0  引言

高性能混凝土是滿足建設(shè)工程特定要求，采用優(yōu)質(zhì)常規(guī)原材料和優(yōu)化配合比設(shè)計(jì)，通過綠色生產(chǎn)方式以及嚴(yán)格的施工措施制成的，具有優(yōu)異的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能的混凝土。高性能混凝土作為重要的綠色建筑材料，將其在基礎(chǔ)建設(shè)中推廣應(yīng)用，對(duì)提高工程質(zhì)量、降低工程全壽命周期內(nèi)綜合成本、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排、推進(jìn)混凝土行業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整具有重大意義。

我國正處于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展階段，以混凝土結(jié)構(gòu)為主的房屋建筑和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)規(guī)模日益增大，預(yù)拌混凝土產(chǎn)量迅速增加，規(guī)模以上企業(yè)年產(chǎn)量已超過10億立方米。由于對(duì)高性能混凝土的認(rèn)識(shí)不足、基礎(chǔ)研究滯后、基本概念不統(tǒng)一，以及評(píng)價(jià)體系尚未建立等原因，致使高性能混凝土沒能得到廣泛應(yīng)用。同時(shí)，混凝土生產(chǎn)普遍存在強(qiáng)度等級(jí)偏低、綠色生產(chǎn)水平不高、質(zhì)量控制不嚴(yán)及施工粗放等問題，制約了預(yù)拌高性能混凝土的推廣應(yīng)用。

目前，我國預(yù)拌高性能混凝土研究成果已在鐵路、高速建設(shè)上廣泛應(yīng)用，根據(jù)《住房城鄉(xiāng)建設(shè)部工業(yè)和信息化部關(guān)于推廣應(yīng)用高性能混凝土的若干意見》，在住房城鄉(xiāng)建設(shè)中，急需預(yù)拌高性能混凝土理論和實(shí)用技術(shù)的指導(dǎo)，高性能混凝土施工技術(shù)咨詢作為一個(gè)新型行業(yè)，為推廣應(yīng)用預(yù)拌高性能混凝土發(fā)揮重要的作用。

1  預(yù)拌高性能混凝土存在技術(shù)問題

1.1  坍落度經(jīng)時(shí)損失問題

實(shí)踐中，往往由于對(duì)坍落度損失考慮不周，造成現(xiàn)場澆筑時(shí)，泵送或密實(shí)成型困難，從而影響施工效率和混凝土質(zhì)量。預(yù)拌混凝土與現(xiàn)場拌制混凝土相比，攪拌與澆筑之間的時(shí)間差大大延長，預(yù)拌混凝土的供應(yīng)半徑一般在10~20 km內(nèi)，運(yùn)輸加上等待時(shí)間，預(yù)拌混凝土的攪拌與運(yùn)至現(xiàn)場開始澆筑之間的時(shí)間差可達(dá)1 h以上。因此，預(yù)拌混凝土坍落度的經(jīng)時(shí)損失一般較大，特別是在配制較高強(qiáng)度或大流動(dòng)性混凝土?xí)r，由于摻入高效減水劑，坍落度損失更為嚴(yán)重。

預(yù)拌混凝土采用泵送施工時(shí)，由于坍落度越小，要求的泵壓越高，因此常用坍落度來判定混凝土的可泵性。當(dāng)坍落度過小時(shí)，管道的摩擦力很大，提高泵壓雖可以實(shí)現(xiàn)泵送，但在高壓下，泵送機(jī)件磨損加劇，混凝土容易脫水，最終導(dǎo)致管道堵塞；當(dāng)坍落度過大時(shí)，雖然泵壓降低，但混凝土拌合物粘聚性差，離析現(xiàn)象明顯，也會(huì)造成管道堵塞。一般說來，混凝土坍落度控制在160~180mm的范圍內(nèi)時(shí)，輸送管道壁內(nèi)會(huì)形成低粘度的薄漿層，有利于減小混凝土拌合物泵送阻力。對(duì)于高性能混凝土僅用坍落度來判定其可泵性是不全面的，還必須綜合考慮粘聚性指標(biāo)。

