郭曉芳

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）技術(shù)的發(fā)展與展望

郭曉芳

（太原城市職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山西 太原 030027）

隨著現(xiàn)代建筑材料的發(fā)展，混凝土材料的性能在不斷改進(jìn)中解決著它自身存在的不足。低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）順應(yīng)時(shí)代要求孕育而生，從設(shè)計(jì)理論到試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析以及各項(xiàng)指標(biāo)分析，分析出低成本高性能泵送混凝土的基本力學(xué)性能和耐久性能。

低成本高性能泵送混凝土；耐久性；強(qiáng)度；摻和料；外加劑；成本

一、低成本高性能泵送混凝土（LC-HPPC）的產(chǎn)生背景

現(xiàn)代建筑材料隨時(shí)代快速發(fā)展，同時(shí)也面臨著多方面的不足。包括北方以凍害和鋼筋銹蝕，南方以鋼筋銹蝕為主的耐久性問(wèn)題，以及傳統(tǒng)水泥作為單一膠凝材料的混凝土在生產(chǎn)過(guò)程中帶來(lái)的環(huán)境污染及資源和能源消耗的問(wèn)題。另外，降低混凝土生產(chǎn)成本，提高產(chǎn)業(yè)效益，也是目前混凝土產(chǎn)業(yè)中急需解決的問(wèn)題之一。

低成本高性能泵送混凝土順應(yīng)時(shí)代要求而生，LC-HPPC應(yīng)該具備所要求的各項(xiàng)性能。包括良好的可泵性、澆搗不離析；早期強(qiáng)度較高；后期保持一定的力學(xué)性能；惡劣的使用條件下保證優(yōu)良的耐久性能以及生產(chǎn)成本低的要求。

其中，LC-HPPC需要有較強(qiáng)的耐銹蝕能力是耐久性關(guān)鍵的因素之一。為阻止氯離子達(dá)到鋼筋的表面，須保證混凝土具有良好的抗氯離子侵蝕性能，防止各種使用環(huán)境下等離子與混凝土各組分發(fā)生反應(yīng)，生成膨脹性的產(chǎn)物，導(dǎo)致混凝土發(fā)生開(kāi)裂破壞；同時(shí)要具備良好的體積穩(wěn)定性，減少微裂縫的產(chǎn)生，從而避免侵蝕性介質(zhì)滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部而形成破壞。

二、LC-HPPC設(shè)計(jì)理論與原則

1.LC-HPPC的可泵性

高層及超高層建筑已作為一種常規(guī)建筑在城市中拔地而起，混凝土的可泵性是影響施工質(zhì)量的關(guān)鍵因素。低成本高性能泵送混凝土的可泵性是指新拌合的混凝土易于運(yùn)輸、泵送、澆筑和搗實(shí)等的施工操作，經(jīng)過(guò)合理的后期養(yǎng)護(hù)能獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的性能。其坍落度必須保持在180~220mm。

2.低成本高性能

在提高泵送混凝土可泵性和強(qiáng)度的同時(shí)，更要降低泵送混凝土生產(chǎn)成本。在制備LC-HPPC過(guò)程中，添加礦物摻合料能夠降低泵送混凝土的生產(chǎn)成本，改善泵送混凝土的性能。

對(duì)于大體積混凝土，諸如粉煤灰、礦粉等礦物摻合料能有效降低混凝土的水化升溫，從而避免了混凝土的早期開(kāi)裂。礦物摻合料在調(diào)整膠凝材料的水化過(guò)程，改善混凝土的水化礦物組成及結(jié)構(gòu)中體現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢(shì)。

3.LC-HPPC的施工養(yǎng)護(hù)及其他

后期的施工養(yǎng)護(hù)對(duì)混凝土力學(xué)性能和耐久性能起著至關(guān)重要的作用，在施工中要嚴(yán)格規(guī)范施工過(guò)程文明施工，避免分層離析或蜂窩麻面的施工質(zhì)量問(wèn)題；及時(shí)養(yǎng)護(hù)，避免因養(yǎng)護(hù)不當(dāng)出現(xiàn)的混凝土質(zhì)量問(wèn)題。在LC-HPPC的強(qiáng)度設(shè)計(jì)方面，由于商品混凝土的富余強(qiáng)度各不相同，商品混凝土生產(chǎn)商要嚴(yán)格控制標(biāo)準(zhǔn)差和強(qiáng)度等力學(xué)指標(biāo)，避免富余強(qiáng)度過(guò)高增加水泥用量，導(dǎo)致生產(chǎn)成本提高?；炷恋膹?qiáng)度與其可泵性具有相同的重要性。

