在《高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)施工指南》(CECS98)中將強(qiáng)度等級(jí)大于等于C50的混凝土稱為高強(qiáng)混凝土。它是用強(qiáng)度不低于42.5 級(jí)的水泥和優(yōu)質(zhì)骨料摻配，并以較低的水灰比，通過充分振動(dòng)密實(shí)作用制取而成的。其優(yōu)點(diǎn)是用于結(jié)構(gòu)物后，在保證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要求的前提下，可以顯著減少截面尺寸，減輕結(jié)構(gòu)自重，大幅度減少水泥和混凝土用量，增加建筑使用面積和縮短施工工期，多用于高層建筑、大跨度橋梁等結(jié)構(gòu)工程中。已被列為建設(shè)事業(yè)“十一五”重點(diǎn)推廣技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)推廣項(xiàng)目之一。

 

    混凝土是非勻質(zhì)材料，硬化的混凝土由集料、水泥漿體和界面過渡區(qū)三部分組成。其中任何一個(gè)部分出現(xiàn)問題，都必然影響混凝土的整體性能。原材料不同的混凝土其強(qiáng)度高低差異很大。而對(duì)于高強(qiáng)度混凝土來說，影響強(qiáng)度的因素比普通混凝土更為復(fù)雜，下面對(duì)配制高強(qiáng)混凝土?xí)r原材料的選擇及一些預(yù)處理措施分述如下：

 

    水泥是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素。配制高強(qiáng)度混凝土，應(yīng)采用礦物組成合理、細(xì)度合格的高強(qiáng)度水泥，一般宜優(yōu)先選取旋窯生產(chǎn)的強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5 的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。水泥磨的愈細(xì)，比表面積就愈大，水化反應(yīng)愈充分，早期強(qiáng)度就愈高。然而細(xì)度不宜過高，否則會(huì)造成水化熱過大，導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生溫度應(yīng)力裂縫，反而降低混凝土強(qiáng)度和耐久性，影響混凝土結(jié)構(gòu)使用壽命。

   

    高強(qiáng)混凝土要求低水膠比，要降低水膠比就必須使用高效減水劑。但是并不是每一種符合國家標(biāo)準(zhǔn)的水泥在使用一定的高效減水劑時(shí)都有相同的流變性能；同樣，也并不是每一種符合國家標(biāo)準(zhǔn)的高效減水劑對(duì)每一種水泥流變性能的影響都相同。這就是所謂的水泥和高效減水劑之間存在相容性問題。當(dāng)水泥與高效減水劑的相容性不好時(shí)，不僅會(huì)造成高效減水劑的減水效果差，更為重要的是會(huì)造成混凝土坍落度的嚴(yán)重?fù)p失。影響水泥與高效減水劑相容性的主要因素，對(duì)高效減水劑來說，主要包括其化學(xué)性質(zhì)、分子量、交聯(lián)度、磺化程度和平衡離子等；對(duì)水泥來說，主要包括：(1)水泥的C3A含量和總堿含量；C3A含量不宜超過8%，當(dāng)C3A含量過高時(shí)，一般來說，用于高強(qiáng)混凝土的水泥，拌制出來的混凝土流動(dòng)度損失會(huì)很快。(2)水泥的細(xì)度；用于高強(qiáng)混凝土的水泥細(xì)度一般在3000～4000cm2/g，水泥的細(xì)度會(huì)影響拌制混凝土的需水量，水化過程的放熱速度，在空氣中的硬化收縮等，進(jìn)而影響混凝土發(fā)生裂縫的可能性，還會(huì)影響混凝土坍落度的損失。

 

    2.1粗集料

    粗集料在混凝土的結(jié)構(gòu)中主要起骨架作用，因此骨料的性能對(duì)于高強(qiáng)度混凝土的抗壓強(qiáng)度具有重要影響。粗集料可從抗壓強(qiáng)度、表面特征、最大粒徑、雜質(zhì)含量等對(duì)其對(duì)其進(jìn)行優(yōu)選和預(yù)處理。

