高性能混凝土材料在建筑材料中应用

张文

(山西六建集团有限公司，山西 太原 030025)

建筑工程的质量要求逐步提高，采用高质量的材料是打造高品质建筑的重要前提，也是减轻建筑工程环境污染问题的关键方法。随着技术的进步，传统建筑材料的应用频率逐步降低，取而代之的是性能可靠、绿色环保的新型建材。其中，高性能混凝土则是建筑工程中较为主流的材料，研究此类材料在建筑工程中的应用方法具有重要意义。

1 工程概况

某建筑工程，总建筑面积为7 736.4m2，属于装配式建筑，预制构件采用强度等级为C60的混凝土制作而成。施工单位高度重视高性能混凝土施工质量，规范施工方式，加强施工管理，施工出质量可靠的高性能混凝土预制构件，提升装配式建筑的稳定性和耐久性。

2 高性能混凝土中原材料的选取

2.1 骨料

高性能混凝土的骨料有两种：1)粗骨料：根据硬度、粗糙度、洁净程度等方面的要求选择粗骨料，直径大于4.75mm。在满足高性能混凝土使用要求的前提下，避免粗骨料直径过大，否则石料与砂浆发生离析，高性能混凝土固结成型后缺乏足够的硬度，且不宜采用直径过小的粗骨料，否则将增加砂浆的用量，影响结构的后期稳定性和耐久性；2)细骨料：直径小于4.75mm，尺寸合适，不存在影响高性能混凝土各项性能的杂物[1]。

2.2 添加剂

添加剂的作用在于提升高性能混凝土的综合性能，改善施工条件。例如，向高性能混凝土中掺入添加剂后，有利于提高混合料的硬度和强度。市面上的添加剂类型多样，例如减水剂、缓凝剂等，而各自又可细分为多种类型，其中减水剂包含荼系减水剂、聚羧酸减水剂等，需根据工程要求进行选择，必要时采用复合外加剂，发挥出多种外加剂的应用优势，全面提升混凝土的性能。在选择添加剂时，需考虑到添加剂与高性能混凝土中其它原材料的性质相容性，不可由于应用添加剂而制约其它材料的性能，此外还需严格控制掺量。

2.3 粉煤灰掺合料

向高性能混凝土中按比例掺入矿物质材料后，可保证混凝土的硬度并适当减少水泥的用量。其中，粉煤灰属于常用材料，表面光滑，延展性良好，直径较小，可以提升高性能混凝土的综合性能，保证结构的质量，延长结构的使用寿命。粉煤灰的来源途径丰富，例如锅炉灰粉末即可满足要求，取材便捷，成本低[2]。

3 高性能混凝土的力学性能分析

抗压强度、抗弯强度、弹性模量等均是反映高性能混凝土力学性能的重要指标，需要进行全面的检测，根据检测结果综合评价高性能混凝土的力学性能，常用材料的检测项目以及相应的结果，如表1所示。

表1 建筑工程常用材料的力学性能

高性能混凝土的多项性能均优于其它材料，利用综合性能良好的高性能混凝土施工预制构件后，可以提升结构的抗震性、耐久性。并且，高性能混凝土具有良好的水密性能，即便所处环境相对恶劣，也不易出现性能异常退化、渗漏等问题。

3.1 耐久性分析

高性能混凝土具有良好的耐久性，施工成型的建筑结构稳定可靠，满足安全使用和长久使用的要求。高性能混凝土耐久性的评价指标包含总孔隙率、冻融剥落、吸水系数等，将该材料与C60混凝土进行对比分析，具体如表2所示。

表2 高性能混凝土与C60的耐久性指标

根据表2可知，高性能混凝土的多项耐久性指标均优于C60混凝土，在适宜的养护条件下，还将改善高性能混凝土的微观结构，而水灰比低是保障高性能混凝土耐久性的关键前提，在配合比设计阶段，优化颗粒级配，搭配粗集料和细集料，使高性能混凝土具有良好的密实性。

3.2 防火及抗冲击性能

高性能混凝土中的氢氧化钙和硅粉的含量均较高，短时间暴露于火中仍可维持稳定，但受火灾影响的时间逐步延长时，将出现性能退化、结构受损等问题，因此掺入纤维原料，进一步提升高性能混凝土的防火性能，也能够使其具有抗冲击特性，用高性能混凝土施工而成的建筑结构在受到外界因素的影响时仍保持相对稳定、完整的使用状态[3]。

4 高性能混凝土在建筑工程中的应用

4.1 试验检测

根据试验检测结果评价高性能混凝土的综合性能，判断是否可满足建筑工程的用料要求。高性能混凝土的试验检测主要有如下两种：1)常规的性能试验检测：从高性能混凝土中取样，制作试块，同条件养护两周，检测高性能混凝土的抗拉性能、抗弯性能、抗渗性能、抗冻性能等；2)表面渗透性试验检测：综合各项试验检测数据，判断高性能混凝土的性能是否达标，为建筑工程施工提供质量可靠的材料。

