高性能混凝土的特性分析及施工质量控制

刘 泽 锋

(山西省公路局晋中分局，山西 晋中 030600)



高性能混凝土的特性分析及施工质量控制

刘 泽 锋

(山西省公路局晋中分局，山西 晋中 030600)

通过对目前高性能混凝土技术发展及应用初探，总结分析了高性能混凝土的性能优势，阐明了高性能混凝土对于硅酸盐水泥、砂石、高效减水剂和活性矿物掺合料等原材料的优选及质量控制的重要性，系统论述了施工过程中各个施工环节及施工质量控制的关键，对于高性能混凝土的实际工程应用起到了一定的参考作用。

公路工程，高性能混凝土，耐久性，质量控制

0 引言

高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世纪90年代初提出的一种新型的高技术混凝土，是指选用优质的硅酸盐水泥、砂石、高效减水剂和活性矿物掺合料配制而成的水泥混凝土。与传统使用的普通混凝土相比，其不仅表现为高流态免振捣自密实，而且具有强度高、耐久性好、施工工作性好、适用性强、稳定性高、经济效益高等一系列优点，因此被广泛应用于我国的桥梁、高层建筑和海港建筑等重要工程领域中。同时，由于高性能混凝土大大地节约了水泥用量，使用了工业废渣掺合料，起到了节约资源能源、保护环境的作用，符合环保和可持续发展的趋势，是一种绿色的现代高性能混凝土。

1 高性能混凝土的性能优势

与传统使用的普通混凝土相比，高性能混凝土具有以下几个方面的性能优势：

1)优异的耐久性能。

与普通混凝土不同的是，高性能混凝土中添加了高效减水剂和矿物质超细粉，从而使得用水量大大减少，混凝土的密实性、抗渗性、抗冻性能都得到大幅提升，混凝土内部空隙减少更加密实，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土，使混凝土结构能安全可靠地工作50年～100年以上。

2)较好的工作性。

高性能混凝土具有良好的工作性，高性能混凝土的坍落度控制功能好，这是工业化泵送施工的条件，一般坍落度达到(20±2)cm，基本上无泌水。既具有较高的流动性，在振捣过程中，由于混凝土水灰比低，自由水少且掺入超细粉，粘性很大，不分层、不离析；成型过程中，易充满模型，稳定性和均匀性好。

3)较高强度。

由于高性能混凝土的水灰比较低，同时采用了高效减水剂，减少了混凝土中的用水量；矿物质掺合料的加入可有效填充水泥颗粒之间的空隙，改善水泥石和集料之间的界面结构，大大提高了混凝土的抗拉强度与抗压强度。

4)较高的体积稳定性。

高性能混凝土的体积稳定性较高，即水灰比低用水量少直接导致水泥的水化反应时间较短，因此混凝土硬化过程的前期水化热较低，后期的徐变变形、低温度变形和收缩变形较小。

5)经济效益好。

虽然高性能混凝土自身的价格偏高，但是由于其具有优异的耐久性，从长远来看，能够延长混凝土结构的使用寿命，在全寿命周期内可大大减少混凝土结构的维修费用，从而带来良好的经济效益。

综上所述，高性能混凝土比普通混凝土具有更好的使用性能优势，能够更好地满足工程对混凝土的性能要求，尤其耐久性能优越可以延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。

2 高性能混凝土的原材料优选

1)水泥。水泥是高性能混凝土的主要胶凝材料，目前用来配制高性能混凝土的水泥主要有中热硅酸盐水泥、球状水泥、调粒水泥和活化水泥。水泥应满足标准稠度用水量低、水化放热量和放热速率低、水泥硬化后强度高的条件。

2)粗集料。粗骨料宜优先选用表面粗糙、形状不规则有棱角、强度高的硬质砂岩、石灰岩碎石，其压碎指标宜控制在10%～15%之间，针片状含量不宜大于5%，吸水率应小于2%；粗骨料中无碱活性组分。

粗骨料应采用多级级配，级配应连续。为了保证混凝土浇筑时顺畅，粗骨料的粒径不应过大，最大粒径不宜大于25 mm。

3)细集料。细集料宜选用质地坚硬、洁净、级配良好、吸水率低、空隙率小的天然中、粗河砂，不宜使用山砂，不得使用海砂。细度模数控制在2.6～3.2之间，配制C80以上超高强度、高性能混凝土时宜选用细度模数大于2.6的中砂或粗砂。含泥量应不得大于1.5%，配制C80以上超高强度、高性能混凝土时其含泥量不得大于1.0%。

4)水。拌和用水一般可采用饮用水，水中不得含有影响水泥水化反应和凝结硬化的有害物质；严禁使用海水作为拌和用水。

5)矿物质掺合料。掺入一定量性能优良的矿物掺合料，可有效改善混凝土的工作性和提高其耐久性。常用的矿物质掺合料有：硅粉、磨细矿渣、粉煤灰、天然沸石粉及其他微粉等。加入矿物质掺合料，可充分填充混凝土内部的空隙，降低了孔隙率，改善了水泥的水化作用，减少了水泥的水化热，抑制碱—集料反应，提高了水泥混凝土的内部密实性，从而大幅提高了混凝土的强度、抗渗性能、抗腐蚀性能和耐久性。

6)减水剂及缓凝剂。由于高性能混凝土的水泥用量大、水灰比低(一般小于0.35)、拌和物粘性大，一般混凝土拌和物的坍落度较大(15 cm～20 cm)，采用高效减水剂来保证混凝土较好的工作性和较大的坍落度；考虑到混凝土运输过程中会产生一定的坍落度损失，通常在高效减水剂中还掺有一部分缓凝剂。目前将萘磺酸盐甲醛缩合物与多羟羧酸盐复合起来，既能够达到较高的减水率(20%～30%)，又能够很好地控制混凝土坍落度损失。

