摘要:高性能混凝土是泥凝土發(fā)展的趨勢(shì)，介紹了高性能混凝土的定義、性能，分析了其組成材料的基本要求，闡迷了選用的基本原則.通過試驗(yàn)，對(duì)高性能混凝土的配制進(jìn)行了研究.
關(guān)鍵詞:高性能混凝土;組成材料;選用;試驗(yàn)
中圖分類號(hào):TU528 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A
0 引言
水泥混凝土作為當(dāng)今最大宗的人造建筑材料，在眾多建筑工程領(lǐng)域都發(fā)揮著其它材料所無(wú)法替代的作用和功能，在世界各國(guó)中得到了最廣泛的應(yīng)用.隨著時(shí)代的發(fā)展，一些特殊工程，如高層及超高層建筑、高速公路、大跨度橋梁、地下結(jié)構(gòu)、海底隧道、港口碼頭、大型堤壩等，由于其所處環(huán)境和受力特點(diǎn)對(duì)混凝土性能提出了許多新的更高的要求，需要有更好的施工性能，更高的強(qiáng)度、耐久性及某些特殊功能，而這些都是普通混凝土所遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足的.因此，當(dāng)今混凝土的發(fā)展必將走向高性能的道路，研究和開發(fā)高性能混凝土具有重要意義.
1 高性能混凝土的特點(diǎn)
190年5月，在美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)與美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)(ACI)召開的會(huì)議上首先提出高性能混凝土(HPC)這個(gè)名詞，將HPC定義為具有所要求的性能和均質(zhì)性的混凝土.我國(guó)的昊中偉院士認(rèn)為〔1〕，HPC是一種新型的高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高混凝土性能的基礎(chǔ)上，采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，在嚴(yán)格的質(zhì)量管理的條件下制成的，除了水泥、水、集料以外，必須摻加足夠數(shù)量的細(xì)摻料與高效外加劑，HPc重點(diǎn)保證下列性能:
1) 高 強(qiáng) 度性.由于HPC 的高強(qiáng)(60－l00MPa)和超高強(qiáng)(多l(xiāng)00MPa)特性，可使混凝土結(jié)構(gòu)尺寸大大減小，從而減輕結(jié)構(gòu)自重和對(duì)地基的荷載，并減少材料用量，增加使用空間，大幅度地降低工程造價(jià).
2) 高 工 作性.HPC具有良好的流變學(xué)性能，高流動(dòng)性，不泌水，不離析，能在正常施工條件下保證混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性和均勻性，可以減輕施工勞動(dòng)強(qiáng)度，節(jié)約施工能耗.
3) 高 耐 久性.HPC應(yīng)具備高的抗?jié)B性、抗凍性和抗蝕性，可增加對(duì)惡劣環(huán)境的抵御能力，延長(zhǎng)建筑物的使用壽命，減少維修費(fèi)用及對(duì)環(huán)境帶來的影響，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益.
4) 具 有某 些特殊功能.如超早強(qiáng)、低脆性、高耐磨性、吸聲、自呼吸性等[2].
由于高性能混凝土的優(yōu)良性能，十幾年來在國(guó)內(nèi)外得到了迅速發(fā)展，在高層建筑、大跨橋梁、海上建筑、公路等建設(shè)中被廣泛應(yīng)用，今后的發(fā)展趨勢(shì)是.高性能混凝土將大量代替?zhèn)鹘y(tǒng)混凝土被應(yīng)用在各種工程中，成為21世紀(jì)主要的建筑結(jié)構(gòu)材料.
2 高性能混凝土的組成材料
2.， 水泥
高性能混凝土所用水泥應(yīng)具有較高的強(qiáng)度、良好的流變性能以及與高效減水劑良好的相容性.因此，選擇水泥時(shí)，應(yīng)重點(diǎn)按照其強(qiáng)度等級(jí)、水化熱、需水量、幾A含量、堿含量等指標(biāo)進(jìn)行評(píng)定.高性 能 混 凝土所用水泥的強(qiáng)度等級(jí)應(yīng)不低于42.SMPa，以保證混凝土的高強(qiáng)度.為確保其流動(dòng)性，所用水泥的流變性能更為重要，一般要求選用中熱硅酸鹽水泥，并宜選擇活性較高的，這樣其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量較低，能使混凝土在較低水灰比例下具有良好的工作性，并可以降低水泥的水化熱，提高混凝土的體積穩(wěn)定性，減少溫度裂縫的產(chǎn)生機(jī)會(huì).
