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高性能混凝土配制的技术要求河南省第二建筑工程有限责任公司　　王毛毛 肖玉才［摘要］　针对个别人对高性能混凝土的概念含糊不清及高性能混凝土配制的技术要求浅谈几点认识。［关键词］高性能混凝土（ＨＰＣ）定义；配制ＨＰＣ的原材料要求；配制ＨＰＣ的施工要求；配合比设计要求。山西华能榆社发电二期扩建工程规模为2×300MW亚临界直接空冷燃煤脱硫发电机组，该工程于03年４月１日正式开工，由我公司负责施工的输煤系统，砼总用量为30000Ｍ３左右。在具体施工中，考虑大体积，夏季高温及冬季低温对混凝土性能的影响，我们项目部采用在不同情况下在混凝土中加入相应外加剂及粉煤灰的施工方法，对保证混凝土的各种施工性能以及提高混凝土的强度均有良好效果。应用的外加剂及矿物掺合料分别为：建3A高效缓凝减水剂，JM-Ⅲ、高效增强剂、FDN-D早强高效防冻减水剂、FDN-1早强高效减水剂、Ⅱ级粉煤灰。其中翻车机室底板、地下缝式煤槽底板，3＃、4＃、7＃转运站底板均为大体积混凝土和抗渗混凝土，我们项目部试验室对其配制按高性能混凝土进行配制，实践证明底板砼均未出现裂缝且具有良好的耐久性，现对高性能混凝土配制的技术要求浅谈几点认识。 1、 高性能混凝土（ＨＰＣ）定义由美国国家标准局和混凝土学会举行的讨论会，把ＨＰＣ定义为具有所要求的性质和匀质性的混凝土。ＨＰＣ不同于高强度混凝土，它必须同时具备某些使用要求：这就是要求混凝土有高强度、力学性能稳定；高流动性和良好的施工工艺、便于浇筑不离析不泌水；水化温差峰值小、体积稳定性好，在严酷的工作环境下有良好的耐久性等。而靠传统的材料组成、普通的拌合、浇筑与养护方法不可能配制出这种混凝土。对于ＨＰＣ的要求各国不尽相同，欧美国家认为ＨＰＣ的强度性能指标不应低于50～60ＭＰa，而且有良好的施工性与耐久性；日本则更重视混凝土的工作性与耐久性的研究。日本学者欧查瓦等从下述三个阶段来定义ＨＰＣ：在新拌阶段，ＨＰＣ不需要任何振捣就能充满模板的各个角落，这是HPC的一个最重要特性的一个最重要特性；在早期阶段，它很少有原始缺陷，如由水化热、硬化和干缩形成的裂缝；在硬化后阶段，它应有足够的强度并能阻止象Ｃl－、氧和水之类的影响。对ＨＰＣ的理解，中国吴中伟院士认为：应根据经济合理和使用条件等，对ＨＰＣ的性能要求有所侧重。在现阶段，ＨＰＣ的强度在不危及混凝土内部结构，即孔隙、界面和水化物结构的发展和耐久性前提下，一般不应高于Ｃ25～Ｃ30，这样有利于ＨＰＣ的推广与应用。需要说明的是美国混凝土是以强度作为主要设计指标，而ＨＰＣ以耐久性作为主要性能设计指标，同时重视体积不变与施工可操作性，而强度并不是作为主要技术指标。要实现ＨＰＣ的诸多性能要求，选用优质的原材料掺入细掺料（辅助胶结材料）和高效外加剂是先决条件。这些细掺料都是一些活性混合料，是一种工业废渣，价格便宜、节约资源、保护环境、能耗小，确切讲即粉煤灰细掺料。 2. 配制ＨＰＣ的原材料要求现在国际上较普遍采用的配制ＨＰＣ的技术措施是：硅酸盐水泥＋高效减水剂＋活性矿物掺合料。ＨＰＣ的组成材料包括：水泥、掺合料、粗细骨料、减水剂及水等。 2.1水泥ＨＰＣ可以使用普通硅酸水泥、早强硅酸盐水泥、中热水泥等，水泥标号不小于42.5；水泥成分中C3A的含量不能超过８％、通常比表面积为3200C㎡左右。为了控制水泥水化热提高体积稳定性，配制ＨＰＣ时的水泥和活性掺合料总用量在300～550㎏／ｍ３以内。这样在比例恰当的条件下，可以得到抗压强度40～110MPa的混凝土。 2.2活性矿物掺料常用的掺合料有优质粉煤灰、磨细矿渣、硅粉等。它们的活性成分为要是Ｓｉ０２。掺入矿物掺合料代替部分水泥配制的ＨＰＣ可以有效改善混凝土的性能，如通过降低水化热、增加密实度等，从而提高混凝土的抗压强度，改善混凝土的可工作性、抗渗及体积稳定性等。在使用时这些掺合料可单掺或复合掺。优质粉煤灰是指烧失量小于２％、细度高表比面积大于水泥，且小于１０ｕｍ的颗粒占50％、需水量比很低的粉煤灰，单掺优质粉煤灰也可配制出Ｃ７０～Ｃ８０的ＨＰＣ。在混凝土中掺入磨细度在4000㎝2／ｇ的矿渣效果要优于粉煤灰，其细度愈高效果愈好。在各种矿物掺合料中硅粉的增强作用最显著，但硅粉价格高，用水量略大，操作上也有一些不便，使用时可取少量与其它矿物复合使用。ＨＰＣ的强度主要通过不同用水量以及选取不同品种的矿物掺合料用量来调节。