 

    2.1.1抗壓強(qiáng)度

    制備高強(qiáng)度混凝土，應(yīng)優(yōu)先選取質(zhì)地堅(jiān)硬的碎石，。根據(jù)配制混凝土的等級(jí)，合理確定粗集料的強(qiáng)度，其強(qiáng)度通過壓碎值或巖石立方體強(qiáng)度的來測定。碎石的壓碎指標(biāo)值一般應(yīng)小于10%。抗壓強(qiáng)度不應(yīng)小于要求配制的混凝土抗壓強(qiáng)度指標(biāo)的1.5 倍。因此，一般采用質(zhì)地堅(jiān)硬，級(jí)配良好的花崗巖、硬質(zhì)砂巖以及石灰?guī)r等。另外一般碎石的抗壓強(qiáng)度在110～130MPa左右，再加上其各相不均勻性，故在配制C100以上混凝土的時(shí)候尤其需要考慮粗集料的選擇，甚至普通的碎石可能無法達(dá)到要求，轉(zhuǎn)而考慮不要粗骨料或者改為活性陶粒，即通常所說的RPC。

 

    2.1.2 表面特征

    在混凝土初凝時(shí)，水泥砂漿與粗集料的粘結(jié)受集料表面特征的影響較大。一般應(yīng)選取近似立方體形的碎石，其表面粗糙、多棱角，這樣提高了混凝土的粘結(jié)性能，從而提高了混凝土的抗壓強(qiáng)度，應(yīng)避免使用鄂破碎石，因該方式生產(chǎn)地碎石級(jí)配不好且針、片狀較多，而選用反擊式破碎石其級(jí)配較好且碎石形狀近似立方體。為了盡量減少混凝土內(nèi)部的缺陷，粗集料在使用前可考慮用水清洗晾干，以除去泥塊、粉屑和一些有害的輕物質(zhì)等。另其中針、片狀的含量不應(yīng)超過8%。

 

    2.1.3最大粒徑

    對(duì)于中、低強(qiáng)度混凝土來說，適當(dāng)增加骨料粒徑對(duì)混凝土強(qiáng)度有利，但對(duì)于高強(qiáng)度混凝土由于石材的強(qiáng)度的不均勻性則可能導(dǎo)致強(qiáng)度下降。在混凝土拌和物中，相同重量的大粒徑集料比小粒徑集料表面積要小，其與砂漿的粘結(jié)面積相應(yīng)要小，則粘結(jié)力要低，且混凝土的工作性差，所以大粒徑集料很難配制出高強(qiáng)度混凝土。對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C60 的混凝土，其粗骨料的粒徑不應(yīng)大于31.5mm；對(duì)強(qiáng)度等級(jí)高于C60 的混凝土，其粗骨料的粒徑最大不應(yīng)超過25mm，采用標(biāo)準(zhǔn)為5～15mm 或5～20mm 規(guī)格的集料最適宜。

 

    2.1.4級(jí)配

    集料的級(jí)配要符合要求且集料的空隙要小，通常采用二種規(guī)格的石子進(jìn)行摻配。如5～31.5mm 連續(xù)級(jí)配采用5～16mm 和16～31.5mm 二種規(guī)格的碎石進(jìn)行摻配。5～25mm 連續(xù)級(jí)配采用5～16mm 和10～25mm 二種規(guī)格進(jìn)行摻配。摻配時(shí)符合級(jí)配要求的范圍內(nèi)，可能有二種或三種符合級(jí)配范圍要求的摻配方案，選取其中體積密度較大者使用，因體積密度大則空隙率小。

 