水泥與高效減水劑應(yīng)具有良好的相容性，特別是在低水膠比的高性能混凝土中，相容性問題就更加突出.水泥與高效減水劑的相容性不好時(shí)，不僅會(huì)影響高效減水劑的減水率，更重要的是會(huì)造成混凝土嚴(yán)重的坍落度損失.影響水泥與高效減水劑相容性的主要因素，對(duì)水泥來說是5飛含量同水泥中幾A、細(xì)度和堿含量的匹配，所以水泥中烏A含量、堿含量和硫酸鹽含量要低，一般堿含量應(yīng)控制在0.6%以下，幾A含量應(yīng)控制在8%以下.較低的堿含量，又可以抑制與活性骨料發(fā)生堿骨料反應(yīng)導(dǎo)致混凝土膨脹開裂.在 國(guó)外 ，高性能混凝土所用的水泥多由硅酸鹽水泥與硅粉、礦渣等超細(xì)粉末組成的調(diào)粒水泥或由水泥熟料經(jīng)過特殊粉末加工工藝制成的球狀水泥.可見，隨著高性能混凝土的發(fā)展，生產(chǎn)適用于高性能混凝土的水泥勢(shì)在必行.
2.2 集料
2.2.1 粗集料
高性能混凝土必須選用強(qiáng)度高、吸水率低、級(jí)配良好的粗集料.宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀顆粒含量低(不宜大于5%)的硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖碎石，級(jí)配符合規(guī)范要求.由于 高 性 能混凝土要求強(qiáng)度較高，就必須使粗集料具有足夠高的強(qiáng)度，一般粗集料強(qiáng)度應(yīng)為混凝土強(qiáng)度的1.5－2.0倍或控制壓碎指標(biāo)值》10%.最大粒徑不應(yīng)大于25mm，以10~20mm 為佳，這是因?yàn)?，粗集料最大粒徑越大，混凝土的?qiáng)度越低，而較小粒徑的粗集料，其內(nèi)部產(chǎn)生缺陷的幾率減小，與砂漿的粘結(jié)面積增大，且界面受力較均勻.
粗集料還應(yīng)注意集料的粒型、級(jí)配和巖石種類，一般采取連續(xù)級(jí)配[s]，控制表觀密度≯2.65kg/L，飽和面干吸水率筍1%，其中尤以級(jí)配良好、表面粗糙的石灰?guī)r碎石為最好，這可能是因?yàn)槭規(guī)r的礦物成分能與水泥漿有較好的結(jié)合所致.粗集料的線膨脹系數(shù)要盡可能小，這樣能大大減小溫度應(yīng)力，從而提高混凝土的體積穩(wěn)定性.
2.2.2 細(xì)集料
細(xì)集料宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、級(jí)配良好的天然中、粗河砂，其質(zhì)量要求應(yīng)符合普通混凝土用砂石標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定.砂的粗細(xì)程度對(duì)混凝土強(qiáng)度有明顯的影響，一般情況下，砂子越粗，混凝土的強(qiáng)度越高.配制C60-CSO的混凝土用砂宜選用細(xì)度模數(shù)大于2.3的中砂，對(duì)于C80-Clo的混凝土用砂宜選用細(xì)度模數(shù)大于2.6的中砂或粗砂.
2.3 活性細(xì)摻合料
配制高性能混凝土?xí)r，摻人活性細(xì)摻合料可以使水泥漿的流動(dòng)性大為改善，空隙得到充分填充，使硬化后的水泥石強(qiáng)度有所提高.更重要的是，加人活性細(xì)摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu).使混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高.活性細(xì)摻合料是高性能混凝土必用的組成材料.研究 表 明 ，在高性能混凝土中活性細(xì)摻合料可替代水泥50%~80%，從而大大減少水泥工業(yè)排出的C仇量，減少溫室效應(yīng)、有害粉塵與廢氣，而活性細(xì)摻合料又是工業(yè)廢料經(jīng)粉磨制成的，因此可起到節(jié)約能源和資源、綜合利用廢物、減少環(huán)境污染的作用，使高性能混凝土成為可持續(xù)發(fā)展的建筑材料.在高 性 能 混凝土中常用的活性細(xì)摻合料有粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉、硅粉、天然沸石粉等.粉煤灰是火電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰，它能提高混凝土的抗?jié)B性，顯著改善混凝土拌合物的工作性，大摻量粉煤灰混凝土還對(duì)環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源有重要意義.配制高性能混凝土的粉煤灰宜采用比表面積≧785m2/kg、粒徑≦10um、含碳量低、需水量低的優(yōu)質(zhì)粉煤灰.礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài)下迅速水淬冷卻而成的，用于高性能混凝土的磨細(xì)礦渣細(xì)度大于水泥，能提高混凝土的工作性和耐久性.硅粉是電爐法生產(chǎn)硅鐵合金所排放的煙道灰，SiO2含量大于90%，平均粒徑約0.1 um，比表面積>20000m2/kg，借助大劑量高效減水劑和強(qiáng)力攪拌作用，可以填充到水泥或其他摻合料的間隙中去，并且具有很高的活性，在各種摻合料中對(duì)混凝土的增強(qiáng)作用最為顯著，是國(guó)際上制備超高強(qiáng)混凝土最通用的超細(xì)活性摻合料.
