在《高強混凝土結構設計施工指南》(CECS98)中將強度等級大于等于C50的混凝土稱為高強混凝土。它是用強度不低于42.5 級的水泥和優質骨料摻配，并以較低的水灰比，通過充分振動密實作用制取而成的。其優點是用于結構物后，在保證結構強度要求的前提下，可以顯著減少截面尺寸，減輕結構自重，大幅度減少水泥和混凝土用量，增加建筑使用面積和縮短施工工期，多用于高層建筑、大跨度橋梁等結構工程中。已被列為建設事業“十一五”重點推廣技術領域重點推廣項目之一。

 

    混凝土是非勻質材料，硬化的混凝土由集料、水泥漿體和界面過渡區三部分組成。其中任何一個部分出現問題，都必然影響混凝土的整體性能。原材料不同的混凝土其強度高低差異很大。而對于高強度混凝土來說，影響強度的因素比普通混凝土更為復雜，下面對配制高強混凝土時原材料的選擇及一些預處理措施分述如下：

 

    水泥是影響混凝土強度的主要因素。配制高強度混凝土，應采用礦物組成合理、細度合格的高強度水泥，一般宜優先選取旋窯生產的強度等級不低于42.5 的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。水泥磨的愈細，比表面積就愈大，水化反應愈充分，早期強度就愈高。然而細度不宜過高，否則會造成水化熱過大，導致混凝土產生溫度應力裂縫，反而降低混凝土強度和耐久性，影響混凝土結構使用壽命。

   

    高強混凝土要求低水膠比，要降低水膠比就必須使用高效減水劑。但是并不是每一種符合國家標準的水泥在使用一定的高效減水劑時都有相同的流變性能；同樣，也并不是每一種符合國家標準的高效減水劑對每一種水泥流變性能的影響都相同。這就是所謂的水泥和高效減水劑之間存在相容性問題。當水泥與高效減水劑的相容性不好時，不僅會造成高效減水劑的減水效果差，更為重要的是會造成混凝土坍落度的嚴重損失。影響水泥與高效減水劑相容性的主要因素，對高效減水劑來說，主要包括其化學性質、分子量、交聯度、磺化程度和平衡離子等；對水泥來說，主要包括：(1)水泥的C3A含量和總堿含量；C3A含量不宜超過8%，當C3A含量過高時，一般來說，用于高強混凝土的水泥，拌制出來的混凝土流動度損失會很快。(2)水泥的細度；用于高強混凝土的水泥細度一般在3000～4000cm2/g，水泥的細度會影響拌制混凝土的需水量，水化過程的放熱速度，在空氣中的硬化收縮等，進而影響混凝土發生裂縫的可能性，還會影響混凝土坍落度的損失。

 

    2.1粗集料

    粗集料在混凝土的結構中主要起骨架作用，因此骨料的性能對于高強度混凝土的抗壓強度具有重要影響。粗集料可從抗壓強度、表面特征、最大粒徑、雜質含量等對其對其進行優選和預處理。

 

    2.1.1抗壓強度

    制備高強度混凝土，應優先選取質地堅硬的碎石，。根據配制混凝土的等級，合理確定粗集料的強度，其強度通過壓碎值或巖石立方體強度的來測定。碎石的壓碎指標值一般應小于10%。抗壓強度不應小于要求配制的混凝土抗壓強度指標的1.5 倍。因此，一般采用質地堅硬，級配良好的花崗巖、硬質砂巖以及石灰巖等。另外一般碎石的抗壓強度在110～130MPa左右，再加上其各相不均勻性，故在配制C100以上混凝土的時候尤其需要考慮粗集料的選擇，甚至普通的碎石可能無法達到要求，轉而考慮不要粗骨料或者改為活性陶粒，即通常所說的RPC。

 