對(duì)于預(yù)拌高性能混凝土，在其凝結(jié)硬化過程中的物理和化學(xué)作用下，混凝土拌合物坍落度損失較快，在夏季施工或長距離運(yùn)輸后，現(xiàn)場泵送困難。因此，需要研究坍落度損失的機(jī)理及控制坍落度損失的對(duì)策。

1.2  泵送性能評(píng)價(jià)指標(biāo)尚未確定

泵送性能是預(yù)拌混凝土工作性能的重要方面，拌合站配制的預(yù)拌混凝土除應(yīng)滿足結(jié)構(gòu)功能要求的力學(xué)性能和耐久性能外，還應(yīng)滿足混凝土拌合物在運(yùn)輸過程中坍落度經(jīng)時(shí)損失小及施工時(shí)具有良好的可泵性等要求。理論分析與實(shí)踐都表明，在混凝土泵送時(shí), 混凝土拌合物在輸送管道中會(huì)形成一個(gè)整體的“栓塞”運(yùn)動(dòng)，在管壁與“栓塞”邊緣之間存在一層粘度較低的薄漿層，在管壁上還有一層極薄的水膜,對(duì)混凝土在管道中的輸送起著潤滑作用。因此，要使混凝土拌合物具有良好的可泵性，應(yīng)滿足的要求是:（1）混凝土拌合物在管道中輸送時(shí)能形成起潤滑作用的薄漿層，減少混凝土在輸送過程中的阻力；（2）混凝土拌合物應(yīng)具有足夠的保水性和粘聚性，以確?；炷猎诒盟瓦^程中不泌水、不離析，能在管道中連續(xù)穩(wěn)定地輸送。

在管道摩擦力及泵送壓力作用下，影響混凝土泵送性能的因素較復(fù)雜，與水泥用量、水膠比、砂率、粗骨料表面性質(zhì)、粒徑、級(jí)配以及外加劑品質(zhì)、摻合料的品種、摻量等因素密切相關(guān)。因此，預(yù)拌高性能混凝土的泵送性能是一個(gè)綜合性能指標(biāo)，目前尚無確切的評(píng)價(jià)指標(biāo)及檢驗(yàn)方法。

1.3  預(yù)拌高性能混凝土早期開裂問題突出

預(yù)拌混凝土為了滿足泵送的需要和強(qiáng)度指標(biāo)，水泥用量較大、砂率大、粗骨料粒徑小等帶來的塑性坍陷大，澆筑后的混凝土早期容易產(chǎn)生裂紋；泵送混凝土的坍落度大（一般都在200mm以上），對(duì)于許多高層建筑，混凝土的坍落度有的超過220mm。施工中發(fā)現(xiàn)，坍落度和流動(dòng)性大的混凝土要比坍落度和流動(dòng)性小的混凝土早期更容易出現(xiàn)裂縫。

在水膠比一定的條件下，大坍落度要求較多的單位用水量，而多的單位用水量導(dǎo)致水泥用量增大，水泥是混凝土中膠凝材料的主要組成部分，它在混凝土凝結(jié)硬化過程中，會(huì)產(chǎn)生化學(xué)收縮（即混凝土的自收縮），水泥用量越大收縮越大。對(duì)于高性能混凝土，當(dāng)水膠比小于0.35時(shí)，拌合物內(nèi)相對(duì)濕度很快降到80%以下，自收縮引起混凝土的體積減少在8%左右，成為高性能混凝土開裂的重要原因。另外，由于采用較多的單位用水量，在混凝土硬化后期，隨著內(nèi)部水份的蒸發(fā)，混凝土產(chǎn)生干燥收縮導(dǎo)致表面開裂。

