淺析高性能混凝土的高強度和高耐久性

馬紅燕

(大理市質量監督站  云南大理  671000)

    高性能混凝土是20世紀90年代發展起來的新型高技術混凝土。目前普遍認為，高性能混凝土是具有一定強變和高工作性及耐久性的混凝土。當然，另外還有很多觀點，有些認為強度應至少在50MPa以上，而有人則認為高流態，免振自密實混凝土就是高性能混凝土。筆者認為，高性能混凝土，應具有良好的物理力學性能，具有較高的強度、彈性模量、體積穩定生及高耐久性。高強度混凝土的應用．在很大程度上減少了混凝土結構的尺寸，從而降低混凝土結構的自重乃至整個建筑的自重，使高層建筑、大跨窆建筑構件(如大跨度橋梁)的建造可以提高到一個新的水平。

    盡管強度與耐久性是不同概念．但又密切相關，它們之間的本質聯系是基于混凝土的內部結構。在混凝土施工時能充分密實的條件下，隨著混凝土孔隙率的降低，混凝土的強度不斷提高，與此同時，各種耐久性指標也隨之提高。高性能混凝土配制后要同時滿足符合高性能混凝土的三個基本要求：①新拌混凝土良好的工作性：②硬化混凝土的高強度；③硬化混凝土的高耐久性。

1.實現高性能混凝土高強度的主要措施

    1.1水泥的品種、強度等級和用量

    原則上說，配制高性能混凝土應盡可能采用C，A含量低，強度等級高的水泥。水泥的強度等級最低不得低于42.5MPa。品種則應優先考慮采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。和配制普通混凝土一樣，水泥用量不僅影響新拌混凝土的和易性，而且影響混凝土的強度、耐久性及收縮變形等一系列性能。大量資料表明，水泥用量一般應控制在500～620kg／m，為宜，具體用量視混凝土要求的強度等級及活性超細粉的性能、摻量而定。

    1.2集料

    高性能混凝土的強度和耐久性提高的主要原因之一是集料與硬化水泥漿體界面得到了改善和強化，所以應采用優質粗集料(碎石)和細集料(砂)。筆者根據實驗室多年的工作經驗，認為要配制強度等級高的混凝土必須控制好碎石的粒徑及砂的品質和細度模數。

    1.3摻入高效活性礦物摻料

    摻合料摻入混凝土后能改善混凝土的施工性能，尤其是提高它的可泵性，降低泵送壓力，提高泵送能力.可以堵塞和修復水泥漿體內部和它與粗集料界面過渡區的毛細孔和微觀缺陷，可以大大地提高混凝土的強度和密實性；能與水泥水化生成的氫氧化鈣相結合，從而可以顯著地提高混凝土的強度和耐久性。因此活性細摻料成了配制高性能混凝土不可缺少的一個組成部分。

    1.4合理利用高效減水劑，實現低用水量

    采用高效減水劑以降低水灰比是獲得高強及高流動性混凝土的主要技術措施，同時配制高性能混凝土的高效減水劑應滿足下列要求：

    ①高減水率。減水劑的減水率至少應大于20％，特別是配制泵送高性能混凝土，減水率應大于25％。②新拌混凝土的坍落度經時損失要小。③與所使用的水泥相容性好。

    1.5加入纖維材料

    在混凝土中添加纖維材料。其抗拉、抗彎、抗剪強度均有所提高．其韌性和抗疲勞、抗沖擊等性能則能有較大幅度提高。

2.實現高性能混凝土高耐久性的主要措施

    2.1影響混凝土耐久性的主要因素

    首先，為滿足混凝土施工工作性要求，一般混凝土用水量大、水灰比高，因而導致混凝土的孔隙率很高，約占水泥石總體積的25％～40％，特別是其中毛細孔占相當大部分，毛細孔是水分、各種侵蝕介質及其它有害物質進入混凝土內部的通道，從而引起混凝土耐久性的不足。

