高性能水泥混凝土在工程应用中的技术要点分析及发展前景

摘  要：高性能水泥混凝土作为一种新型高技术混凝土，在公路工程中得到大力推广，本文通过介绍掌握的实际工程，对高性能水泥混凝土的原材料选择、配合比设计、施工工艺等提出见解，以期为其在公路工程中的应用提供参考。

关键词：高性能混凝土材料要求;设计理念;施工要点;发展前景

中图分类号：U414  文献标识码：A    文章编号：2096-6903（2019）05-0000-00

0 引言

近年来，我国交通基础设施规模不断扩大，国省干线公路等级全面提高，农村公路交通条件得到明显改善。然而，不少水泥混凝土结构（构造物）在使用3～5年甚至更短的时间内出现了不同程度的破损、开裂及耐久性破坏等问题，因此致使水泥混凝土结构物使用性能迅速衰减，难以达到设计使用年限，进而被迫提前维修或重新修筑，这不仅严重影响交通和安全，而且造成巨大的经济损失。基于此，发展高性能水泥混凝土是现代混凝土技术发展的必然趋势，且其拥有广阔的发展前景[1]。

1 高性能水泥混凝土概念

“高性能水泥混凝土”是在普通水泥混凝土基础上，通过技术优化，不断提升其整体性能而产生的一种新型的高技术混凝土。其突出性能为高耐久性、高强度，高工作性。

高耐久性是高性能水泥混凝土的首要特征。在恶劣的使用条件下，高性能水泥混凝土能长期保持其体积稳定性、力学性能不变。

高强度是高性能水泥混凝土的公认标准。高强度意味着耐久，但需要指出，高性能水泥混凝土不一定单纯指大于C50的高强混凝土，还包括（如C30～C50）中等强度混凝土，它主要是以强调改善混凝土材料耐久性为目标的混凝土。

高工作性是高性能水泥混凝土的重要特征。在实际应用中，高性能水泥混凝土具有良好的流动性、自密实性、保水性、粘聚性、可泵性、抗离析性等部分性能或全部性能。

2 高性能水泥混凝土对材料的技术要求

高性能水泥混凝土的原材料选择除满足普通混凝土相关技术要求外，还应综合考虑工程特点、工程用途、混凝土所处环境、施工工艺等因素。因此，高性能水泥混凝土的原材料选择比普通混凝土有着更加苛刻的要求[2]。

2.1水泥的选择

高性能水泥混凝土的性能在一定程度上取决于水泥性能。目前工程中采用的水泥有硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、火山灰硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐等几种水泥，但不是所有水泥都可以用来配制高性能水泥混凝土。

高性能水泥混凝土具有高耐久性、高强度、高工作性，在水胶比不变的前提下，需要增加水泥用量，但为了避免因混凝土的内外温差过大而使构件产生裂缝，又要降低水泥用量，同时还要保证使用较少的水泥用量获得高强度的混凝土。因此，配制高性能水泥混凝土的水泥必须要满足用水量小，水化后释热量低，早期强度较低而后期强度高的水泥。

通过大量的工程实践证明，我国各地水泥厂生产的符合GB 175-2007《通用硅酸盐水泥》标准的普通硅酸盐水泥及硅酸盐水泥，完全可以满足配制高性能混凝土的要求。

2.2粗、细集料的选择

高性能水泥混凝土在粗集料选择上与普通混凝土有着不同之处，既要符合GB/T14685-2011国家标准《建筑用卵石、碎石》中的各项技术指标，又有较高限制。根据多年的实践经验，配制高性能水泥混凝土所用粗集料表面必须粗糙且带棱角，这样可使水泥和骨料粘结比较牢固，其针、片状颗粒总含量不宜大于5%;强度指标中压碎值宜控制在10%～15%之间，对混凝土耐久性有利;粗集料最大粒径不大于20mm时，混凝土构件整体强度能达到最佳，粗集料中无碱活性组分。

水泥混凝土常用细集料有天然砂和机制砂两种，天然砂具有外形圆滑且质地坚硬等特点，是比较理想的原料;机制砂是技术性质与天然砂最为接近的一种人工砂，也是不错的选择。高性能水泥混凝土所用细集料宜选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、筛分曲线平滑的中粗砂，细度模数一般控制在2.3～3.0之间，同时应符合GB/T14684-2011国家标准《建筑用砂》中各项技术指标。

2.3矿物外掺料的选择

有针对性的掺加矿物外掺料已成为现代混凝土高性能化的一大技术手段。高性能水泥混凝土中常用的矿物外掺料主要有优质粉煤灰、矿渣和硅粉等，粉煤灰因原料丰富、价格低廉和使用经验多等特点，目前是公路工程中最常使用的矿物外掺料。首先，高性能水泥混凝土掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，由于混凝土内部温度的降低，可明显减少温缩裂缝，特别对大体积混凝土工程极为利;其次，粉煤灰小球状颗粒填充于水泥颗粒之间，使胶凝材料具有良好的级配，降低了用水量，提高了混凝土的强度和耐久性。一般情况下，当采用Ⅱ级粉煤灰时掺量应控制在10%～20%（不包括水泥生产內掺量）;采用Ⅰ级粉煤灰时，最佳掺量范围可适当放宽，但须通过试验确定或应用实践验证。