此外，預(yù)拌混凝土為滿足運(yùn)輸、泵送的要求，砂率較大（一般在40%以上），粗骨料粒徑變小（一般為5～25mm）。

2 預(yù)拌高性能混凝土質(zhì)量控制

2.1 選用質(zhì)量合格的原材料

（1）水泥

高性能混凝土所用水泥最好是強(qiáng)度高且同時(shí)具有良好的流變性能，并與目前大宗使用的高效減水劑有良好的相容性。為了保證水泥質(zhì)量的穩(wěn)定，要求禁止使用立窯水泥。高性能混凝土使用的水泥強(qiáng)度等級(jí)不應(yīng)低于42.5MPa級(jí)的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；比表面積不宜超過380m2/kg；游離氧化鈣含量不應(yīng)超過1.5%。

（2）細(xì)骨料

高性能混凝土需用中粗砂，尤其當(dāng)石子級(jí)配很差時(shí)，砂子以偏粗為好。細(xì)度模數(shù)大于等于2.6時(shí)，混凝土的工作性較好，抗壓強(qiáng)度較高。砂子的粗細(xì)不能只看細(xì)度模數(shù)，有時(shí)細(xì)度模數(shù)雖然大，但粒徑在5mm以上和0.315mm以下的顆粒都過多，砂子級(jí)配就很差，因此應(yīng)嚴(yán)格控制砂中粉細(xì)顆粒的含量和含石子量。

（3）粗骨料

對(duì)于C50及其以下等級(jí)的混凝土來說，石子的抗壓強(qiáng)度均能滿足要求，應(yīng)嚴(yán)格控制石子的粒徑、粒形、表面狀況、級(jí)配以及軟弱顆粒和石粉含量等指標(biāo)。這些指標(biāo)控制不好，既影響混凝土的強(qiáng)度，又影響新拌混凝土的工作性。預(yù)拌高性能混凝土應(yīng)選用清潔的、顆粒接近等徑狀、針片狀顆粒含量少、不含能與堿反應(yīng)的活性組分的石子。就品種來說，宜選用致密的石灰?guī)r或深層巖漿巖。高性能混凝土用的粗骨料最大公稱粒徑應(yīng)不大于31.5mm，且不宜超過鋼筋保護(hù)層厚度的2∕3，不得超過鋼筋最小間距的3∕4。粗骨料應(yīng)采用二級(jí)配石。當(dāng)最大粒徑為31.5mm時(shí)，5～10 mm粒級(jí)部分不宜少于25%；當(dāng)最大粒徑為25mm時(shí)，5～10 mm粒級(jí)部分不宜少于40%。

（4）粉煤灰

摻粉煤灰混凝土的性能與所用粉煤灰品質(zhì)和等級(jí)有直接的關(guān)系。高性能混凝土宜選用I級(jí)或Ⅱ級(jí)粉煤灰，優(yōu)質(zhì)粉煤灰可以減少混凝土的干縮，提高混凝土的后期強(qiáng)度。粉煤灰質(zhì)量控制難度比較大，需要廣泛調(diào)研各煤電廠生產(chǎn)狀況，從源頭抓起，加強(qiáng)監(jiān)控，嚴(yán)格過程控制，建立有效的質(zhì)量控制體系。由于不同來源、時(shí)期的粉煤灰質(zhì)量差異很大，一個(gè)拌和系統(tǒng)或一座拌和樓應(yīng)盡量使用同批號(hào)的粉煤灰。

（5）礦渣粉

礦渣粉越細(xì)，活性越高，收縮也隨礦渣細(xì)度的增加而增加。從減少混凝土收縮開裂的角度出發(fā)，磨細(xì)礦渣的比表面積應(yīng)不超過450m2/kg。 由于礦石原料的差異、煉鐵工藝的區(qū)別、礦粉生產(chǎn)系統(tǒng)配置的不同，對(duì)礦粉的質(zhì)量的影響較大，需要堅(jiān)持源頭把關(guān)、過程控制的原則。

（6）高效減水劑

聚羧酸減水劑與水泥、摻合料及其他外加劑的相容性好，混凝土不離析、不泌水，坍落度保持性能好，90min內(nèi)坍落度基本無損失。聚羧酸高效減水劑可為大摻量粉煤灰、礦粉等工業(yè)廢料在混凝土工程中大量使用提供了技術(shù)保證，從而整體上降低混凝土的成本。

