建筑工程中高性能混凝土施工技术探究

仇兆立

【摘 要】高性能混凝土有着耐久性、稳定性等优点，因此在建筑工程中得到了广泛的应用。它的应用不仅可以提高工程质量，还可以推动节能减排，因此，本文先对高性能混凝土的定义作了概述，然后从建筑用高性能混凝土设计阶段应注意的事项、高性能混凝土的性能研究和应用现状、高性能混凝土在建筑施工中的运输与浇筑、高性能混凝土施工过程中的主要技术控制措施及发展预测这几方面进行了阐述。

【关键词】建筑；高性能混凝土；施工技术；质量

引言

高性能混凝土的突出特点就在于既能保证高强度、体积的稳定性，又进一步提高了混凝土的耐久性。其中矿物细掺料中的硅粉是提高混凝土耐久性的重要元素，硅粉与水泥相比具有活性高、颗粒小、比表面积高的优点，在高性能混凝土的配置过程中，利用硅粉填充到水泥颗粒的缝隙之中，并通过火山灰反应将水泥转化为CSH凝胶，从而使得混凝土在恶劣环境中仍旧有理想的工程寿命。

一、高性能混凝土的定义

（一）高耐久性能

高耐久性是高性能混凝土的重要特点之一，高性能混凝土应用的主要目的是能将混凝土结构的使用寿命尽可能的延长到50～100年以上，因而对于一些特殊工程中存在的特殊部位，耐久性成为控制结构设计的主要指标。高性能混凝土中掺加有水胶比很低的高效减水剂，在水泥水化后，其内部不含有多余的毛细水，并且内部孔隙细化，使总的孔隙率降低，从而提高高性能混凝土的抗渗性；再者高性能混凝土中又加入了矿物质超细粉，不仅能够大幅度提高混凝土的早期抗裂性能，还能明显缩小水泥石与骨料之间的孔隙，并且可以明显水泥石中降低孔径≥100μm的孔含量，从而改善了水泥石的孔结构。通过掺入高效减水剂和矿物质超细粉后，高性能混凝土的耐久性能得到了显著地提高。

（二）具有良好的工作性

良好的工作性能也是高性能混凝土的重要特点。高性能混凝土在在成型过程中能够达到不离析、不分层、易充满模型等目的。另外，自密实混凝土和泵送混凝土还具有不错的可泵性，在施工过程中能做到自流平，而且坍落度损失小。这种优良的工作性能不仅能保证施工时混凝土的质量均匀，还能提高施工效率。

（三）具有较高的体积稳定性

高性能混凝土拥有较高的体积稳定性。材料配合比适中的高性能混凝土弹性模量可以达到40～50GPa，而一般普通混凝土只有20～25GPa。高性能混凝土不仅低收缩、低徐变，而且还有低温度变形的优点。这样使得其在硬化早期有较低的水化热，而且让其在硬化后期的收缩变形降低。从而提高高性能混凝土的体积稳定性。

（四）具有高强度、高抗渗能力

高性能混凝土还具有一定的强度、高抗渗能力、较高的韧性和长期的力学性能稳定性等优点。高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa，其抗拉强度与抗压强度值明显高于高强混凝土。跟普通强度混凝土相比，其早期强度发展快，但后期强度增长率比普通混凝土低。另外，高性能混凝土中由于掺入了缓凝剂、膨胀剂等改良剂，使其具有了较高的韧性以及长期的力学性能稳定性等优点。总之，高性能混凝土拥有普通混凝土无法比拟的优良特性，并且凭借这些特性，会不断扩大其在工程中的应用。

二、建筑用高性能混凝土设计阶段应注意的事项

依据笔者多年的工程经验，许多混凝土施工技术未达到预期的工程效果，究其原因大多数是高性能混凝土在设计的过程中存在着漏洞。工程技术人员要在设计的过程中注意以下事项，从而保证所配置的高性能混凝土满足工程技术的要求：

1.建筑工程的种类多种多样，工程所处的外部环境也千差万别，不同种类的工程和有所差异的外部施工环境对混凝土的性能要求存在明显的差异，高性能混凝土设计过程要充分考虑与建筑工程质量相关的多种技术途径，使配置的高性能混凝土具有很强的针对性。以混凝土池塘的建设为例，如果混凝土池塘建在室外，由于冬季室外气温较低，应配置具有良好抗冻性能的混凝土，而对室内的混凝土池塘而言，由于气温适宜，考虑混凝土的抗冻性能就显得多此一举；

2.水胶比技术的运用提高了混凝土的性能，在高性能混凝土的设计过程中要给予高度的重视。施工技术人员可以尝试低水胶比，使得水泥的比例处于合理的范围之内，减少水泥水化反应放出的热量，从而提高混凝土工程的稳定性，继而减小工程出现开裂等不良状况的比率；