    2.2細(xì)集料

    砂材質(zhì)的好壞，對(duì)高強(qiáng)混凝土的和易性影響比粗集料要大。一般應(yīng)優(yōu)先選取Ⅱ級(jí)、含泥量少、石英顆粒含量較多的江砂或河砂。砂的細(xì)度模數(shù)最好在2.6～3.1 的范圍內(nèi)的中砂或者中粗砂，當(dāng)細(xì)度模數(shù)＜2.6 時(shí)，拌制的混凝土拌和物會(huì)顯得粘稠，施工中難以振搗。另外如果砂子過細(xì)，在滿足拌和物和易性要求時(shí)，就要增大水泥用量。砂也不宜太粗，細(xì)度模數(shù)在3.1以上時(shí)，容易引起新拌混凝土的運(yùn)輸澆筑過程中離析及保水性能差，從而影響混凝土的內(nèi)在質(zhì)量及外觀質(zhì)量。同時(shí)應(yīng)檢測其中5mm以上小石子的含量如果超過10%應(yīng)在計(jì)算配比時(shí)將其換算成石頭的量。在使用前同樣考慮用水清洗晾干。

 

    拌合水使用飲用水時(shí)一般可不經(jīng)試驗(yàn)直接使用，其他水拌制混凝土要選擇不含有影響水泥正常凝結(jié)與硬化的有害物質(zhì)、油脂、糖類等，且水的PH 值應(yīng)大于4。

 

    配制高強(qiáng)混凝土降低水膠比必須使用高效減水劑，高效減水劑實(shí)際減水率可達(dá)到25％左右，摻入混凝土后，可以提高混凝土的流動(dòng)性，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗壓、抗彎性能，同時(shí)降低了水泥用量，減少工程成本。但摻高效減水劑的混凝土容易出現(xiàn)的坍落度經(jīng)時(shí)損失較快，所以施工時(shí)宜采用二次摻入法或摻入相應(yīng)的緩凝劑。另外，當(dāng)日最低溫度低于0℃時(shí)，高效減水劑雖能提高拌合物和易性，但對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)會(huì)大大降低，因此，必須對(duì)混凝土拌合物采取有效保溫措施。目前第三代減水劑聚羧酸的出現(xiàn)及普及使用，由于其梳形分子結(jié)構(gòu)及羧基的影響使得的聚羧酸系減水劑具有減水率高、混凝土塌落度經(jīng)時(shí)損失小，摻量低等優(yōu)點(diǎn)。但聚羧酸的使用影響因素較復(fù)雜在施工過程中必須注意的以下幾個(gè)方面：1、對(duì)水敏感，水的波動(dòng)會(huì)造成減水的效果差別很大，因此必須控制砂石的含水率，最好有室內(nèi)堆場，以利于水份均勻，并且在施工中嚴(yán)禁私自向混凝土中加水。2、聚羧酸的配制材料的不同導(dǎo)致其實(shí)際效果也不同，故提供聚羧酸的廠家換原材料時(shí)應(yīng)重新對(duì)相容性做檢測，以確定合適的摻量。

 

    5.1 粉煤灰

    粉煤灰來自于火力電廠，燒煤后收集的灰粒。對(duì)其有效使用不但有利于環(huán)保，減少污染。且對(duì)混凝土的性能也產(chǎn)生很多影響。對(duì)于混凝土拌合物能能夠減少拌合物用水量、提高保水性、降低泌水量，而且由于粉煤灰顆粒的表面光滑起到潤滑和分散作用能夠提高混凝土的坍落度，坍落度經(jīng)時(shí)損失也得到明顯緩解。但通常隨著粉煤灰在混凝土中摻量的增加，粉煤灰混凝土的強(qiáng)度發(fā)展特別是早期強(qiáng)度降低較為明顯，其強(qiáng)度的增長效應(yīng)隨齡期增長其作用才逐漸體現(xiàn)出來，1年后的強(qiáng)度甚至超過普通混凝土強(qiáng)度。由于粉煤灰的摻入有效的改善了普通混凝土的工作性，在同樣的工作性能的情況下，粉煤灰混凝土的收縮比普通混凝土低。粉煤灰混凝土能夠提高混凝土的密實(shí)度、抗?jié)B性，但會(huì)降低抗凍性可適量加入引氣劑來改善。