2.2  經(jīng)濟(jì)合理的配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)是確保混凝土耐久性最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)之一，在以往按強(qiáng)度設(shè)計(jì)混凝土配合比的設(shè)計(jì)方法中，首先按強(qiáng)度等級(jí)計(jì)算水灰比，如今按耐久性要求設(shè)計(jì)混凝土配合比時(shí)，首先是根據(jù)環(huán)境類別和作用等級(jí)，確定混凝土的水膠比和各種膠凝材料用量。在條件許可下，盡量選用較低的水膠比，減少單方用水量和膠凝材料用量，有利于提高混凝土的密實(shí)性，降低混凝土的滲透性并減少收縮量，對(duì)提高混凝土的耐久性非常有利。

一般地，人們往往認(rèn)為混凝土中多加水泥是無害而有利的。存在這種認(rèn)識(shí)的原因在于傳統(tǒng)混凝土的性能評(píng)定是以強(qiáng)度為主，而多加水泥就能在更高的概率下保證混凝土的強(qiáng)度。但多加水泥并不能獲得高性能混凝土，因此要求我們在施工過程中，比原來更加嚴(yán)格地控制混凝土的配制，不能用高強(qiáng)度來代替管理，要做到設(shè)計(jì)什么強(qiáng)度等級(jí)的混凝土就生產(chǎn)什么強(qiáng)度等級(jí)的混凝土，強(qiáng)度不低于設(shè)計(jì)，也不高出很多。           

2.3  推廣先進(jìn)施工技術(shù)與管理

要想獲得性能優(yōu)良的的預(yù)拌混凝土，除了選用優(yōu)質(zhì)的原材料和合理的配合比外，還應(yīng)在施工中加強(qiáng)管理，不能認(rèn)為原材料好、配合比恰當(dāng)，在施工中就可以放松管理。

2.3.1  采用科學(xué)的攪拌工藝

混凝土的攪拌過程不僅存在物理作用，而且存在水化反應(yīng)等化學(xué)作用，混凝土的攪拌一般在較短的時(shí)間內(nèi)就可達(dá)到均勻，并保證混凝土具有良好的工作性能。特別是在高性能混凝土中，膠凝材中摻入多種礦物摻合料，如何保證多元復(fù)合膠凝材與粗細(xì)骨料和水均勻的分散而不會(huì)結(jié)團(tuán)，選擇合適的攪拌工藝就尤為關(guān)鍵。

目前，混凝土攪拌工藝主要有兩種：其一是一次投料法即將膠凝材料、粗細(xì)集料、水、外加劑經(jīng)計(jì)量后一次投入攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行攪拌，攪拌一定時(shí)間后出料。其二是多次投料法，將膠凝材料各粉體材料和細(xì)骨料投入攪拌機(jī)攪拌30s，然后投入全部的拌和水和減水劑攪拌30s，最后投入粗骨料攪拌60s出機(jī)。

采用多次投料法攪拌完成的混凝土質(zhì)量均勻、顏色一致，具有良好的流動(dòng)性、黏聚性和保水性?；炷恋臄嚢钑r(shí)間應(yīng)根據(jù)拌合物的稠度、攪拌機(jī)的功率等確定，實(shí)踐表明總攪拌時(shí)間不能少于２min，攪拌時(shí)間從投入固體原料后攪拌機(jī)開動(dòng)時(shí)算起。

2.3.2  運(yùn)輸過程中的管理

混凝土拌合物運(yùn)輸過程中的基本要求是：不產(chǎn)生離析現(xiàn)象，保證規(guī)定的坍落度、含氣量和在混凝土初凝之前能有充分時(shí)間進(jìn)行澆筑和搗實(shí)。

（1）混凝土運(yùn)輸應(yīng)選用能確保澆筑工作連續(xù)進(jìn)行、運(yùn)輸能力與混凝土攪拌設(shè)備的攪拌能力相匹配的運(yùn)輸設(shè)備。