3.矿物掺料的加入有效的提高了混凝土的持久性，但是它并不能取代水泥的作用，这一点施工技术人员要格外注意。在高性能混凝土的设计工程中，要严格的按照施工要求将矿物掺料的用量控制在合理的范围之内，从而保证其发挥最大的工程效果；

4.在高性能混凝土的设计环节，高效减水剂的添加是必不可少的。分别掺加两种萘系取得的效应，总是小于按一定的比例混合使用不同萘系得到的效应总和。

三、高性能混凝土的性能研究和应用现状

（一）性能研究

1.力学性能。由于混凝土的不均匀性，所以影响混凝土强度的因素有很多，诸多因素中水胶比是最重要的。水胶比与强度一般成反比，在其他条件不变时水胶比越小强度越大。相比普通混凝土，高性能混凝土具有更高强度的原因是：高性能混凝土中高效减水剂的使用大大减少了用水量，在水泥和掺合料用量不变的情况下降低了水胶比。除此之外，高性能混凝土对粗细骨料的粒径要求更为严格，配制出更理想的颗粒级配。并且，高性能混凝土掺入粉煤灰等矿物超细粉来替代部分水泥，不仅增加粘聚力还可以填充水泥间的空隙。这两点通过增强混凝土的密实度进一步提高了混凝土的强度。

2.高耐久性。混凝土的耐久性包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性等内容，研究起来相当复杂。耐久性是指一定的混凝土结构在规定的或预期的服务寿命期限内，保持设计所需要功能的性能，也就是说耐久性是相对于一定环境条件而定的。高性能混凝土通过掺加的掺合料和外加剂有效提高了强度和抗裂抗渗等性能。比如超细粉的填充作用和高效减水剂的减水作用可以提高混凝土的密实度，超细粉本身也可以增强混凝土的后期强度，纤维可以提高混凝土的抗折抗裂和延性。另外，高性能混凝土中混凝土密实、钢筋的电化学腐蚀也难以进行，钢筋不易锈蚀。高性能混凝土因为有矿物掺合料的掺加和低水胶比，故几乎不考虑碱骨料病害。综上所述，高性能混凝土具有高耐久性。

3.高工作性。在工程建设过程中，混凝土良好的工作性使混凝土的施工更加方便。混凝土的工作性包括流动性、粘聚性和保水性，这三种性能相互影响。一般来说流动性越好保水性就会差一点，流动性用坍落度等指标来测定，粘聚性和保水性的好坏则是在测流动性的同时由经验判断。大量的实验证明HPC由于高效减水剂和矿物超细粉的使用使其获得较大的坍落度，因此HPC具有良好的工作性，这为HPC在大型工程及复杂工程中的应用提供了有利条件。

4.经济性。高性能混凝土具有高耐久性，可以延长建筑物的安全期，避免重复建设和减少后期维护费用，节省大量资金。在拌制混凝土的过程中适量掺入了粉煤灰等掺合物，有效利用了废弃资源，既保护了环境又提高了资源的利用率。高强度能够在保证结构稳定性和可靠度的前提下减小构件的尺寸，合理利用资源、减轻结构自重。即使高性能混凝土本身造价比较高，但综合比较后，HPC仍然是很经济的建筑材料。HPC能更好地满足未来建筑的发展需求，更好地延长建筑使用寿命，降低成本。

（二）应用现状

直到现在，高性能混凝土已在建筑领域有了大量的应用。国际上，法国西瓦克斯核电站2号反应堆壳采用了C50高性能混凝土，美国加州大学伯克利分校建造的会堂所用的混凝土大量掺入粉煤灰至少代替了50%的水泥。在我国，高性能混凝土近几年也得到了相应的应用，90d后强度达到了100MPa，不仅方便了施工而且满足了强度要求。并不是所有的应用都是成功的。很多研究表明高性能混凝土的耐火性显著不如普通混凝土。

四、高性能混凝土在建筑施工中的运输与浇筑

（一）高性能混凝土的运输

高性能混凝土在生产完成后就可以直接进行搅拌，再从工厂运输到施工场所的过程一般采用专门的混凝土搅拌运输车。在运输的过程中要尽可能的减小混凝土塌落度的损失。（依据坍落度法测出的坍落度值，用来衡量混凝土塑化性能和可泵性能的高低，从而判断施工能否正常进行）。

