理論研究（電子版），2019（5）：152-153.