高性能混凝土论文文献

高性能混凝土配制施工技术方法

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。下面由我为大家分享高性能混凝土配制施工技术方法，欢迎大家阅读浏览。

1 高性能混凝土的性能特点

耐久的混凝土必须能抵抗风化作用、化学侵蚀、磨耗和其他破坏过程，这表示高性能混凝土不仅应有高强度，而且应具有高刚度，体积变化小，实际上不透水，氯离子难以渗透，高弹性模量，收缩徐变小，热应变小等特点。因此，高性能混凝土在组成和结构上与普通混凝土应有所不同，首先应具有以下结构特点[1]：

1) 孔隙率很低，而且基本上不存在大于100nm的大孔;

2) 水化物中Ca(OH)2含量减少，C-S-H和Aft含量增多;

3) 未水化颗粒多，未水化颗粒和矿物细掺料等各级中心质效应增多，中心质网络骨架得到强化;

4) 界面过渡层厚度小，并且孔隙率低，Ca(OH)2数量减少，取向程度下降，水化物结晶颗粒尺寸减少，更接近于水泥石本体水化物的分布，因而得到加强。

其次，高性能混凝土的配制特点是低水胶比、掺加高效减水剂和矿物细掺料，故从组成和配比来看，高性能混凝土还应具有以下特点：

1)水灰比(W/C)≤

按照Rüch提出的相图[2]，当水灰比>时，水泥全部水化后，水泥石中含有水泥凝胶、凝胶水、毛细水和空隙。而毛细水在混凝土中是可以扩散渗透的，也就是说，W/C>时，混凝土中有毛细管存在，抗渗性降低，耐久性降低。所以配制高性能混凝土时，水灰比不应大于。

2)高效减水剂是降低混凝土中水灰比的必须材料，也是高性能混凝土不可或缺的组分。为使混凝土具有良好的工作性能，高效减水剂除了具有高的减水率外，还应具有有效控制塌落度损失的功能。

3)矿物掺合料是高性能混凝土的功能组分之一，它可以填充水泥的空隙，在相同的水胶比下，能提高流动性，硬化后也能提高强度。更重要的是能改善混凝土中水泥石与集料的界面结构，使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得到提高。

4)对高性能混凝土有抗冻或其他要求时，应掺加引气剂，以及其他有关的外加剂，如阻锈剂等。

因此配制高强高性能混凝土时，应根据工程实际的耐久性、流动性与强度要求及所处的环境，确定原材料的品种与质量(如胶凝材料、外加剂、掺和料、集料及粗集料最大粒级、品种等)，选择合理的工艺参数，确定混凝土配合比。此外，高性能混凝土的施工需要进行严格的质量控制。

2 高性能混凝土的组成材料

HPC和NC一样，要应用水泥、集料和水，同时必须使用外加剂和矿物细掺料，但是由于高性能的要求，HPC对材料质量的要求更高，其组成材料的数量和比例与NC明显不同。为了获得高强度、大流动性的高性能混凝土，除水泥、水、集料等应选用优质原材料外，还必须采取以下技术措施：

1.掺加活性较高的矿物掺合料，如硅灰、磨细矿渣微粉、超细粉煤灰、天然沸石粉等，充分利用超细粉的填隙作用以形成细观紧密体系，改善混凝土孔结构，提高混凝土的密实度，同时改善混凝土界面结构，提高界面粘结强度。

2.掺加优质高效减水剂，如采用缓凝高效减水剂既可保证混凝土有足够流动性，又能有效控制混凝土的坍落度损失。

3 高性能混凝土的配合比设计

高性能混凝土配制目标和影响因素

1)耐久性：如前所述，HPC配制的目标主要是耐久性，由于大多数造成混凝土劣化的物理或化学侵蚀都是有害介质通过水的浸入而发生的，所以低的渗透性是混凝土的第一道防线。影响混凝土渗透性的主要因素是拌合物的均匀性、稳定性，以及硬化混凝土的密实度、中心质网络的形成、界面结构、尺寸稳定性和所用原材料的品质等。

