高性能混凝土配制技术与原理

蒋平��

【摘 要】高性能混凝土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。本文讨论了高性能混凝土的配置技术与原理。

【关键词】高性能混凝土；配置技术；原理

Preparation Technology and Principle of High Performance Concrete

Jiang Ping

（Zhongfu Construction Group Co.， Ltd Shaoxing Zhejiang 312000）

【Abstract】High performance concrete is a new type of high-tech concrete， is a substantial increase in the performance of ordinary concrete based on the use of modern concrete technology made of concrete. This paper discusses the configuration and principle of high performance concrete.

【Key words】High performance concrete；Configuration technology；Principle

高性能混凝土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。高性能混凝土是一种耐久性优异的混凝土。其主要特点是高工作性、高体积稳定性、较高强度、高抗渗性等。因此在配置高性能混凝土时，应从如下几方面考虑。

1. 加入适量超塑化剂，降低水胶比

（1）在普通混凝土中，用水量比水泥水化所需水量大得多。一般水泥水化所需的用水量为水泥重量的15%～25%，而实际施工时用水量为水泥重量的50%～60%，甚至更多。在混凝土硬化后多余的水在水泥石中以及水泥石和集料的界面区域形成大量的各种孔隙，以及因混合料泌水和混凝土收缩所引起的微孔和微缝，这些缺陷是导致混凝土强度下降和其他性能指标低劣的根本原因。因此，尽可能减少和消除这些缺陷，改善混凝土的结构，是制成高性能混凝土的关键问题，其基本措施就是掺入超塑化剂。

（2）混凝土要达到高耐久性，首先要降低水胶比，以减少水泥石中毛细孔隙和混凝土中的骨料与水泥石之间的界面缝隙，提高其抗渗性。但水胶比的降低是有限度的，极低的水胶比往往伴随着流动性的降低。研究表明：掺用超塑化剂后，在水胶比较低、胶结材料用量适中的情况下，可获得较大的工作度；而且超塑化剂在一定掺量范围内流动度随其掺量提高而增加；但超过某一掺量，流动度变化不明显。一般超塑化剂掺量以0.70%～1.50%为宜（最高不超过2.0%），过量经济技术效果均较差。

2. 改善水泥石中的相组成

改善水泥石中的相组成，是制成高性能混凝土的另一关键问题。众所周知，硅酸盐水泥水化后形成水化硅酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙、水化铁铝酸钙等多种胶凝物质，它们把混凝土中各种固体颗粒胶结成整体。其中，以水化硅酸钙的数量最多，最为重要。水化硅酸钙的种类很多，主要分为两类：即低碱性水化硅酸钙（C/S<1.5者）和高碱性水化硅酸钙，前者比后者强度高得多。但是，水泥水化后形成的主要水化物是高碱性水化硅酸钙，而且还形成大量基本上没有强度和稳定性很差的游离氧化钙。由这些相构成的水泥石强度及其他性能指标都不可能增加低碱性水化硅酸钙含量，并同时消除游离石灰，其方法是在混凝土中掺人活性Si02微粒或铝硅酸盐微粒等一些矿物掺料，这些掺料与游离石灰以及高碱性水化酸钙产生二次反应，其他性能也得到相应改善。这就是人们通常所说的火山灰效应。此外，另有研究表明：活性微集料在水泥混凝土中还可产生填充效应、增强效应、减水效应和耐久性提高效应等。

（1）火山灰效应。因活性微集料可与水泥水化产物Ca（OH）2等起火山灰反应，生成C-S-H，消除了孔隙较高的过渡层；使硬化水泥浆内的空隙细化。提高了水泥浆-骨料间界面的强度，同时提高了混凝土的抗渗性。此反应有利于混凝土在酸性环境下的耐久性。

