低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）技术的发展与展望

郭晓芳

（太原城市职业技术学院，山西 太原 030027）

低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）技术的发展与展望

郭晓芳

（太原城市职业技术学院，山西 太原 030027）

随着现代建筑材料的发展，混凝土材料的性能在不断改进中解决着它自身存在的不足。低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）顺应时代要求孕育而生，从设计理论到试验数据分析以及各项指标分析，分析出低成本高性能泵送混凝土的基本力学性能和耐久性能。

低成本高性能泵送混凝土；耐久性；强度；掺和料；外加剂；成本

一、低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）的产生背景

现代建筑材料随时代快速发展，同时也面临着多方面的不足。包括北方以冻害和钢筋锈蚀，南方以钢筋锈蚀为主的耐久性问题，以及传统水泥作为单一胶凝材料的混凝土在生产过程中带来的环境污染及资源和能源消耗的问题。另外，降低混凝土生产成本，提高产业效益，也是目前混凝土产业中急需解决的问题之一。

低成本高性能泵送混凝土顺应时代要求而生，LC-HPPC应该具备所要求的各项性能。包括良好的可泵性、浇捣不离析；早期强度较高；后期保持一定的力学性能；恶劣的使用条件下保证优良的耐久性能以及生产成本低的要求。

其中，LC-HPPC需要有较强的耐锈蚀能力是耐久性关键的因素之一。为阻止氯离子达到钢筋的表面，须保证混凝土具有良好的抗氯离子侵蚀性能，防止各种使用环境下等离子与混凝土各组分发生反应，生成膨胀性的产物，导致混凝土发生开裂破坏；同时要具备良好的体积稳定性，减少微裂缝的产生，从而避免侵蚀性介质渗透进入混凝土内部而形成破坏。

二、LC-HPPC设计理论与原则

1.LC-HPPC的可泵性

高层及超高层建筑已作为一种常规建筑在城市中拔地而起，混凝土的可泵性是影响施工质量的关键因素。低成本高性能泵送混凝土的可泵性是指新拌合的混凝土易于运输、泵送、浇筑和捣实等的施工操作，经过合理的后期养护能获得质量均匀、成型密实的性能。其坍落度必须保持在180~220mm。

2.低成本高性能

在提高泵送混凝土可泵性和强度的同时，更要降低泵送混凝土生产成本。在制备LC-HPPC过程中，添加矿物掺合料能够降低泵送混凝土的生产成本，改善泵送混凝土的性能。

对于大体积混凝土，诸如粉煤灰、矿粉等矿物掺合料能有效降低混凝土的水化升温，从而避免了混凝土的早期开裂。矿物掺合料在调整胶凝材料的水化过程，改善混凝土的水化矿物组成及结构中体现出明显的优势。

3.LC-HPPC的施工养护及其他

后期的施工养护对混凝土力学性能和耐久性能起着至关重要的作用，在施工中要严格规范施工过程文明施工，避免分层离析或蜂窝麻面的施工质量问题；及时养护，避免因养护不当出现的混凝土质量问题。在LC-HPPC的强度设计方面，由于商品混凝土的富余强度各不相同，商品混凝土生产商要严格控制标准差和强度等力学指标，避免富余强度过高增加水泥用量，导致生产成本提高。混凝土的强度与其可泵性具有相同的重要性。

三、LC-HPPC新的研究发展方向

（一）LC-HPPC耐久性发展方向

1.抗氯离子侵蚀

对于常规混凝土，水泥用量提高会使混凝土内部水化物的增加变得密实，混凝土抵抗氯离子侵蚀的能力提高。但对于某些对氯离子渗透力要求低的混凝土，氯离子渗透电量是达不到要求的。对于上述情况，只能通过掺加矿物掺合料来改善混凝土的结构组成来达到要求。对于单掺粉煤灰的混凝土，则会随着粉煤灰掺量的提高，强度和耐久性均有所下降。这种情况可能是由于粉煤灰的水化活性不高，从而造成28天龄期混凝土结构疏松，由下图所示可知，粉煤灰的掺量不宜超过30%。想要达到低成本高性能泵送混凝土的要求，单纯依靠提高粉煤灰掺量是很难的。

图1 FA对渗透电量与强度的影响

图2 矿粉对渗透电量与强度的影响

单掺矿粉时对渗透电量和强度的影响如图2所示，由图可以得出，掺加矿粉量宜在40%-60%。

在考虑生产成本后，可以采取粉煤灰、矿粉双掺的技术路线，性能可得到明显改善。通过试验可以看出，在可泵性和物理力学指标均满足的前提下，使用的粉煤灰、矿粉、水泥量各占50%的条件下，能够配置出抗氯离子渗透力强的低成本高性能泵送混凝土。

