浅析高性能混凝土工艺性能、耐久性与经济性

浅析高性能混凝土工艺性能、耐久性与经济性

陆豪仪

湖州南浔城投城市建设集团有限公司       浙江省湖州市313000

摘要：随着恶劣环境下各类复杂混凝土施工项目的增多，具有高耐久性和高工作性能的高性能混凝土成为人们关注的焦点。水泥是混凝土的重要组分，其品质影响着混凝土的工作性、力学性能和耐久性能。而传统的普通混凝土均以强度为目标进行设计，对混凝土质量的验收也多以强度为判断准则，导致混凝土生产人员片面追求水泥的强度而忽略了其他品质，造成近年来混凝土结构耐久性问题日益突出，影响混凝土的服役寿命。

关键词：高性能混凝土；工艺性能；耐久性；经济性

引言

高性能混凝土因其具有众多优势而被广泛地应用于各种施工项目中，如在桥梁工程、隧道工程、高速公路工程等。其优势主要体现在低胶水比、流动性好、耐久性好、易浇筑和振捣等方面。高性能混凝土所使用的材料不仅包括水泥与集料，还会为了保证配比合理而增加高效外加剂、矿物细料等材料，以更好地确保自身的耐性与强度。

1、高性能混凝土的材料的组成

高性能混凝土实际构成材料与普通混凝土并无大的差异，即为基本的水泥、水、粗集料、细集料，以及必要的矿物掺合料与外加剂等，但在每种材料的选用上突出了“绿色”的原则，主要是掺加更多的工业废渣，节约更多的水泥熟料，以及依靠高性能减少总体水泥与混凝土的用量。在实际应用中，为提升混凝土结构密实程度，增强混凝土结构耐久性，应结合工程不同特点，因地制宜，合理确定高性能混凝土的施工配合比，如：在混凝土制作时加入硅灰、钢渣等磨细工业废料，既可提高经济性，又能保护环境；在有偏高岭土、火山灰、硅藻土等条件的项目中，将其加入到混凝土制作过程中，可获得较好的经济效益；在混凝土生产中针对煤矸石的应用进行试验，并在一定程度上推广尝试，对于环境保护意义重大。在混凝土生产中，高性能混凝土的材料选用须以保证混凝土的可泵性、力学性能以及耐久性为前提，注重高效外加剂与矿物掺合料的应用，合理控制水胶比，使混凝土具有良好的工作性，提高环境适应性与经济学。

2、高性能混凝土对水泥品质的要求

2.1良好的均质性

在制造和施工过程中，水泥混凝土的质量需要保持一段时间的稳定，稳定的水泥质量可以更大程度地控制混凝土的质量。因此，应完善燃料、生料、熟料及水泥的均化措施，从根本上保证水泥的均质性。在掺入混合材时，要考虑混合材、工业石膏的质量差异，必要时应进行均化和技术处理。为了满足高性能混凝土生产的稳定性和均质性，所有与混凝土性能相关的水泥性能都应具有良好的均质性。

2.2合理的早期与中后期强度

水泥的强度主要来自早期水化强度（主要是C3S水化）和中晚期强度（主要是C2S水化），而水泥的强度直接影响高性能混凝土的强度。C3S含量较高或细度过细的水泥制作的高性能混凝土，其早期强度增长较快，但后期会出现强度发展缓慢甚至倒缩的情况。高性能混凝土应考虑具有合理的早期及中后期强度的水泥。通过控制水泥C3S、C2S含量及水泥细度，可以使水泥具有合理的后期强度。

2.3较好的耐腐蚀性能高性能

混凝土的耐蚀性不仅与混凝土的抗渗性有关，还与水泥的耐蚀性有关。在相同的抗渗等级下，水泥的耐腐蚀性能降低会明显影响混凝土的耐腐蚀性能，如水泥中C3A、SO3等组分的增加会提高水泥混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能，因此，严酷环境下施工的高性能混凝土需要选择耐腐蚀性能良好的水泥。

3、混凝土原材料对工程质量的影响

混凝土原材料质量的高低与材料配比方案的科学性，都会直接影响整个工程的施工质量。若施工人员没有严格执行目标配比方案，使用的材料级配也不符合设计要求，就会导致混凝土结构性能不达标，埋下巨大的安全隐患。以此为研究视角，分析该工程可以发现，若混凝土原材料中水泥的掺和量＜6.55%，混凝土结构将无法达到设计要求。若粗细骨料的级配选择不恰当，或者失误采用了风化母岩而导致粗骨料松散堆积空隙率＜40%，吸水率＜2%，高性能混凝土材料的质量将受到较大影响，最终导致高性能混凝土无法满足高速公路施工的需求。若混凝土水灰比设计不够科学，则混凝土流动性将难以保证，需要花费较多人力去搅拌与改善混凝土，并且后期有出现孔洞的风险，增加了后期运维的成本。

