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摘要：本文阐述了高性能混凝土的定义和性能，结合了高性能混凝土在密涿高速公路中的实际应用，重点介绍对高性能混凝土原材料和配合比设计的要求以及施工过程中的质量控制，同时简要阐述高性能混凝土在施工中出现的常见问题，并对产生的原因进行了分析。
关键词：高性能混凝土；耐久性；适应性；质量控制
1高性能混凝土的定义、性能
1.1高性能混凝土的定义
高性能混凝土这个名词是1990年5月，在美国国家标准与技术研究院（NIST）与美国混凝土协会（ACI）召开的会议上首次提出的。将高性能混凝土定义为具有所要求的性能和均质性的混凝土。
2、高性能混凝土的配制
与常规混凝土相比，高性能混凝土具备了更优良的性能，因此做好高性能混凝土的原材料选用和配合比设计，使配制的高性能混凝土达到设计要求的结构安全、使用功能和耐久性能，满足设计使用年限内正常使用的需要。
2.1高性能混凝土原材料的技术要求
2.1.1水泥
水泥宜选用品质稳定、较高的强度、较低的标准稠度用水量以及与高效减水剂良好的相容性。强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。影响水泥强度等级的主要因素是C3A和C3S的含量和比表面积，而提高C3A和C3S的含量和比表面积易导致水泥水化速率过快，水化热大，混凝土收缩大，抗裂性下降，所以水泥等级够用就行，不宜随意提高水泥强度等级。水泥细度是影响水泥的凝胶硬化速度、强度、需水量、水化热一系列性能。水泥细度过大，容易导致混凝土的早期开裂，还会影响外加剂的作用效果。在拌合站实际生产混凝土过程中遇到用水量突然增加、或塌落度损失太快的现象，如地材含水率没有大的变动则因检查是否使用新入库的水泥，往往水泥在出厂前未进行充分的冷却，易导致用水量突然变大和塌落度损失过快。所以建议拌合站应尽合理调配水泥罐使用顺序。而我们在进行水泥标准稠度用水量检测时应同样先测量水泥温度,应冷却至室温后进行检测。水泥性能指标应符合《通用硅酸盐水泥》GB175-2007的规定。
2.1.2细骨料
细骨料应选用级配合理的洁净天然中、粗河砂，当河砂料源确有困难时，经监理和业主同意也可选用质量符合的专门机组生产的人工砂，不宜使用山砂，不得使用海砂。高性能混凝土配置宜优先选用中砂。因地区差异，有时很难找到符合粒径要求的河沙，可以采取用人工砂和细砂进行掺配，掺配比例应进行试验后确定。应尽量保证料源的质量稳定性。当采用粗砂时，应适当提高砂率，并保持足够的水泥或胶凝材料用量，以满足混凝土的和易性；当采用细砂时，应适当降低砂率。泵送混凝土、抗渗混凝土宜选用中砂。
2.1.3粗骨料
粗骨料应选用强度高、吸水率低、级配合理、粒形良好、质地均匀坚固的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。混凝土应采用2-3种级配粗骨料。粗骨料的含泥量的指标在检测时应注意小于0.075mm的部分不一定都是泥的含量，也可能是石粉。石粉含量过高会吸附外加剂，阻碍外加剂的工作性能。选用碎石的强度可用压碎值进行控制。压碎值指标应符合《建设用卵石、碎石》GB/T14685表2-1的规定。
2.1.4掺合料
掺合料的使用对高性能混凝土的耐久性和稳定性起着至关重要的作用，所以矿物掺和料应选用品质稳定的产品，其品种宜为粉煤灰、矿渣粉。不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的施工环境条件特点、拌和物性能、力学性能以及耐久性等要求通过试验确定。
粉煤灰应选用F类粉煤灰，宜选用国标Ⅰ级或Ⅱ粉煤灰，但应控制粉煤灰的烧失量≤3%，烧失量越大，含碳量越高，混凝土需水量越大，影响外加剂效果。掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失，Ⅰ级粉煤灰还具有一定的减水效果。掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少温度裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，界面结构得到改善，.同时由于粉煤灰比表面积大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量，降低混凝土中的碱含量。对于用在预应力或对前期强度有要求的结构物中的混凝土因考虑粉煤灰对于前期强度的影响是否能满足现场施工要求，应通过试验确定掺量。