2)强度：由于具有减少高层建筑柱和大跨度桥梁等构件的断面、降低结构物自重、扩大使用面积等优势，在允许减小断面的部位，应尽量提高混凝土的强度。目前，结构设计中对混凝土的要求仍以抗压强度为主要指标，因此混凝土配合比可见的设计依据首先也还是抗压强度。影响强度和密实度的主要因素是水胶比和矿物掺合料的用量，同时受界面的影响，粗集料的粒径、砂率和浆体数量也会对强度有所影响。

3)工作性：HPC的工作性很重要，是保证混凝土浇筑质量的关键。HPC应具有高流动性、可泵性，拌合物应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性，同时为了保证施工质量，在配料时还应考虑减少流动性损失。影响HPC拌合物工作性的主要因素有水泥浆用量(涉及水胶比、胶凝材料用量及砂率等)、集料级配、外加剂品种及其掺量等。

高性能混凝土配合比法则

根据高性能混凝土的特点，在配合比设计时应遵循以下法则：

1)灰水比法则：混凝土的强度与水泥强度成正比，与灰水比成正比。灰水比一经确定，不能随意变动。这里的“灰”包括所有胶凝材料，也可称为胶水比。

2)混凝土密实体积法则：可塑状态混凝土的总体积为水、水泥(胶凝材料)、砂、石的密实体积之和。这一法则是计算混凝土配合比的基础。

3)最小单位用水量或最小胶凝材料用量法则：在灰水比固定、原材料一定的情况下，使用满足工作性的最小加水量(即最小的浆体量)，可得到体积稳定、经济的混凝土。

4)最小水泥用量法则：为降低温升，提高混凝土抵抗环境因素侵蚀的能力，在满足混凝土早期强度要求的前提下，应尽量减少胶凝材料中的水泥用量。

高性能混凝土配合比参数的选择

高性能混凝土的配合比参数主要有水胶比、浆集比、砂率和减水剂用量。

1)水胶比：水灰比(或水胶比)不仅极大的影响混凝土的强度，同时会极大的影响混凝土的抗渗性能和耐久性，水灰比大的水泥石的毛细孔隙较大，渗透性增加，耐久性降低。《普通混凝土配合比设计技术规程》中由于对耐久性有要求，规定了最大水灰比与最小水泥用量。对于高性能混凝土，为达到低渗透性以保证混凝土的耐久性，其水灰比不宜大于～。有研究表明，硅酸盐水泥水化时，结合水约占水泥重量的22%，即在目前所用水泥和高效减水剂的条件下，采用普通的拌合、浇筑和养护技术措施，最佳水灰比约为。水灰比小于，则水泥石达不到足够的密实程度，因此高性能混凝土的'水灰比取值范围应为～。如陕西钟佳墙采用的水胶比，掺加Ⅱ级粉煤灰配制出C80的泵送达流动性混凝土[3]。

2)浆集比：水灰比确定以后，胶凝材料总量就反映了水泥浆和集料的比例，即浆集比。试验证明，HPC中水泥浆/集料的体积比宜为35/65。即为保证混凝土具有良好的流动性，要求有较大的胶凝材料总用量，但随胶凝材料用量的增加，混凝土的弹性模量会有所下降，混凝土的收缩也会有所增加。根据经验，HPC的胶凝材料总量以不超过550 kg/m3为宜，并随混凝土强度等级的下降而减少，但最少不能低于300 kg/m3。

此外由于水灰比较低，水泥用量较高时，高性能混凝土会有较高的水化热，温升较高，容易引起体积变形，产生温度裂缝。因而从技术性能与经济上考虑，需要掺加辅助胶凝材料，以减少混凝土的温升和干缩，提高抗化学侵蚀的能力，增加密实度，并降低成本。一般以10%～30%的辅助胶凝材料取代水泥，可以单独掺加硅灰、矿渣、粉煤灰，也可以掺加硅灰与粉煤灰或硅灰与矿渣的混合物。

