高性能混凝土的研究與發展現狀(三)

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該指標是客運專線對混凝土耐久性最重要、最具體的指標。目前我國尚無電通量試驗的國家標準，鐵路行業電通量試驗方法是以美國ASTMC1202 快速電量測定方法為基礎制定的，其所測指標可以最大程度地區分和評價混凝土的密實度，而密實度正是影響混凝土耐久性最為關鍵的因素。以往多是以抗滲性來評價混凝土的密實程度，但實踐證明，抗滲試驗只適合于判定較低強度等級混凝土的密實性，當強度等級超過C30后，抗滲等級幾乎都能達到P20以上，再往下試驗比較困難。這正是用電通量指標取代抗滲標號作為混凝土耐久性控制的主要原因。混凝土的電通量主要取決于水膠比，通過大量試驗得到規律，一般水膠比小于0.5時基本可滿足電通量小于2000 的要求，水膠比小于0.45時基本可滿足電通量小于1500的要求。
（三）高性能混凝土的施工控制
1.攪拌
混凝土原材料應嚴格按照施工配合比要求進行準確稱量,稱量最大允許偏差應符合下列規定(按重量計):膠凝材料(水泥、摻合料等)±1%；外加劑±1%；骨料±2%；拌合用水±1%。應采用臥軸式、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌混凝土,采用電子計量系統計量原材料。攪拌時間不宜少于2min,也不宜超過3min。炎熱季節或寒冷季節攪拌混凝土時,必須采取有效措施控制原材料溫度,以保證混凝土的入模溫度滿足規定。
2.運輸
應采取有效措施，保證混凝土在運輸過程中保持均勻性及各項工作性能指標不發生明顯波動。應對運輸設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)。應采取適當措施防止水分進入運輸容器或蒸發。
3.澆筑
(1)混凝土入模前,應采用專用設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計或配合比要求的混凝土方可入模澆筑。混凝土的入模溫度一般宜控制在5～30℃(2)混凝土澆筑時的自由傾落高度不得大于2m當大于2m時,應采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土,保證混凝土不出現分層離析現象。（3）混凝土的澆筑應采用分層連續推移的方式進行,間隙時間不得超過90min,不得隨意留置施工縫。（4）新澆混凝土與鄰接的己硬化混凝土或巖土介質間澆筑時的溫差不得大于15℃。
4．振搗
可采用插入式振動棒、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設備振搗混凝土。振搗時應避免碰撞模板、鋼筋及預埋件。采用插入式振搗器振搗混凝土時,宜采用垂直點振方式振搗。每點的振搗時間以表面泛漿或不冒大氣泡為準,一般不宜超過30s,避免過振。若需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置,應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平拖。
5.養護
高性能混凝土早期強度增長較快,一般3天達到設計強度的60%,7天達到設計強度的80%,因而,混凝土早期養護特別重要。通常在混凝土澆注完畢后采取以帶模養護為主,澆水養護為輔,使混凝土表面保持濕潤。養護時間不少于14天。
6．質量檢驗控制
除施工前嚴格進行原材料質量檢查外，在混凝土施工過程中，應對混凝土的以下指標進行檢查控制：混凝土拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率、勻質性。硬化混凝土：標準養護試件抗壓強度、同條件養護試件抗壓強度、抗滲性、電通量等。
四、高性能混凝土的特點
（一）高耐久性能
高性能混凝土的重要特點是具有高耐久性耐久性則取決于抗滲性;抗滲性又與混凝土中的水泥石密實度和界面結構有關。由于高性能混凝土摻加了高效減水劑,其水膠比很低(≤0138),水泥全部水化后,混凝土沒有多余的毛細水,孔隙細化,最可幾孔徑很小, 總孔隙率低;再者高性能混凝土中摻加礦物質超細粉后,混凝土中骨料與水泥石之間的界面過渡區孔隙能得到明顯的降低,而且礦物質超細粉的摻加還能改善水泥石的孔結構, 使其≥100μm的孔含量得到明顯減少,礦物質超細粉的摻加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高。以上這些措施對于混凝土的抗凍融、抗中性化、抗堿- 集料反應、抗硫酸鹽腐蝕,以及其它酸性和鹽類侵蝕等性能都能得到有效的提高。
