对高性能混凝土的特性和应用的探究

赵勇

【摘 要】通过高性能水泥混凝土与普通水泥混凝土比较，阐明高性能混凝土的特性，针对特性在高性能混凝土应用时从原材料、配合比设计等方面应注意相关事项，以确保水泥混凝土的高性能。

【关键词】高性能;混凝土;特性;注意事项

随着科学技术和生产力的迅速发展，水泥混凝土技术也得到很大发展;随着高等级公路建得越来越多，传统的普通水泥混凝土已不能满足需要;因此，一种高性能水泥混凝土在工程建设中迫切需要。

1高性能混凝土概述

1.1高性能混凝土的定义

在普通混凝土基础上，充分运用先进的材料技术和现代科学技术手段，大幅度地提高混凝土的各种性能，使之满足构筑物的设计和使用要求且更加便捷于施工浇筑，并向着绿色、节能、环保和经济等发展的混凝土;这里的混凝土性能是指满足设计要求的强度、耐久性、工作性、密实性、体积稳定性及良好的外观质量等。高性能混凝土并不是必须同时具备所有上述性能，只要其中某项性能比之普通混凝土有较大提高，就可以称之为高性能混凝土。

1.2高性能混凝土与普通混凝土

普通混凝土是由水泥、集料和水拌和而成的具有可塑性的材料，干密度为2000-2800kg/m3的水泥混凝土。普通混凝土具有满足设计的强度要求、满足环境的耐久性、具有良好的工作性和经济性等性能。普通混凝土设计时主要从混凝土强度出发，通过最大水灰比和最小水泥用量满足规定的混凝土结构物的环境条件;普通混凝土的工作性包括混凝土的流动性、粘聚性、保水性等。

高性能混凝土是在普通混凝土的基础上发展而来的，高性能混凝土在保持普通混凝土特性不变的情况下，通过一些科技手段和技术措施来提高混凝土的各项性能，使混凝土不但满足设计强度，而且混凝土的耐久性更长、工作性更好、使用更方便经济。

2高性能混凝土的特性

2.1满足特殊设计的要求

满足设计要求是混凝土的最基本的性能，其实也就是按设计文件进行施工;设计单位按设计规范和招标文件对构筑物的混凝土强度等级、抗渗抗冻等级等在设计文件中都应该有比较详细的说明。

高性能混凝土首先必须满足设计对混凝土特殊性能的要求，设计上除对混凝土构筑物结构功能和安全使用性能作出最基本的要求外，对一些特殊构筑物或特殊使用环境的构筑物会有特殊的设计要求，因此施工时必须按照设计的特殊要求进行混凝土配合比设计计算。设计文件对高性能混凝土的要求一般有混凝土高强度等级、低弹性变形、良好的体积稳定性、高耐久性等，特殊使用环境下的高性能混凝土还包括氯离子和碱含量、密实性及抗腐蚀性等。

2.2卓越的施工性能和良好的使用性能

2.2.1高性能混凝土的施工性能

高性能混凝土卓越的施工性能是混凝土便于施工、减少施工设施及提高施工功效的性能，包括工作性、可泵性、缓凝、早强、低水化热等。

① 工作性。高性能混凝土的工作性是混凝土的流动性、粘聚性、保水性、保坍性等性能的综合反映。混凝土的流动性是混凝土在自重或外力作用下，能够从高向低流动填充以达到混凝土浇筑并密实的性能;粘聚性是反映混凝土集料与水泥浆界面状态的特性，粘聚性良好的混凝土水泥浆充分包裹集料表面和填充集料空隙，混凝土质地粘稠均匀;保水性是指混凝土不泌水和不产生离析的性能;保坍性是混凝土在不利环境下保持初始坍落度或减小坍落度损失的性能。高性能混凝土良好的工作性应是具有符合配合比设计和满足施工要求的坍落度，流动性和粘聚性良好便于浇筑振捣，混凝土不产生泌水和离析现象，在不利的施工环境下坍落度损失较小的混凝土。

