淺析高性能混凝土的高強(qiáng)度和高耐久性

馬紅燕

(大理市質(zhì)量監(jiān)督站  云南大理  671000)

    高性能混凝土是20世紀(jì)90年代發(fā)展起來的新型高技術(shù)混凝土。目前普遍認(rèn)為，高性能混凝土是具有一定強(qiáng)變和高工作性及耐久性的混凝土。當(dāng)然，另外還有很多觀點(diǎn)，有些認(rèn)為強(qiáng)度應(yīng)至少在50MPa以上，而有人則認(rèn)為高流態(tài)，免振自密實(shí)混凝土就是高性能混凝土。筆者認(rèn)為，高性能混凝土，應(yīng)具有良好的物理力學(xué)性能，具有較高的強(qiáng)度、彈性模量、體積穩(wěn)定生及高耐久性。高強(qiáng)度混凝土的應(yīng)用．在很大程度上減少了混凝土結(jié)構(gòu)的尺寸，從而降低混凝土結(jié)構(gòu)的自重乃至整個建筑的自重，使高層建筑、大跨窆建筑構(gòu)件(如大跨度橋梁)的建造可以提高到一個新的水平。

    盡管強(qiáng)度與耐久性是不同概念．但又密切相關(guān)，它們之間的本質(zhì)聯(lián)系是基于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在混凝土施工時能充分密實(shí)的條件下，隨著混凝土孔隙率的降低，混凝土的強(qiáng)度不斷提高，與此同時，各種耐久性指標(biāo)也隨之提高。高性能混凝土配制后要同時滿足符合高性能混凝土的三個基本要求：①新拌混凝土良好的工作性：②硬化混凝土的高強(qiáng)度；③硬化混凝土的高耐久性。

1.實(shí)現(xiàn)高性能混凝土高強(qiáng)度的主要措施

    1.1水泥的品種、強(qiáng)度等級和用量

    原則上說，配制高性能混凝土應(yīng)盡可能采用C，A含量低，強(qiáng)度等級高的水泥。水泥的強(qiáng)度等級最低不得低于42.5MPa。品種則應(yīng)優(yōu)先考慮采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。和配制普通混凝土一樣，水泥用量不僅影響新拌混凝土的和易性，而且影響混凝土的強(qiáng)度、耐久性及收縮變形等一系列性能。大量資料表明，水泥用量一般應(yīng)控制在500～620kg／m，為宜，具體用量視混凝土要求的強(qiáng)度等級及活性超細(xì)粉的性能、摻量而定。

    1.2集料

    高性能混凝土的強(qiáng)度和耐久性提高的主要原因之一是集料與硬化水泥漿體界面得到了改善和強(qiáng)化，所以應(yīng)采用優(yōu)質(zhì)粗集料(碎石)和細(xì)集料(砂)。筆者根據(jù)實(shí)驗(yàn)室多年的工作經(jīng)驗(yàn)，認(rèn)為要配制強(qiáng)度等級高的混凝土必須控制好碎石的粒徑及砂的品質(zhì)和細(xì)度模數(shù)。

    1.3摻入高效活性礦物摻料

    摻合料摻入混凝土后能改善混凝土的施工性能，尤其是提高它的可泵性，降低泵送壓力，提高泵送能力.可以堵塞和修復(fù)水泥漿體內(nèi)部和它與粗集料界面過渡區(qū)的毛細(xì)孔和微觀缺陷，可以大大地提高混凝土的強(qiáng)度和密實(shí)性；能與水泥水化生成的氫氧化鈣相結(jié)合，從而可以顯著地提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性。因此活性細(xì)摻料成了配制高性能混凝土不可缺少的一個組成部分。

    1.4合理利用高效減水劑，實(shí)現(xiàn)低用水量

    采用高效減水劑以降低水灰比是獲得高強(qiáng)及高流動性混凝土的主要技術(shù)措施，同時配制高性能混凝土的高效減水劑應(yīng)滿足下列要求：

    ①高減水率。減水劑的減水率至少應(yīng)大于20％，特別是配制泵送高性能混凝土，減水率應(yīng)大于25％。②新拌混凝土的坍落度經(jīng)時損失要小。③與所使用的水泥相容性好。