（二）高工作性能
高性能混凝土具有良好的流變學性能, 高流動性,不泌水,不離析,能在正常施工條件下保證混凝土結構的密實性和均勻性,對于某些結構的特殊部位(如梁柱接頭等鋼筋密集處)還可采用自流密實成型混凝土,從而保證該部位的密實性,這樣就可以減輕施工勞動強度,節約施工能耗。
（三）其它
高性能混凝土具有較高的韌性、良好體積穩定性和長期的力學性能穩定性。高性能混凝土的高韌性要求其具有能較好地抵抗地震荷載、疲勞荷載及沖擊荷載的能力,混凝土的韌性可通過在混凝土摻加引氣劑或采用高性能纖維混凝土等措施得到提高。高性能混凝土的體積穩定性表現在其優良的抗初期開裂性, 低的溫度變形、低徐變及低的自收縮變形。雖然高性能混凝土的水灰比比較低, 但是如果將新型高效減水劑和增粘劑一起使用, 盡可能地降低單方用水量, 防止離析,澆筑振實后立即用濕布或濕草簾加以覆蓋養護, 避免太陽光照射和風吹, 防止混凝土的水分蒸發, 這樣高性能混凝土早期開裂就會得到有效的抑制。高性能混凝土摻加了粉的普通混凝土都得到了顯著降低, 這對于大體積混凝土的溫控和防裂十分有利。國內已有研究表明,對于外摻加40%粉煤灰的高性能混凝土,不管是在標準養護還是在蒸壓養護條件下,其360d齡期的徐變度(單位徐變應力的徐變值)均小于同強度等級的普通混凝土,高性能混凝土徐度度僅為普通混凝土的50%左右。高性能混凝土長期的力學穩定性要求其在長期的荷載作用及惡劣環境侵蝕下抗壓強度、抗拉強度及彈性模量等力學性能保持穩定。
五、綠色高性能混凝土
（一）研發綠色高性能混凝土的必要性
1990年美國首先提出了高性能混凝土,得到了世界各國和專家的認可,法國政府組織包括政府研究機構、高等院校、建筑公司等單位開展了高性能混凝土的研究。1996年,法國公共工程部和教育與研究部又組織了為期4年的國家研究項目“高性能混凝土2000",投人了600萬美元作為研究經費。1994年,美國聯邦政府16個機構聯合提出了一個在基礎設施施工中應用高性能混凝土的決議,并決定在10年投資2億美元進行研究。綠色是綠色環保,人類社會越發展,對綠色環保的要求越迫切。國外有位學者寫一篇綜述,題為“昨天和今天的水泥,明天的混凝土”,文中指出21世紀水泥工業應改名為水硬性膠凝材料工業,而且應是一種綠色工業。水泥和混凝土堪稱為世界上耗用量最大的材料,在我國尤其如此。我國人多地少,資源缺乏,同時也是世界上能源消耗的大國,以水泥和混凝土為例,我國水泥的年產量大約9億噸,占世界水泥產量的三分之一,混凝土產量約12億m3,世界混凝土年產量大約30億m3,混凝土的大量使用,需要大量水泥,水泥的生產又極大地影響了環境,直接影響子孫后代的生活,所以綠色高性能的發展是事在必行。綠色高性能混凝土的研究及使用,即保護了環境,又提高了混凝土的性能。以粉煤灰為例,現已研發與使用的綠色高性能混凝土,絕大部分把粉煤灰作主要摻料,粉煤灰是工業廢料,如不很好利用,會對環境造成二次污染,在綠色高性能混凝土中采用粉煤灰,即解決了二次污染,又降低了混凝土的成本,同時提高了混凝土的性能,主要表現在提高了混凝土的耐久性和工作性。混凝土的評價已由高強度轉為高性能,高性能中耐久性是一個主要的評定標準,混凝土不是一勞永逸的材料,它也是隨時間的增長、環境的影響和使用情況直接影響其使用壽命,一些發達國家面臨這個問題, 我們國家也面臨同樣的問題。1991年美國在提交國會《國家公路與橋梁現狀》的報告中指出,為了修理或更換現已存在缺陷的橋梁,需投資91 億美元如拖延維護進程,費用將增至1310億美元,美國每年用于混凝土維修的費用大約300億美元。我國是發展中國家,在工程建設中基本沒有維修費用,工程費用主要在新建工程,建國以來,五、六十年代的工程量大,經過幾十年的使用,可以說需維修的工程量肯定也是巨大的,費用是驚人的,因此,站在歷史的角度,站在發展的角度,研究混凝土高性能的意義巨大。
（二）綠色高性能混凝土的可行性
