高速公路高性能混凝土质量控制技术

■陈仁权

（福建省高速公路有限责任公司福州管理分公司养护中心，福州　350000）

高速公路高性能混凝土质量控制技术

■陈仁权

（福建省高速公路有限责任公司福州管理分公司养护中心，福州350000）

随着我国高速公路大规模建设和质量要求的提高，高性能混凝土应用也变得非常广泛，如何控制好高性能混凝土质量就成为一个重要的问题。本文依据高性能混凝土的组成和结构特点，并结合福州管理公司所辖的高速公路对混凝土的施工实践，阐述高性能混凝土原材料的控制以及配合比的调整对混凝土施工质量的控制，以及后期养护对于混凝土质量的控制。

高性能混凝土原材料控制配合比调整后期养护

1　高性能混凝土的定义

高性能混凝土是由美国在上世纪90年代提出的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，以混凝土耐久性作为设计的主要指标，保证混凝土具有良好的工作性、适用性、力学强度、体积稳定性和经济性，采用现代混凝土技术制作而成的。

高性能混凝土不仅是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境保护等方面都具有重要意义，是一种环保型、集约型的新型材料。

2　高性能混凝土的组成及结构特点

混凝土主要是由水、胶凝材料、骨料这三种物质组成，高性能混凝土也是混凝土的一种，其最基本组成也是那三种物质；为了使其能够获得比普通混凝土更优的物理化学性能，我们会在三种最基本组成材料的基础上再加入其他的外掺剂，比如减水剂、引气剂、矿粉等；由此可以看出高性能混凝土是一种多相组成材料，其微观结构中主要包含气相、液相、固相这三相，因此其结构本身就容易产生缺陷或者说其就是一个缺陷综合体；而我们所做的质量控制其最根本性的目标就是要努力减少不同相之间的弱结合力，使得不同相能够结合的更紧密形成一个整体。

高性能混凝土在配制上有以下五个技术要点：

（1）选用优质的水泥和砂石料；

（2）掺加优质化学外加剂——减水剂、引气剂（聚羧酸减水剂）；

（3）掺加矿物掺合料——粉煤灰、矿渣粉；

（4）低水胶比（一般小于0.40）；

（5）限制胶凝材料总量和水泥用量。

其中采用高效减水剂主要是为了减少混凝土用水量，降低水泥石孔隙率、改善孔结构，从而改善混凝土施工工作性能，提高混凝土的密实性和强度，改善混凝土的耐久性能。

3　普通混凝土与高性能混凝土的主要区别（见表1　）

表1　普通混凝土与高性能混凝土的主要区别

4　高性能混凝土质量控制方法

4.1原材料的控制

4.1.1胶凝材料质量的控制

目前常用的胶凝材料是水硬性的材料，即水泥。水泥也有很多种类，需根据具体的要求和施工条件来选择；对于高性能混凝土来说，耐久性和稳定性是两个非常重要的指标；而胶凝材料是混凝土能够固化成整体的关键性材料。

我们在选择胶凝材料也就是水泥的时候，主要要考虑三个指标：凝结时间、强度、水化热。

（1）凝结时间：混凝土从拌制到浇筑成型中间是有一个时间差的，而混凝土的凝结时间长短与否就取决胶凝材料的凝结时间，选择适宜凝结时间的胶凝材料对于混个凝土质量的控制有着重要的作用，比如当运输距离较远时，应选择凝结时间稍长的胶凝材料，这样在混凝土施工过程中能够有效地避免出现混凝土冷接缝断层、以及大体积混凝土施工的连续性等问题。

（2）水化热：大体积混凝土施工过程中需重视的一个问题就是胶凝材料水化热的发散，水化热会在混凝土内部产生热应力使其产生裂纹对混凝土造成破坏；因此高性能混凝土应该选择低水化热的水泥作为胶凝材料。

（3）强度：根据混凝土的结构特点，可以发现整个混凝土组成相能够紧密地接合在一起形成整体，主要是靠胶凝材料的胶凝作用；各相之间的界面结合的强弱，一方面取决于材料本身物理排列结构，另一方面就取决于胶凝材料的“粘结”是否牢固；而这种牢固性反映到宏观就是胶凝材料的强度大小。

4.1.2骨料质量的控制

骨料主要指的是砂、石；顾名思义骨料就是指在混凝土中起骨架作用的材料，选择好适宜的骨料组成对混凝土的工作性以及混凝土结构物稳定性具有关键性的作用；好的骨料主要可以从这几个指标来判断：骨料强度、骨料颗粒性状、骨料的级配、骨料碱活性大小。

实际选材时，应该选择碱活性低或者非碱活性骨料，这可以有效抑制碱活性反应的发生而对混凝土的结构产生破坏；选择级配好的骨料在混凝土内部形成致密结构，提高混凝土强度和耐久性，选择粒型饱满的骨料可减少混凝土坍落度损失并提高工作性，选择强度高的骨料可在相同混凝土强度条件下也可以减少水泥的用量，从而节约成本。

4.1.3高性能减水剂的选择

外加剂在混凝土中的应用，对提高混凝土的强度、和易性、耐久性以及降低生产成本起了十分明显的作用。对于高性能混凝土而言，高效减水剂已成为必不可少的组分。高效减水剂掺入新拌混凝土中，能够破坏水泥颗粒的絮凝结构，起到分散水泥颗粒及水泥水化颗粒的作用，从而释放絮凝结构中的自由水，增大混凝土拌合物的流动性。