图3 双掺对28d渗透电量与强度的影响

2.抗硫酸盐侵蚀

某学者曾预测暴露于硫酸盐环境下的混凝土寿命，其结论为掺有粉煤灰的混凝土服务寿命可达100年，而没有掺加的混凝土服务寿命只有20年。将胶凝材料的30%用粉煤灰代替，水泥占70%拌合的混凝土抗硫酸盐侵蚀能力明显提高。

3.抗冻融循环破坏

混凝土的冻融破坏是耐久性的主要问题之一。随着水泥用量的增加，混凝土结构中的大部分水分与水泥发生水化反应，自由水的数量减少，同时混凝土强度的提高使水泥石结构变得密实，外部水分不易渗透进入混凝土内部从而减弱了水的冻胀作用，混凝土抗冻融破坏的能力有所提高。粉煤灰和硅灰的叠加效应能够有效调节水泥的水化过程，而优化的水泥石结构利于混凝土的抗冻融性能。在混凝土中加入微量引气剂，虽然提高了混凝土的孔隙率，其强度也随之降低，但却能够提高了混凝土的抗冻和抗渗性能。因而，加入引气剂也是提高混凝土抗冻性能的有效措施之一。

（二）外加剂兼容优化

1.高效减水剂优化

对高效减水剂进行选择优化，以便能够最大限度地利用其减水功能，达到较优的性价比。通过选择对比，综合其对可泵性和强度的影响，FDN-1型减水剂对试验的原材料具有最佳的适应性，相同掺量其可泵性较适宜，早期强度较其他品种减水剂高，故推荐FDN-1作为主要减水剂品种。

2.不同早强剂优化

通过试验得出，掺入胶凝材料质量1%的硫酸盐类早强剂比起没有掺加早强剂的，1天强度增加80%以上，3天强度增加40%以上，7天强度增加大概30%。但为了防止碱集料反应和钢筋锈蚀的可能性，尽量选定含量较低的早强剂，不仅价格低廉，且有较强的经济实用性。

3.粉煤灰对强度发展的影响

针对粉煤灰二次水化速率慢，较为明显的强度增长体现在后期，近年来众多学者提出以60天或90天的龄期来评价工程中掺加粉煤灰混凝土的强度。

粉煤灰本身为燃煤电厂排放出的固体废物，将粉煤灰作为混凝土的掺和料，不仅解决了废品的处理问题，而且实现了资源的优化利用。国内粉煤灰品质参差不齐，加之施工过程养护不当，工程技术人员和施工人员对粉煤灰的使用在认识上存在偏差，认为粉煤灰掺量在15%左右，掺量过高容易产生质量问题等多方面的误区，使得粉煤灰在提高混凝土强度上并没有可观的改善。经过试验得出，要使混凝土保证良好的物理力学指标和耐久性，粉煤灰掺量宜在30%左右。

（三）LC-HPPC成本分析与调整

作为混凝土中的主要胶凝材料，水泥、矿粉、粉煤灰的水化活性不同，水泥最先水化生成CSH及CH，之后矿粉、粉煤灰的水化产物填充混凝土结构内部的孔隙来保证混凝土后期强度增长。因此，使水泥、矿粉、粉煤灰达到最优匹配，不仅能够保证混凝土的强度增长，而且能够有效提高混凝土的耐久性能。作为混凝土原材料的骨料，石子级配影响着混凝土的强度，合理配置石子粒径以便实现低成本高性能泵送混凝土的基本性能。总结试验相关数据，将结论分析如下：

增加粉煤灰掺量。为了降低混凝土成本，可在原有基础上，单方混凝土增加粉煤灰掺量20千克，但单掺粉煤灰虽然降低了混凝土的生产成本，但很难达到混凝土低成本的要求。

掺加矿粉。通过试验得出，对C35以下混凝土增加矿粉的掺量，可以改善混凝土的可泵性，而C40以上高强度等级的混凝土则影响不大。

掺加0~5mm的碎石。在粗集料中掺入小粒径碎石后，C40以下的低强度等级的混凝土的28天强度都有所下降；对于强度等级较高的C45以上的混凝土，胶凝材料用量相对较大，小粒径碎石的掺加对强度影响不大。由此可见，掺加小碎石只对低强度的混凝土强度的提高意义不大。

LC-HPPC可围绕原材料的选择、胶凝材料复合、填加外加剂等方面进行设计；在规范合理的施工振捣、良好的养护条件下配置出不仅满足混凝土施工要求的可泵性和强度值，而且满足耐硫酸盐、冻害、抵抗氯离子侵蚀等各种强耐久性的低成本高性能泵送混凝土是今后LC-HPPC的发展方向。开发研究新型建筑材料来顺应建筑行业的要求和时代的发展需求，在创新创业的大背景下有着鲜明的意义。

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1673-0046（2016）9-0186-02