3)砂率：在水泥浆量一定的情况下，细集料对混凝土配合比的影响比粗集料更为显著，重量一定时，细集料的表面积比粗集料大得多，所有集料的表面都需要有胶凝材料浆体包裹，因而砂的颗粒级配以及砂率的大小均对浆体的需要量有直接的影响。高性能混凝土胶凝材料用量较大，若细集料用料较少，粗集料用量较大，则可以减少浆体用量，比较经济，也可以获得较高的强度，故在和易性能满足施工要求的条件下，可以选择较小的适宜的砂率。认为[2]，应用适当的粗集料，水泥浆/集料的体积比为35/65的条件下，可以制造出尺寸稳定性好的高性能混凝土，在粗集料最大粒径为12～19mm时，推荐的砂率为36%～39%。通过对国外典型工程和实验室配合比的统计，发现对于28d抗压强度为60～120的高性能混凝土，砂率大多在34%～44%范围内;当强度在80～100之间时，砂率主要集中在38%～42%之间;且随混凝土强度的增高，砂率呈减少的趋势。如内蒙古杭美艳采用的砂率，掺加650㎡/kg的超细矿渣配制出C80的高性能混凝土[4]。

4)减水剂掺量：在上述低水灰比的条件下，要拌制高施工性能的混凝土是十分困难的，必须要应用高效减水剂。高效减水剂具有较强的分散作用，其减水率可以高达30%以上，在水泥用量大或水泥颗粒相对较细时，分散作用更为显著。高效减水剂的掺量一般以水泥质量的左右较为适宜，或者掺加～的高效减水剂和左右的木质素磺酸钙，以适当控制混凝土的坍落度损失。当胶凝材料用量较大时，高效减水剂的掺量需要增加。

4 高性能混凝土的施工与质量控制

如果材料选择与配合比设计正确，高性能混凝土的耐久性在很大程度上决定于施工质量是否优良，混凝土的制造和施工决定了混凝土的性能。加料顺序正确，拌和彻底、均匀、运输与搬运过程混凝土拌合物不离析、振捣密实、养护充分等均是保证高性能混凝土质量的重要因素。

高性能混凝土可以应用普通混凝土的施工设备进行施工，但其施工质量控制应该更加严格，配料计量误差要在允许的范围之内，原材料质量变化的检查次数要增加，混凝土的拌和要彻底均匀，应保证新拌混凝土具有良好的施工性能。HPC特别强调的一个方面就是应具有适宜的和易性以保证满意的浇筑质量，为利于浇筑，HPC通常需要较大的，如10～20cm的坍落度。但由于HPC胶凝材料用量大，水灰比较小，混凝土拌合物比较粘稠，坍落度损失较快，如果坍落度损失过大将不利于混凝土的浇筑、密实和均匀化，影响结构整体质量。因此，在高性能混凝土施工过程中除要求高效减水剂具有良好的控制塌落度损失性能外，还应特别注意施工组织安排，尽量减小混凝土坍落度损失。

此外，由于高强和高性能混凝土均有较高的水化温升，根据混凝土成分和环境条件的不同大约在浇筑后24～48h到达最高温度，所以HPC施工一般不应过早拆模，同时拆模后不宜立即移走模板，应持续保护几小时，以避免冷击。同时，正确的抹面和水养护是获得不透水表面的重要步骤[5]，对于低水灰比的HPC，不仅需要保持内部水分不蒸发，还要注重从外部环境中补充水分，应进行外界潮湿养护，以保证混凝土充分水化，提高混凝土的综合性能。

参考文献：

[1]吴中伟，廉慧珍.高性能混凝土[M].北京：中国铁道出版社，1999

[2]冯乃谦编著.高性能混凝土[M].北京：中国建筑工业出版社，1996

[3]钟佳墙，刘凯等.Ⅱ级粉煤灰在C80泵送大流动性混凝土中的试验研究.第三届全国商品混凝土大会论文集，2006

[4]杭美艳，赵根田，高春彦.用超细矿渣微粉配制C80混凝土的研究.混凝土，2007

[5]张传仓，杨利民等.大体积混凝土测温技术工程实践应用.混凝土，2007，(4)