綠色高性能混凝土是混凝土發展的方向,是我國國情的需要,是建筑工程發展的需要,是為了子孫后代造福的需要, 2005年建設部發布了《關于進一步做好建筑業10項新技術推廣應用的通知》(建質〔2005〕)26號)文件中第2項既是“高性能混凝土技術”。建設部部長汪光熹在第2屆國際智能綠色節能大會上表示:中國將大力開展科技創新以支援和促進行業發展,將對既有建筑節能改造成套技術,低能耗大型公關建筑技術等加快技術公關,推動以節能、節地、節水、節材和環保為核心的建筑技術發展,逐步提高綠色建筑比重。因此,研發綠色高性能混凝土體現科學發展觀,是利國利民,惠及子孫之事。上述這些都為綠色高性能混凝土的研究與應用打下了良好的基礎。
（三）綠色高性能混凝土的發展
1997年3月的“高強與高性能混凝土”會議上,吳中偉院士首次出“綠色高性能混凝土(GHPC) ”的概念,并指出: GHPC是混凝土的發展方向,更是混凝土的未來。提高混凝土的綠色度,可以節約更多的資源與能源,將對環境的破壞減到最小。人類已經進入21世紀,混凝土應該更多地摻加工業廢渣摻和料,更多地節約水泥,有更高的強度和耐久性。高性能混凝土(HPC)具有下列特征:(1)更多地節約熟料水泥,降低能耗與環境污染;(2)更多地摻加工業廢料為主的細摻料;(3)更大地發揮混凝土的高性能優勢,減少水泥與混凝土的用量。因此,高性能混凝土本身就可成為綠色混凝土。事實上,許多工程如大體積水工建筑、基礎等對強度要求不高,但對耐久性、工作性、體積穩定性、低水化熱等有很高要求,都應采用HPC。例如日本跨海明石大橋基墩混凝土(50萬m3)要求高耐久性、高抗沖刷性與低升溫,而強度只要求20MPa,使用的就是摻加了復合外加劑與復合細摻料的HPC。由此可見,高性能混凝土并不一定強調高強,我國目前也己完成了普通混凝土的高性能化的研究和應用。因此,傳統的GHPC的應用范圍可以進一步擴大,可以將歐美對HPC強度的低限50MPa降低到C30左右,原則是只要不損害混凝土的內部結構如孔結構、水化物結構與界面結構等,保證混凝土具有良好的耐久性與體積穩定性。納米混凝土、再生混凝土、免振搗自密實高性能混凝土等都是綠色高性能混凝土。綠色高性能混凝土已被廣泛應用于市政工程、民用建筑和工業建筑,與普通混凝土相比,高性能混凝土具有更好的施工性能和耐久性,同時可以更多地利用工業廢渣及其它廢棄物,有良好的經濟指標和環保意義,因此,綠色高性能混凝土是混凝土的發展方向。
六、高性能混凝土的發展前景
隨著HPC的開發和應用, 建筑對生態環境產生的影響正引起社會的關注。建筑物在建造和運行的過程中需消耗大量的自然資源和能源,并對環境產生不同程度的影響。有專家指出, 作為建筑工業主要原料的水泥,實際上是一種不可持續發展的產品。因此,高性能混凝土的技術核心是在限制水泥用量以獲得混凝土高性能的同時,堅持其可持續性的發展原則。21世紀前后, 吳中偉等提出了綠色混凝土的概念,在高性能混凝土的基礎上增加了三個含義:1)節約資源、能源;2)不破壞環境,更有利于環境;3)可持續發展, 既要滿足當代人的需求,又不危害后代人滿足其需要的能力。大力開展綠色高性能混凝土的研究和應用高性能混凝土具有普通混凝土無法比擬的優良性能,對混凝土的發展將起重要作用, 并為HPC的發展指明了非常明確的方向。

結束語
探討了高性能混凝土配合比設計的基本要求和技術途徑，主要從原材料的選擇、配合比參數的合理確定等方面進行了闡述。通過摻入礦物微細粉和高性能化學外加劑的技術途徑來配制高性能混凝土，既可改善混凝土的性能，又能降低生產成本，有利于高性能混凝土的推廣應用。文中提出的設計方法具有準確、簡捷、適用范圍廣及程序化的特點，采用此方法配制的混凝土具有良好的工作性、力學性及耐久性。通過對高性能混凝土抗凍性能試驗研究可得出以下結論,混凝土的抗凍性主要與所引入的空氣含量、氣泡的質量、混凝土強度和水膠比等因素密切相關，高性能混凝土的含氣量宜為2%～4%，這樣配制的混凝土具有200次以上的抗凍性能。高性能混凝土的抗凍性能與外加劑密切相關，外加劑的摻量存在一個最優值，本試驗中最優摻量在0.95%～1.00%之間。如今我國HPC發展形勢一片良好，但是要使HPC 在建筑工程中推廣使用還需一個認識和實踐的過程。隨著我國建筑基礎建設的不斷增強，HPC必將成為新世紀的重要建筑工程材料。

致謝
在大學將近三年學習生涯即將結束。
在此論文的完成之際,首先非常感謝老師的關心與指導。感謝土木工程系的所有老師

參考文獻
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