摘要：高性能混凝土（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技术制作的混凝土。高性能混凝土多具有体积稳定性、高耐久性、耐火性及高工作性等特点。本文从HPC配置的原材料、生产过程、浇筑过程及养护四个环节阐述建筑工程中高性能混凝土的质量控制要点。
关键词：高性能混凝土；质量控制；要点
0引言
混凝土是建筑工程行业十分重要的复合材料，由以水泥为代表的胶凝材料将以砂石为代表的骨料胶结而成。混凝土由粗细骨料、胶凝材料和水混合而成，不同材料的比例不同，其性能也不同。高性能混凝土是通过采用现代技术，选用优质原材料，通过严格的质量管理制成的。高性能混凝土多具有体积稳定性、高耐久性、耐火性及高工作性等特点。本文从HPC配置的原材料、生产过程、浇筑过程及养护四个环节阐述建筑工程中高性能混凝土的质量控制要点。
1高性能混凝土的原材料要求
高性能混凝土所用原材料一般包括水泥、矿物掺合料（粉煤灰、矿渣粉、硅粉等）、高性能外加剂、粗细骨料（砂石）及水等，所以提高原材料的品质是HPC质量控制的基础和根本。对于混凝土拌和用水，满足相关规范要求即可，本文不做论述。
1.1水泥
高性能混凝土尽量选用烧失量小，且≥42.5级的普通或中低热硅酸盐水泥，最好不用早强型水泥、立窑水泥和C3A（铝酸三钙）含量高的水泥。此外，水泥标准稠度需水量宜低，成分均匀且稳定性要好；凝结时间满足新拌混凝土要求，无假凝或缓释现象；强度、安定性及其他指标符合GB175要求；当用于路面或有防腐要求的混凝土时，还应符合相关行业标准，如《公路水泥混凝土路面施工技术规范》（JTGF30）或《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》（JTG/TB07-01）的规定。
水泥与外加剂之间的适应性问题普遍存在。如水泥与减水剂适应性不好时，会影响减水率，甚至产生严重的坍落度损失。对水泥而言，影响水泥与减水剂适应性的主要因素是细度、石膏（硫酸根离子）、C3A及碱的含量。
配置HPC时，水泥中的C3A含量宜≤8%，细度适中（筛余：80μm≤10%，45μm≤30%），比表面积宜为310-350m2/kg。石膏在水泥中只占3%左右，但作用巨大。水泥水化时，石膏与C3A及Ca(OH)2反应生成难溶于水的钙矾石，在C3A表面形成包裹层，阻止C3A进一步水化，从而延长水泥凝结时间。HPC所用减水剂的减水率很高，可使水胶比降低至0.4甚至0.3以下，造成水泥浆中的水很少，再加上水泥中C3A含量高且比表面积大，使水泥水化加快，会出现“水少且水化快”的情况。此时，水化速度较快的C3A和石膏争夺水分，使溶解速率和溶解度都较低的石膏在液相中溶出，更难以阻止水化和凝结，最终造成水泥和减水剂相适应问题。
另外，水泥中的碱含量升高，会加速C3A的水化，使水泥浆流变性能变差，后期强度降低。水泥碱含量偏高时，遇碱活性骨料，易产生碱骨料反应，使混凝土膨胀开裂。所以，配置HPC时，一般控制水泥碱含量≤0.8%，遇碱活性骨料应选用低碱水泥（碱含量≤0.6%）。
1.2矿物掺合料
常用的矿物掺合料有粉煤灰、矿渣粉、硅粉、磨细石灰石粉和石英砂粉等。他们的活性成份主要是二氧化硅（SiO2）。适量的粉活性矿物掺合料在混凝土中，可改善混凝土性能，主要有：可填充骨料间隙及形成润滑膜，增加密实度，提高强度，改善混凝土工作性、抗渗性及体积稳定性；吸收氢氧化钙，改善过渡区，同时生成胶凝性产物；降低水胶比，改善水泥在低水胶比下的水化环境；延缓初期水化速率，降低温升，改善徐变能力，减小出现早期裂缝的危险。
