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6 低温建筑技术 2 0 1 2 年笫 1 2 期( 总第 1 7 4 期) 高强高性能混凝土制备技术分析 聂立武 ， 韩古月 ( 辽宁建筑职业学院 。 辽宁辽阳1 1 1 0 0 0) 【 摘要】 为有效解决高强高性能混凝土制备过程中的诸多问题 ， 文中结合具体工程实例， 总结探讨了提高 高强高性能混凝土工作性能的措施方法及一般规律。结果表明： 水灰 比可综合解决高强高性能混凝土开裂、 改善 流动性等工作性能的关键因素； 聚羧酸系高效减水剂可有效减小混凝土塌落度损失； 降低原材料、 搅拌过程及浇 筑过程中的温度可有效减少或避免高温季节混凝土拌合物温度过高的难题。 【 关键词】 高强； 高性能； 混凝土； 制备 【 中图分类号】 T U 5 2 8 3 1 【 文献标识码】 B 【 文章编号】 1 0 0 1 6 8 6 4 ( 2 0 1 2 ) 1 2 0 o o 6 0 3 高强高性能混凝土在我国研究与应用起步晚， 但 发展迅速 ， 目前， 混凝土掺合料及高效外加剂技术为 制备高强高性能混凝 土提供了有利条件 。值得注 意的是， 因各工程功能与实际情况的不同， 高强高性 能混凝土在实际制备过程中仍存在诸多问题。文中 结合一具体超高层建筑结构工程实例广州珠江 新城西塔， 对高强高性能混凝土的配备原则、 配合 比 设计、 耐久性难题及改进措施等制备方面的技术问题 进行了探讨与分析， 结合 自身研究 ， 在相关研究资料 基础上， 提出了提高高强高性能混凝土耐久性相应的 对策， 以期供类似工程参考借鉴。 1 高强高性能混凝土配制 1 1 配制原则与材料选取 1 1 1 配制原则 广州珠 江新城西 塔工程 中主楼地上 为 1 0 3层 、 地 下为4层 ， 总高度达4 3 7 m。其中主楼地下4层至地上 l 5 层柱与主体结构均为 C 8 0等级或 C 8 0等级以上的 混凝土。按照现场施工的要求， 泵送 C 8 0等级混凝土 的高度 最高 为 4 0 8 m， 相应坍 落度应控 制在 2 2 0 2 6 0 m m之间， 扩展度要求大于 6 0 0 r n m。 根据本工程设计与施工要求、 大体量 ， 并考虑近 海环境条件， 西塔工程的高强高性能 混凝土应遵循低 水化热、 高和易性、 低渗透性及大体积稳定性的基本 配制原则 ， 其中： ( 1 ) 低水化热。西塔工程属于大体积混凝土 ， 混凝土水化热在结构 内部积聚， 易 导致较大内外温 差。对此， 可采用低水化热水泥、 降低水泥用量、 掺用 粉煤灰、 矿渣等矿物掺合料等措施降低混凝土水化热。 ( 2 ) 高和易性。混凝土工作性包括流动性、 粘 聚陛和保水性。一般可通过优化骨料级配、 砂率、 减 基金项目】 辽宁省自然科学基金资助项目( 2 0 1 2 0 2 0 9 7 ) o oo o o o0 o0 o0 0o 0o o0 00 0o o 0 00 oo o o 0o 0o oo o0 0O o oo o 00 00 o o 00 o0 oo 0O o O oo 0 00 0 0o oo 00 o0 o0 00 oO oo oo 0 o 0o 0o 0 0 0 缓凝剂掺量由0增加到 0 0 0 5时， 建筑石膏的压折 比 增加了7 。压折比愈大， 综合力学性能愈低 ， 建筑石 膏的综合力学性能是随着缓凝剂掺量 的增加而降 低的。 