（2）應(yīng)選擇平坦暢通的混凝土運(yùn)輸?shù)缆?，保證在運(yùn)輸過程中混凝土的均勻性，運(yùn)到澆筑地點(diǎn)時(shí)不分層、不離析、不漏漿，并具有要求的坍落度和含氣量等工作性能。

（3）運(yùn)輸混凝土過程中，應(yīng)對(duì)運(yùn)輸設(shè)備采取保溫隔熱措施，防止局部混凝土溫度升高（夏季）或受凍（冬季）。應(yīng)采取適當(dāng)措施防止水份進(jìn)入運(yùn)輸容器或蒸發(fā)，嚴(yán)禁在運(yùn)輸混凝土過程中向混凝土內(nèi)加水。

（4）應(yīng)盡量減少混凝土的轉(zhuǎn)載次數(shù)和運(yùn)輸時(shí)間。從攪拌機(jī)卸出到澆筑完畢的延續(xù)時(shí)間應(yīng)以不影響混凝土的各項(xiàng)性能為限。

（5）采用攪拌罐車運(yùn)輸混凝土，運(yùn)輸過程中宜以2～4r／min的轉(zhuǎn)速攪拌，當(dāng)攪拌罐車到達(dá)澆筑現(xiàn)場時(shí)，應(yīng)將攪拌罐車高速旋轉(zhuǎn)20～30s，再將混凝土拌合物喂入泵車受料斗或混凝土料斗中。

2.3.3采取合理的澆筑工藝

（1）澆筑混凝土前，應(yīng)針對(duì)工程特點(diǎn)、施工環(huán)境條件與施工條件事先設(shè)計(jì)澆筑方案，包括澆筑起點(diǎn)、澆筑進(jìn)展方向和澆筑厚度等。

（2）混凝土入模前，應(yīng)采用專用設(shè)備測定混凝土的溫度、坍落度、含氣量、水膠比及泌水率等工作性能，只有拌合物性能符合設(shè)計(jì)或配合比要求的混凝土方可入模澆筑。

（3）混凝土澆筑時(shí)的自由傾落高度不得大于2m；當(dāng)大于2m時(shí)，應(yīng)采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土，保證混凝土不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。

（4）炎熱季節(jié)澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)避免模板和新澆混凝土直接受陽光照射，保證混凝土入模前模板和鋼筋的溫度以及附近的局部氣溫均不超過40℃。應(yīng)盡可能安排在傍晚澆筑混凝土。

2.3.4  選擇正確振搗方法

（1）可采用插入式振動(dòng)棒、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設(shè)備振搗混凝土。振搗時(shí)應(yīng)避免碰撞模板、鋼筋及預(yù)埋件。

（2）及時(shí)將入模的混凝土均勻振搗密實(shí)，不得隨意加密振點(diǎn)或漏振，每點(diǎn)的振搗時(shí)間以表面泛漿或不冒大氣泡為準(zhǔn)，一般不宜超過30s，避免過振。

（3）采用插入式振搗器振搗混凝土?xí)r，宜采用垂直點(diǎn)振方式振搗。若需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置，應(yīng)首先豎向緩慢將振搗棒拔出，然后再將振搗棒移至新的位置，不得將振搗棒放在拌合物內(nèi)平拖，也不得用插入式振搗棒平拖驅(qū)趕下料口處堆積的混凝土拌合物。

（4）在振搗混凝土過程中，應(yīng)加強(qiáng)檢查模板支撐的穩(wěn)定性和接縫的密合情況，以防漏漿。混凝土澆筑完成后，應(yīng)仔細(xì)將混凝土暴露面壓實(shí)抹平，抹面時(shí)嚴(yán)禁灑水。

2.3.5  正確把握拆模時(shí)機(jī)

（1）拆除模板時(shí)間應(yīng)根據(jù)拆模后對(duì)混凝土的質(zhì)量影響來確定。拆模后混凝土不得有能量測到的撓度或扭動(dòng)，更不能因拆除支撐或拆模作業(yè)使混凝土表面及棱角產(chǎn)生明顯的損壞。一般要求混凝土強(qiáng)度達(dá)到5MPa以上，模板方可拆除。