粉煤灰应选用活性较高含碳量低、需水量比＜95%，烧失量宜＜3%，细度为45μm筛余＜10%。可参考《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB/T1596-2017。
矿渣粉应选用活性较高，比表面积宜＞400m2/kg，可减少混凝土泌水。矿渣粉磨的越细，活性越高，低水胶比下混凝土拌合物越稠，当矿渣粉与需水量低的粉煤灰复合掺入时，拌合物的粘稠程度可得到有效缓解。矿渣粉使用可参考《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》GB/T18046-2008，并应重视大掺量矿渣粉对混凝土长期耐久性的影响。
硅粉也称微硅粉或硅灰，是硅铁或金属硅等在生产中由于矿热而产生的高纯石英等副产品，其中的主要成分是SiO2，一般SiO2含量占90%左右。硅粉平均粒径一般为0.1-0.3μm，比表面积＞15000m2/kg，可增加混凝土拌合物粘聚性和硬化混凝土致密性，具有显著超微粉集料效应。因硅粉比表面积大，可使混凝土孔隙与渗透性极大降低，提高强度、抗冲磨、抗侵蚀和抗冻性能，也可减少硬化混凝土的徐变和干缩。硅粉宜优选比表面积≥15000m2/kg，需水量比≤125%，烧失量≤4%，活性指数（7d）≥105%，SiO2≥90%，总碱量≤1.5%的产品。配置HPC时，硅粉掺入过多，会增大需水量和自收缩，因此，硅粉掺入量一般控制在5%-10%范围，并用高性能减水剂来调节需水量。
1.3高性能外加剂
混凝土的发展离不开外加剂的发展，外加剂的发展不但促进了混凝土技术的发展，也促进了工业副产品在胶凝材料系统中的更多的应用，还有助于节约资源和环境保护。HPC的配置离不开高性能的外加剂，根据HPC特点，选择相应性能的外加剂予以复配，形成复合型高性能外加剂（也可以分别加入）。HPC所用的高性能外加剂一般具有以下全部或部分性能：①高减水率；②高保坍（保塑性好）；③增加稠度；④减少收缩；⑤引气适量且孔结构理想；⑥提高力学性能；⑦提高耐久性；⑧绿色环保。如使用机制砂或大掺合料配制混凝土时，应选用高减水、高保坍，且具有减缩、抗裂性能的多功能型外加剂。外加剂性能优异，质量稳定，在一定程度上也保证了混凝土质量。
对于一些特殊HPC，根据需要可向其中加入具有特殊功能的外加剂，使其满足施工需要。特殊型外加剂主要有：防水剂、防腐剂、膨胀剂、抗冲耐磨剂、抗冻剂、抗裂剂、阻锈剂、碱骨料活性抑制剂等。在进行HPC配合比时，应由厂商技术人员配合进行外加剂与胶材、细骨料适应性试验，进行相容性评价。
1.4粗细骨料
HPC用石，应选用级配合理（宜连续级配）、粒形好、质地坚硬（如花岗岩、玄武岩、辉绿岩等）、吸水率低(宜＜1.0%)、含泥量低（宜≤1%）、针片状颗粒含量少、压碎值低、坚固性好、无碱活性（膨胀率＜0.10%）的碎石或卵石。可参考《建设用卵石、碎石》GB/T14685-2011相关要求。
HPC用砂，应选用级配合理（有平滑筛分曲线）、颗粒圆度高、质地均匀坚固、吸水率低(宜＜1.0%)、空隙率小、洁净的符合技术要求的天然中粗河砂或人工砂。砂细度模数范围宜2.6-3.2，有害物质含量低，含泥或含粉量低，坚固性好，压碎值低，无碱活性为好。HPC配置时，不宜使用山砂，不得使用海砂。山砂含泥量大，对混凝土质量有影响，海砂含氯离子对混凝土有腐蚀性。此外，砂中尽可能不含有聚丙烯酰胺或铝盐絮凝剂组份，否则可能会影响外加剂性能的发挥。
2混凝土生产过程控制
2.1原材料控制
（1）物资人员应对所有进场原材料进行验收，验收后取样送试验室检验，检验不合格产品不得用于混凝土生产。不得随意更换原材料，若更换，必须提前两个月通知项目部，经论证批复后使用。
