山东省交通工程监理咨询公司 山东济南 250002
摘要：高性能混凝土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掺合料和高效外加剂。
关键词：高性能混凝土；原材料；耐久性
一、工程简介
滨莱高速淄博西至莱芜段起自青银高速淄博西枢纽互通立交，向南经淄博市、莱芜市，接至济莱高速莱芜枢纽互通立交，路线全长72.678公里。项目起于青银高速淄博西枢纽互通立交，向南经姚家峪大桥、樵岭前1号隧道进入苗山互通区，扩建既有滨莱高速公路，上跨辛泰铁路到达项目终点莱芜枢纽。该工程所用的混凝土为高性能混凝土。什么是高性能的混凝土，高性能混凝土所用材料有什么特点，下面来阐述一下高性能混凝土和所用材料的特点。
二、配制高性能混凝土的原材料
混凝土被称为复合材料的复合材料，是一种多相、多项、非常不均质的大宗结构材料。混凝土的原材料是配制混凝土的基础。配制高性能混凝土的原材料的品级决定了高性能混凝土的性能。配制高性能混凝土的原材料主要有：水泥、细集料、粗集料、高效减水剂、水和活性掺和料。
1、水泥：
高性能混凝土所用水泥的比表面积在300m2/kg～350m2/kg。比表面积过大，早期强度高，后期强度低，不利于水泥混凝土的抗裂性和裂缝自愈能力；过分追求早期强度，使矿渣水泥中矿渣掺量过少，超过50%的都很少见，更不用说达到70%了。再有目前水泥生产的混磨工艺，将熟料、石膏和矿渣放在同一个磨内混磨，造成熟料、石膏因硬度小而过细；矿渣由于质地坚硬而过粗，其结果是矿渣的活性难以充分发挥。掺量大，必然造成水泥的早期强度低，同时也导致用这种水泥配制出的混凝土容易泌水、离析抗渗、抗冻性能差，影响混凝土的耐久性。掺量少时，会使水泥中的含碱量相对增加。增加了混凝土的收缩，也不利于与外加剂的适应性。低碱水泥要求总碱量不超过0.6%；而高性能混凝土的单方碱含量不超过3kg，水泥中的碱加上减水剂中碱，混凝土中的碱很容易达到3kg/m3。这就是为什么高性能混凝土中水泥的单方用量不超过500kg的一个重要原因。为保证高性能混凝土具有良好的耐久性，就必须掺入低碱矿物掺合料，降低水泥的用量和混凝土的碱含量，避免碱骨料反应，达到长期耐久性的目的。
2、细骨料
用于高性能混凝土中的细集料应该是质地坚硬、级配良好的中粗砂或机制砂，细度模数大于2.6，含泥量小于1.5%。配制超高强混凝土的砂子，含泥量小于1.0%。对砂的级配控制的简易方法是按公称粒径5mm、0.63mm、0.15mm三级控制合格粒径与良好级配的细骨料可使混凝土用水量减少20%左右。
机制砂生产场所固定，控制容易、产品质量稳定，级配可调。是高性能混凝土用砂的发展方向。然而泥粉影响骨料与水泥石的粘结力，使混凝土收缩率增大，密实度下降，是有害成分。石粉是在机制砂加工过程中形成的粒径小于0.075mm的粉状物，其化学成分与碎石一样，石粉的存在不仅能够产生微集料反应，提高密实度；而且一定量的石粉不仅能改善混凝土的和易性、提高泵送能力，是一种矿物外加剂。用水冲洗不仅浪费水和矿产资源，污染环境，而且水洗后的砂级配变差。不能真正做到资源合理利用。
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3、粗骨料
高性能混凝土用粗骨料应选用级配优良的石灰岩、花岗岩、辉绿岩碎石或卵石。母岩强度为所配混凝土强度的1.5倍以上。碎石粒径不宜大于25mm。配制C50以上混凝土时，碎石粒径不宜大于20mm，宜采用二级级配；针片状颗粒含量小于5%；含泥量小于0.5%。