（2）拆模時(shí)間除需考慮拆模時(shí)的混凝土強(qiáng)度外，還應(yīng)考慮到拆模時(shí)的混凝土溫度（由水泥水化熱引起）不能過高，以免混凝土接觸空氣時(shí)降溫過快而開裂，混凝土內(nèi)部開始降溫以前以及混凝土內(nèi)部溫度最高時(shí)不得拆模。

（3）一般情況下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件芯部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環(huán)境之間的溫差大于20℃（截面較為復(fù)雜時(shí)，溫差大于15℃）時(shí)不宜拆模。大風(fēng)或氣溫急劇變化時(shí)不宜拆模。在寒冷季節(jié)，若環(huán)境溫度低于0℃時(shí)不宜拆模。在炎熱和大風(fēng)干燥季節(jié)，應(yīng)采取逐段拆模、邊拆邊蓋的拆模工藝。

2.3.6  合理的養(yǎng)生方式和時(shí)間

由于高性能混凝土的水膠比較低，不僅需要保持混凝土內(nèi)部水份不蒸發(fā)，還要從環(huán)境中補(bǔ)充水，否則會(huì)增加不可逆的自干燥收縮，引起混凝土表面開裂，影響強(qiáng)度和耐久性。因此，高性能混凝土的養(yǎng)生至關(guān)重要，尤其是在早期。

混凝土養(yǎng)生要注意濕度和溫度兩個(gè)方面。養(yǎng)生不僅是澆水保濕，還要注意控制混凝土的溫度變化。在濕養(yǎng)生的同時(shí)，應(yīng)該保證混凝土表面溫度與內(nèi)部溫度和所接觸的大氣溫度之間不出現(xiàn)過大的差異。因此，綜合考慮，夏季養(yǎng)生時(shí)間不小于3d，冬季養(yǎng)生時(shí)間不小于7d。

3  推廣預(yù)拌高性能混凝土綜合效益

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

由于粉煤灰和礦粉單價(jià)均比水泥低，配制高性能混凝土?xí)r，在膠凝材料用量一定的條件下，摻入礦粉和粉煤灰的膠凝材料配方經(jīng)濟(jì)性好，每方混凝土成本較采用純水泥配制混凝土要低。由此可見，在混凝土膠凝材料中摻入礦物摻合料具有較大的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，可以大大節(jié)約工程成本。

3.2 社會(huì)效益

我國在制備高性能混凝土?xí)r，在水泥中添加礦物摻合料的比例逐年上升且增幅較大，工業(yè)廢料得到了有效利用；由于礦物摻合料的利用，減少了水泥的用量，有效控制了碳排放量，說明水泥產(chǎn)量越大，摻礦物摻合料的利用率越大，環(huán)境效益就越明顯。

隨著礦物摻合料品質(zhì)的提高，混凝土對(duì)其利用比例會(huì)進(jìn)一步提高，這樣可大大節(jié)約煤資源的消耗，減少CO2的排放，降低地球的溫室效應(yīng)，順應(yīng)“低碳經(jīng)濟(jì)”的潮流。

4  結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的快速發(fā)展，人民生活水平的不斷提高，環(huán)境污染成為影響經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展的重要因素，保護(hù)環(huán)境刻不容緩。地球生態(tài)環(huán)境由于人類的活動(dòng)而遭到巨大破壞，為實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)和社會(huì)可持續(xù)發(fā)展，現(xiàn)在必須重視環(huán)境問題，堅(jiān)持科學(xué)發(fā)展觀建立人與自然和諧發(fā)展的新模式，建設(shè)節(jié)約型社會(huì)，要全面協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和自然環(huán)境的關(guān)系。預(yù)拌綠色高性能混凝土由于具有良好的性能與環(huán)境協(xié)調(diào)性，已成為混凝土產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展的方向。

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