高性能混凝土技术开发与应用研究

袁国强

（翼城县北关建筑安装有限责任公司， 山西 翼城 043500）

1 高性能混凝土推广应用国内试点工作进展

1.1 高性能混凝土推广应用相关标准

在原有混凝土技术标准体系的基础上进行补充，逐步形成了我国高性能混凝土技术标准体系。实现高性能混凝土的准确评价是判定高性能混凝土推广应用的前提。《高性能混凝土评价标准》 (JGJ/T385－2015) 明确定义高性能混凝土，并将高性能混凝土的评价类别分为设计评价、生产评价、工程评价，采用控制项与评分项结合的“双控”评价模式，提出了具体的指标体系和评价方法。评价体系涵盖了混凝土生产及应用全过程中原材料、配合比、制备、施工、混凝土性能5 大关键因素。该标准为高性能混凝土的评价与界定提供了可量化、可操作的依据。

水泥、掺合料、骨料作为混凝土中最主要的原材料，其品质对混凝土性能及工程质量具有重要影响。坚持标准引领，提升原材料品质，可为高性能混凝土的推广应用提供基础保证。

1） 水泥，目前水泥存在诸多问题：水泥早期水化速率偏高，强度特别是早期强度偏高，水泥中含有较多的熟料细粉(<3μm)，水泥细度过细，熟料C3A 含量偏高，通过提高熟料C3A 含量提高水泥早期强度或提高窑的台时产量，熟料C3S 含量偏高，水泥的碱含量偏高，水泥标准对水泥与减水剂相容性未作规定，实际水泥于此参差不齐，水泥标准没有全面的水泥质量匀质性指标，水泥质量波动大，水泥颗粒形貌变差，水泥出厂时其混合材料掺量和品种没有进行明示等。其会导致混凝土产生一系列问题，例如混凝土早期化学减缩增加，混凝土早期水化热增加，混凝土在数年及更长时间持续的强度增长能力减弱，后期强度倒缩，水泥的碱含量过高会导致水泥浆体早期收缩增加，加大混凝土产生裂纹的危险等。因此，混凝土行业广泛呼吁从应用端出发对水泥提出要求，并同时系统研究水泥的应用技术。《通用硅酸盐水泥应用技术规程》正式列入中国工程建设标准化协会《2017年第一批工程建设协会标准制订、修订计划》，由中国建筑科学研究院会同有关单位编制，该标准将为高性能混凝土用优质水泥的生产与应用提供技术支撑。

2） 掺合料，现阶段优质粉煤灰、矿粉等传统掺合料日益紧缺，特殊工程及环境对功能型复合掺合料的需求日益增多。通过活性-惰性材料匹配、颗粒级配优化等技术研制满足工程需求的复合掺合料，既可以实现废弃资源的综合利用，解决粉煤灰、矿渣等传统矿物掺合料紧缺带来的供给问题，又可以利用“叠加效应”获得性能良好的掺合料。《混凝土用复合掺合料》 (JGJ/T486-2015) 的发布成为复合掺合料生产控制的技术依据，对于推动混凝土用复合掺合料的研发与应用具有重要作用。

中国建筑科学研究院成功研制出混凝土用降粘增强剂，并应用于国内首个120m 高混凝土风电塔筒工程，配制出满足顶升法施工工艺的C85 自密实混凝土。该风电塔筒预制片钢筋密集、波纹管软弱，采用顶升法施工，顶模封闭、两侧开口。克服了当地粗骨料空隙率大(高达48%)、细骨料含泥量高(戈壁砂) 等技术难题，实现了混凝土拌合物倒筒时间≤10s、离析率≤10%、混凝土强度等级达到C85，满足工程需求。两组混凝土配合比及拌合物性能、力学性能见表1。用降粘增强剂取代部分I 级粉煤灰，混凝土倒筒时间由24s缩短至9s，3d、28d、56d 抗压强度分别提高14%、9%、16%，且离析率满足工程要求。图1 为未使用与使用降粘增强剂的预制片外观对比。使用降粘增强剂的混凝土粘度明显降低，拌合物工作性明显提高，混凝土成型质量得到了保证，在工程中应用效果良好。