2.4 外加劑
高性能混凝土用外加劑要滿足低水膠比條件下提高混凝土流動(dòng)性的要求，減水率要大(一般在20%以上)，且坍落度的經(jīng)時(shí)損失要小.這就要選用高效外加劑，主要為高效減水劑、引氣減水劑及緩凝劑的復(fù)合外加劑.目前國(guó)際上通用的高效減水劑主要有兩類[，]:一類是以禁磺酸鹽甲醛縮合物為代表的磺化煤焦油系減水劑，另一類是以三聚氛胺磺酸鹽醛縮合物為代表的樹脂系減水劑.二者都能使混凝土在很低的水灰比下獲得很高的坍落度，在一定水泥用量下，配制出工作性良好的高性能混凝土.二者減水率通常在20%－25%左右，用量一般為水泥重量的0.5%一1.8%，實(shí)際加人量取決于高效減水劑中活性固體含量與水泥的“反應(yīng)活性”，它的活性受幾A的含量與多晶形式硫酸堿含量等因素控制.實(shí)驗(yàn) 證 明 ，高效外加劑是保證混凝土的高性能不可缺少的組成材料，它不僅可以提高混凝土的流動(dòng)性、穩(wěn)定性和減少坍落度，而且能夠提高混凝土強(qiáng)度和耐久性.
2.5 水
水是混凝土的主要組分之一，水質(zhì)不純不僅影響混凝土的凝結(jié)硬化，還影響混凝土的強(qiáng)度和耐久性.因此，高性能混凝土用水應(yīng)符合《混凝土拌和物用水標(biāo)準(zhǔn))(JGJ63)的要求.
3 高性能混凝土的配制
本試驗(yàn)選用合理的原材料，配制C80混凝土.
3.1 原材料的選擇
3.1.1 水泥
水泥為平頂山星峰集團(tuán)生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)52.5的普通硅酸鹽水泥，實(shí)測(cè)強(qiáng)度為58.6MPa.
3.1.2 粗集料
粗集料為 粒徑5~20mm石灰石碎石，含泥量0.8%，泥塊含量0.3%，針片狀顆粒含量4.8%，壓碎指標(biāo)7.8%.
3.1.3 細(xì)集料
細(xì)集料為河砂，細(xì)度模數(shù)2.8，含泥量1.2%，泥塊含量0.4%.
3.1.4 獷物摻合料
礦物摻合料為n級(jí)粉煤灰、比表面積為4加擴(kuò)/掩的磨細(xì)礦渣.
3.1.5 外加劑
外加劑為NNO型蔡系高效減水劑.
3.1.6 水
水 為 自來 水.
3.2 配合比的確定
本試驗(yàn)水膠比選定為。.30;膠凝材料總量不超過550k歲時(shí)，其中水泥用量為450 kg/m3;砂率定為35%，假設(shè)混凝土拌合物的表觀密度為2450kg/m3，確定砂的用量為6O7kg，碎石用量為1128kg.
3.3 試驗(yàn)結(jié)果
采用水泥和粉煤灰(編號(hào)1)，水泥和礦渣(編號(hào)2)，水泥、粉煤灰和礦渣(編號(hào)3)三種不同膠凝材料體系配制C80高性能混凝土.混凝土配合比及試驗(yàn)結(jié)果見表1所示.
可見 ，采用合理的原材料，即合格的水泥、質(zhì)量良好的粗細(xì)集料、符合要求的礦物摻合料及高效減水劑，可以配制出和易性良好的高性能混凝土.高性能混凝土拌和物的和易性，可以通過調(diào)整高效減水劑的種類及用量來控制.而高性能混凝土的強(qiáng)度則主要可以通過水膠比的變化以及選用不同品種的礦物摻合料與用量進(jìn)行調(diào)節(jié).要制備超高強(qiáng)高性能混凝土(C80以上的混凝土)，一般要摻人硅粉、超細(xì)礦渣粉或它們的復(fù)合物，同時(shí)調(diào)整減水劑的品種及摻量來達(dá)到要求.
4 結(jié)語(yǔ)
以上對(duì)高性能混凝土組成材料的選用進(jìn)行了探討，并通過試驗(yàn)研究了Cso高性能混凝土的配制，在具體混凝土設(shè)計(jì)和施工時(shí)，還要把各種實(shí)際影響因素考慮進(jìn)去，根據(jù)工程特點(diǎn)、所處環(huán)境、施工氣候及條件、經(jīng)濟(jì)能力等，因地制宜，選擇出質(zhì)量?jī)?yōu)良符合要求的原材料，并通過實(shí)驗(yàn)室的試配調(diào)整，確定出合理的配合比，以保證高性能混凝土的質(zhì)量，滿足工程的需要.
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