高性能混凝土材料在建筑材料中應用

張文

(山西六建集團有限公司，山西 太原 030025)

建筑工程的質量要求逐步提高，采用高質量的材料是打造高品質建筑的重要前提，也是減輕建筑工程環境污染問題的關鍵方法。隨著技術的進步，傳統建筑材料的應用頻率逐步降低，取而代之的是性能可靠、綠色環保的新型建材。其中，高性能混凝土則是建筑工程中較為主流的材料，研究此類材料在建筑工程中的應用方法具有重要意義。

1 工程概況

某建筑工程，總建筑面積為7 736.4m2，屬于裝配式建筑，預制構件采用強度等級為C60的混凝土制作而成。施工單位高度重視高性能混凝土施工質量，規范施工方式，加強施工管理，施工出質量可靠的高性能混凝土預制構件，提升裝配式建筑的穩定性和耐久性。

2 高性能混凝土中原材料的選取

2.1 骨料

高性能混凝土的骨料有兩種：1)粗骨料：根據硬度、粗糙度、潔凈程度等方面的要求選擇粗骨料，直徑大于4.75mm。在滿足高性能混凝土使用要求的前提下，避免粗骨料直徑過大，否則石料與砂漿發生離析，高性能混凝土固結成型后缺乏足夠的硬度，且不宜采用直徑過小的粗骨料，否則將增加砂漿的用量，影響結構的后期穩定性和耐久性；2)細骨料：直徑小于4.75mm，尺寸合適，不存在影響高性能混凝土各項性能的雜物[1]。

2.2 添加劑

添加劑的作用在于提升高性能混凝土的綜合性能，改善施工條件。例如，向高性能混凝土中摻入添加劑后，有利于提高混合料的硬度和強度。市面上的添加劑類型多樣，例如減水劑、緩凝劑等，而各自又可細分為多種類型，其中減水劑包含荼系減水劑、聚羧酸減水劑等，需根據工程要求進行選擇，必要時采用復合外加劑，發揮出多種外加劑的應用優勢，全面提升混凝土的性能。在選擇添加劑時，需考慮到添加劑與高性能混凝土中其它原材料的性質相容性，不可由于應用添加劑而制約其它材料的性能，此外還需嚴格控制摻量。

2.3 粉煤灰摻合料

向高性能混凝土中按比例摻入礦物質材料后，可保證混凝土的硬度并適當減少水泥的用量。其中，粉煤灰屬于常用材料，表面光滑，延展性良好，直徑較小，可以提升高性能混凝土的綜合性能，保證結構的質量，延長結構的使用壽命。粉煤灰的來源途徑豐富，例如鍋爐灰粉末即可滿足要求，取材便捷，成本低[2]。

3 高性能混凝土的力學性能分析

抗壓強度、抗彎強度、彈性模量等均是反映高性能混凝土力學性能的重要指標，需要進行全面的檢測，根據檢測結果綜合評價高性能混凝土的力學性能，常用材料的檢測項目以及相應的結果，如表1所示。

表1 建筑工程常用材料的力學性能

高性能混凝土的多項性能均優于其它材料，利用綜合性能良好的高性能混凝土施工預制構件后，可以提升結構的抗震性、耐久性。并且，高性能混凝土具有良好的水密性能，即便所處環境相對惡劣，也不易出現性能異常退化、滲漏等問題。

3.1 耐久性分析

高性能混凝土具有良好的耐久性，施工成型的建筑結構穩定可靠，滿足安全使用和長久使用的要求。高性能混凝土耐久性的評價指標包含總孔隙率、凍融剝落、吸水系數等，將該材料與C60混凝土進行對比分析，具體如表2所示。

表2 高性能混凝土與C60的耐久性指標

根據表2可知，高性能混凝土的多項耐久性指標均優于C60混凝土，在適宜的養護條件下，還將改善高性能混凝土的微觀結構，而水灰比低是保障高性能混凝土耐久性的關鍵前提，在配合比設計階段，優化顆粒級配，搭配粗集料和細集料，使高性能混凝土具有良好的密實性。

3.2 防火及抗沖擊性能

高性能混凝土中的氫氧化鈣和硅粉的含量均較高，短時間暴露于火中仍可維持穩定，但受火災影響的時間逐步延長時，將出現性能退化、結構受損等問題，因此摻入纖維原料，進一步提升高性能混凝土的防火性能，也能夠使其具有抗沖擊特性，用高性能混凝土施工而成的建筑結構在受到外界因素的影響時仍保持相對穩定、完整的使用狀態[3]。

4 高性能混凝土在建筑工程中的應用

4.1 試驗檢測

根據試驗檢測結果評價高性能混凝土的綜合性能，判斷是否可滿足建筑工程的用料要求。高性能混凝土的試驗檢測主要有如下兩種：1)常規的性能試驗檢測：從高性能混凝土中取樣，制作試塊，同條件養護兩周，檢測高性能混凝土的抗拉性能、抗彎性能、抗滲性能、抗凍性能等；2)表面滲透性試驗檢測：綜合各項試驗檢測數據，判斷高性能混凝土的性能是否達標，為建筑工程施工提供質量可靠的材料。