三、LC-HPPC新的研究發(fā)展方向

（一）LC-HPPC耐久性發(fā)展方向

1.抗氯離子侵蝕

對(duì)于常規(guī)混凝土，水泥用量提高會(huì)使混凝土內(nèi)部水化物的增加變得密實(shí)，混凝土抵抗氯離子侵蝕的能力提高。但對(duì)于某些對(duì)氯離子滲透力要求低的混凝土，氯離子滲透電量是達(dá)不到要求的。對(duì)于上述情況，只能通過(guò)摻加礦物摻合料來(lái)改善混凝土的結(jié)構(gòu)組成來(lái)達(dá)到要求。對(duì)于單摻粉煤灰的混凝土，則會(huì)隨著粉煤灰摻量的提高，強(qiáng)度和耐久性均有所下降。這種情況可能是由于粉煤灰的水化活性不高，從而造成28天齡期混凝土結(jié)構(gòu)疏松，由下圖所示可知，粉煤灰的摻量不宜超過(guò)30%。想要達(dá)到低成本高性能泵送混凝土的要求，單純依靠提高粉煤灰摻量是很難的。

圖1 FA對(duì)滲透電量與強(qiáng)度的影響

圖2 礦粉對(duì)滲透電量與強(qiáng)度的影響

單摻礦粉時(shí)對(duì)滲透電量和強(qiáng)度的影響如圖2所示，由圖可以得出，摻加礦粉量宜在40%-60%。

在考慮生產(chǎn)成本后，可以采取粉煤灰、礦粉雙摻的技術(shù)路線，性能可得到明顯改善。通過(guò)試驗(yàn)可以看出，在可泵性和物理力學(xué)指標(biāo)均滿足的前提下，使用的粉煤灰、礦粉、水泥量各占50%的條件下，能夠配置出抗氯離子滲透力強(qiáng)的低成本高性能泵送混凝土。

圖3 雙摻對(duì)28d滲透電量與強(qiáng)度的影響

2.抗硫酸鹽侵蝕

某學(xué)者曾預(yù)測(cè)暴露于硫酸鹽環(huán)境下的混凝土壽命，其結(jié)論為摻有粉煤灰的混凝土服務(wù)壽命可達(dá)100年，而沒(méi)有摻加的混凝土服務(wù)壽命只有20年。將膠凝材料的30%用粉煤灰代替，水泥占70%拌合的混凝土抗硫酸鹽侵蝕能力明顯提高。

3.抗凍融循環(huán)破壞

混凝土的凍融破壞是耐久性的主要問(wèn)題之一。隨著水泥用量的增加，混凝土結(jié)構(gòu)中的大部分水分與水泥發(fā)生水化反應(yīng)，自由水的數(shù)量減少，同時(shí)混凝土強(qiáng)度的提高使水泥石結(jié)構(gòu)變得密實(shí)，外部水分不易滲透進(jìn)入混凝土內(nèi)部從而減弱了水的凍脹作用，混凝土抗凍融破壞的能力有所提高。粉煤灰和硅灰的疊加效應(yīng)能夠有效調(diào)節(jié)水泥的水化過(guò)程，而優(yōu)化的水泥石結(jié)構(gòu)利于混凝土的抗凍融性能。在混凝土中加入微量引氣劑，雖然提高了混凝土的孔隙率，其強(qiáng)度也隨之降低，但卻能夠提高了混凝土的抗凍和抗?jié)B性能。因而，加入引氣劑也是提高混凝土抗凍性能的有效措施之一。

（二）外加劑兼容優(yōu)化

1.高效減水劑優(yōu)化

對(duì)高效減水劑進(jìn)行選擇優(yōu)化，以便能夠最大限度地利用其減水功能，達(dá)到較優(yōu)的性價(jià)比。通過(guò)選擇對(duì)比，綜合其對(duì)可泵性和強(qiáng)度的影響，F(xiàn)DN-1型減水劑對(duì)試驗(yàn)的原材料具有最佳的適應(yīng)性，相同摻量其可泵性較適宜，早期強(qiáng)度較其他品種減水劑高，故推薦FDN-1作為主要減水劑品種。