混凝土简析摘要：在土建工程中，混凝土是用途最广、用量最大的建筑材料之一。近百年来，混凝土强度不断的提高成为它主要的发展趋势。发达国家越来越多的使用50MPa以上的高强混凝土。有些远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度的同时，也提出耐久性和施工和易性的要求，尤其是近5年，在很多重要工程中都成功地采用高性能混凝土。关键词：混凝土 耐久性 强度高性能混凝土具有丰富的技术内容，尽管同业对高性能混凝土有不同的定义和解释，但彼此均认为高性能混凝土的基本特征是按耐久性进行设计，保证拌和物易于浇筑和密实成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀。一、基于上述特点，高性能混凝土成为我国近期混凝土技术的主要发展方向。高性能混凝土的核心是保证耐久性。耐久性对工程量浩大的混凝土工程来说意义非常重要，若耐久性不足，将会产生极严重的后果，甚至对未来社会造成极为沉重的负担。据美国一项调查显示，美国的混凝土基础设施工程总价值约为6万亿美元，每年所需维修费或重建费约为3千亿美元。美国50万座公路桥梁中20万座已有损坏，平均每年有150-200座桥梁部分或完全坍塌，寿命不足20年；美国共建有混凝土水坝3000座，平均寿命30年，其中32%的水坝年久失修；而对二战前后兴建的混凝土工程，在使用30-50年后进行加固维修所投入的费用，约占建设总投资的40%-50%以上。回看中国，我国50年代所建设的混凝土工程已使用40余年。如果平均寿命按30-50年计，那么在今后的10-30年间，为了维修这些建国以来所建的基础设施，耗资必将是极其巨大的。而我国目前的基础设施建设工程规模宏大，每年高达2万亿人民币以上。照此来看，约30-50-年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费用和重建费用将更为巨大。因此，高性能混凝土更要从提高混凝土耐久性入手，以降低巨额的维修和重建费用。一般混凝土工程的使用年限约为50-100年，不少工程在使用10-20年后，有的甚至使用9年以后，即需要维修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能满足耐久性要求的根本原因，在于混凝土本身的内部结构。二、影响混凝土耐久性的主要因素大致可以分为以下几点：（一）、在混凝土工程中为了满足混凝土施工工作性要求，即用水量大、水灰比高，因而导致混凝土的孔隙率很高，约占水泥石总体积的25%-40%，特别是其中毛细孔占相当大部分，毛细孔是水分、各种侵蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物质进入混凝土内部的通道，引起混凝土耐久性的不足。（二）水泥石中的水化物稳定性不足也会对耐久性产生影响。例如，波特兰水泥水化后的主要化合物是碱度较高的高碱性水化矽酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。此外，在水化物中还有数量很大的游离石灰，它的强度极低、稳定性极差，在侵蚀条件下，是首先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必须减少或消除这些稳定性低的组分，特别是游离石灰。（三）、根据对影响混凝土耐久性的主要因素的分析，就可以找出提高混凝土耐久性的主要技术途径。如上分析，要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型共所困难，同样造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂窝等宏观缺陷，不但混凝土强度降低，而且混凝土的耐久性也同时降低。目前提高混凝土耐久性基本有以下几种方法：三、 掺入高效减水剂：（一）、在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减少水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂的定向排列，使水泥质点表面均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒表面形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝体内的游离水释放出来，因而达到减水的目的。许多研究表明，当水灰比降低到以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现，而掺入高效减水剂，完全可以将水灰比降低到以下。