4.2 成分、含沙率、水膠比

高性能混凝土是以水泥、粗細骨料、水、外加劑等為原材料，按特定比例配制而成的混合料，各項性能與原材料的選取方式有關，在選擇原材料時需考慮到成分的合理性，并控制含砂率、水膠比等指標。在本建筑工程中，水泥采用的是低水化熱的普通碳酸鹽水泥，無受潮結塊、過期等情況；骨料采用的是質地均勻、干凈的石灰巖；高性能混凝土的含砂率為56%。

4.3 高性能混凝土的拌制

按照配合比稱量原材料，摻料后進行充分的拌和。向攪拌機中摻入水泥、細骨料和粗骨料，溫度控制在0～30℃，最終得到均勻性良好的高性能混凝土。拌制結束后，檢驗高性能混凝土，判斷坍落度、和易性各方面是否達標。

4.4 高性能混凝土的澆筑與養護

1)高性能混凝土隨拌隨用，避免因拌制后未及時投入使用而變質。施工人員向模具中放入鋼筋籠，分為多層，依次澆筑高性能混凝土。首層澆筑長度為構件長度的2/3，澆筑首層后間歇5～7min，開始澆筑下一層，為加強各層的質量控制，上一層的澆筑長度應短于下一層，按照此方式，第二層澆筑長度為首層的3/4，第三層為第二層的4/5。施工人員根據實際澆筑情況靈活控制澆筑速度，兼顧澆筑質量和澆筑效率。若澆筑速度過快，難以全面保證澆筑質量，成型的預制構件可能存在尺寸偏差、形態異常等問題；若澆筑速度過慢，將放慢澆筑速度，延長工期。通常，高性能混凝土的澆筑速度控制在2.35m3/min。。

2)高性能混凝土澆筑過程中，用振動棒及時振搗，振搗頻率為2.15Hz，振搗時間在5min以上，以平行交錯的方式振搗。

3)高性能混凝土的澆筑、振搗均結束后，抹平混合料，使高性能混凝土的內部密實、表面平整。抹平結束時間根據預制構件混凝土的表面狀態而定，泛漿時結束。

4)高性能混凝土初凝后，在表面覆蓋土工布，灑水養護，灑水頻率為每12h進行1次，使高性能混凝土表面保持濕潤但無積水。養護時間以5～7d為宜，科學養護后，使高性能混凝土有效成型，避免裂縫。高性能混凝土預制構件的抗壓性能、抗震性能均與施工溫度有關，為保證施工質量，施工時的環境溫度應在10～30℃。

4.5 施工效果檢驗

試驗對象為六面高性能混凝土預制剪力墻，檢驗指標選取的是剪力墻的抗壓強度，根據實測結果評價高性能混凝土在建筑預制構件施工中的應用效果。檢驗流程為：確定待檢驗的高性能混凝土剪力墻，進行編號；清理試件表面的雜物，將其置于壓力機的承壓板上，調整好試件的位置使其中心線與壓路機承壓板中心線對齊；啟動壓路機，初始壓力設定為110.25MPa，后續按每間隔60min增加壓力10MPa的方式對構件逐步施加壓力，觀察試件在受到外力作用時的形態，直至試件發生破壞為止[4]。試驗過程中及時記錄壓力數據，根據試驗檢測結果，按如下公式計算試件的抗壓強度P。

P=H/K

(1)

式中，H為構件的破壞荷載；K為構件的承壓面積。

高性能混凝土剪力墻構件的抗壓測試頻率為每7d進行1次，直至達到第28d為止。構件的抗壓強度實測值應大于最大應力值，否則說明構件的抗壓強度不達標。在本建筑工程中，高性能混凝土剪力墻構件的最大應力值為50MPa，將試驗、計算后確定的抗壓強度與之進行對比分析，結果如表3所示(以7組具有代表性的試件為例)。

表3 高性能混凝土剪力墻抗壓強度測試結果

根據表3的數據可知：隨著高性能混凝土齡期的延長，剪力墻構件的抗壓強度逐步提高，且7d抗壓強度便超過最大應力，符合要求；高性能混凝土的齡期達到28d時，剪力墻構件的抗壓強度為80.25～89.15MPa，隨著齡期的延長，進一步提高了抗壓強度。總體上，高性能混凝土剪力墻構件的抗壓強度較高，符合規范要求，同時也說明了本建筑工程采用的高性能混凝土施工技術具有可行性。

5 結語

綜上所述，高性能混凝土在提高工程質量、加快施工進度、保護生態環境等方面均有突出的作用，其在建筑工程中的適用范圍逐步擴寬，具有推廣應用的前景。高性能混凝土施工涉及到的要點包含原材料選取、混凝土配制、澆筑、振搗、養護等，本文提出了高性能混凝土在建筑工程中的主要應用流程以及各關鍵工序的施工方法，取得了良好的施工效果，希望所提內容對同仁有參考意義。