② 可泵性。随着经济和社会生产的发展，高大建筑物越来越多，混凝土施工机械化程度越来越高，用混凝土泵车进行高大混凝土浇筑已是寻常之事。因此，可泵性也是高性能混凝土施工性能之一，混凝土的可泵性指混凝土易于流動且保坍性良好便于泵送的性能。

③ 缓凝性能。在混凝土运输距离较远或混凝土的浇筑时间较长的情况下，为防止混凝土分层浇筑时由于混凝土凝结时间短而浇筑间隔时间较长引起冷缝，适当延长混凝土的初凝时间和终凝时间，这就是混凝土的缓凝性能。

④ 早强性能。对于预应力混凝土，混凝土的强度满足一定要求时方可进行张拉或放张。有时为满足工程进度计划要求，确保各工序之间的良好衔接，需尽快完成预应力的张拉或放张，就必须提高混凝土的早期强度。有些构筑物是分期浇筑的，只有前期浇筑的混凝土构件达到一定强度后才能进行下道工序的混凝土浇筑，因此，为了不影响整体施工进度计划，需使用早强性能的混凝土。混凝土的早强性能是使混凝土早期强度增长较快以满足施工强度要求的性能。

⑤ 低水化热。对于大体积混凝土浇筑，由于混凝土体积大，混凝土水化热散失较慢，大量的水化热蓄积可能会使混凝土产生裂缝。因此必须通过降低混凝土的水泥用量，掺加优质矿物掺和料来降低混凝土的水化热。

2.2.2高性能混凝土良好的使用性能

高性能混凝土良好的使用性能是指混凝土构筑物浇筑后的实体在使用过程中所具有的特性或人们赋予的特性，包括混凝土外观质量、耐久性、体积稳定性和经济性等。

① 外观质量。近年来对混凝土外观质量要求越来越重视，尤其是部分跨越城市主要街道的景观桥梁和部分无修饰的混凝土景观建筑，对混凝土外观质量要求很高。混凝土外观质量主要是指混凝土构筑物表面外观色质均匀一致，无色斑、色差，混凝土表面平整密实光亮，无蜂窝麻面、无浮浆、无砂线和水线。必须通过提高混凝土的性能才能达到外观质量要求。

② 耐久性。耐久性反映混凝土结构物在使用环境中，长期抵抗内部和外部劣化因素作用，维持其结构功能的性能，由混凝土密实性、抗渗抗冻性、抗腐蚀性等综合决定。混凝土结构在气态或液态环境中所受的破坏有混凝土的碳化、氯离子侵蚀引起的钢筋锈蚀，混凝土碱集料反应、硫酸盐腐蚀引起的混凝土破坏和冻融破坏等。

③ 体积稳定性。体积稳定性是混凝土在固化或使用过程中抵抗变形的能力，混凝土变形有收缩变形、温度变形、弹性变形和徐变变形等。良好的混凝土体积稳定性可以减少混凝土因干缩或变形产生的裂缝，提高混凝土的使用性能。

④ 经济性。经济性是高性能混凝土基本性能之一，一方面提高混凝土的性能以满足设计和施工需要，一方面应考虑混凝土组成材料的性价比，使混凝土更加高效经济。从广义的混凝土经济性来讲，提高了混凝土的各项性能，延长了结构使用寿命，减少了维修费用，降低了施工成本，因此也就提高了混凝土的经济性。

高性能混凝土的各项性能并不是单一存在的，它们总是并存于混凝土之中并相辅相成;提高混凝土的工作性，方便了施工浇筑，因此混凝土较容易密实，也就能提高混凝土的耐久性;提高混凝土的体积稳定性可以减少混凝土裂缝，同时提高了混凝土耐久性。

3高性能混凝土工程应用的注意事项

3.1原材料选择

3.1.1水泥。水泥是影响混凝土强度的主要材料，高性能混凝土必须使用低碱和性能相对稳定的水泥，根据混凝土配制强度选用不同强度等级的水泥，尽量降低混凝土的水胶比和水泥用量。

