高性能混凝土的特点

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０现代公路　
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高性能混凝土的特点　

：日凝土的应用越来越广泛，某些工　
ｌ；＝匕程根据自身特点需要．在提出高　

强度的同时，也提出耐久性和施工和易　性的要求。高性能混凝土应运而生　解决了混凝土工程以前存在的一些问　题——同时提供良好的耐久性和经济性　以及便于施工的工作性的特点。　高性能混凝土的概念　１　９　９　０　年５月，在美国标准与技术研究所　（ＡＩＳＴ）和美国混凝土协会（ＡＣ１）　主办的第一届高性能混凝土会议上　首次提出了高性能混凝土的概念（简　称ＨＰＣ）。高性能混凝土是指采用　普通原材料、常规施工工艺，通过掺　加外加剂和掺合料配制而成的具有高　工作性、高强度、高耐久性的综合性　能优良的混凝土。具体是：１）拌和料　呈高塑或流态、可泵送　不离析，便　于浇筑密实，２）在凝结硬化过程中和　硬化后的体积稳定、水化热低、不产　生微细裂缝、徐变小　３）有很高的抗　渗性。其中高工作性是高性能混凝土　必须具备的首要条件，即高流动性、　高抗分离性、高间隙通过性、高填充　性、高密实性、高稳定性　并同时具　备低成本的技术经济合理性。高性能　混凝土具有很丰富的技术内容，其核　心是保证耐久性。　混凝土耐久性的重要意义　对于混凝土，一般认为抗压强度　抗压可以作为混凝土的代表性指标，强　度越高性能就越好。然而工程实践经验　证明．大多数建筑及公路桥梁工程，不　是因为混凝土强度不够．而是因为耐久　性问题导致结构遭到破坏。人们逐渐开　始考虑　在工程建设初期采用提高混凝　土耐久性，减少维修的方法，应该更具　有经济性和实际操作价值。目前．我国　
的基础设施建设工程规模宏大　每年高　达２万亿元人民币以上，约３Ｏ～５０年　后，这些工程也将进入维修期　所需的　维修费或重建费将更为巨大。作为２１世　纪的高性能混凝土，更要从提高混凝土　耐久性入手，以降低巨额的维修和重建　费用。　影响混凝土耐久性的主要　因素　一般混凝土工程的使用年限约为　５Ｏ～１００年　不少工程在使用１Ｏ～２０　年后，有的甚至使用９年以后，即需要　维修。用普通水泥混凝土所完成的工程　不能满足耐久性（超耐久）要求的根本原　因　在于混凝土本身的内部结构。　首先，为满足混凝土施工工作性　要求，即用水量大、水灰比高，因而导　致混凝土的孔隙率很高　约占水泥石总　体积的２５％～４０％，特别是其中毛细孔　占相当大部分，毛细孔是水分、各种侵　蚀介质、氧气、二氧化碳及其它有害物　质进入混凝土内部的通道　引起混凝土　耐久性的不足。　其次　水泥石中的水化物稳定性　不足。水泥水化后的主要化合物是碱度　较高的高碱性水化矽酸钙、水化铝酸　钙、水化硫铝酸钙。此外，在水化物中　还有数量很大的游离石灰，其强度极　低，稳定性极差，在侵蚀条件下，是首　先遭到侵蚀的部分。要大幅度提高混凝　土的耐久性，就必须减少或消除这些稳　定性低的组分，特别是游离石灰。　文／田文泽　如何从技术途径提高混凝土　耐久性　如前分析　要提高混凝土的耐久　性　必须降低混凝土的子Ｌ隙率．特别　
是毛细管孔隙率．最主要的方法是降　
低混凝土的拌和用水量。但是如果纯　
粹的降低用水量，混凝土的工作性将　
随之降低　又会导致捣实成型工作困　
难　同样造成混凝土结构不致密．甚　
至出现蜂窝等宏观缺陷，不但混凝土　
强度降低，而且混凝土的耐久性也同　
时降低。目前减少孔隙率的途径往往　
是掺入高效减水剂。　
掺入适量的高效减水剂　
在保证混凝土拌和物所需流动性　
的同时　尽可能降低用水量　减小水灰　
比，使混凝土的总孔隙　特别是毛细管　
孔隙率大幅度降低。　
水泥在加水搅拌后．会产生一种　
絮凝状结构。在这些絮凝状结构中　包　
裹着许多拌和水　从而降低了新拌混凝　
土的工作性。施工中为了保持混凝土拌　
和物所需的工作性　就必须在拌和时相　
应地增加用水量，这样就会促使水泥石　