    1.5加入纖維材料

    在混凝土中添加纖維材料。其抗拉、抗彎、抗剪強(qiáng)度均有所提高．其韌性和抗疲勞、抗沖擊等性能則能有較大幅度提高。

2.實(shí)現(xiàn)高性能混凝土高耐久性的主要措施

    2.1影響混凝土耐久性的主要因素

    首先，為滿足混凝土施工工作性要求，一般混凝土用水量大、水灰比高，因而導(dǎo)致混凝土的孔隙率很高，約占水泥石總體積的25％～40％，特別是其中毛細(xì)孔占相當(dāng)大部分，毛細(xì)孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)及其它有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的通道，從而引起混凝土耐久性的不足。

    其次，水泥石中的水化物穩(wěn)定性不足。波特蘭水泥水化后的主要化合物是堿度較高的高堿性水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣。此外，在水化物中還有數(shù)量很大的游離石灰， 它的強(qiáng)度極低，穩(wěn)定性極差，在侵蝕條件下，是首先遭到侵蝕的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必須減少或消除這些穩(wěn)定性低的組分．特別是游離石灰。

    2.2提高混凝土耐久性的技術(shù)途徑

    如前分析，要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率．特別是毛細(xì)管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將  隨之降低，又會導(dǎo)致?lián)v實(shí)成型工作困難，同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密．甚至出現(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強(qiáng)度降低，而且混凝土的耐久性也同時降低。所以必須加強(qiáng)施工控制環(huán)節(jié)．避免收縮及溫度裂縫產(chǎn)生，提高混凝土的耐久性。

    1)摻人高效減水劑

    在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細(xì)管孔隙率大幅度降低。

    水泥在加水?dāng)嚢韬螅瑫�產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中．包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時相應(yīng)地增加用水量。這樣就會促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當(dāng)加入減水劑后．減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時使水泥絮凝狀的絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，因而達(dá)到減水的目的。筆者根據(jù)查閱許多資料和在實(shí)驗(yàn)室的試配．以及實(shí)際工程的應(yīng)用表明，當(dāng)水灰比降低到0.38以下時，消除毛細(xì)管孔隙率的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)，而摻入高效減水劑．完全可以將水灰比降低到0.38以下。

    2)摻入高效活性礦物摻料

    話性礦物摻料是由工業(yè)廢料（硅灰、超細(xì)礦渣、粉煤灰、沸石粉或其他工業(yè)廢渣)經(jīng)磨細(xì)加工而成，一般比表面積應(yīng)不低于4000cm²／g。普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，是影響混凝土耐久性的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物，可以改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成。活性礦物摻料中含有大量活性Si02及Al20，，它們能和波特蘭水泥水化過程中產(chǎn)生的游離石灰及高堿性水化硅酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，生成強(qiáng)度更高，穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿性水化硅酸鈣，從而達(dá)到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的。有些超細(xì)礦物摻料，其平均粒徑小于水泥粒子的平均粒徑，能填充于水泥粒子之間的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)更為致密。并阻斷可能形成的滲透路徑。此外，還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用．對提高混凝土的耐久性及強(qiáng)度都有本質(zhì)性的貢獻(xiàn)。

    與單一指標(biāo)強(qiáng)度比較．耐久性是個非常復(fù)雜的問題。它涉及的內(nèi)容和影響因素很多。其中不管是由何種原因引起的混凝土裂縫。都會對耐久性產(chǎn)生嚴(yán)重影響。因此，有效地提高混凝土的抗裂性無疑對提高混凝土耐久性有重要的意義。目前為提高混凝土的抗裂能力，開始采用纖維增強(qiáng)混凝土。我國不但已在工程中使用鋼纖維制作混凝土．而且開始大量運(yùn)用聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維等。通過在普通混凝土中少量摻入，能大大提高混凝土早期抵御干縮裂縫的能力。

3.結(jié)束語

    高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水和集料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量．減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮，提高強(qiáng)度，提高耐久性。

    高性能混凝土最重要特征是其優(yōu)異的耐久性，耐久性可達(dá)百年以上．甚至可以達(dá)到500年，是普通混凝土的3～5倍。混凝土的高耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修與翻新，節(jié)約材料與人工費(fèi)，節(jié)約資源，不破壞環(huán)境，符合可持續(xù)發(fā)展的原則。近年來，高性能混凝土在建筑工程中的應(yīng)用越來越廣泛．因此，對高性能混凝土的研究也越來越受到重視。隨著我國經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和建筑科技的進(jìn)步，高性能混凝土在建筑工程中應(yīng)用的比例將會逐年加大。我們應(yīng)更加重視高性能混凝土的研究和應(yīng)用，使高性能混凝土的技術(shù)獲得更快的發(fā)展。

(本文來源：陜西省土木建筑學(xué)會  文徑網(wǎng)絡(luò)：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)