（2）填充效应。微集料取代部分水泥后，超细粉填充于水泥粒子空隙之间，使胶凝材料具有更好的级配，降低其标准稠度下的用水量，降低了填充水泥粒子间空隙的用水量。

（3）减水增强效应。以微集料等量取代水泥，在保持流动度不变的情况下，部分微集料可降低水胶比，28d强度提高。

（4）耐久性提高效应。通过掺超细微集料使混凝土的水胶比进一步降低，抗渗性进一步提高；更重要的还是通过掺人不同品种和掺量的微集料，提高混凝土抵抗环境腐蚀的耐久性。

此外，掺入微集料可大幅度降低水泥用量，降低混凝土水化热；改善新拌混凝土的工作度，减少泌水和离析，降低其坍落度损失等。

3. 复合适量增强防水剂，提高混凝土强度和其他性能

混凝土掺入大量微集料后，改善了混凝土的主要性能，某些性能（如早期强度）往往受到一定影响，为此，可加入适量增强防水剂，该外加剂的性能特点如下：

（1）增强。同配比混凝土用该产品等量取代水泥后强度提高10MPa以上，亦可取代2～3倍的水泥。

（2）减水增塑。该产品减水率为10%～30%，可将坍落度10～30mm混凝土提高至坍落度180mm以上，以至配制高流态免振（自流平）混凝土。

（3）引气、保水。該产品可适量引气，保水性能好，坍落度损失小。

（4）缓凝。掺该产品可使混凝土凝结时间缓凝12h，超缓凝仍不影响混凝土后期强度的发展。

（5）密实防水。掺该产品的混凝土无收缩；孔结构大大改善（混凝土有害孔变为微小孔），密实防水性能好，抗渗等级可达P30以上（形成结构自防水混凝土）。

（6）改善水泥安定性。掺该外加剂可改善水泥安定性，增加强度。

（7）节能利废。在水泥生产时加入该产品可提高混合材掺量，从而提高水泥产量。在混凝土中加入该产品可提高微集料掺量，从而节省水泥10%～50%，降低混凝土水化热。

（8）耐久性好。掺该产品的混凝土抗渗、抗冻、抗碳化等耐久性能显著提高。

4. 选择适宜的胶结浆体量新拌混凝土中胶结浆体，本身具有双重作用：它既可使骨料颗粒相互分开，使其在离散状态下保持在一起；又可作为骨料颗粒间的润滑剂，增加新拌混凝土的塑性变形能力。因此，胶结浆体本身的稠度及其含量是决定混凝土工作度的重要因素。而胶结浆体的稠度又是胶结料组成、水胶比和超塑化劑量决定的。在胶结料组成和超塑化剂一定的情况下，胶结浆体中的自由水含量取决于其水胶比，水胶比越大，其稠度越稀。当胶结浆体和稠度一定时，胶结浆体的数量对混凝土工作度起决定性作用，其数量越多，骨料间的润浆浆体量也越多，混凝土的工作度愈好。但其超量混凝土技术经济效果恶化。一般胶结材料总量在250～650Kg/m3之间。

5. 选择适当的砂率

（1）胶结浆体的稠度和数量确定后，砂率便成为影响新拌混凝土工作度的重要因素。因砂率变动会使骨料的空隙度和表面积发生变化。砂率太少，骨料间孔隙变大，需较多的浆体填充空隙面使润滑浆体减少，若砂率过大，骨料的总表面积及空隙率都增大，同样胶结浆体相对显少了，这也就减弱了胶结浆体的润滑作用，使新拌混凝土流动性变差。实验表明，高强高性能混凝土砂率可比泵送混凝土偏低；高流态（免振）高性能混凝土则比泵送混凝土砂率偏高。

（2）根据国内大量试验研究表明：当采用符合有关标准要求的比较干净的中粗砂来配制高性能混凝土时，砂率在32%～40%范围内，免振高性能混凝土砂率在45%～50%。对混凝土工作性的影响并不是很敏感。随着砂率的提高，混凝土坍落度略有增大，强度略有下降。由于高性能混凝土水胶比较小，用水量较低，粘度较大，为避免拌和物过粘，在满足工作性要求的前提下选择偏低的砂率。试验中一般选用34%～38%，且考虑到具体配合比进一步选定。

参考文献

[1] 赵成铭，赵铁.高性能混凝土的现状与特点 [J]. 青岛：青岛建筑工程学院学报，16（2） .

[2] 孙振平.绿色高性能混凝土与建筑工程材料的可持续发展 [J]. 北京：建筑材料学报，1（3）.