4.2 成分、含沙率、水胶比

高性能混凝土是以水泥、粗细骨料、水、外加剂等为原材料，按特定比例配制而成的混合料，各项性能与原材料的选取方式有关，在选择原材料时需考虑到成分的合理性，并控制含砂率、水胶比等指标。在本建筑工程中，水泥采用的是低水化热的普通碳酸盐水泥，无受潮结块、过期等情况；骨料采用的是质地均匀、干净的石灰岩；高性能混凝土的含砂率为56%。

4.3 高性能混凝土的拌制

按照配合比称量原材料，掺料后进行充分的拌和。向搅拌机中掺入水泥、细骨料和粗骨料，温度控制在0～30℃，最终得到均匀性良好的高性能混凝土。拌制结束后，检验高性能混凝土，判断坍落度、和易性各方面是否达标。

4.4 高性能混凝土的浇筑与养护

1)高性能混凝土随拌随用，避免因拌制后未及时投入使用而变质。施工人员向模具中放入钢筋笼，分为多层，依次浇筑高性能混凝土。首层浇筑长度为构件长度的2/3，浇筑首层后间歇5～7min，开始浇筑下一层，为加强各层的质量控制，上一层的浇筑长度应短于下一层，按照此方式，第二层浇筑长度为首层的3/4，第三层为第二层的4/5。施工人员根据实际浇筑情况灵活控制浇筑速度，兼顾浇筑质量和浇筑效率。若浇筑速度过快，难以全面保证浇筑质量，成型的预制构件可能存在尺寸偏差、形态异常等问题；若浇筑速度过慢，将放慢浇筑速度，延长工期。通常，高性能混凝土的浇筑速度控制在2.35m3/min。。

2)高性能混凝土浇筑过程中，用振动棒及时振捣，振捣频率为2.15Hz，振捣时间在5min以上，以平行交错的方式振捣。

3)高性能混凝土的浇筑、振捣均结束后，抹平混合料，使高性能混凝土的内部密实、表面平整。抹平结束时间根据预制构件混凝土的表面状态而定，泛浆时结束。

4)高性能混凝土初凝后，在表面覆盖土工布，洒水养护，洒水频率为每12h进行1次，使高性能混凝土表面保持湿润但无积水。养护时间以5～7d为宜，科学养护后，使高性能混凝土有效成型，避免裂缝。高性能混凝土预制构件的抗压性能、抗震性能均与施工温度有关，为保证施工质量，施工时的环境温度应在10～30℃。

4.5 施工效果检验

试验对象为六面高性能混凝土预制剪力墙，检验指标选取的是剪力墙的抗压强度，根据实测结果评价高性能混凝土在建筑预制构件施工中的应用效果。检验流程为：确定待检验的高性能混凝土剪力墙，进行编号；清理试件表面的杂物，将其置于压力机的承压板上，调整好试件的位置使其中心线与压路机承压板中心线对齐；启动压路机，初始压力设定为110.25MPa，后续按每间隔60min增加压力10MPa的方式对构件逐步施加压力，观察试件在受到外力作用时的形态，直至试件发生破坏为止[4]。试验过程中及时记录压力数据，根据试验检测结果，按如下公式计算试件的抗压强度P。

P=H/K

(1)

式中，H为构件的破坏荷载；K为构件的承压面积。

高性能混凝土剪力墙构件的抗压测试频率为每7d进行1次，直至达到第28d为止。构件的抗压强度实测值应大于最大应力值，否则说明构件的抗压强度不达标。在本建筑工程中，高性能混凝土剪力墙构件的最大应力值为50MPa，将试验、计算后确定的抗压强度与之进行对比分析，结果如表3所示(以7组具有代表性的试件为例)。

表3 高性能混凝土剪力墙抗压强度测试结果

根据表3的数据可知：随着高性能混凝土龄期的延长，剪力墙构件的抗压强度逐步提高，且7d抗压强度便超过最大应力，符合要求；高性能混凝土的龄期达到28d时，剪力墙构件的抗压强度为80.25～89.15MPa，随着龄期的延长，进一步提高了抗压强度。总体上，高性能混凝土剪力墙构件的抗压强度较高，符合规范要求，同时也说明了本建筑工程采用的高性能混凝土施工技术具有可行性。

5 结语

综上所述，高性能混凝土在提高工程质量、加快施工进度、保护生态环境等方面均有突出的作用，其在建筑工程中的适用范围逐步扩宽，具有推广应用的前景。高性能混凝土施工涉及到的要点包含原材料选取、混凝土配制、浇筑、振捣、养护等，本文提出了高性能混凝土在建筑工程中的主要应用流程以及各关键工序的施工方法，取得了良好的施工效果，希望所提内容对同仁有参考意义。