需要强度等级越高水灰比就愈低。Ｃ50～Ｃ70的ＨＰＣ以掺优质粉煤灰为主；Ｃ80～Ｃ100的ＨＰＣ以掺磨细矿粉为主；Ｃ100以上以掺硅粉为主。 2.3粗细骨料细骨料以选石英含量高、颗粒浑圆洁净、具有平滑筛分区线的中粗粒径砂，细度模数在２.6～3.2之间为宜；粗骨料的外观形态和表面特征对ＨＰＣ的强度影响很大。理想的骨料必须是干净的、立方形颗粒、含针状和片状的颗料极少，在配制高强ＨＰＣ时，要选用高强度的优质粗骨料。例如：花岗岩、闪长岩、正长岩及辉绿岩等。粗骨料的最大粒径，对ＨＰＣ的需要应该是以10～15㎜为最佳，当超过25㎜时，对强度和抗渗性不利。 2．4高效减水剂为获得高强度，ＨＰＣ的胶结材料用量大、水灰比低、混凝土拌合物的粘性也大。要同时获得较好工作度，就必须采用高效减水剂。高效减水剂是阴离子型高分子的表面活性剂，通常是萘磺酸盐甲醛缩合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物，其特点是既具有很高的减水率（20％～30％），又可以控制坍落度损失的性能。高效减水剂的掺量一般为水泥重量的１％～２％，对于不同等级的混凝土，随其强度的增长提高其掺量也增大。 3.配制HPC的施工要求 3．1搅拌。由于ＨＰＣ的粘性较大，搅拌机的型式与搅拌工艺对混凝土拌合物的流变性能、微观结构及均匀性等均有很大的影响。因此，为了获得高工作性的混凝土拌合物，宜选用搅拌效益高、匀质性好的双锥式搅拌机，并严格按投料顺序进料和拌和。 3.2浇筑振捣。HPC的坍落度可达到200㎜以上，所以有人认为HPC就是免振自密实性混凝土。但是，试验结果及工程表明，不经振捣的HPC强度和抗渗等级均有所下降，还是经过振捣的密实性好。 3.3养护。由于HPC的拌合用水量较少，水化反应速度快，毛细管不会延伸而中断，养护时水分将不能进入混凝土内部，进而不会充分水化，所以HPC在早期的养护必须及早抓紧进行。 4. 配合比设计要求ＨＰＣ配合比设计比普通混凝土要求严格的多，又比较复杂，而且尚无比较系统完整的方法，这主要是因为ＨＰＣ配合比的影响因素较多造成。传统混凝土的强度与水灰比之间的关系已不适用于ＨＰＣ的需求。在水灰比很小时，矿物掺合料的种类与用量对强度与其它性能的影响很大，特别是对混凝土的体积稳定性影响更大。目前已发表的文献资料中还没有系统的标准和配制ＨＰＣ的方法，必须选择适当的材料和配合比进行比较试配，通过实验室大量试验获得适当的配合比，以达到要求强度和工作性要求，体积稳定性和长期耐久性要求。鉴于现时的实际情况，在进行ＨＰＣ配合比设计时可以采取下述技术措施： 4.1抗压强度与水灰比的关系。目前国内外许多资料和学者相继提出了不同形式的ＨPＣ的强度——水灰比的关系式，但它们的适用范围却受到不同的限制，还未形成一个完整统一的强度——水灰比的关系式。因此，目前切实可行的做法是依据现有的试验资料和经验来选择水灰比进行ＨＰＣ的试配，水灰比见表1。表１　抗压强度与水灰比的关系强度等级 C50~C60 C70~C80 C90~C100 >C100 水灰比 0.33~0.37 0.30~0.34 0.25~0.30 <0.25 4.2用水量的确定。用水量的多少要根据混凝土拌合物坍落度的大小和高性能减水剂的效果来确定，一般不大于160~180㎏/m3。表2中的数值主要是凭经验得出的，在正式确定用水量时可作为参考用。表2 抗压强度与最大用水量的关系强度等级 C50~C60 C70~C80 C90~C100 >C100 最大用水量㎏/m3 170 155 140 130 4.3矿物掺量的确定。矿物掺合量的确定要视其品种而定。对于硅粉的掺量通常是胶凝材料的10%；优质粉煤灰及磨细矿渣的掺量一般为胶结材料的10%~30%。由于硅粉较贵配制强度等级低于C80的HPC可不掺硅粉，而用优质粉煤灰或磨细矿渣也可以达到C80以内HPC的强度要求。 4.4粗细骨料用量。因HPC的水灰比小，胶凝材料用量大粘度高，加之使用高效减水剂，混凝土拌合物的工作性容易保证；砂的用量可适当降低以利于混凝土强度的提高，一般可在粗细骨料的总用量的38%~42%之间选择，并随强度增高砂率应逐渐降低，HPC密度大，其表观密度约为2450~2500㎏/m3。 4.5高效减水剂用量。其用量通常为胶凝材料重量的1%~2%，对不同等级 HPC用量也相应增加。参考文献《建筑施工新技术》（内部资料）