何　毅

(晉中科睿工程檢測(cè)有限公司，山西 晉中　030600)

0　引言

高性能混凝土設(shè)計(jì)及生產(chǎn)理念是基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性概念基礎(chǔ)上提出的，同傳統(tǒng)的混凝土相比，高性能混凝土在抗拉、抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗裂性及耐久性方面有顯著優(yōu)勢(shì)；除了性能方面有提升外，高性能混凝土在澆筑過程中的和易性、流動(dòng)性更好，澆筑振搗過程中，穩(wěn)定性好、骨料不容易離析。高性能混凝土目前已經(jīng)廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)實(shí)踐中，尤其是大跨徑、大體積結(jié)構(gòu)，使用更加普遍。本文以省內(nèi)某大體積混凝土澆筑項(xiàng)目為研究案例，就高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)及應(yīng)用實(shí)踐進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析，以期對(duì)后續(xù)的高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及生產(chǎn)使用實(shí)踐提供參考和借鑒。

1　高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)原則及適應(yīng)性分析

1.1　高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)原則

對(duì)于高性能混凝土而言，為了充分發(fā)揮高性能混凝土的各項(xiàng)性能，必須嚴(yán)格控制配合比設(shè)計(jì)精度，且在具體配合比設(shè)計(jì)過程中，必須注意好以下幾點(diǎn)：

第一，在配合比設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)以提高混凝土強(qiáng)度為基本準(zhǔn)則，考慮到混凝土強(qiáng)度形成除了受配合比設(shè)計(jì)影響外，混凝土拌和、混凝土澆筑及混凝土運(yùn)輸過程中均會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生影響，為了保證澆筑后強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，應(yīng)預(yù)留一定比例的裕度系數(shù)。

第二，水灰比是衡量混凝土強(qiáng)度及各項(xiàng)性能的重要指標(biāo)之一，在具體設(shè)計(jì)過程中，必須遵循降低水灰比的基本原則，水膠比應(yīng)保證在最佳范圍內(nèi)，在確保強(qiáng)度的前提下，最大程度兼顧混凝土的和易性和流動(dòng)性，保證能夠滿足大體積結(jié)構(gòu)澆筑過程中的連續(xù)泵送需要。

第三，選定合理的砂率指標(biāo)，工程實(shí)踐表明，混凝土砂率能夠顯著影響混凝土的和易性和流動(dòng)性，在配合比設(shè)計(jì)過程中，必須做到粗骨料和細(xì)骨料聯(lián)合設(shè)計(jì)的原則，主要根據(jù)粗骨料的孔隙率及骨料級(jí)配和水泥等膠凝材料的使用量確定砂率指標(biāo)。

第四，礦物摻合料及外加劑的合理使用。為了改善高性能混凝土的抗?jié)B性、抗裂性、和易性等指標(biāo)，應(yīng)通過添加適量的外加劑和礦物摻合料，在具體設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)遵循因地制宜的原則，例如，對(duì)于水下混凝土構(gòu)筑物或者水工構(gòu)筑物，可以考慮添加適量的礦粉、粉煤灰等摻合料以提升混凝土的抗?jié)B性和抗裂性能。

1.2　綜合考慮混凝土外加劑與膠凝材料的相適性

在高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)及拌和過程中，為了滿足不同施工工況的需要，應(yīng)適當(dāng)加入部分外加劑以改善高性能混凝土某項(xiàng)特定性能，以滿足特定工況的需要。但需要注意的是，外加劑、水泥等膠凝材料在使用過程中應(yīng)該考慮二者之間的適應(yīng)性問題。例如，若添加的減水劑同水泥發(fā)生反應(yīng)時(shí)，將嚴(yán)重影響水泥材料的流動(dòng)性，且在澆筑后會(huì)伴隨混凝土板結(jié)發(fā)熱問題，影響混凝土強(qiáng)度形成。此外，為了提供高性能混凝土的和易性及施工流動(dòng)性，在拌和過程中添加一定量的引氣劑，能夠顯著改善混凝土的和易性及粘聚性，若添加過量，將導(dǎo)致混凝土流動(dòng)性過大而難以成型，在一定程度上影響高性能混凝土的后期強(qiáng)度形成。因此，在高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)過程中，涉及外加劑添加時(shí)，必須綜合考慮外加劑與膠凝材料的適應(yīng)性，防止因外加劑添加失誤導(dǎo)致的高性能混凝土質(zhì)量下降。

2　高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1　高性能混凝土外加劑限量

高性能混凝土的原則是盡可能降低水泥等膠凝材料的用量，進(jìn)而減少因生產(chǎn)水泥引起的環(huán)境污染。目前，隨著粉煤灰、礦粉等外加劑的普遍使用，水泥用量已經(jīng)減少了40%左右，全新一代高性能混凝土的水泥用量下降目標(biāo)為50%以上，在使用外加劑過程中，應(yīng)處理好摻量與混凝土強(qiáng)度之間的矛盾，可以考慮將高性能混凝土外加劑摻量的限定條件更改為對(duì)高性能混凝土強(qiáng)度遞增率的控制，確保外摻外加劑高性能混凝土在保證混凝土早期強(qiáng)度的前提下，防止由于早期強(qiáng)度發(fā)展過快引起的內(nèi)部微裂縫。目前，高性能混凝土的強(qiáng)度遞增控制形式如表1所示。

