高性能混凝土配制技术

江苏盐城二建集团市政工程有限公司 杨树红 董月灯

高性能混凝土配制技术

江苏盐城二建集团市政工程有限公司 杨树红 董月灯

一、高性能混凝土的性能

高性能混凝土（HPC）是指使用常规的硅酸盐水泥、砂、石等原材料，使用常规制作工艺，主要依靠高效减水剂和活性掺和料配制的水泥混凝土，主要有三方面的性能。

1. 高工作度。高性能混凝土拌和物具有大流动性、可泵性、不离析，而且保塑时间可根据工程需要来调整，便于浇注密实。

2. 高强度。高性能混凝土具有良好的物理性能，即有较高的强度和体积稳定性，混凝土28 d抗压强度达到35 MPa以上，弹性模量达到30 GPa以上。

3. 高耐久性。高性能混凝土具有上百年的使用寿命，结构密实，抗渗、抗冻、抗碳化，耐久性高。基于其良好性能，高性能混凝土越来越多地被应用于建造大跨度桥梁、高层建筑、海底隧道、海上采油平台等工程上，为建造大型建筑物提供了可靠的技术保证。

二、配制高性能混凝土的主要技术途径

为实现混凝土的高性能即高流态、高强度、高耐久性，混凝土的配合比应符合以下几方面。

1. 合理配制水灰比，即水、胶凝料比合理。高性能混凝土配合比配制技术的核心是将水灰比降至0.2～0.3，用水量为125～135 L/m3，而坍落度可达180～200 mm。其最佳水灰比为0.22左右。

2. 选择合适的水泥。高能性混凝土使用的水泥必须是：标准稠度用水量要低，从而使混凝土在低水胶比时也能获得大流动；水泥的水化热要低，以避免因混凝土内外温差大而产生裂纹；水泥的强度要高，以保证用较少的水泥获得高强度混凝土，中热硅酸盐水泥、调粒水泥、球状水泥等可用来配制高性能混凝土。

3. 使用高效减水剂。由于胶凝材料用量大，水灰比低，混凝土拌和物黏性大等因素，为了获得高强度、高性能混凝土，就必须采用高效减水剂，日本称之为高性能AE减水剂，其特点是既有高的减水率（20% ～ 30%），又有控制坍落度损失的性能。目前，我国生产的普通高效减水剂不具有高性能AE减水剂的性能，通常是将普通高效减水剂与缓凝剂复合起来使用。高效减水剂对水泥的适用性，在高性能混凝土中表现更为敏感。

4. 选择高质量的骨料。高性能混凝土对骨料的颗粒级配和最大粒径有更严格的要求。细骨料应选用石英含量高，颗粒浑圆洁净，具有平滑筛分曲线的中粗砂，细度模数2.6～3.2。粗骨料应是高强、低吸水率、表面结构粗糙的碎石。粗骨料的最大粒径的大小对混凝土强度影响较大，加大骨料尺寸会使混凝土强度下降，且强度等级越高越明显。

5. 掺入活性矿物材料。常用的矿物质掺和料主要有硅粉、磨细矿渣、优质粉煤灰、超细滑石粉等。

为了改善骨料与胶凝材料之间的界面结构，在混凝土中应掺入超细矿粉物质掺和料，使其与界面上的氢氧化钙进行二次反应生成难溶的水化硅酸钙凝胶，沉淀在界面的空隙内，降低氢氧化钙的聚集及定向排列，提高界面强度和混凝土的抗渗性，改善新拌混凝土的工作度，降低混凝土初期的水化热，减少温度裂缝。一般地，配制高性能混凝土时，粉煤灰的掺量为胶结材料总量的15%～35%。

三、高性能混凝土施工工艺要求

1. 搅拌。为了获得高工作性能的混凝土拌和物，应选用搅拌效率高、均质性好的双锥式搅拌机。

2. 浇注。高性能混凝土的坍落度一般都在20 cm以上，并不是免振自密实混凝土。不经振捣的高性能混凝土，强度和抗渗等级均会有所降低。因此，短时间的振捣是必要和有效的。

3. 养护。由于高性能混凝土的用水量较少，水化反应迅速，会使毛细管中断，若养护水不能及时进入混凝土内部，就不会进一步水化。所以高能性混凝土在早期应加强养护。

4. 计量精度。高性能混凝土的原材料均应按质量计量，并使计量误差尽可能小，否则，将会对混凝土的强度产生较大影响。

原材料的计量精度不应超过如下规定：水泥、矿物掺和料± 2%，粗、细骨料±3%，水、外加剂±1%。

四、高性能混凝土配合比的设计原则

由于高性能混凝土的强度高，影响因素多，目前尚无适合高性能混凝土配合比设计的统一方法，世界各国都在各自的实验基础上粗略计算具体的配合比。笔者现介绍一种高性能混凝土配合比的设计原则，经大量实验证明它是简便而有效的，其设计步骤如下。

1. 配制强度的确定。由于影响高性能混凝土强度确定的因素多，变异系数大，因此，配制强度应根据材料的具体情况适当增大。对于用碎石配制的高性能混凝土可参考相关资料，结合实际工程需要选用合适的配制强度。

2. 矿物质掺和料掺量的确定。矿物质掺和料的掺量要根据活性二氧化硅的含量大小，一般内掺CX（10%～15%）。活性二氧化硅含量高取下限，含量低取上限。

3. 用水量的确定。用水量的多少要根据混凝土拌和物坍落度的大小和高性能减水剂的效果确定，一般用水量小于175 kg/ m3。

4. 砂率的确定。由于高性能混凝土的水灰比小，胶凝材料用量大，黏度大，混凝土拌和物的工作性容易保证，所以砂率可以适当降低，一般为36% ～42%。

5. 粗骨料的用量。粗骨料的用量可用假定密度法确定。高性能混凝土的密度大，其表观密度约2 450～2 500 kg/m3。

实践证明，混凝土中掺加适量硅灰、粉煤灰等，能配制出高强度高性能混凝土，可大幅度提高混凝土的致密性和耐久性，具有良好的经济效益和社会效益，值得广泛推广应用。