    2.1.2 表面特征

    在混凝土初凝時，水泥砂漿與粗集料的粘結受集料表面特征的影響較大。一般應選取近似立方體形的碎石，其表面粗糙、多棱角，這樣提高了混凝土的粘結性能，從而提高了混凝土的抗壓強度，應避免使用鄂破碎石，因該方式生產地碎石級配不好且針、片狀較多，而選用反擊式破碎石其級配較好且碎石形狀近似立方體。為了盡量減少混凝土內部的缺陷，粗集料在使用前可考慮用水清洗晾干，以除去泥塊、粉屑和一些有害的輕物質等。另其中針、片狀的含量不應超過8%。

 

    2.1.3最大粒徑

    對于中、低強度混凝土來說，適當增加骨料粒徑對混凝土強度有利，但對于高強度混凝土由于石材的強度的不均勻性則可能導致強度下降。在混凝土拌和物中，相同重量的大粒徑集料比小粒徑集料表面積要小，其與砂漿的粘結面積相應要小，則粘結力要低，且混凝土的工作性差，所以大粒徑集料很難配制出高強度混凝土。對強度等級為C60 的混凝土，其粗骨料的粒徑不應大于31.5mm；對強度等級高于C60 的混凝土，其粗骨料的粒徑最大不應超過25mm，采用標準為5～15mm 或5～20mm 規格的集料最適宜。

 

    2.1.4級配

    集料的級配要符合要求且集料的空隙要小，通常采用二種規格的石子進行摻配。如5～31.5mm 連續級配采用5～16mm 和16～31.5mm 二種規格的碎石進行摻配。5～25mm 連續級配采用5～16mm 和10～25mm 二種規格進行摻配。摻配時符合級配要求的范圍內，可能有二種或三種符合級配范圍要求的摻配方案，選取其中體積密度較大者使用，因體積密度大則空隙率小。

 

    2.2細集料

    砂材質的好壞，對高強混凝土的和易性影響比粗集料要大。一般應優先選取Ⅱ級、含泥量少、石英顆粒含量較多的江砂或河砂。砂的細度模數最好在2.6～3.1 的范圍內的中砂或者中粗砂，當細度模數＜2.6 時，拌制的混凝土拌和物會顯得粘稠，施工中難以振搗。另外如果砂子過細，在滿足拌和物和易性要求時，就要增大水泥用量。砂也不宜太粗，細度模數在3.1以上時，容易引起新拌混凝土的運輸澆筑過程中離析及保水性能差，從而影響混凝土的內在質量及外觀質量。同時應檢測其中5mm以上小石子的含量如果超過10%應在計算配比時將其換算成石頭的量。在使用前同樣考慮用水清洗晾干。

 

    拌合水使用飲用水時一般可不經試驗直接使用，其他水拌制混凝土要選擇不含有影響水泥正常凝結與硬化的有害物質、油脂、糖類等，且水的PH 值應大于4。

 

    配制高強混凝土降低水膠比必須使用高效減水劑，高效減水劑實際減水率可達到25％左右，摻入混凝土后，可以提高混凝土的流動性，改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗壓、抗彎性能，同時降低了水泥用量，減少工程成本。但摻高效減水劑的混凝土容易出現的坍落度經時損失較快，所以施工時宜采用二次摻入法或摻入相應的緩凝劑。另外，當日最低溫度低于0℃時，高效減水劑雖能提高拌合物和易性，但對混凝土強度的貢獻會大大降低，因此，必須對混凝土拌合物采取有效保溫措施。目前第三代減水劑聚羧酸的出現及普及使用，由于其梳形分子結構及羧基的影響使得的聚羧酸系減水劑具有減水率高、混凝土塌落度經時損失小，摻量低等優點。但聚羧酸的使用影響因素較復雜在施工過程中必須注意的以下幾個方面：1、對水敏感，水的波動會造成減水的效果差別很大，因此必須控制砂石的含水率，最好有室內堆場，以利于水份均勻，并且在施工中嚴禁私自向混凝土中加水。2、聚羧酸的配制材料的不同導致其實際效果也不同，故提供聚羧酸的廠家換原材料時應重新對相容性做檢測，以確定合適的摻量。

 