结构中形成过多的孔隙。当加入减水剂　
后　减水剂的定向排列，使水泥质点表　
面均带有相同电荷。在电性斥力的作用　
下．不但使水泥体系处于相对稳定的悬　
浮状态．还在水泥颗粒表面形成一层溶　
剂化水膜　同时使水泥絮凝状的絮凝体　
内的游离水释放出来　因而达到减水的　
目的。　
掺入高效活性矿物掺料　
普通水泥混凝土的水泥石中水化　
物稳定性的不足，是混凝土不能超耐　
久的另一主要因素。在普通混凝土中　
掺入活性矿物的目的．在于改善混凝　土中水泥石的胶凝物质的组成。活性　矿物掺料（矽灰、矿渣、粉煤灰等）中　含有大量活性Ｓｉ０２及活性ＡＩ２ｏ３，能　和水泥水化过程中产生的游离石灰及　高碱性水化矽酸钙产生二次反应．生　成强度更高　稳定性更优的低碱性水　化矽酸钙　从而达到改善水化胶凝物　质的组成　消除游离石灰的目的。有　些超细矿物掺料，其平均粒径小于水　泥粒子的平均粒径，能填充于水泥粒　子之间的空隙中，使水泥石结构更为　致密，并阻断可能形成的渗透路。　消除混凝土自身的结构破坏因素　除了环境因素引起的混凝土结　构破坏以外，混凝土本身的一些物理　化学因素，也可能引起混凝土结构的　严重破坏　致使混凝土失效。例如　混凝土的化学收缩和干缩过大引起的　开裂．水化热过性过高引起的温度裂　缝　硫酸铝的延迟生成　以及混凝土　的碱集料反应等。因此，要提高混凝　土的耐久性　就必须减小或消除这些　结构破坏因素。限制或消除从　原材料引入的碱、Ｓｏ３、Ｃ１－　等可以引起结构破坏和钢筋腐　蚀物质的含量，加强施工控制　环节，避免收缩及温度裂缝产　生，提高混凝土的耐久性。　高性能混凝土水化硬化特点　高性能混凝土配制的特点　是低水胶比、掺用高效减水剂和　矿物细掺料　因而改变了水泥石　的亚微观结构，改变了水泥石与　骨料问界面结构性质　提高了混　凝土的致密性。高性能混凝土的　配制不应该仅是水泥石本身，　还应包括骨料的性能，配合比设　计．混凝土的搅拌、运输、浇　注、养护以及质量控制．这也是　高　ＩｔＥ能混凝土有别于以强度为主　要特征的普通混凝土技术是重要　内容　保证混凝土的强度　尽管强度与耐久性是不同概念　但又密切相关，它们之间的本质联系是　基于混凝土的内部结构　都与水灰比这　个因素直接相关。在混凝土能充分密实　条件下　随着水灰比的降低，混凝土的　孔隙率降低　混凝土的强度不断提高，　与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的　抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随　之提高。在现代的高性能混凝土中．除　掺八高效减水剂外，还掺入了活性矿物　材料　它们不但增加了混凝土的致密　性．而且也降低或消除了游离氧化钙　的含量。在大幅度提高混凝土强度的　同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久　性。此外，在排除内部破坏因素的条件　下，随着混凝土强度的提高．其抵抗环　境侵蚀破坏的能力也越强。　发展绿色高性能混凝土　提高混凝土的绿色度，可以节约更　多的资源与能源　将对环境的破坏程度减　至最小。进入新的时代，混凝土应该更多　
的掺加工业废渣掺和料　更多的节约水　
泥　有更高的强度和耐久性　高性能混　
凝土具有以下特征　（１）更多的节约熟　
料水泥，以降低能耗与减少环境污染；　
（２）更多的掺加工业废料为主的细掺　
料　（３）更大的发挥混凝土的高性能优　
势．减少水泥用量。因此　高　Ｉｔ：能混凝土　
本身就可称为绿色混凝土。　

结论　
高性能混凝土在配制上的特点是　
低水灰比，选用优质原材料　除水泥、　
水和骨料外，必须掺加足够数量的矿物　
集料和高效减水剂　减少水泥用量，减　
少混凝土内－￣Ｐ－ｆＬ隙率，减少体积收缩．　
提高强度　提高耐久性。　由于这些特　
点，给工程带来的不仅仅是优越的性　
能　同时还能带来良好的经济性．为构　
建节约型和环保型社会提供了条件，其　
社会效益也很显著。　
作者单位：邢台市交通局　

２０１１年第９期（　）　交通世界　１５１