2.4拌和及养生用水

高性能水泥混凝土拌和及养生用水，凡符合现行《生活饮用水卫生标准》（GB 5749）的饮用水可直接作为拌和及养生用水。

2.5化学外加剂的选择

高性能水泥混凝土用外加剂种类，应通过试验和技术经济比较确定。各种外加剂都有其特性，如改善和易性、泵送性、调节凝结时间、提高强度、改进耐久性、防止开裂等，常用混凝土外加剂品种有普通（高效）减水剂、引气剂、缓凝剂、早强（速凝）剂、防冻剂，其掺加量一般为水泥质量5%以下，因此使用前的试配工作是极为必要的。

3 高性能水泥混凝土配合比设计理念

高性能水泥混凝土与普通混凝土配合比设计，既有相同之处，也有不同的设计理念。二者的相同之处是仍然依据三大法则，即：（1）水胶比（或水灰比）法则;（2）最大密实度法则;（3）最小单位用水量法则，根据三大法则，可以初步确定混凝土配合比中的水胶比、集浆比、砂率与最小单位用水量这四个基本参数，再通过试配和经验确定化学外加剂和矿物外掺料的用量。而高性能水泥混凝土配合比设计时最重要的特征是强调混凝土结构与所处工作环境类别和作用等级相适应，为保证高性能混凝土具有高耐久性，在进行配合比设计时，必须考慮到抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性、耐磨性、碱-骨料反应、抗干缩体积稳定性等，这些性能受水灰比影响很大，所以高性能水泥混凝土的水灰比不宜大于0.40。

高性能水泥混凝土应突出高工作性，对混凝土施工性能用工作性（或和易性）进行评价，这是新拌混凝土的一项综合性能指标，高性能水泥混凝土既要具有满足施工要求的流动性，又要具有良好的粘聚性和保水性，粘聚性好则混凝土在保水方面表现较好，但如流动性过大，则其保水性和粘聚性往往变差。因此，根据不同施工方法和工艺，高性能水泥混凝土的坍落度宜控制在100～180mm。

4 高性能水泥混凝土的施工要点

高性能水泥混凝土拌制前，根据施工需要，配备强制式拌和设备，并严格按照施工配合比要求准确计量原材料，最大允许偏差应符合：胶凝材料（水泥、矿物外掺料）±1%;化学外加剂±1%;粗细集料±2%;拌合水±1%。在常温情况下，混凝土总搅拌时间宜控制在90s～120s，以保证混凝土材料拌制均匀，颜色一致，未经试验人员同意不得随意增减用水量，并随时检查拌合物的和易性，判断坍落度损失等情况。混凝土浇筑前，应针对工程特点、环境条件等，合理安排供料调度工作，事先进行浇筑方案设计，加强混凝土的振捣工艺，不得过振或漏振，保确保混凝土有最大的密实性和最小的渗透性。高性能水泥混凝土的用水量比普通混凝土小，应尽量减少水分蒸发，振捣密实后及时用塑料薄膜进行覆盖，以防止混凝土干缩裂缝产生及保证混凝土后期强度增长。这些施工工艺都是保证高性能水泥混凝土结构物质量的重要环节。

5 高性能水泥混凝土的工程应用发展前景

隨着高性能水泥混凝土技术的不断成熟和发展，有些技术已在公路工程中广泛应用并取得成功，如在道路快速施工、路面沉降抢修、大跨径桥梁施工、桥面铺装抢修及养护修补、在严酷环境中使用的结构物、海底隧道等工程领域，积累了丰富的经验;还有些技术与工艺正处于探索和研究阶段，可以预期，经过广大技术工作者的努力，将会取得更大、更多的技术经济效益。

6 结语

综上所述，大力推广应用高性能水泥混凝土在节约资源能源、降低工程造价、延长公路桥梁使用寿命、环境保护和改善劳动条件等方面，有着重大意义，因此其是一种具有广阔应用前景且可持续发展的绿色材料。

参考文献

[1]李继业，刘福臣，林世乐.道路工程常用混凝土实用技术手册[M].北京：中国建材工业出版社，2008.

[2]《公路桥涵施工技术规范》 JTG/T F50-2011[M].人民交通出版社，2011.

收稿日期：2019-08-12

作者简介：吕兴建（1985—），男，甘肃靖远人，本科，工程师，研究方向：公路工程。

Analysis on the Technical Points of High-performance Cement Concrete in Engineering Application and Its Development Prospects

LV Xingjian

（Gansu Baiyin Highway Bureau，  Baiyin  Gansu  730900）

Abstract： As a new type of high-tech concrete， high-performance cement concrete has been vigorously promoted in highway engineering. This article provides insights on the selection of raw materials， mix ratio design， construction technology， etc. of high-performance cement concrete by introducing the actual engineering mastered in order to Provide a reference for its application in highway engineering.

Keywords： high performance concrete material requirements; design concept; construction points; development prospects