    5.1 粉煤灰

    粉煤灰來自于火力電廠，燒煤后收集的灰粒。對其有效使用不但有利于環保，減少污染。且對混凝土的性能也產生很多影響。對于混凝土拌合物能能夠減少拌合物用水量、提高保水性、降低泌水量，而且由于粉煤灰顆粒的表面光滑起到潤滑和分散作用能夠提高混凝土的坍落度，坍落度經時損失也得到明顯緩解。但通常隨著粉煤灰在混凝土中摻量的增加，粉煤灰混凝土的強度發展特別是早期強度降低較為明顯，其強度的增長效應隨齡期增長其作用才逐漸體現出來，1年后的強度甚至超過普通混凝土強度。由于粉煤灰的摻入有效的改善了普通混凝土的工作性，在同樣的工作性能的情況下，粉煤灰混凝土的收縮比普通混凝土低。粉煤灰混凝土能夠提高混凝土的密實度、抗滲性，但會降低抗凍性可適量加入引氣劑來改善。

 

    在選取粉煤灰的時候除了細度上的差別外，應重點考慮其燒失量。細度是其活性的重要指標，比表面積在6000cm2/g以上較合適。燒失量的高低主要由含碳量決定，含碳量高則會吸附減水劑、引氣劑等降低其使用效果，提高需水量，降低混凝土的密實度。

 

    5.2 礦渣粉

    粒化高爐礦渣來自于煉鐵的副產品，對于混凝土拌合物能降低抗離析能力，延緩初凝、終凝時間，降低水化熱、推遲溫峰出現時間。提高混凝土的坍落度，減少坍落度經時損失。因其改善水泥石與骨料界面，減小Ca(OH)2晶體，細化水泥石結構，從而有效提高混凝土抗滲性能。耐蝕性能也得到改善，尤其抑制氯離子優異，因為礦渣與堿先行反應，即固定了水泥中的Na2O、K2O弱化或消除了潛在的堿骨料反應。

為了更有效地激發礦渣粉的活性，在選擇時成分變化不大的情況下需重點考慮細度，比表面積在5000cm2/g以上較合適。

 

    5.3硅粉

    硅粉來源于硅鐵合金廠、硅金屬廠冶煉進入煙道、收塵裝置收集的極細微粒。在混凝土中摻加能提高密實度減少大晶格的Ca(OH)2和鈣礬石、降低泌水率、減弱水膜危害、強化了界面狀態，提高強度和耐久性，尤其對早期強度貢獻較大，抗滲、抗侵蝕、抗銹蝕、抗沖擊磨損都有所提高，由于其消耗OH-，能夠抑制堿骨料反應。但摻量不宜過量，會增加混凝土稠度，不易施工。

 

    5.4其它摻合料

    天然沸石、片高嶺土等磨細后均可以加入混凝土用以替代部分水泥使用。

    由于礦物摻合料之間微粉顆粒的填充效應與和后期水化的化學效應的復合疊加，在選取礦物添加劑的時候應考慮選用兩種或兩種以上礦物摻合料和外加劑同時摻入混凝土，從而產生各組分性能的疊加甚至超疊加效應以進一步改進混凝土性能和取得某種特性。

 

    高強混凝土由于其表現出的優異性能，得到國家重點推廣。在配制的過程中需要重點考慮水泥的細度和C3A的含量，對于集料應兼顧級配、形狀及清潔度等問題，在使用高效減水劑時尤其是聚羧酸高效減水劑更要嚴格控制拌合物用水量和砂子含水率的穩定性。對于礦物摻合料應綜合考慮其優缺點進行復合摻加。以確保所配置的高強混凝土性能、強度的穩定。

 

[1]《普通混凝土配合比設計規程》（JGJ55-2000）北京：中國建筑工業出版社.2001.

[2]《混凝土外加劑應用技術規范》（GB50119-2003）北京：中國建筑工業出版社.2003.

[3] 馮乃謙.高性能混凝土[M].北京:中國建筑工業出版社,1996.

[4] 朱大宇.高性能混凝土施工技術[J]. 建筑施工.2000 .

[5] 熊大玉.聚羧酸系高效減水劑使用的幾個問題.中國鐵道出版社.2006.6