2.不同早強(qiáng)劑優(yōu)化

通過(guò)試驗(yàn)得出，摻入膠凝材料質(zhì)量1%的硫酸鹽類早強(qiáng)劑比起沒(méi)有摻加早強(qiáng)劑的，1天強(qiáng)度增加80%以上，3天強(qiáng)度增加40%以上，7天強(qiáng)度增加大概30%。但為了防止堿集料反應(yīng)和鋼筋銹蝕的可能性，盡量選定含量較低的早強(qiáng)劑，不僅價(jià)格低廉，且有較強(qiáng)的經(jīng)濟(jì)實(shí)用性。

3.粉煤灰對(duì)強(qiáng)度發(fā)展的影響

針對(duì)粉煤灰二次水化速率慢，較為明顯的強(qiáng)度增長(zhǎng)體現(xiàn)在后期，近年來(lái)眾多學(xué)者提出以60天或90天的齡期來(lái)評(píng)價(jià)工程中摻加粉煤灰混凝土的強(qiáng)度。

粉煤灰本身為燃煤電廠排放出的固體廢物，將粉煤灰作為混凝土的摻和料，不僅解決了廢品的處理問(wèn)題，而且實(shí)現(xiàn)了資源的優(yōu)化利用。國(guó)內(nèi)粉煤灰品質(zhì)參差不齊，加之施工過(guò)程養(yǎng)護(hù)不當(dāng)，工程技術(shù)人員和施工人員對(duì)粉煤灰的使用在認(rèn)識(shí)上存在偏差，認(rèn)為粉煤灰摻量在15%左右，摻量過(guò)高容易產(chǎn)生質(zhì)量問(wèn)題等多方面的誤區(qū)，使得粉煤灰在提高混凝土強(qiáng)度上并沒(méi)有可觀的改善。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)得出，要使混凝土保證良好的物理力學(xué)指標(biāo)和耐久性，粉煤灰摻量宜在30%左右。

（三）LC-HPPC成本分析與調(diào)整

作為混凝土中的主要膠凝材料，水泥、礦粉、粉煤灰的水化活性不同，水泥最先水化生成CSH及CH，之后礦粉、粉煤灰的水化產(chǎn)物填充混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的孔隙來(lái)保證混凝土后期強(qiáng)度增長(zhǎng)。因此，使水泥、礦粉、粉煤灰達(dá)到最優(yōu)匹配，不僅能夠保證混凝土的強(qiáng)度增長(zhǎng)，而且能夠有效提高混凝土的耐久性能。作為混凝土原材料的骨料，石子級(jí)配影響著混凝土的強(qiáng)度，合理配置石子粒徑以便實(shí)現(xiàn)低成本高性能泵送混凝土的基本性能?？偨Y(jié)試驗(yàn)相關(guān)數(shù)據(jù)，將結(jié)論分析如下：

增加粉煤灰摻量。為了降低混凝土成本，可在原有基礎(chǔ)上，單方混凝土增加粉煤灰摻量20千克，但單摻粉煤灰雖然降低了混凝土的生產(chǎn)成本，但很難達(dá)到混凝土低成本的要求。

摻加礦粉。通過(guò)試驗(yàn)得出，對(duì)C35以下混凝土增加礦粉的摻量，可以改善混凝土的可泵性，而C40以上高強(qiáng)度等級(jí)的混凝土則影響不大。

摻加0~5mm的碎石。在粗集料中摻入小粒徑碎石后，C40以下的低強(qiáng)度等級(jí)的混凝土的28天強(qiáng)度都有所下降；對(duì)于強(qiáng)度等級(jí)較高的C45以上的混凝土，膠凝材料用量相對(duì)較大，小粒徑碎石的摻加對(duì)強(qiáng)度影響不大。由此可見(jiàn)，摻加小碎石只對(duì)低強(qiáng)度的混凝土強(qiáng)度的提高意義不大。

LC-HPPC可圍繞原材料的選擇、膠凝材料復(fù)合、填加外加劑等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)；在規(guī)范合理的施工振搗、良好的養(yǎng)護(hù)條件下配置出不僅滿足混凝土施工要求的可泵性和強(qiáng)度值，而且滿足耐硫酸鹽、凍害、抵抗氯離子侵蝕等各種強(qiáng)耐久性的低成本高性能泵送混凝土是今后LC-HPPC的發(fā)展方向。開(kāi)發(fā)研究新型建筑材料來(lái)順應(yīng)建筑行業(yè)的要求和時(shí)代的發(fā)展需求，在創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)的大背景下有著鮮明的意義。

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1673-0046（2016）9-0186-02