参考文献 1 刘红岩， 施惠生 脱硫石膏的综合利用 J 粉煤灰综合利用， 2 0 0 7， ( 2 ) ： 5 55 6 2 钟世云， 陈维灯， 贺鸿珠， 等 脱硫石膏应用技术现状及其发 展趋势 J 粉煤灰， 2 0 0 9 ， ( 6 ) ： 3 5 3 7 3 余红发 缓凝剂对建筑石膏物理力学性能的影响 J 新型建 筑材料 ， 1 9 9 9 ， ( 4 ) ： 1 31 5 4 陈建中 缓凝剂对建筑石膏性能的影响 J 新型建筑材料， 1 9 9 3 ， ( 1 ) ： 2 0 2 2 5 李唐英 无机缓凝剂对建筑石膏性能的影响 J 新型建筑材 料 ， 2 0 0 0， ( 8 ) ： 1 31 5 6 G B 3 9 7 7 6 8 8 ， 建筑石膏 s 7 彭家惠， 彭志辉， 瞿金东， 万体智， 等 缓凝剂对建筑石膏结构 与强度的负面影响 J 哈尔滨工业大学学报， 2 0 0 4 ， 3 6 ( 9 ) ： 1 1 7 7一 l 1 8 1 【 8 O D L E R I ， R B L E R M R e l a t i o n s h i p s b e t w e e n p o r e s t r u c t u r e a n d s t ren g t h o f s e t g y ps u m p a s t e s P a r t ：I n fl u e n c e o f c h e mi c M a d mi x t u r e s J Z e m e n t K a l k G i p s ， 1 9 8 9 ， ( 8 ) ： 4 1 9 4 2 4 9 吴莉 缓凝剂对建筑石膏性能的影响和作用机理研究 D 重庆 ： 重庆大学 ， 2 0 0 2 1 O 马保国， 黄洪财， 蹇守卫， 张琴， 等 新型缓凝剂对建筑石膏性 能的影响及机理研究 J ， 重庆建筑大学学报， 2 0 0 8 ， 3 0 ( 5 ) ： 】 4 4 一】 4 7 收稿 日期 2 0 1 2 0 6 2 6 作者简介 刘俊飞( 1 9 8 6一) ， 男， 河南许昌人， 硕士， 研究方 向： 地基处理新技术 。 聂立武等： 高强高性能混凝土制备技术分析 7 水剂等配比措施以及掺入矿物掺合料等改善混凝土 工作性。 ( 3 ) 低渗透性。实 际工程中， 一般采用降低水 胶比减少混凝土孔隙率， 矿物掺合料改善孑 L 隙特征和 浆 一骨界面等措施提高混凝土密实性 ， 以实现低渗 透性 。 ( 4 ) 大体积稳定性。混凝土在凝结硬化过程 中 的塑性收缩、 化学收缩、 干燥收缩等 因素引起的附加 拉应力， 常导致混凝土开裂。为提高大体积混凝土稳 定性， 可通过优化混凝土配 比、 加强早期养护等措施， 降低混凝土结构早期开裂风险。 1 1 2 材料选取 根据上述配制原则 ， 西塔工程混凝土材料选取以 本地区现有材料为基础进行优选 ， 最后确定的 C 8 0混 凝土制备方案是 “ 三掺技 术” 。具体选 取材 料性 能 如下 ： ( 1 ) 水泥。选取质量稳定、 颗粒级配好、 强度富 余系数大的本地产 P 型4 2 5 R硅酸盐水泥， 该水泥水 化热不高， 能有效控制混凝土早期温度 ， 显著降低温 度应 力。 ( 2 ) 细骨料。细骨料选用质地坚硬、 级配良好 的河砂， 其细度为中等粒度， 细度模数为 2 63 0 ， 0 3 1 5 m m筛孔通过量不少于 1 5 ， 0 1 6 m m筛孔的通 过量不少于 5 。 ( 3 ) 粗骨料。粗骨料应选用质地坚硬、 最大粒 径不大于 2 0 m m的花岗岩碎石。 ( 4 ) 高活性矿物掺合料。西塔工程选用了 $ 9 5 磨细矿渣粉 ， 其主要性能指标 为比表面积 4 4 0 m k g ， 密度 2 8 5 c m ， 2 8 d活性指数 1 1 1 ， 流动度 比9 9 。 西塔工程选用硅粉 2 8 d活性指数 9 2 4 ， 比表面积为 1 7 6 m g ， 需水量比 1 2 2 2 ， 烧失量 1 8 7 。 ( 5 ) 高效减水剂。选用了掺量低、 增强效果好、 坍落度保持性好、 与水泥适应性好的聚羧酸系高效减 水剂 引。 1 2 配合比设计 目前， 高强高性能混凝土配合 比设计方法通常有 全计算法、 b l e h t a A i t e i n ( 以下简称 MA方法) 方 法、 正交设计法。 