（二）、 掺入高效活性矿物掺料：普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料中含有大量活性Si02及活性Al203，它们能和波特兰水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反映，生成强度更高、稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而达到改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。此外，还能改善集料与水泥石的界面结构和界面区性能。这些重要的作用，对增进混凝土的耐久性及强度都有本质性的贡献。（四） 消除混凝土自身的结构破坏因素：除了环境因素引起的混凝土结构破坏以外，混凝土本身的一些物理化学因素，也可能引起混凝土结构的严重破坏，致使混凝土失效。例如，混凝土的化学收缩和干缩过大引起的开裂，水化性过热过高引起的温度裂缝，硫酸铝的延迟生成，以及混凝土的碱骨料反映等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必须减小或消除这些结构破坏因素。限制或消除从原材料引入的碱、S03、C1- 等可以引起破坏结构和侵蚀钢筋物质的含量，加强施工控制环节，避免收缩及温度裂缝产生，以提高混凝土的耐久性。四、 保证混凝土的强度：尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高。与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现在的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。此外，在排除内部破坏因素的条件下，随着混凝土强度的提高，其抵抗环境侵蚀破坏的能力也越强。高性能混凝土在配制上的特点是低水灰比，选用优质原材料，除水泥、水和骨料外，必须掺加足够数量的矿物集料和高效减水剂，减少水泥用量，减少混凝土内部孔隙率，减少体积收缩，提高强度，提高耐久性。五、混凝土工程中的耐久性问题强度和耐久性是混凝土结构的两个重要指标,因以往工程中习惯上只重视混凝土的强度,或片面追求高强度而忽视混凝土的耐久性.混凝土的耐久性是使用期内结构保证正常功能的能力,关系结构物的使用寿命,随着结构物老化和环境污染的加重,混凝土耐久性问题已引起了各主管部门和广大设计,施工部门的重视.曾有调查表明,国内大多数工业建筑在使用25-30年后即需大修,处于严酷环境下的建筑物的使用寿命仅15-20年,桥梁,港口等基础设施工程尤其严重.许多工程建成后几年就出现钢筋锈蚀,混凝土开裂.有专家指出,我国大干基础设施工程建设的高潮还需延续,而由于忽视耐久性问题,迎接我们的还会有大修的高潮,其耗费将倍增于工程建设时的投资.而其原因却往往是由于混凝土耐久性不足引起的.六、混凝土结构耐久性问题的分析混凝土耐久性问题,是指结构在所使用的环境下,由于内部原因或外部原因引起结构的长期演变,最终使混凝土丧失使用能力.即所为的耐久性失效,耐久性失效的原因很多,有抗冻失效,碱-集料反应失效,化学腐蚀失效,钢筋锈蚀造成结构破坏等.下面作具体分析.七、混凝土的冻融破坏当结构处于冰点以下环境时,部分混凝土内孔隙中的水将结冰,产生体积膨胀,过冷的水发生迁移,形成各种压力,当压力达到一定程度时,导致混凝土的破坏.混凝土发生冻融破坏的最显著的特征是表面剥落,严重时可以露出石子.混凝土的抗冻性能与混凝土内部的孔结构和气泡含量多少密切相关.孔越少越小,破坏作用越小,封闭气泡越多,抗冻性越好.影响混凝土抗冻性的因素,除了孔结构和含气量外,还包括:混凝土的饱和度,水灰比,混凝土的龄期,集料的孔隙率及其间的含水率等.。八、混凝土的拌制尽量采用二次搅拌法,裹砂法,裹砂石法等工艺,提高混凝土拌合料的和易性,保水性,提高混凝土强度,减少用水量;大体积混凝土的浇筑振捣应控制混凝土的温度裂缝,收缩裂缝,施工裂缝,建立混凝土的浇筑振捣制度,提高混凝土密实度和抗渗性,重视混凝土振捣后的表面工序,并加强养护,以减少混凝土裂缝.混凝土的施工过程对控制构件外观裂缝,施工裂缝至关重要,应加强施工质量管理,特殊季节施工的混凝土结构,尚应采取特殊措施.九、 结构的日常维护结构在使用阶段,应注意检测,维护和修理,对处于露天和恶劣环境下的基础设施工程更应如此,,建立检测和评估体系,及时发现,及时修理,确保混凝土结构的正常使用。参考文献：1、《混凝土结构的耐久性设计方法》 陈肇元 编 《建筑技术》（m）2、《建筑施工技术》