配制高性能混凝土的高效减水剂应满足下列要求：

（1）高减水率。减水剂的减水率至少应大于20%，特别是配制泵送高性能混凝土，减水率应大于25%。

（2）新拌混凝土的坍落度损失要小。（3）与所使用的水泥相溶性好。

4.1.4矿物掺合料

掺和料中的活性成分可与界面上的水泥水化产物发生二次反应，生成水化硅酸钙凝胶，沉淀在界面的空隙内，从而提高了混凝土界面粘结强度和抗渗性。另外，掺入的矿物掺合料取代了部分水泥，能有效降低混凝土初期水化热，从而减少温度裂缝。超细掺合料不仅活性很高，而且能明显改善全部胶凝材料的颗粒级配，使之更为密实，掺用适量磨细粉煤灰的混凝土，其收缩率可比普通混凝土减少1/2，对新拌和硬化中的混凝土各种性能都产生有利作用。

4.2配合比调整控制

混凝土配合比的调整既是施工要求也是节约成本必然途径，混凝土配合比优化主要从以下几个方面进行考虑：

（1）根据施工要求确定混凝土配制强度和施工坍落度：基于混凝土安全性和经济性的考虑，混凝土配制强度的标准差 （富裕）务必要严格符合工程建筑的施工建设要求。此外，由于在混凝土的运输、密实、浇筑等过程中混凝土的工作性会有不同程度的损失，所以应尽力保证混凝土在施工浇筑时的工作性能低于其在初期设计时的工作性能，以有效确保混凝土在浇筑时性能符合相关的技术要求。基于这方面的考虑，在对混凝土进行室内试配设计时最好将混凝土的坍落度预先设计得偏低，并且通过增大混凝土水泥浆量或者加入符合要求外加剂等措施，将室内试配的混凝土坍落度提高到实际要求的坍落度。

（2）确定单位用水量，选择水灰比：混凝土单位用水量的确定需要全面考虑到混凝土所允许外加剂的性能以及混凝土集料的级配、粒形。而混凝土水灰比的确定只依赖于混凝土的设计强度和水泥强度，这是因为混凝土水泥浆体的空隙率在很大程度上影响着混凝土的水灰比。所以说应该尽力确定混凝土强度与其水灰比之间的相互联系，以保证混凝土的水灰比最为合理。

（3）确定混凝土砂率：基于混凝土密实度理论，在对混凝土配合比进行设计时最好让单位面积的混凝土中填充的集料体积最大化；另外混凝土流动性也主要来自于水泥砂浆的润滑作用；砂浆太多混凝土容易离析，太少流动性不够影响混凝土工作性。因此可根据实际混凝土试拌来确定合适的砂率。

（4）确定外加剂和掺和料的类型和掺量：选用的外加剂应尽量使混凝土的生产制造性价比最高。混凝土外加剂在确定前务必要进行室内试配，并且进行混凝土试配的外加剂数量至少要有4种。而掺合料类型和掺量的确定主要从以下两个方面来考虑：一方面严格控制混凝土粉煤灰的含量，使其低于12%，以有效提高混凝土的和易性；另一方面尽量使得混凝土粉煤灰的含量介于12%与28%之间，矿渣的含量介于25%与65%之间，以尽量降低混凝土的水泥量。

4.3混凝土结构物后期养护质量控制

混凝土养护是混凝土施工的主要内容之一，对保证混凝土强度等性质以及确保工程质量具有重要意义。混凝土在成型后，其强度发展历程取决于其中的胶凝材料在水化期间所处的温度、湿度环境和水化的龄期，同时还与胶凝材料的组成和水胶比有关。因此，为保证混凝土的强度发展，防止混凝土因失水而表面脱皮、松散、产生干缩裂缝等现象的发生，需要实施必要的养护措施，即将混凝土置于一定的温度、湿度环境之中，并保持一段时间。

（1）养护方式：现场混凝土结构物的养护主要是自然养护：混凝土在自然条件下，采取浇水湿润、防风防干的方法进行养护。混凝土结构物的水平方向的养护可采用湿麻袋、苇席、锯末、湿砂等覆盖物覆盖；而混凝土垂直方向的养护可采用人工洒水、压力喷洒等方法。

（2）养护时间：开始洒水养护的时间，一般在浇筑后12h～18h。养护时间的长短取决于混凝土浇筑时的气温和水泥品种。一般来说平均气温在10℃左右时，硅酸盐水泥混凝土不得小于14d，其它水泥混凝土不得少于21d，而如果是大体积混凝土养护则时间需长一些，一般不小于28d。浇水养护时间过长，并不能保证混凝土性能的持续提高，而且由于水泥水化程度的提高，反而可能使混凝土的不可逆收缩增大；水泥凝胶中如若水泥全部水化，其生成物在使水泥石强度增长的同时，还会使其产生极大的收缩，严重时甚至可引起开裂。正如混凝土中的骨料起稳定体积的作用一样，水泥石中需要有一定数量的未水化水泥颗粒，或掺入一些其它惰性材料来稳定其体积。因此，浇水保湿养护的持续时间并不是越长越好。

5　结语

通过上面分析与论述，可以得到这样的结论：混凝土质量控制技术主要可分三方面进行，即原材料质量控制、配合比调整控制、混凝土结构物养护；这三方面不论那一环出现问题都会对混凝土质量造成影响甚至破坏；为了能够较好地控制混凝土的质量，前面提到的三个控制措施必须要相互配合协调，这样才能使混凝土质量控制变得可行有效。

［1］胡学兵.浅谈高性能混凝土施工技术与质量控制.房地产导刊，2013（4）.

［2］JGJ 55-2011，普通混凝土配合比设计规程［S］.

［3］JTG/T F50-2011，公路桥涵施工技术规范［S］.