（二）高性能混凝土的振捣

在混凝土的浇筑环节，为保证工程的质量不允许直接应用新拌混凝土，而应对其进行振捣处理，这是增加混凝土密实性的关键操作。以传统的施工工艺而言，平板振动器或插入式振动器是振捣步骤的主要施工仪器，该仪器通过机械振动过程产生的振动波使得新拌混凝土铺满预制的模块。在振动的过程中，混凝土实现二次均匀搅拌，混凝土在搅拌工程和浇筑环节产生起泡开裂，从而将新拌混凝土中的气体排放出去，继而实现混凝土颗粒的均匀排布，提高混凝土的密实性。一般而言，机械振动的频率范围5000～12000次每分钟，在此范围内所能引起起泡开裂的直径为0.9～0.07mm，而直径更小的气泡仍旧残余在混凝土颗粒之中。但是经过专家的研究发现，影响混凝土稳定性和持久性的气泡直径要比其小得多，通常可达到0.01mm。当今的机械振动根本达不到工程技术的要求，为消除小型气泡的影响，必须采用先进的振动设备，以提高振动频率。因此，对高性能混凝土，宜采用超声波振动器或高频振动器振捣。（振动频率可达到20000次每分钟）。

（三）真空吸水密实

真空吸水压实技术在提高混凝土的配置标准上，起着至关重要的作用。目前的真空吸水压实技术应用广泛，为满足各种工程的需求，真空吸水压实作业衍生为表面真空吸水与内部真空吸水两种作业方式。楼面工程、屋面工程、预制混凝土板工程等厚度较小、面积较大的混凝土工程的施工通常采用表面真空吸水作业；混凝土基础工程中体积较大的梁柱等混凝土工程的施工多采用内部真空吸水作业。

五、高性能混凝土施工过程中的主要技术控制措施

（一）适宜的真空度

混凝土施工过程要控制合理的真空度，真空度过大或是过小都会影响混凝土施工工程的质量。真空度过大，混凝土的脱水速度和脱水的质量会显著上升，一般的机械设备难以承受，为防止原料外溢，对设备的密封性能也提出了更高的要求。因此，过高的真空度会加大企业对设备的投资，无形中增加了企业的施工成本。真空度过低，产生的负压难以排除新拌混凝土内剪应力的作用，使其其受水分和排解气泡的能力不足，从而导致施工的时间增多。一般而言，真空度的合理范围为0.05—0.07MPa。倘若混凝土工程的厚度较大，其对应的真空度要适当增大。

（二）适宜的机械振动

在混凝土真空吸水的环节，要采用适宜的机械振动加以辅助，使得混凝土的流动性能增大，使得混凝土颗粒的排布更加均匀，从而有助于混凝土内部气体的排出。振动的方向要尽可能与真空吸水的方向垂直，这样可以降低因吸水作业产生的压力和混凝土重力对振动效果的影响。振动的振动幅度要根据高性能混凝土的特点相应的作出调整，振幅过高容易导致混凝土出现离析现象，导致振动效果大大折扣。

（三）高性能混凝土的养护

高性能混凝土水胶比小，水化反应迅速，早期养护十分重要。保温和保湿是高性能混凝土养护的两个关键步骤。高性能混凝土水化反应剧烈，其中产生了大量的热，混凝土内外部产生较大温度差，会因此对建筑物产生损害，新浇筑的混凝土应保证适当的温度。在高性能混凝土水化硬化时应保证充足的水分，尽量保证环境的湿度≥90%，采取有效措施防止混凝土水分的蒸发，如薄膜保湿、表面喷洒养护剂等。

六、高性能混凝土的发展预测

高性能混凝土优良的性能决定了它必定是混凝土行业的未来，定会在建筑领域得到更广泛应用，并逐步向绿色、超高强、自密实和智能化发展。现代人们需要建设“绿色”型社会，绿色高性能混凝土可以将废弃资源变废为宝，这给它的发展带来了良好的机遇。超高强混凝土是目前市场上急需的，可以节约资源、减轻结构自重，获得更大社会效益。自密实混凝土的研究目前是比较多的，它可以加快施工速度，消除振捣噪声。研究表明对HPC引入引气剂能否提高其抗冻性现在仍有争议。所以，对HPC抗冻性的研究仍有大量工作要做。

在我国高性能混凝土面临最大的问题是难以大范围推广应用。如果说HPC是混凝土的革命，那么HPC的推广就会带动整个行业的革命。如果没有严格的生产、浇筑、养护过程就得不到高性能混凝土，这就需要整个行业的共同监督。随着砂、石、水泥生产原材料等资源的短缺，在提升技术、节约资源上又对科学工作者提出了更高要求。当然，目前还需要研发出更高效、适应性更好的减水剂，虽然困难重重，但前景依旧光明。

七、结束语

总而言之，在高性能混凝土的实际施工过程中，施工人员必须要严格按照施工规范来进行高性能混凝土的施工，保证其基本质量。除此之外，由于高性能混凝土的用水量较低，所以在完成浇筑后，必须要做好养护工作，避免水分流失过快，而导致混凝土出现收缩裂缝等病害，进一步保证高性能混凝土的施工质量，从而为建筑工程质量的提升提供基础保障。

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