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（2）生产所用原材料检测结果合格，但与原配合比中数值偏差较大时，应引起注意，并全程关注混凝土拌合物性能和硬化后性能。
（3）混凝土生产前，要进行室内和拌和楼的试拌，验证拌合物性能是否与配合比一致，同时也可观察外加剂与胶料的适应性，并注意坍落度及其1h经时变化量是否符合要求。
2.2计量设备检验
混凝土生产由拌和站完成，拌和站要经计量检定部门检定合格后投产。使用过程中，计量系统应每年至少检定一次，每月（或每周）进行一次自校准（砝码质量不小于称量最大值），每次拌和前应自检。定期对计量设备检修、保养，保证计量准确。
2.3拌和及监控系统的安装和运行
（1）拌和站的安装应由厂商技术人员全程指导，各原材料称量系统及管线连接务必准确，通过生产系统试运行检查后方可使用。
（2）拌和站必须有专人负责，并安装动态监控系统。开盘前拌合站操作员确认监控系统运行正常，采集数据并发送至服务器。监控管理员和拌和站操作员对混凝土生产全程监控，试验室主任、拌和站站长、总工程师可随机监控，发现问题及时整改。
2.4混凝土生产拌和控制
（1）试验室完成混凝土施工配料通知单（简称配料单，包括理论及生产配合比等信息）的计算，将报批的理论配合比换算成施工配合比。配料单经各方（如试验员、技术主管、监理等）签字确认后传至拌和站进行混凝土生产。
（2）混凝土配料单的计算应准确无误。搅拌混凝土前，应严格测定粗细骨料的含水率，及时调整施工配合比。当外加剂加水稀释时，稀释用水量应从拌和水中扣除。胶凝材料、外加剂及水的计量误差应≤±1％，粗、细集料的计量误差应≤±2％。
（3）施工配合比录入拌和系统后，由试验员确认后开盘。混凝土拌制过程中，搅拌时间一般不低于120秒或符合规范规定。密切观察搅拌机电流、混凝土拌合物状态。
（4）混凝土施工前，项目部应确定混凝土运输线路，预测运输时间，确定混凝土拌合物出站和仓面控制参数，便于指导生产和施工。混凝土出站前，需测试坍落度、扩展度、含气量等，确认其工作性是否满足使用要求，合格后方可出站（同时取样、制作试件）。严格按抽样制度进行出厂检测，保证出厂混凝土质量稳定。
（5）混凝土生产过程中，出现坍落度不满足要求，驻站试验员立即查明原因，并及时进行调整；出现混凝土拌合物性能不良时，立即通知试验室主任进行处理。
3混凝土浇筑施工质量控制
混凝土浇筑施工是一系列工序的组合，人为操作、设备机具性能、浇筑工艺和环境因素等都对混凝土浇筑质量起作用。应对每一工序，设质量控制点，严格管控。
（1）混凝土在运输过程中混凝土罐应保持一定转速，控制混凝土运至浇筑地点后不离析、不分层，组份均匀，并能保证入仓坍落度。混凝土从搅拌时起至卸料结束，一般要求在4.0h内完成，运输时间不宜超过2h。
（2）混凝土卸料时，若发现拌合物性能不满足施工要求，应立即通知试验室负责人进行处理，可按以下方法进行调整：①当坍落度、扩展度偏小时，掺加适量减水剂，高速搅拌约5分钟，测试工作性，合格后方可使用；②当坍落度、扩展度偏大时，将混凝土留置一段时间，并保持罐车匀速转动，直至测试合格方可使用；③调整中严禁加水，调整后混凝土拌合物性能仍不能满足施工要求，则用于临建或废弃。
（3）混凝土入仓前，应对混凝土坍落度、含气量等技术指标进行检测，确保入仓混凝土质量。混凝土浇筑时的自由倾落高度不宜大于2m，当大于2m时，应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土，保证混凝土不出现分层离析现象。
