马永菊中铁大桥局集团第二工程有限公司 210015
摘要：通过对高性能混凝土的观察和研究，本文从原材料选用和施工工艺等方面论述了高性能混凝土在桥梁中的应用及相关内容。
关键词：高性能混凝土；耐久性；原材料；应用
前 言高性能混凝土（High performance concrete，简称HPC）是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。加强混凝土的施工管理，提高混凝土的施工工艺，是确保混凝土质量的重要措施。
高性能混凝土的施工工艺主要包括原材料控制、配合比要求、拌制工艺、输送工艺、浇筑工艺和养护工艺。
一、原材料控制工艺及配合比要求1 水泥胶凝材料是影响混凝土强度的主要因素，水泥是高性能混凝土中的主要胶凝材料，也是决定混凝土强度高低的首要因素。混凝土的强度主要取决于水泥石与骨料之间的粘结力。
选择水泥主要考虑的技术条件：（1）水泥的品种和水泥标号；（2）在正常养护条件下，水泥早期和后期强度的发展规律；（3）在混凝土的使用环境中，水泥的稳定性；（4）水泥与高效外加剂的相互适应性；（5）水泥的其他特殊要求，如水化热的限制、凝结时间、（耐蚀性）等。
具体技术指标如下：水泥应选用硅酸盐水泥或普硅酸盐水泥。水泥中C3A 含量应不大于8%，细度控制在10%，碱含量小于0.8%，氯离子含量小于O.1%。水泥中的C3A 含量高、细度高，比表面积就会增大，混凝土的用水就会增加，从而造成混凝土落度损失过快，有时甚至会出现急凝和假凝现象，这不仅会影响混凝土的外观质量，同时也将直接影响其耐久性，为了更好地达到各项指标，水泥的存放时间宜不少于3 天。水泥进场时应对其品种、级别、包装或散装仓号、出厂日期等进行检查，应对其强度、安定性及其它必要的性能指标进行复验，其质量必须符合现行国家标准的规定。当在使用中对水泥质量有怀疑或水泥出厂超过三个月时，应进行复验，并按复验结果使用。钢筋混凝土结构、预应力混凝土结构中，严禁使用含氯化物的水泥。
2 掺合料矿物掺和料对混凝土具有减水、活化、致密、润滑、免疫、填充的作用，它能延缓水泥水化过程中水化粒子的凝聚，减轻坍落度损失。矿物掺合料选用品质稳定的产品，矿物掺合料的品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉或硅灰。
混凝土中矿物掺合料的质量应符合现行国家标准。矿物掺合料的掺量应通过试验确定。使用前应检查出厂合格证和进场复验报告。粉煤灰是一种人工火山灰材料，是燃煤电厂煤粉炉烟道中收集的细颗粒粉末。按照国家标准规定，国产的粉煤灰分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ三个等级，主要是从细度、烧失量、需水量、三氧化硫、含水率五个方面予以区别。
高性能混凝土水胶比低，通过掺入不同品种、不同细度及不同数量的掺和料，取代混凝土中部分水泥后，会使混凝土的密实度高，体积稳定性好，强度也高，故耐久性好。
水泥的水化反应是一个漫长的过程，混凝土中有相当一部分水泥仅起填充料的作用，混凝土中掺加过量的水泥，不仅无助于混凝土强度的提高，而且还会增加混凝土的水化热，若未及时采取有效散热措施还会使结构本身产生裂缝，给工程带来较大的质量隐患和巨大的材料浪费。在高性能混凝土的配置中，若加入适量的活性掺合料，既可以促进水泥水化产物的进一步转化，也可以提高混凝土配制强度、降低工程造价、改善高性能混凝土性能的效果。
3 粗细骨料混凝土中掺用粗细骨料为一般性项目控制。
由天然岩石、卵石经破碎、筛分而得的粒径在5mm 以上的颗粒，称为碎石。对于普通混凝土来说，颗粒级配、强度、坚固性和针片状颗粒含量是主要的控制技术指标。混凝土用的粗骨料，其最大颗粒粒径不得超过构件截面最小尺寸的1/4，且不得超过钢筋最小净间距的3/4。碎石粒径宜为5mm-20mm，最大粒径不应超过25mm，级配良好，应采用二级或多级配，颗粒形状好质地均匀坚固，压碎指标不大于8%，针片状含量不大干10%，含泥量低于1.0%，骨料水溶性氯化物折合氯离子含量不超过集料质量的0.02%。碎石的含泥量和泥块含量不得超标。经碱骨料反应试验后，试验期内混凝土的膨胀率均小于0.01%。