4、高性能混凝土的材料选择

4.1外加剂

在混凝土中添加一些高性能减水剂，可以有效改善水泥浆体的流变性能，改变混凝土和水泥的结构，提高混凝土的性能。其中，新型的聚羧酸系高性能减水剂的掺量较低，且效率高，可以很好地与低碱水泥相适应，能有效减少混凝土搅拌物在工作时所产生的损失，并降低混凝土的收缩，减少其开裂的现象。另外，高性能减水剂KDSP的含气量在3.8%，而减水率则为26%，实际的参量控制在0.9%，因此这种减水剂对钢筋没有任何侵蚀危害。

4.2粉煤灰

粉煤灰中的火山灰可以消耗水泥在水化时所产生的较为薄弱且是片状结晶的Ca，因为其水化的速度比较慢，所以在后期时只能产生少量的C-S-H凝胶。这种凝胶主要填充在水泥水化生成物之间的间隙中，使彼此联结更为紧密，而且还具备形态效应、微骨料效应以及填充效应等。粉煤灰的等级越高，效应的影响则会越大，同时活性也会更大。在选择粉煤灰时，应优先选择二级灰，其含水量为0.09%，烧矢量为4.11%，碱含量为0.78%，细度为15%，需水量大概在101%。

4.3拌合水

选择搅拌水时应结合实际情况。有些公路隧道使用的搅拌水是混凝土搅拌站的井水，还有一部分则选择的是自来水，这些搅拌水的pH值及可溶物、不可溶物、硫酸盐以及氯化物和碱含量都符合国家验收的相关标准，因此在选择搅拌水时，并没有过于严格的要求，根据公路隧道的实际情况选择即可。

4.4水泥

在挑选高性能混凝土的水泥时，应优先选择普通硅酸盐水泥以及硅酸盐水泥，高强度的硅酸盐水泥的水化速度较快，因此用其浇筑混凝土会获得更好的效果。水泥的标准稠度应该在28.4%，细度需要控制在2.8%，最初的凝固时间应该在125 min，最后的凝结时间应该在195 min。

5、高性能混凝土配合比设计要点

5.1坍落度

当前，通过在掺杂材料中添加大量人工粉煤灰和其他施工外加剂，高性能新型钢筋混凝土的施工简易性和工艺综合性的工作性已经分别得到了很大程度的提高，相对容易并且得到质量保证也是能够满足降低建筑墙体坍落度的一种有效施工工艺。但由于我国建筑专用减水剂涂料整体使用性能的巨大性和不稳定性以及受建筑施工现场自然环境、温度等多种环境因素的双重变化影响，坍落度经常发生变化，特别是这一点对于建筑减水剂的施工质量损失影响尤为重要，因此在建筑油水涂料配合使用比例的标准设计中它还可以严格控制，降低建筑坍落度与造成质量损失的标准数值[1]。

5.2水胶比

水胶的配比不仅直接影响整体混凝土的结构强度和使用耐久性，而且对整体混凝土的整体流动性和阻力也是具有很大的直接影响。过大的混凝水胶比不利于建筑混凝土内部和微观整体结构的科学发展，会在建筑混凝土中直接形成大量的管道开闭孔隙或压缩气泡，以及由于混凝水的快速运动而直接形成的管道贯通上下水道，将极大地影响建筑混凝土的结构强度和建筑耐久性[2]。

结束语

总之，加强高性能混凝土的科研开发、标准制定，以及人们的环保节能意识，进一步加大宣传绿色概念，促使混凝土生产各环节予以重视。绿色混凝土已成为人们关注的焦点，逐步推广使用该材料，符合未来可持续发展的理念[3]。

参考文献：

[1]王利莉.绿色高性能混凝土材料及其应用研究[J].合成材料老化与应用,2021,51(02):133-135.DOI:10.16584/j.cnki.issn1671-5381.2021.02.012.

[2]王光银,陶宗硕,王波.高性能混凝土对水泥品质的要求[J].中国建材科技,2021,31(02):36-38.

[3]陈冰.浅析高性能混凝土工艺性能、耐久性与经济性[J].冶金与材料,2021,41(02):173-174.