（4）混凝土浇筑应采用分层连续推移的方式进行，一次浇筑厚度不宜大于30cm。上下层同一位置浇筑的间隔时间不宜超过2h，控制不能出现冷缝和随意留置施工缝。浇筑布料应按制定方案进行，宜选用由中间向四周均匀布料的方式，避免因布料不均而出现实体局部缺陷。
（5）入仓后的混凝土若需要振捣时，则必须注意振捣时间，避免漏振、欠振和过振。浇筑前，向操作人员做好振捣技术交底，预防因振捣方式错误而造成混凝土分层、离析、表面浮浆、蜂窝麻面等问题，尽可能避免混凝土硬化后出现裂缝的概率，保证强度和耐久性。对于流动性较强的混凝土，振捣过多更容易使骨料离析分层，影响混凝土结构性能。对于高强或高性能掺和料较多的混凝土，一般会缓凝一定时间，这段时间混凝土面因环境及水泥水化作用失水较多，容易产生收缩裂纹或裂缝，若在初凝前进行二次振捣或多次搓压表面处理，能有效防止表面裂纹产生，也可提高混凝土表面强度。
4高性能混凝土的养护
高性能混凝土养护是保证混凝土达到预期性能的必要工作。混凝土养护的主要目的：一是给胶凝材料水化创造适宜条件，使混凝土达到预期硬化；二是防止混凝土因风吹日晒、干燥寒冷等环境影响出现收缩裂缝、强度降低或结构破坏等现象的发生。进行混凝土配合比试验时，试件标准养护条件一般为20±3℃，相对湿度＞90%。实际工程中难以达到标准养护条件，所以为了实现混凝土预期性能，需采取有效养护措施。在浇筑后的7d，必须保证混凝土处于湿润状态，这段时间是混凝土内部化学反应的强烈阶段，一般可达到28d龄期强度的60-90%，必须严格遵守相关标准规范的规定。
（1）在炎热气候浇筑混凝土时，应避免模板和新浇混凝土直接受阳光照射，一般混凝土入模前模板和钢筋的温度不超过30℃，以及附近的局部气温不超过35℃。
（2）在寒冷或炎热季节浇筑混凝土，应采取适当的保温隔热措施，保证养护期间混凝土内部与表层、表层与环境之间的温差不超过20℃。若混凝土拆模后可能与流动水接触时，应在与动水接触前养护10d以上，确保获得75%以上设计强度后，再与动水接触。
（3）混凝土浇筑完毕应进行遮盖，以实现保温或防雨保护。混凝土初凝后就要开始养护，拆模后要及时用塑料布等材料覆盖露出的混凝土，并优先采用补水养护方法，特别是高强度机制砂混凝土中未使用减缩抗裂的外加剂时，应加强养护措施。硅粉混凝土对塑性收缩裂缝敏感，养护至少7d基本可以解决或减轻裂缝问题。如果不养护，硅灰给混凝土带来的优点就难以实现。
（4）对于薄板类混凝土结构，可采取涂抹养护剂养护。为避免阳光直射，可在混凝土表面覆盖遮阳材料，或在养护剂中掺加白色颜料用于阻光，抑制混凝土升温过快。
（5）对于大体积混凝土，应对混凝土表面及时补水，同时还要防止混凝土内部温升过高。在大体积混凝土浇筑时，为了防止混凝土内部因温升过高热量过大而发生开裂，采取分层铺设冷却水管的方法，实际也是一种混凝土内部的养护措施。
5结语
高性能混凝土能实现更理想的拌合物工作性以及更丰富多样的硬化后性能，其主要原因是更具特色的原材料使用，如活性矿物掺合料、高性能外加剂以及更为优质且级配合理的粗细骨料，可以说原材料质量是高性能混凝土质量控制的基础和根本。
高性能混凝土的质量控制是一个系统控制的过程，要从混凝土的原材料、生产过程、浇筑施工过程及养护四个环节综合控制，每一个环节都发挥着重要的作用，都会影响混凝土结构的最终质量，所以质量管理者应对混凝土的选材、生产、浇筑及养护全程管控。
论文作者:高宏志,金柳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第29期
论文发表时间:2020/3/13
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