劉運昭

（石家莊市交建高速公路建設(shè)管理有限公司石衡分公司，河北 石家莊 050000）

一、研究目的

高性能混凝土是一種可以滿足特定功能與勻質(zhì)性綜合需要的混凝土。通過一般的傳統(tǒng)材料和方法進(jìn)行混合、鑄造和養(yǎng)護(hù)都不能滿足高性能混凝土的要求，它必須通過鑄造和壓實等方法來提高混凝土的長期力學(xué)性能、初始強(qiáng)度、剛度和體積穩(wěn)定性，并延長其在惡劣環(huán)境中的使用壽命。

高性能混凝土通常與高強(qiáng)度混凝土有關(guān)。嚴(yán)格來說高性能混凝土不僅具有高強(qiáng)度，同時還具有較高的剛度、彈性模量與耐久性。使用一般混凝土建造的車道，由于其缺乏耐久性等性能，車道在使用過程中會出現(xiàn)不同程度的斷裂、剝落等。而使用高性能混凝土能避免上述路面病害的出現(xiàn)。

二、研究方法

高性能混凝土的研究基于《混凝土配合比設(shè)計規(guī)范》（CJGJ 55-2011）、《普通混凝土混合物的性能測試標(biāo)準(zhǔn)》（CGB / T 50080-2002）、《普通混凝土力學(xué)性能測試方法標(biāo)準(zhǔn)》（CGB / T50081-2002）、《常規(guī)混凝土的長期性能和耐久性的測試方法》（CGBJ 82-85）。

三、工程原材料

（一）水泥

本研究所用水泥種類為低堿硅32.SR和42.SR。普通硅酸鹽水泥化學(xué)成分化學(xué)成分和工藝性能如表1所示。根據(jù)硅酸鹽水泥和一般硅酸鹽水泥（GB175-99）的規(guī)定，MgO，SO3等成分含量和燒損失量符合要求，水泥穩(wěn)定性合格，3d、28d的抗壓強(qiáng)度和抗彎強(qiáng)度符合要求。

表1 普通硅酸鹽水泥化學(xué)成分/%

（二）粗骨料

實驗采用淄博寶山砂礫，其14天膨脹率為0.068%＜0.1%，存在無堿硅酸活性。將澆注樁、連接柱和蓋梁的粗骨料混合成為10～30mm和5～10mm的兩個等級，形成5～31mm的連續(xù)分級碎石。使用最大體積密度法測試，其體積密度在7：3的比率下最高，并且空隙率達(dá)到最低可能值。箱梁粗骨料單粒級粒徑為10～20mm，符合規(guī)范要求。泥漿含量為0.5%，針狀顆粒含量為7.75%，堆積密度為1510kg/m3。碎石顆粒的分級如表2所示。

表2 碎石顆粒級配累計篩余量/%

（三）細(xì)骨料

實驗采用萊蕪高莊的中砂，Mx=2.98，體積密度為1584.1kg/m3，其含有的有害物質(zhì)均低于規(guī)定值，沒有檢測到玻璃巖結(jié)構(gòu)或典型的堿活性組分，由此確定試驗所用中砂是非堿性活性聚集料。砂試驗結(jié)果如表3所示。

表3 砂檢測結(jié)果

（四）外加劑

DB型氨基磺酸系高效減水劑，其與水泥具有良好的相容性，在60min內(nèi)基本沒有坍落，90min最大坍落度損失為24%。隨著超塑化劑用量的增加，坍落度開始減少。加入復(fù)合超細(xì)粉末更有利于與高效減水劑發(fā)揮疊加作用，有效降低坩堝混合物的坍落度。例如，含有20%超細(xì)粉末的第一類外加劑在90min內(nèi)僅損失16%，比不含超細(xì)粉末的第二類外加劑效果更好，保水性得到很大的提升。

（五）活性摻和料

活性混合物是粉煤灰和復(fù)合超細(xì)粉末的混合物；復(fù)合超細(xì)粉末是磨碎的礦渣和飛灰的混合物。粉煤灰和復(fù)合超細(xì)粉末的化學(xué)成分如表4所示。復(fù)合超細(xì)粉末可以大大降低混凝土的絕熱溫升，可以用來制備低水化熱的大體積混凝土，有效地解決混凝土早期強(qiáng)度低的缺陷。此外，“雙混”混凝土具有優(yōu)異的耐腐蝕性、抗碳化性、防滲透性等。

表4 粉煤灰和復(fù)合超細(xì)粉的化學(xué)成分/%

通過使用復(fù)合超細(xì)粉末減少水泥用量來制備水泥漿，并通過測量測試錐的深度得出復(fù)合超細(xì)粉末的相對需水量。試驗表明，隨著復(fù)合超細(xì)粉末代替水泥的比例增加，可相應(yīng)增加用水量以實現(xiàn)相同的流動性。當(dāng)復(fù)合超細(xì)粉末的用量比例為15～25%時，需水量相對穩(wěn)定；當(dāng)其用量比例超過30%時，需水量則需要增加。從需水量指數(shù)來看，最佳劑量范圍為15～25%。復(fù)合超細(xì)粉末替代水泥的適當(dāng)比例為20%。水泥漿下沉程度如表5所示。