将全计算法、 MA方法、 正交设计法计算得到的 C 8 0高强高性能混凝土配合比与实际施工配合比进行 比较见表 1 ， 可看出 MA方法得 出的配合 比更接近 实际施工配合比， 这表明 M A方法简便但有效。 表 l 配合比设计方法比较 2 耐久性 问题与对 策 2 1 自收缩开裂对策 在高强高性能混凝土浇注成型之后， 其内部毛细 管中的水分容易在水化过程中被水泥所吸收， 进而导 致毛细管 出现真空 ， 由此导致负压状态， 出现 自收缩 现象。在水泥硬化过程中产生的拉应力不及 自收缩 产生的应力时， 混凝土裂缝就会产生。此种情况随混 凝土水灰比降低而愈发显著。由此可见， 自收缩开裂 是由于水灰比过低造成的。值得注意的是， 自收缩开 裂必须与长期干燥收缩区分开来， 才能采取合理解决 措施。国内冯乃谦等提出了应用饱水沸石粉的解决 方法， 即以饱水沸石粉掺入高强高性能混凝土中， 使 其均匀分散， 提供水泥水化用水 ， 可有效避免或抑制 高强高性能混凝土发生 自收缩开裂。 2 2 “ 湿涨” 开裂对策 当高强高性能混凝土的水灰 比较低时， 其内部部 分水泥未得到完全水化。当其长期在有水状态下， 未 能充分水化的水泥因继续水化易引发体积增长， 当抗 拉应力小于膨胀的应力时， 混凝土会产生开裂现象。 高强高性能混凝土处于露天或水下时， 水的扩散则容 易造成混凝土水化延续并引发湿涨现象。幸运的是， 在外界环境相对干燥的情况下“ 湿涨” 开裂是不会发 生的。相关工程经验及研究表明， 解决高强高性能混 凝土“ 湿涨” 开裂的主要措施是： 尽量使高强高性能 混凝土处于干燥状态下 ， 当无法满足此要求时， 应加 涂防水层于表面； 与此同时， 减少水泥相对使用量， 从根本上缓解混凝 土粘度过大的情况。 2 3 混凝土塑性粘度控制对策 与普通混凝土相比， 高强高性能混凝土具有水灰 比低、 粘性大等特点。特别是水灰比O 3 0的高强高 性能混凝土， 其粘性更大。在流动性方面， 高强高性 能混凝土仅在其屈服值不及外界作用力时才会发生 流动现象 ， 学术上称之为宾汉姆体， 此外 ， 流动的速度 大小则可表征混凝土塑性粘度。为增加高强高性能 8 低温建筑技术 2 0 1 2 年第 1 2 期( 总第 1 7 4期) 混凝土流动度， 综合解决塑性粘度、 自收缩和 自收缩 开裂及湿胀开裂的问题， 可采取如下有效措施 ： 提 高混凝土的水灰 比， 同时控制水胶比， 有效降低 自收 缩、 “ 湿涨” 开裂等 ； 在确保用水量相等的情况下 ， 使 用合理材料， 如硬石膏、 硅粉等， 保证对混凝土水泥的 有效填充， 降低拌合物粘性的同时改善其流动性能。 在确保用水量和水泥用浆量相等的情况下， 使用合 理材料降低粗骨料空隙率， 有效改善混凝土拌合物流 动性能。 2 4 高温下混凝土控温对策 西塔工程中 C 8 0高强高性能混凝土要求高温气 候下进行超高泵送 ， 这样除了要满足高流动性与高强 度的双重要求 ， 还需要解决高温下高强高性能混凝土 控温难题。因广州夏季气温较高， 最高气温约 3 5 ， 平均气温约 3 0 ， 对于结构的混凝土拌合物而言， 这 些条件难以控制其经时损失， 间接造成拌合物硬化之 后的中心温度高于允许程度， 最终引起结构开裂。鉴 于此 ， 工程中常规定混凝土拌合物出搅拌机时的温度 ( 在施工现场) 不应高过 3 2 C。具体施工中， 常用的混 凝土拌合物降温措施一般有如下两种 ： ( 1 ) “ 外加冰” 措施 ： 即在混凝土拌合物中直接 加入碎冰块或冰水 ， 直观而言， 外加的冰快或冰水能 很好地使拌合物入模 温度 的降低。相关研究表明， 3 5 温度下， “ 外加冰” 措施能将泵送后的混凝土拌合 物温度降低 1 5 以上 ， 最大能将混凝土入模温度降低 1 9 该措施不利之处在于， 对于高强高性能混凝 土配制有效性不高， 如西塔工程所要求的 C 8 0高强高 性能混凝土。