表1　高性能混凝土的強(qiáng)度遞增控制形式

2.2　高性能混凝土水泥限量

在高性能混凝土結(jié)構(gòu)中，對(duì)抗?jié)B性及耐久性的要求普遍較高，尤其是大體積混凝土結(jié)構(gòu)中，對(duì)混凝土各項(xiàng)性能的要求更高。因此，為了保證高性能混凝土的抗?jié)B性及耐久性滿足要求，一般情況下，必須最大程度控制水泥的用量，由于水泥在水化過程中，會(huì)產(chǎn)生大量的水化熱，水化熱在擴(kuò)散過程中，由于溫差因素的影響，很容易引起混凝土結(jié)構(gòu)表面開裂。因此，為了降低水化熱對(duì)高性能混凝土的影響，必須盡可能降低水泥的使用量。部分高性能混凝土配合比經(jīng)過改良和優(yōu)化后，其活性和耐久性、抗?jié)B性指標(biāo)明顯高于GB/T 8376—2002中對(duì)高性能混凝土用礦物外加劑的二元、三元復(fù)合外摻料，所以，可以不受相關(guān)規(guī)范約束?；炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中指出，上部結(jié)構(gòu)水泥使用量最低值為200 kg/m3，若外加劑類型合理，且摻量適合，經(jīng)過配合比優(yōu)化后，水泥使用量可以降低到120 kg/m3,且對(duì)應(yīng)的抗?jié)B等級(jí)可以高達(dá)P21級(jí)以上。除此以外，出于對(duì)高性能混凝土生產(chǎn)成本的考慮，混凝土中膠凝材料總量超過300 kg/m3的普通混凝土進(jìn)行高性能轉(zhuǎn)化，在水泥用量不超過200 kg/m3的條件下，尚不具備大規(guī)模生產(chǎn)和推廣使用條件。

2.3　高性能混凝土用水限量

除了控制水泥等高水化熱材料的使用量外，控制用水量也是配置高性能混凝土的關(guān)鍵，科學(xué)試驗(yàn)表明，高性能混凝土用水量與外加劑用量呈正相關(guān)。當(dāng)前，商混為了提升泵送效果使用的泵送劑仍然以減水劑為主，隨著粉煤灰和礦粉雙摻技術(shù)的成熟，通過外加一定比例的礦粉及粉煤灰，能夠降低用水量約13%～14%的高性能減水劑應(yīng)運(yùn)而生，目前高性能減水劑主要應(yīng)用在高強(qiáng)混凝土中。在水泥價(jià)格下滑的大背景下，降低水泥用量，提升外加劑摻量勢(shì)必會(huì)提高混凝土成本，部分企業(yè)在拌和混凝土中，寧愿大量使用水泥也不會(huì)選擇使用高性能減水劑，為了實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的產(chǎn)業(yè)化規(guī)模，應(yīng)從制度上明確混凝土的用水量，在目前的高性能混凝土生產(chǎn)過程中，為了降低成本，建議使用價(jià)格適中的萘系高效減水劑，保證強(qiáng)度等級(jí)在C50以下的混凝土拌和用水量降低至170 kg/m3以下。

3　高性能混凝土生產(chǎn)及使用實(shí)踐

3.1　完善高性能混凝土養(yǎng)護(hù)技術(shù)水平

決定高性能混凝土能否大規(guī)模使用的主要因素除了混凝土設(shè)計(jì)配合比外，混凝土養(yǎng)護(hù)工藝也是影響其推廣使用的關(guān)鍵因素。工程實(shí)踐表明，傳統(tǒng)的灑水、濕草墊覆蓋等傳統(tǒng)養(yǎng)護(hù)方式已經(jīng)無法滿足高性能混凝土的養(yǎng)護(hù)要求。使用化學(xué)噴涂技術(shù)在高性能混凝土接近初凝狀態(tài)時(shí)，噴涂養(yǎng)護(hù)劑，在表面形成隔離膜，防止表面毛細(xì)與外界進(jìn)行水分交換，保證內(nèi)部水化反應(yīng)充分，在保證混凝土強(qiáng)度的前提下，減少了混凝土表面毛細(xì)裂縫產(chǎn)生的幾率。為高性能混凝土的大規(guī)模推廣使用奠定了基礎(chǔ)和條件。

3.2　打破高性能混凝土大規(guī)模使用的瓶頸

目前，在高性能混凝土產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方面，缺乏必要的標(biāo)準(zhǔn)和約束是影響其推廣使用的根本缺陷，尤其在相關(guān)的設(shè)計(jì)規(guī)范、驗(yàn)收規(guī)范等方面缺失嚴(yán)重，導(dǎo)致高性能混凝土無法正常、合規(guī)使用。必須加快完善和建立高性能混凝土設(shè)計(jì)及試驗(yàn)、驗(yàn)收規(guī)范文件編制和建立，為高性能混凝土推廣使用提供參考和條件。