3.1.2外加剂。应根据需提高混凝土的性能选择相应的外加剂，外加剂的生产厂家需有较大的生产规模和质量检验检测部门，厂家应有完善的质量保证体系，生产的外加剂性能稳定。应根据地材水泥与外加剂的适应性试验来选用与水泥相容性良好的外加剂，外加剂的掺量应通过试验确定。同时掺加不同功能的外加剂时，需通过试验确定是否影响外加剂的性能。

3.1.3集料。高性能混凝土用粗细集料必须洁净、级配良好且强度满足混凝土要求，粗细集料的吸水率较小。细集料宜用中粗砂，细集料中不宜含有风化砂粒。粗集料的颗粒均匀，针片状颗粒含量较少;应无风化石或其他软弱颗粒，粗集料的合成级配应通过试验确定，应使粗集料能相互填充。所用集料应进行碱集料试验，符合要求的集料方可用于高性能混凝土。

3.1.4矿物掺合料。在高性能混凝土中加入掺合料是提高混凝土性能的方法之一，常用的矿物掺合料有优质粉煤灰、粒化高炉矿渣、矿粉和超细硅粉等。矿物掺合料应选用信誉好质量稳定可靠的厂家，使用前应通过试验检测确定其使用等级是否满足要求。掺加矿物掺合料时必须考虑水泥中掺合料的组分和数量，然后根据混凝土的性能和强度及相关技术规范确定掺量。

3.1.5其他掺合物。用于高性能混凝土的掺和物还有钢纤维、聚丙烯纤维、橡胶或塑料粒子等，其掺量根据设计要求或通过试验确定，掺加纤维或粒子后，混凝土的性能会有所改变，还需调整外加剂、矿物掺合料等材料用量，应通过试验来确定混凝土的整体性能。

3.2优化配合比设计

高性能混凝土试验室配合比确定以后，还应根据施工条件进行混凝土试拌和和浇筑试验构件，检查混凝土是否满足施工性能，如不能完全满足施工要求和构筑物的使用性能，需要分析原因对试验室配合比进行改进优化;在正常施工过程中，还需根据环境和施工工艺对配合比进行优化。

3.3混凝土的拌和及运输

高性能混凝土拌合设备必须计量准确，具有先进的电子控制和电脑储存功能，可以进行全自动控制混凝土的加料、攪拌和出料。由于高性能混凝土掺加了外加剂和掺合料，因此需适当延长混凝土的搅拌时间，才能使混凝土充分拌和均匀。

混凝土运输宜用混凝土罐车并不停地搅动，混凝土从开始拌和到浇筑结束的时间不得大于混凝土的初凝时间;混凝土在运输过程中不得随意加水。在冬季运输混凝土时必须采用保温措施以保证混凝土入模温度。

3.4施工控制

高性能混凝土改善提高了施工性能，方便了混凝土的施工浇筑，但施工时应注意混凝土的振捣顺序、振捣速度和振捣有效半径，防止混凝土欠振或过振，影响混凝土的密实性和外观质量。还需控制好混凝土浇筑的分层厚度和分层浇筑时间，以防分层过厚无法振捣和分层浇筑时间过长形成混凝土冷缝。

3.5混凝土构件的早期养护

高性能混凝土浇筑后需及时覆盖养护，混凝土构件拆去模板后，对裸露的混凝土应及时喷水养护，保证混凝土表面有足够的水分让水泥水化，提高混凝土表面强度，减少混凝土表面的干缩裂缝，保证混凝土构件的使用性能。

总之，在高性能混凝土应用时，先从原材料的选择到配合比的优化设计上应充分考虑能够最大限度地提高混凝土的性能，再从混凝土拌和、运输及施工工艺方面保证混凝土的高性能，最后通过对硬化混凝土的养护和保护，使得高性能混凝土的优越性能得到充分发挥。

参考文献：

[1]戴镇潮;建议取消“高性能混凝土”的名称[J];商品混凝土;2013年07期

[2]熊云川;高性能混凝土朝着绿色化进程发展[J];建材发展导向;2013年03期

[3]张松丹;高性能混凝土的研究与发展现状[J];科技致富向导;2014年08期

（作者单位：江苏省建湖县公路管理站）