这主要是因为高强高性能混凝土用水 量不多， 所能加冰块或冰水有限， 无法有效降低混凝 土温度。 ( 2 ) 原材料直接降温措施 ： 研究表明， 混凝土原 材料中， 各组成成分对混凝土拌合物入模温度的影响 程度是不同的， 按影响程度 由小到大分别为水泥 砂 水 碎石， 各成分温度每变化 1 0 ， 拌合物温度分 别变化 1 、 2 5 c 【 = 、 2 8 C 及 3 5 。然而不利的是， 混 凝土拌合物温度受外界空气温度影响明显敏感于混 凝土原材料。试验表 明， 外界空气温度每变化 1 0 时， 拌合物温度变化约 8 7 。 表 2 西塔 工程 降温技 术应用前 、 后混凝土性能的变化 综 合经济 、 效率 、 施工 便利等 因素 ， 西塔 工程混 凝 土配制最终采用了水泥预冷、 “ 外加冰” 等措施确保混 凝土拌合物的各种条件温度在规定要求的范围内， 即 出机温度 3 2 ， 入模温度 3 5 ， 硬化后的中心最高 温度 8 0 o C。具体如表 2所示。 主要应用的技术方法有： 降低水泥温度。通过 专用设备对水泥进行冷却， 有效降低水泥温度， 同时 运用专用水泥库贮存 ( 容量为 l O 0 0 0 t ) 散装水泥。并 通过改进水冷却工艺， 进一步降低水泥温度。这使水 泥温度从常规 9 01 0 5 降低到 6 0 。 c左右 ； 应用前 述“ 外加冰” 降温措施； 鉴于外界气温对混凝土温度 影响显著， 将浇筑时间调整为夜晚。利用广州昼夜 自 然温差( 6 8 ) 降低混凝土拌合物温度。 3结语 ( 1 ) 聚羧酸系高效减水剂与水泥具有 良好的相 容性， 可有效控制高强高性能混凝土塌落度损失。 ( 2 ) 高强高性能混凝土配合 比设计 的 M e h t a A i t c i n 方法应用简便但不易定量计算， 全计算法可全 面的定量确定配合比， 正交设计法能够筛选出代表性 较强的少数试验 ， 进而来得 出最优或较优 的试验条 件， 正是实现混凝土最优配合比设计的重要方法。工 程实际表明， Me h t a A i t c i n方法得出的配合比更接近 实际施工配合比。 ( 3 ) 高强高性能混凝土的水灰比是解决 自收缩 开裂、 “ 湿胀” 开裂、 控制塌落度损失、 保证流动性等问 题的核心与关键； 粗骨料选用二级配， 细骨料选用中 偏粗河砂以及硅粉的加入， 均可有效减少或避免混凝 土自收缩开裂 、 “ 湿胀” 开裂及粘度大等不良现象。 ( 4 ) 应用水泥冷却设备及进水冷却工艺降低水 泥温度 ， 在搅拌过程中加入碎冰， 以及夜间浇筑等措 施， 可非常有效解决高温季节高强高性能混凝土拌合 物控 温难题 。 参考文献 1 冯乃谦 高性能混凝土的发展与应用 J 施工技术， 2 0 0 3 ， 3 2 ( 4) ： 1 6 2 姚燕， 王玲， 田培， 等 高性能混凝土 M 北京： 化学工业出 版社 2 0 0 6 3 K E H a s s a n ， J G C a b r e r a ， R S M M ie h e I h e e ff e c t o f m i n e r M a d m i x t u r e s o n t h e p r o p e r t i e s o f h i g h p e r f o l r n a n e e c o n c r e t e J c e me n t& C o n c r e t e Co mp o s i t e s ， 2 0 0 0， 2 2 ： 2 6 72 7 1 4 陈建奎， 王栋民 高性能混凝土( H P C ) 配合比设计新法 一 全 计算法 J 硅酸盐学报， 2 0 0 0 ， ( 2 ) ： 1 9 4 1 9 8 收稿日期 2 0 1 2 0 9 0 2 作者简介 聂立武( 1 9 7 9 一) 男， 辽宁阜新人， 高级工程师 从事混凝 土材料研究 。