在自然条件作用下形成的颗粒小于5.0mm 的岩石颗粒为细骨料，成为天然砂。对有害物质应严格控制：含泥量不宜超过2%，云母含量按质量计不宜大于2%，轻物质含量按质量计不宜大于1%，硫化物及硫酸盐含量按质量计不宜大于1%，有机物含量按比色法评价颜色不应深于标准色。采用的砂子的细度模数应大于2.4，宜控制在2.6～3.0 范围内。
4 高效外加剂高效外加剂又称超塑化剂。它是一种减水率高，缓凝和引气作用极小的混凝土外加剂。外加剂与水泥相适应性、减水率、流动性、含气量、掺量都将影响混凝土的工作性，高速铁路外加剂宜采用聚羧酸系列产品，其技术指标主要包括：减水率不应低于20%，硫酸钠含量小于10%，碱含量不得超过10%，硫酸钠含量小于10%，外加剂中的氯离子含量不得大于0.2%，含气量不小于3%。
在不改变混凝土工作性的条件下，它能大幅度地减少混凝土用水量，并显著地提高混凝土强度。在不改变混凝土用水量的条件下，能显著的改变混凝土的工作性，技术经济效果特别好。
高效外加剂应用于混凝土中主要起三个不同的作用：⑴ 改善混凝土施工工作性；⑵ 减少水灰比，提高混凝土的强度和耐久性；⑶ 节约水泥，减少混凝土初始缺陷。
5、高性能混凝土配合比设计：（1）混凝土配合比应根据原材料品质、混凝土设计强度等级、混凝土耐久性以及施工工艺的要求，通过计算、试配、调整等步骤选定。配制的混凝土拌合物性能应满足施工要求，配制的混凝土应满足设计强度、耐久性等质量要求。
（2）选定混凝土配合比应遵循如下基本规定：a、C30 及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C35-C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50 及以上混凝土不宜高于500kg/m3。
b、为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物掺合料。不同矿物掺合料的掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不得大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30%。
c、混凝土中应掺加适量混凝土外加剂，优先选用多功能复合外加剂。
d、混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应满足设计要求，当设计无要求时，钢筋混凝土及预应力混凝土应满足表1 的要求；素混凝土应满足表2 的要求。__表-1 钢筋混凝土及预应力混凝土最大水胶比和最小胶凝材料用量（kg/m3）
二 拌制工艺高性能混凝土由水泥、掺合料、粗细骨料、水和外加剂组成。将各种组分材料按已经确定的配合比进行拌制生产，首先要进行配料。一般情况下，配料与拌制是混凝土生产的连续过程。
大体积混凝土一般采用现场集中拌制，通过混凝土泵和混凝土搅拌车运输，将混凝土供应到各工点，终端通过混凝土布料机将混凝土送入模板，振捣成型。拌合站在正式投入使用前，按国家标准《混凝土搅拌机技术条件》的规定对混凝土拌合物的匀质性进行检验。搅拌混凝土前严格测定粗细骨料的含水率，准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量的变化，及时调整施工配合比，雨天时应随时抽测。每一工班正式称量时，还应对计量设备进行校核。高性能混凝土拌制时间不得少于120s。
混凝土拌合物应满足拌和均匀，颜色一致，不得有离析、泌水现象等要求。在生产和浇筑混凝土的过程中，按规定的频率对混凝土拌合物的坍落度、含气量、入模温度、泌水率等指标进行检测，同时留足混凝土力学性能和耐久性检验的试件。混凝土拌合物的质量指标包括坍落度、含气量、水胶比、水泥含量、掺合料含量及均匀性等。
三 输送工艺由于高性能混凝土的水灰比低，因此粘性大，流动慢，与普通混凝土相比有较大的阻力，故对于混凝土的泵送是现在混凝土工程中最严酷的施工问题。