粗骨料对高性能混凝土的影响很大，混凝土的强度取决于水泥石的强度、粗骨料的强度以及粗骨料与水泥石界面的粘结强度。粗骨料的强度、种类、体积率、最大粒径、形态、级配以及粗集料—基体界面粘结强度都将导致混凝土强度的差异。试验证明当集料的强度低于混凝土强度时，粗集料对混凝土的抗压强度起负作用；当集料的强度高于混凝土强度时，粗集料有利于混凝土抗压强度的提高，但并非越高越好，粗集料强度与混凝土强度存在着刚度与强度的相互匹配关系。粗集料强度达到一定程度后，粗集料再增加强度对提高混凝土强度的作用已不再明显。
4、高效减水剂：
目前，配制高性能混凝土所用的高效减水剂大多是聚羧酸高效减水剂，减水率在25%～30%左右。聚羧酸高效减水剂虽然比较能够适宜配制高性能混凝土，但聚羧酸高效减水剂在使用时应该注意：
（1）在混凝土拌合物拌制的过程中，有时会出现拌合物异常黏稠、干涩的现象；稍一加水又会出现泌水严重的现象。聚羧酸高效减水剂对用水量比较敏感
（2）胶凝材料用量不同，减水率不同。
（3）不同的骨料级配、不同的砂率使聚羧酸减水剂表现出不同的塑化效果。
（4）用手工拌合的拌合物测得的减水率比机械拌合的拌合物测得的减水率低1%～4%。
（5）在胶凝材料用量相同的情况下，随着减水剂掺量的不断增大，聚羧酸减水剂的减水率呈现先增大后减小的趋势
5、活性掺和料
（1）矿渣粉粒化高炉矿渣经干燥磨细等工艺达到规定细度的产品。矿渣水泥中的矿渣由于传统的混磨工艺，使矿渣粉的比表面积只有250m2/kg，不能使矿渣的活性充分发挥出来。而用来配制高性能混凝土的活性矿渣是通过单独磨细而成，比表面积要大于350m2/kg。但是超过400m2/kg时，掺入混凝土后，混凝土的收缩将随掺量的增大而增大，因此用来配制高性能混凝土的活性矿渣粉比表面积不宜大于400m2/kg。
（2）粉煤灰：是发电厂排放的烟道灰，磨细后用来配制高性能混凝土，对降低混凝土的水化热、延缓凝结时间、增强混凝土的长期耐久性有着十分重要的意义。粉煤灰的控制指标有需水量比、烧失量和45um筛的筛余量。但是筛余量大的粉煤灰，比表面积不一定小，粉煤灰的颗粒可能由团聚成，且筛余量对活性不一定有影响，粗颗粒更有利于混凝土体积的稳定性。由于高效减水剂的使用，需水量比只要不大于105%，也影响不大。烧失量反映的是粉煤灰的含碳量，对混凝土的引气、流动性和强度、体积稳定性都有影响，故需要加强控制，尤其是在D级以上的冻融环境中更应注意粉煤灰的掺量。
（3）硅灰：是配制高强度的高性能混凝土必须的掺和料，但掺入后混凝土拌和物粘聚性增大、硬化混凝土的抗裂性降低。另外昂贵的价格也限制了硅灰高性能混凝土在工程中的应用。对于高强度的高性能的混凝土，必加硅灰；对于普通强度高性能混凝土，为降低成本，不掺硅灰，改掺其他廉价的掺合料：矿渣微粉、粉煤灰。但矿渣微粉、粉煤灰作为高性能混凝土的掺合料，磨细功耗大、质量不稳定，还有待改善。
四、结束语
高性能混凝土在我国已应用了十多年。但是由于人们对高性能混凝土的认识还很肤浅，还需要我们进一步进行探索。高性能混凝土原材料对高性能混凝土的性能有着决定性的作用。随着科技的进步、工程实践经验的积累，人们对高性能混凝土会更好地了解、认识和利用。
参考文献：
1、吴中伟，廉慧珍、《高性能混凝土》、中国铁道出版社、1999、396。
2、长沙理工大学，清华大学、《公路工程混凝土结构防腐技术规范》、人民交通出版社、200607、54。
3、清华大学科技工作者协会，北京交通大学土建学院、《高性能混凝土应用技术规程》、中国计划出版社、200612、53。
论文作者:信喜武
论文发表刊物:《防护工程》2017年第23期
论文发表时间:2018/1/8
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