表5 水泥凈槳沉入度/mm

四、結(jié)果與討論

（一）高性能復(fù)合超細(xì)粉混凝土配制與工作性

在本文中，制備了多種不同的C40和C50混凝土超細(xì)粉末。表6中選擇了具有代表性的混凝土配合比。第1至3組是C40混合比，第4至6組是C50混合比，第1組和第6組是比較參考混合比，第2至5組是超細(xì)粉末高性能混凝土混合比。

表6 混凝土配合比

根據(jù)表6的混合比制備的高性能復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的性能試驗結(jié)果如表7所示。試驗結(jié)果表明，復(fù)合超細(xì)粉末的加入改善了混凝土的和易性并降低了混凝土的可加工性，同時也減少了坍落度損失和混凝土的泌水率。

（二）高性能粉煤灰混凝土的力學(xué)性能

根據(jù)表7和表8中的試驗結(jié)果可以看出，本文制備的混凝土配合比（第2～5組）符合設(shè)計要求（數(shù)據(jù)參見表8），7d抗壓強(qiáng)度達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度的70%，28d達(dá)到設(shè)計強(qiáng)度100%或更高，90d的強(qiáng)度超過了比較混凝土的強(qiáng)度。壓縮彈性模量大于33GPa，壓縮彈性模量高于標(biāo)準(zhǔn)。由此說明了混凝土的力學(xué)性能。

表7 混凝土拌和物性能

表8 C40和C50混凝土力學(xué)性能

（三）高性能復(fù)合超細(xì)粉混凝土的長期性能與耐久性

根據(jù)表6中的配合比制造的高性能復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的長期性能和耐久性試驗結(jié)果如表9所示。

表9 高性能復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的長期性能和耐久性

從結(jié)果可以看出：

（1）復(fù)合超細(xì)粉末的加入對混凝土的碳化有一定的影響。隨著時間和復(fù)合超細(xì)粉末摻入量的增加，混凝土的碳化深度隨之增加。水泥質(zhì)材料加入量對其碳酸化具有明顯的影響，隨著混凝土中膠凝材料的用量增加，混凝土的碳化深度明顯地降低。

（2）根據(jù)顯色方法來確定混凝土中氯離子的腐蝕深度。結(jié)果表明，20～30%復(fù)合超細(xì)粉末混凝土中氯離子的滲透深度明顯低于對照組。根據(jù)菲克擴(kuò)散的第二定律，如果氯化物層受到環(huán)境侵蝕，保護(hù)層的厚度為30mm，混凝土的使用壽命可以超過75年。

（3）復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的透水性比對比混凝土高，其最大滲透率小于對比混凝土。

（4）復(fù)合超細(xì)粉末混凝土的硫酸鹽侵蝕性與對比混凝土相似。

五、高性能混凝土的應(yīng)用

（一）高性能混凝土的概念與標(biāo)準(zhǔn)

高性能混凝土是目前廣泛使用的一種新型混凝土，它具有耐用性、可加工性強(qiáng)和高強(qiáng)度的特點，被應(yīng)用于公路、橋梁等建設(shè)中。高性能混凝土的廣泛應(yīng)用通?；谑┕ぜ夹g(shù)和要求的改進(jìn)，并且根據(jù)性能的差異，也將在特定應(yīng)用中進(jìn)行對應(yīng)選擇。

（二）高性能混凝土在公路橋梁施工中應(yīng)用的注意事項

高性能混凝土的配比需要考慮很多因素。為了保證混凝土的質(zhì)量，最好選擇用日常所用的自來水。在使用細(xì)骨料的情況下，可以選擇河砂、粗砂或中砂。在使用粗骨料時，對粒徑、顆粒形狀等做相應(yīng)的選擇。水泥是混凝土配比中最重要的原料，因此，選擇的水泥必須符合相關(guān)要求和標(biāo)準(zhǔn)，高兼容性、高分散性和減水性是基本標(biāo)準(zhǔn)。此外，還需要添加某種共混劑以有效降低水灰比，在最終攪拌過程中，還需要選擇精密混合器。

六、結(jié)語

通過控制原材料的質(zhì)量，使用雙摻雜技術(shù)，優(yōu)化硅比、結(jié)構(gòu)設(shè)計、涂層表面防腐材料，加強(qiáng)在施工過程中的控制，可有效提高混凝土的耐久性指標(biāo)。然而，不同摻和料與不同的摻和劑量對混凝土耐久性的影響程度也是不同的，應(yīng)綜合考慮各種因素對混凝土的影響，確定最佳混合比。