3） 骨料，骨料是混凝土的骨架，占到混凝土体积的70%左右，骨料的品质直接关系到混凝土的质量。据测算，目前我国骨料年产量已突破100 亿t，天然砂石质量每况愈下，再加上各地政府河道砂禁采禁挖的力度不断加强，资源日益稀缺，机制砂石是工程建设的必然选择。许多学者通过对高性能混凝土配制技术的系统研究，纷纷提出高性能混凝土用骨料应具备更好的粒形粒貌、颗粒级配等技术性能，同时意识到石粉与泥的本质区别。随着研究和认识的深入，对高性能混凝土用骨料提出了一些列新的技术指标和测试评价方法，为此，住房和城乡建设部组织中国建筑科学研究院会同有关单位编制行业标准《高性能混凝土用骨料》，该标准于2017年立项，目前正在开展试验研究工作。该标准将鼓励企业产品提质，引导高品质骨料生产。

1.2 高性能混凝土推广应用国内试点探索

辽宁、河南、江苏、广东、贵州、新疆作为高性能混凝土推广应用试点省，根据自身情况，建立了以高性能混凝土推广应用工作为核心任务的领导小组、专家技术指导组等。目前已经建立了一套从国家到试点省多级管理、行政管理与技术指导联合的组织机构，明确了高性能混凝土推广应用工作中各组织的任务分工，同时充分吸纳和发挥高性能混凝土推广应用链条上的各方力量，形成了国家层面的顶层设计，并且国家组织与试点省组织、试点省组织之间形成了交流互动的良好氛围。

各试点省、城市印发了高性能混凝土推广应用相关工作通知、激励政策、产业政策等。例如，辽宁省锦州市计划对确定的高性能混凝土试点企业给予新型墙材专项基金扶持的政策，以鼓励和推进试点工作，促进高性能混凝土在锦州市的全面推广应用。江苏省将高性能混凝土列入绿色建筑评定、建筑设计、工程评优的评定要素。江苏省编制了高性能混凝土推广应用技术目录，鼓励工程设计优先选用，江苏省高性能混凝土试点企业会同江苏省辖市混凝土行业协会，在市造价站发布的普通混凝土指导价的基础上，结合地区混凝土材料成本和产品升级换代后实际运营成本等因素，共同组织采样，并编制了高性能混凝土指导价信息。

在肯尼亚蒙内铁路项目建设过程中，针对中国铁路相关标准所规定的混凝土掺合料并未包含天然火山灰(渣) 的问题，2013年以来，中国建筑科学研究院基于充分的实地调研和考察，以肯尼亚当地的火山渣和凝灰岩为主要研究对象，进行了系统的试验研究和论证。研究发现，磨细凝灰岩和火山渣的水化放热速率与粉煤灰相当，累计水化热也表现出相同的规律。而火山灰与粉煤灰的技术区别主要体现在三个方面：形貌、密度及活性差异。研究结果表明，天然火山灰替代粉煤灰作为矿物掺合料用于混凝土，其工作性、力学性能和耐久性均满足铁路混凝土标准的要求。而且，通过研究天然火山灰(渣) 的有效碱与以Na2Oeq 计算的总碱含量的关系，解决了碱含量“超标”的问题。在系统研究的基础上，实现了肯尼亚当地火山灰的成功开发与工程应用，突破了原有的中国铁路标准，并形成了肯尼亚国家标准《天然火山灰混凝土应用技术规范》中英文建议稿。这是中国标准在国外项目实施中的一次成功经验，也是以中国标准为框架形成当地标准的一次成功案例。此外，天然火山灰质材料作为掺合料在蒙—内铁路混凝土中的有效应用，还产生了巨大的经济效益，其掺量按胶凝材料用量的15%～25%计算，基于当地水泥价格是国内的5～6 倍的情况，初步估计可节约工程成本上亿元人民币。在中国标准框架下，研究不同地区具体技术参数，实现中国技术与标准在国外的应用，能够及时、有效地解决混凝土工程技术问题，减少管理和协调成本，增加技术方案的可行性和便利性，大大缩短建设成本。

2 结语

高性能混凝土推广应用是我国混凝土技术发展的必然趋势。以满足工程需求为目标、以优质常规原材料应用为基础、以绿色生产为途径、以生产与施工全过程控制为保障、以量化评价指标体系为准绳、以实现性能全面优异为导向，是高性能混凝土被赋予的新内涵。高性能混凝土的理念和技术体系将有助于提升我国混凝土技术水平，同时提升混凝土工程质量。推广应用高性能混凝土实质上是一个对工程设计、混凝土生产、施工、验收等多个环节的系统性提升，也将注定是一项“久久为功”的工作。