 

    在選取粉煤灰的時(shí)候除了細(xì)度上的差別外，應(yīng)重點(diǎn)考慮其燒失量。細(xì)度是其活性的重要指標(biāo)，比表面積在6000cm2/g以上較合適。燒失量的高低主要由含碳量決定，含碳量高則會(huì)吸附減水劑、引氣劑等降低其使用效果，提高需水量，降低混凝土的密實(shí)度。

 

    5.2 礦渣粉

    粒化高爐礦渣來自于煉鐵的副產(chǎn)品，對(duì)于混凝土拌合物能降低抗離析能力，延緩初凝、終凝時(shí)間，降低水化熱、推遲溫峰出現(xiàn)時(shí)間。提高混凝土的坍落度，減少坍落度經(jīng)時(shí)損失。因其改善水泥石與骨料界面，減小Ca(OH)2晶體，細(xì)化水泥石結(jié)構(gòu)，從而有效提高混凝土抗?jié)B性能。耐蝕性能也得到改善，尤其抑制氯離子優(yōu)異，因?yàn)榈V渣與堿先行反應(yīng)，即固定了水泥中的Na2O、K2O弱化或消除了潛在的堿骨料反應(yīng)。

為了更有效地激發(fā)礦渣粉的活性，在選擇時(shí)成分變化不大的情況下需重點(diǎn)考慮細(xì)度，比表面積在5000cm2/g以上較合適。

 

    5.3硅粉

    硅粉來源于硅鐵合金廠、硅金屬廠冶煉進(jìn)入煙道、收塵裝置收集的極細(xì)微粒。在混凝土中摻加能提高密實(shí)度減少大晶格的Ca(OH)2和鈣礬石、降低泌水率、減弱水膜危害、強(qiáng)化了界面狀態(tài)，提高強(qiáng)度和耐久性，尤其對(duì)早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)較大，抗?jié)B、抗侵蝕、抗銹蝕、抗沖擊磨損都有所提高，由于其消耗OH-，能夠抑制堿骨料反應(yīng)。但摻量不宜過量，會(huì)增加混凝土稠度，不易施工。

 

    5.4其它摻合料

    天然沸石、片高嶺土等磨細(xì)后均可以加入混凝土用以替代部分水泥使用。

    由于礦物摻合料之間微粉顆粒的填充效應(yīng)與和后期水化的化學(xué)效應(yīng)的復(fù)合疊加，在選取礦物添加劑的時(shí)候應(yīng)考慮選用兩種或兩種以上礦物摻合料和外加劑同時(shí)摻入混凝土，從而產(chǎn)生各組分性能的疊加甚至超疊加效應(yīng)以進(jìn)一步改進(jìn)混凝土性能和取得某種特性。

 

    高強(qiáng)混凝土由于其表現(xiàn)出的優(yōu)異性能，得到國家重點(diǎn)推廣。在配制的過程中需要重點(diǎn)考慮水泥的細(xì)度和C3A的含量，對(duì)于集料應(yīng)兼顧級(jí)配、形狀及清潔度等問題，在使用高效減水劑時(shí)尤其是聚羧酸高效減水劑更要嚴(yán)格控制拌合物用水量和砂子含水率的穩(wěn)定性。對(duì)于礦物摻合料應(yīng)綜合考慮其優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行復(fù)合摻加。以確保所配置的高強(qiáng)混凝土性能、強(qiáng)度的穩(wěn)定。

 

[1]《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJ55-2000）北京：中國建筑工業(yè)出版社.2001.

[2]《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB50119-2003）北京：中國建筑工業(yè)出版社.2003.

[3] 馮乃謙.高性能混凝土[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,1996.

[4] 朱大宇.高性能混凝土施工技術(shù)[J]. 建筑施工.2000 .

[5] 熊大玉.聚羧酸系高效減水劑使用的幾個(gè)問題.中國鐵道出版社.2006.6