    其次，水泥石中的水化物穩定性不足。波特蘭水泥水化后的主要化合物是堿度較高的高堿性水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣。此外，在水化物中還有數量很大的游離石灰， 它的強度極低，穩定性極差，在侵蝕條件下，是首先遭到侵蝕的部分。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必須減少或消除這些穩定性低的組分．特別是游離石灰。

    2.2提高混凝土耐久性的技術途徑

    如前分析，要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率．特別是毛細管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將  隨之降低，又會導致搗實成型工作困難，同樣造成混凝土結構不致密．甚至出現蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強度降低，而且混凝土的耐久性也同時降低。所以必須加強施工控制環節．避免收縮及溫度裂縫產生，提高混凝土的耐久性。

    1)摻人高效減水劑

    在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙率，特別是毛細管孔隙率大幅度降低。

    水泥在加水攪拌后，會產生一種絮凝狀結構。在這些絮凝狀結構中．包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時相應地增加用水量。這樣就會促使水泥石結構中形成過多的孔隙。當加入減水劑后．減水劑的定向排列，使水泥質點表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥處于相對穩定的懸浮狀態，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時使水泥絮凝狀的絮凝體內的游離水釋放出來，因而達到減水的目的。筆者根據查閱許多資料和在實驗室的試配．以及實際工程的應用表明，當水灰比降低到0.38以下時，消除毛細管孔隙率的目標便可以實現，而摻入高效減水劑．完全可以將水灰比降低到0.38以下。

    2)摻入高效活性礦物摻料

    話性礦物摻料是由工業廢料（硅灰、超細礦渣、粉煤灰、沸石粉或其他工業廢渣)經磨細加工而成，一般比表面積應不低于4000cm²／g。普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩定性的不足，是影響混凝土耐久性的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物，可以改善混凝土中水泥石的膠凝物質的組成。活性礦物摻料中含有大量活性Si02及Al20，，它們能和波特蘭水泥水化過程中產生的游離石灰及高堿性水化硅酸鈣產生二次反應，生成強度更高，穩定性更優的低堿性水化硅酸鈣，從而達到改善水化膠凝物質的組成，消除游離石灰的目的。有些超細礦物摻料，其平均粒徑小于水泥粒子的平均粒徑，能填充于水泥粒子之間的空隙中，使水泥石結構更為致密。并阻斷可能形成的滲透路徑。此外，還能改善集料與水泥石的界面結構和界面區性能。這些重要的作用．對提高混凝土的耐久性及強度都有本質性的貢獻。

    與單一指標強度比較．耐久性是個非常復雜的問題。它涉及的內容和影響因素很多。其中不管是由何種原因引起的混凝土裂縫。都會對耐久性產生嚴重影響。因此，有效地提高混凝土的抗裂性無疑對提高混凝土耐久性有重要的意義。目前為提高混凝土的抗裂能力，開始采用纖維增強混凝土。我國不但已在工程中使用鋼纖維制作混凝土．而且開始大量運用聚丙烯纖維、聚乙烯醇纖維等。通過在普通混凝土中少量摻入，能大大提高混凝土早期抵御干縮裂縫的能力。

3.結束語

    高性能混凝土在配制上的特點是低水灰比，選用優質原材料，除水泥、水和集料外，必須摻加足夠數量的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量．減少混凝土內部孔隙率，減少體積收縮，提高強度，提高耐久性。

    高性能混凝土最重要特征是其優異的耐久性，耐久性可達百年以上．甚至可以達到500年，是普通混凝土的3～5倍。混凝土的高耐久性可以減少結構的維修與翻新，節約材料與人工費，節約資源，不破壞環境，符合可持續發展的原則。近年來，高性能混凝土在建筑工程中的應用越來越廣泛．因此，對高性能混凝土的研究也越來越受到重視。隨著我國經濟的發展和建筑科技的進步，高性能混凝土在建筑工程中應用的比例將會逐年加大。我們應更加重視高性能混凝土的研究和應用，使高性能混凝土的技術獲得更快的發展。

(本文來源：陜西省土木建筑學會  文徑網絡：尚雯瀟 尹維維 編輯  文徑 審核)