运输混凝土所应采用的方法和选用的设备，取决于构筑物的结构形式、混凝土的总体积、每天或每小时浇注的混凝土量、水平及垂直运输距离和道路条件以及现有的供应情况、气候条件等等因素。应根据现场的实际情况而定。从混凝土的自身特点考虑，对运输工作总的要求是：⑴ 在运输过程中应保持混凝土的均匀性，不产生离析现象，否则浇筑后就容易形成蜂窝或麻面；⑵ 混凝土运到工点开始浇注时，应具有设计配合比所规定的流动性；⑶ 运输时间应保证混凝土在初凝之前浇入模板内并捣实完毕；⑷ 当混凝土在运输过程中发生离析时应报告试验负责人，试验室应对其原因进行分析后妥善处理。
四 浇筑工艺施工准备：浇筑前，根据工程施工的对象、结构特点，结合具体条件制订混凝土浇筑施工方案。搅拌站、运输车、泵管、料斗、串筒、泵车、搅拌输送车和振动器等机具设备必须准备充足，并考虑发生故障时的修理时间。采用泵送混凝土时另外备用一台同型号备用泵。在混凝土浇筑期间，要确保水、电、照明不中断。
根据工程需要和季节施工特点，应准备好在浇筑过程中的所必须的抽水设备和防雨、防暑、防寒等物资。
浇筑前还应检查模板的标高、位置、构件的尺寸、预拱度等，做好技术准备工作。检查预埋件数量与位置，检查支架的稳定性。浇注前应将模板内的垃圾、杂物清理干净。浇筑工程中要求填写工程日志。
混凝土浇筑：混凝土出料时应观察混凝土和易性、均匀程度，检测坍落度，泵送过程中加强检查。对于钻孔灌注桩应注意首次灌注量、导管埋置深度，派员检查泵管漏水、漏浆情况，加强孔内混凝土面标高测量，不断核对入孔数量、理论数量、孔深三者之间的关系。对于承台施工，平面上面积大，要考虑竖向分层、横向分块，混凝土、钢筋、模板等工序能相互配合、流水进行。为了保证深处的混凝土得以捣实，每次浇筑的厚度不能太大，最大不得超过100cm。混凝土的浇注工作应尽可能连续、不间断地进行。分层浇筑时，就应该要求在下层混凝土初凝之前，将上一层混凝土浇下，并振捣完毕，保证上下层混凝土能结合良好。浇筑混凝土时应注意防止混凝土的分层离析。混凝土由料斗、小漏斗内卸出进行浇筑时，其自由倾落高度一般不超过2m，在竖向结构中浇筑混凝土的高度不得超过3m，否则应采用串筒、斜槽、溜管等下料。浇注混凝土时，应经常观察模板、支架、钢筋、预埋件和预留孔洞的情况。当发现有变形、移位时，应立即停止浇筑，并应在已浇筑的混凝土凝结前休整完好。
五 养护工艺养护是为了保证混凝土凝结和硬化必需的湿度和适宜的温度，促使水泥作用充分发展的过程，它是获得优质混凝土必不可少的措施。混凝土中的用量虽比水泥所需的水量大得多，但由于蒸发，骨料、模板和基层的吸水作用以环境条件等因素的影响，可使混凝土内的水分降低到水泥水化所必需的用量之下。因此，混凝土养护不及时、不充分，不仅易产生收缩裂纹、降低强度，而且影响混凝土的耐久性。
结束语高性能混凝土的技术途径：为了达到高强度与高耐久性，混凝土的水胶比一般要在0.38 以下，这样可使水泥石具有足够的密实度。高性能减水剂是降低混凝土中水胶比的必须材料，也是高性能混凝土不可缺的组分。
对高性能减水剂的要求除了高的减水率以外，还希望能具有控制坍落度损失的功能。矿物质超细粉是高性能混凝土的功能组分之一，其可以填充水泥的空隙，在相同的水胶比下，比基准水泥浆能提高流动性，硬化后也能提高强度。更重要的是改善混凝土中水泥石与骨料的界面结构，使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得到提高。
参考文献：[1]中华人民共和国行业标准.JGJ55 ─ 2011 普通混凝土配合比设计规程.北京：中国建筑工业出版社.2001；[2]中华人民共和国行业标准.JGJ/T10 ─ 95 混凝土泵送施工技术规程.北京：中国建筑工业出版社.1995；[3]中华人民共和国国家标准.GB14902─ 92 预拌混凝土.北京：中国建筑工业出版社.1994；[4]申爱琴，张登良.水泥与水泥混凝土.人民交通出版社[5]中华人民共和国行业标准.科技基[2005]101 号客运专线高性能混凝土暂行技术条件.[6]中华人民共和国行业标准.铁建设[2005]157 号铁路混凝土耐久性设计暂行规定.[7]中华人民共和国国家标准.铁建设[2005]160 号铁路混凝土工程施工质量验收补充标准
论文作者:马永菊
论文发表刊物:《基层建设》2015年2期供稿
论文发表时间:2015/9/1
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