另外，为使粗、细骨料具有较强的抗分离性，防止混凝土发生泌水和离析，可加入适量的纤维素类、丙烯酸类、聚丙烯酰酸、发酵多糖聚合物等增粘剂；为降低高性能混凝土的收缩，也可加入铝粉、石膏、硫铝酸盐系和石灰系膨胀调节剂。

3 高性能混凝土施工工艺及质量控制

高性能混凝土施工工艺流程如下所示：

1)搅拌。

a.由于混凝土水灰比低用水量较少，混合料较粘稠，为了保证拌和物的均匀性，高性能混凝土应采用大型搅拌站进行集中拌合，宜采用卧轴式或逆流式搅拌机，按施工配合比要求采用电子计量系统对各种原材料进行计量(原材料每盘称量偏差如下：水泥、矿物掺合料±1%，粗细骨料±2%，外加剂、拌和用水±1%)，能在较短时间内将混合料搅拌均匀，搅拌时间应在2 min～3 min内。b.搅拌过程中，应密切关注混凝土的稠度，如发生波动时，应及时调整砂石含水量。c.为避免拌和物的坍落度损失过快，可在搅拌时延迟加入部分减水剂。d.寒冬炎夏等不利季节施工时应采取措施控制原材料的温度。

2)运输。

高性能混凝土运输宜采用罐车，运输过程中应保证拌和物的均匀性。在施工温度不利的季节，如夏季温度过高应采取隔热措施，冬季温度过低应采取保温措施，保证混凝土的各项性能指标不发生明显波动。

3)浇筑。

a.高性能混凝土的浇筑宜采用泵送。在进行浇筑入模前，应首先现场测定混凝土的关键技术指标，包括混凝土的温度、坍落度、水灰比、泌水率、含气量及匀质性等指标，符合要求后方可入模浇筑。b.入模温度一般宜控制在5 ℃～30 ℃，当施工时气温高于35 ℃或低于-5 ℃时不得进行混凝土的浇筑工作。c.同时，为保证混合物的均匀性减少可能出现的离析现象，浇筑时的混凝土倾落高度不得超过2 m。

4)振捣。

高性能混凝土采用插入式振动棒、表面平板或附着式平板振捣器进行振捣，通常采用的是插入式振捣器。为了防止过振，振捣时间一般不超过30 s，以混凝土表面泛浆或不冒大气泡为准。

5)养护。

a.由于高性能混凝土的水灰比较小，泌水现象不明显，且其早期强度增长较快，因此对混凝土的早期养护显得尤为重要。浇筑后需立即进行湿养护，以带模养护为主，浇水养护为辅，使得混凝土在湿润环境下充分进行水化，以避免后期可能出现的由于水分的蒸发与凝聚造成的塑性收缩裂缝和温度裂缝的产生。当现场水源不足时，可在混凝土表面处于饱水状态后采用密封薄膜进行养护。b.养护时还应注意控制混凝土的温度变化，根据施工现场气温，应采取一定的保温和散热的有效措施。保湿养护时间一般不应少于14 d。

综上所述，在高性能混凝土的施工过程中，应加强水泥、砂石、高效减水剂和活性矿物掺合料等原材料的预先抽样检测工作，首先从源头做好质量控制，同时应做好各道施工工序的衔接工作；另外，应加强对混凝土拌和物的检测控制，保证拌和物高流态、低离析、质量均匀，并做好混凝土温度控制工作。

为了防止温差过大引起混凝土产生裂缝，施工过程中尤其应控制好混凝土的各种温度，如拌和出机的温度、养护温度、拆模时的温度控制等。温度控制方法根据季节和气温来确定，夏季施工应采用冷水做拌和水、用冷却水喷洒、浸泡骨料以及夜间浇筑等措施；冬季施工时可对拌和水或骨料进行预热，可采用加热水与骨料先拌和的搅拌工艺，出机温度不宜低于10 ℃，入模温度不低于5 ℃。混凝土拆模时，混凝土内部温度和表面温度的温差以及表面温度和气温的温差均不得超过20 ℃。

4 结语

公路和桥梁应用混凝土的耐久性问题，引起了专业管理和科研人员的高度重视。高性能混凝土的研发及应用，弥补了传统混凝土的一部分技术缺陷，其具有高强耐久、高流态、免振自密实的性能优势，对工程质量、经济、节能环保等方面具有重大的意义。简单意义上讲，高性能混凝土是由高强水泥、优质骨料、复合高效外加剂和优质矿物掺合料组成。因此，在高性能混凝土的工程应用过程中应尤其做好原材料和拌和物质量控制工作；鉴于温度对于高性能混凝土成型过程中的重要性，同时也需要做好各个施工环节混凝土的温度控制工作。只有这样才能将高性能混凝土的性能得到更大的提高和改善，使其在工程领域进一步地推广应用。

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On feature analysis of high-performance concrete and construction quality control

Liu Zefeng

(JinzhongBranch,ShanxiRoadBureau,Jinzhong030600,China)

According to the exploration for the development and application of high-performance concrete techniques, the paper sums up and analyzes the performance advantages of the concrete, illustrates the optimal selection for the raw materials for the concrete for silicate cement, sand and gravel, superplasticizer, and active mineral admixture and the importance of the quality control, has the systematic indications of the construction steps and keys for the construction quality control in the construction process, so as to provide some reference for the application of the high-performance concrete in projects.

road project, high-performance concrete, durability, quality control

1009-6825(2015)21-0106-02

2015-05-16

刘泽锋(1977- )，男，工程师

TU528

A