高性能混凝土及其工程应用

来源:用户上传      作者: 徐军平 宋平根

　　高性能混凝土（HPC）是近10余年来发展起来的一种新型混凝土。对于高性能混凝土的定义笔者认为：高性能混凝土并不是混凝土的一个品种，而是强调混凝土的“性能”（Performance）。对不同的工程，高性能混凝土有不同的强调重点。本文通过高性能混凝土在几个实际工程中的应用来说明笔者的观点。
　　1.高性能混凝土的涵义[1]
　　高性能混凝土（HPC）是近10余年来发展起来的一种新型混凝土；1990年5月在美国国家标准与技术研究所（NIST）和混凝土协会（ACI）主办的第一届高性能混凝土讨论会上提出高性能混凝土的定义且定名为“HPC”，我国译为“高性能混凝土”。 高性能混凝土中由于掺加了工业废料为主的细掺料，减少了水泥用量，也被称为“绿色混凝土”。美国、法国、日本等国学者都提出各自的观点，美国学者认为：高性能混凝土是一种易于浇注、捣实、不离析；能长期保持高强度、高韧性和体积稳定性，在严酷条件下寿命很长的混凝土。ACI认为HPC并不需要很高的抗压强度，但仍要≥50Mpa，日本学者认为：HPC是一种高填充能力的混凝土，新拌阶段不需振捣能完成浇注、水化、硬化，早期阶段水化热低、干缩少，具有足够的强度和耐久性。加拿大学者认为：HPC是一种具有高弹性模量、高密度、抗侵蚀、低渗透的混凝土。可见美加学者侧重于硬化后的性能，特别是耐久性。日本学者则重视新拌混凝土的流动性和自密实性。其共同之处是强调高耐久性和高施工性。
　　中国混凝土学会高强、高性能混凝土委员会于2000年在苏州召开的会议上，建议高性能混凝土定义为：以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土。
　　我国学者及行业专家（结合了诸国说法）认为：高性能应体现在工程设计（力学概念）和施工要求（非力学概念）和使用寿命（经济学概念）三结合的优异技术、经济特性上，其技术特性是高密实性。即高性能混凝土，首先应该是优良的工作性能。在工程施工中具有合适的流动性、可泵性，正常施工中满足混凝土成型的条件，保证混凝土构件的密实性、均匀性，减少振捣带来的公害及能源消耗。其次应是在获得较高强度的同时，而很少增加水泥的用量，使得在相同使用条件下，混凝土构件的尺寸较小。三是高耐久性，在长期荷载、疲劳荷载及腐蚀的条件下达到较长的预期寿命。再其次是满足特殊使用功能的需要。
　　按照以上的表述笔者认为：高性能混凝土并不是混凝土的一个品种，而是强调混凝土的“性能”（Performance）或者质量、状态、水平。对不同的工程，高性能混凝土有不同的强调重点（即“特殊性能组合”）。下面以高性能混凝土在几个实际工程中的应用来说明笔者的观点。
　　
　　2.高性能混凝土在工程中的应用
　　2.1工程实例一[2]
　　黄河小浪底水利枢纽导流工程90d龄期C70高性能硅粉混凝土衬砌
　　技术目标：防高水流对泄洪建筑物表面磨损和空蚀
　　技术措施：
　　（1）细骨料选用中粗砂。细度模数在2.8～3.0的中砂偏粗范围内，克服采用细砂而多用水泥会
　　使高性能混凝土发粘不利于泵送的弊病。
　　（2）粗骨料采用高强度河卵石破碎。为黄河连地滩天然砂石料，提高了抗冲磨能力。
　　（3）使用粉煤灰和硅灰做掺合料。加密硅灰火山灰活性指数为124%，提高混凝土抗磨耐蚀性和克服粉煤灰混凝土早期强度低的特点。且用试验验证了粉煤灰掺量为20%～25%时不影响混凝土抗冲磨反而增加抗空蚀性能。
　　（4）高效能减水剂（NN）和普通减水剂（VZ）复合使用，产生叠加效应（总减水率达到25%），获得低水胶比、低用水量 、大坍落度的高性能混凝土。
　　2.2工程实例三[3]
　　舟山大陆连岛工程金塘跨海大桥桩和承台均为C35～C30混凝土。
　　技术目标：抗离子渗透、体积稳定、抗裂性能好的耐久性海工混凝土
　　技术措施：采用普通强度混凝土高性能化的配合比设计，其设计原则为：
　　（1）在胶凝材料中，适当降低水泥用量，增加活性矿物掺和料用量。
　　（2）采用不同以往普通混凝土配比的水胶比，尽可能降低混凝土单方用水量，以减少混凝土的毛细孔通道，提高混凝土的密实性、高尺寸稳定性和良好工作性。
　　（3）使用高效减水剂，在减少单方用水量的同时提高新拌混凝土的黏聚性、工作性和施工可行性。
　　（4）海工混凝土施工过程控制：严格控制粗细集料的含泥量；严格控制混凝土单位用水量；必须在混凝土浇筑后，实施长期有效的保湿养护措施。严格控制养护时间。
　　2.3工程实例四[4]
　　呼图壁河青年渠首改造工程C80混凝土，大体积混凝土技术目标：配制高强和抗冲耐磨、长耐久性高性能混凝土
　　技术措施：
　　（1）混凝土配合比（材料用量单位:kg/m）:高等级水泥（≥P.o42.5）413，砂子（FM＝2.9）617，石子（5～20mm）1098，水130，矿渣88，硅粉41，膨胀剂（ZYH）47，聚羧酸高效减水剂2.36，水胶比0.22，坍落度（mm）118，抗压强度（MPa）61.3（3d），94.6（28d）。
　　（2）采用强制式搅拌机；高效减水剂采用后掺法。
　　（3）控制温度对现场浇筑的影响。冬季:避免在下午较晚的时候浇筑混凝土；对原材料进行保护，避免直接暴露在寒冷空气中和表面结冰；使用早强型水泥；采用绝热材料覆盖混凝土表面或模板，防止水化热散失，提高混凝土温度。夏季:以冰屑替代拌合用水，或者使用缓凝剂和聚羧酸高效减水剂，以减小坍落度损失。
　　（4）加强养护。浇筑后的混凝土应进行适当湿养和薄膜养护。
　　3.结语
　　高性能混凝土以其优异的性能使得普通混凝土向高性能混凝土发展成为必然趋势。高性能混凝土是混凝土技术进步的标志。我国在发展高性能混凝土方面才刚刚起步，需要科研、教学、设计、施工部门携手协作，共同促进高性能混凝土的发展。
　　
　　参考文献
　　[1] （德）F.H.Wittmann P.Schwesinger.著 冯乃谦等译. 高性能混凝土：材料特性与设计[M]. 北京：中国铁道出版社，1998.
　　[2] 王铁诚. 小浪底高性能混凝土的配制技术[J]. 施工技术，2001（05）
　　[3] 黄演忠，郑伍海，李书惠. 金塘大桥高性能海工混凝土配合比设计及应用[J]. 粉煤灰，2010（03）.
　　[4] 屈军，张善德.C80高性能混凝土在呼图壁河青年渠首改造工程中的应用[J]. 新疆水利，2010（05）.
　　
　　（作者单位：1江苏科技大学土木工程与建筑学院江苏镇江212003 2华普建设监理有限责任公司江苏镇江212003）

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