矿粉是将水淬粒化高炉矿渣经过粉磨达到规定细度的一种具有潜在活性的矿物掺合料。比表面积可达到400-450 m2/kg，具有颗粒超细，活性较大的特点。可作为混凝土的掺和料取代部分水泥，是生产高性能混凝土的组成材料之一。高性能混凝土中应使用S95级以上的矿粉。磨细矿粉具有自身水化硬化的特点，能在加水拌和后自行水化硬化并具有一定的强度，同时矿粉还能提高混凝土的粘性。当有硅酸盐水泥激发时，其活性得到更充分的发挥。磨细矿粉在水泥或混凝土中的掺量则可达20－70%。一些欧洲国家甚至允许掺到85%。矿粉掺量对混凝土强度发展有显著影响，应根据设计与施工要求，通过实验确定最佳的掺量范围。
2.1.5减水剂
减水剂应使用第三代聚羧酸高效减水剂，随着聚羧酸复配技术的不断成熟，高减水、低掺量已经成为一种常态。同时聚羧酸具有塌落度损失小、保水性好、泌水率小等特点。通过适当引起降低混凝土的粘性，降低高标号混凝土的施工难度。减水剂应当和胶凝材料有良好的适应性。减水剂的掺量应进行试验选取合适的比例。掺量过高容易出现扒底、假凝、离析、泌水等不良反应。掺量过低则流动度差扩展度小，不利于施工。对配制大于C50混凝土时，应适当引气，降低混凝土的粘性。大量施工过程中，为防止外加剂质量波动性大，应对每批次减水剂进行适应性、净浆流动度、减水率进行自检。聚羧酸带来高减水率的同时也存在弊端，就是对水泥熟料成份、地材含泥量及石粉含量、粉煤灰需水比、用水量的变动有很强的敏感性。往往细微的用水量和掺量的变动会产生很大的影响。在生产过程中若出现用水量没有变动，混凝土突然坍落度变大甚至离析，首先应该考虑的是大幅降低用水量，其次考虑降低减水剂掺量。同时应结合上述问题查明原因，如果非水泥及地材变动，则可能是减水剂母液组份发生变动或浓度过高。减水剂的缓凝时间应结合气温及现场施工情况及时与厂家联系进行调整并进行试验。
3高性能混凝土的实际应用
3.1配合比设计确定
密涿高速公路广阳高架桥30m预制箱梁设计强度C50，结构部位环境作用等级为E级。由于需要进行预应力张拉，因此不仅要求混凝土28d强度满足要求，而且对混凝土早期强度要求较高，业主要求7d强度达到100%，以满足预应力张拉对混凝土强度的要求，保证混凝土质量和工期。故混凝土配制强度不能按《普通混凝土配合比设计规程》计算，必然要比计算值大许多，根据设计要求及以往经验确定C50配制强度为65.0MPa，水胶比取0.31。水泥：冀东P.O42.5；粉煤灰：天津军电电力I级，等掺10%；矿粉：河北前进冶金科技S95级，等掺15%；黄砂：易县河砂细度模数2.7；碎石：保定满城5-20mm连续级配，压碎值8%；减水剂：山西凯迪聚羧酸KDPCA：减水率27%。每方用量见表3-1。
4生产过程中的质量控制
4.1施工前一定要检测料场中黄砂、碎石的含水率，准确计算出生产配合比，对于坍落度的控制应提高或降低含水率进行调整，不得直接调整单方用水量。搅拌机拌合前应用同水胶比砂浆涮机，涮完后放尽砂浆。
4.2搅拌机卸料口应及时清除水泥结块，保证舱门密封性，保证投料时不漏水不漏浆。各粉料及骨料称称量精度在规定范围内，并做到卸料流畅、不粘壁。
4.3搅拌车装料前应放尽罐内积水，装料后严禁冲洗罐车进料口，到现场放完混凝土后再进行冲洗，冲洗后反转将水放尽。
4.4做好开盘鉴定，检查配合比每方材料用量及各种原材料使用的料仓是否正确，核对无误后开始生产，根据前1-2盘混凝土状态调整好混凝土坍落度和工作性，为了保证混凝土质量，应加强过程控制。
4.5施工现场应配备能力和责任心较强的调度，做好协调工作，保证施工的顺畅，控制好发料时间。同时施工现场要配备技术能力较强的质检人员，及时将混凝土现场情况反馈给搅拌楼，以便及时调整。
4.6混凝土浇筑后的养生环节是至关重要的，因为高性能混凝土中掺入大量的活性材料，养护水平比普通混凝土更高，活性材料通过二次水化提高混凝土的密实性，直接影响混凝土的强度和耐久性。
5结语
高性能混凝土应从配制原理入手，因地制宜，选择优质且稳定的原材料，通过试验可以配置出符合施工要求的配合比。同时加强生产过程中的质量控制，对于混凝土突发异常，应冷静分析原因找出问题。
高性能混凝土在建筑和交通领域全面应用是未来发展的趋势，符合国家绿色节能的理念。必将为中国公路、铁路建设做出巨大贡献。
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论文作者:王峰
论文发表刊物:《基层建设》2018年第15期
论文发表时间:2018/7/20
标签：混凝土论文; 水泥论文; 强度论文; 高性能混凝土论文; 水化论文; 用水量论文; 粉煤灰论文; 《基层建设》2018年第15期论文;