高性能混凝土在工程应用中的比较研究

高性能混凝土在工程应用中的比较研究

任超

内蒙古地矿建设工程有限责任公司 010010

摘要：高性能混凝土在上世纪90年代由美国研发成功，高性能混凝土相较与普通混凝土性能优势卓越，被广泛应用于各种大型项目中，取得了较好的应用效果，但是高性能混凝土和普通混凝土一样，也存在着一些缺点，本文希望通过对高性能混凝土和普通混凝土的优缺点的分析和对比，把二者的性能、功能明确，方便工程建设者在以后工程项目中应用。

关键词：普通混凝土；高性能混凝土；比较研究

建筑行业市场愈加激烈，经济的快速发展造就了建筑行业的快速发展，高性能混凝土在工程建筑行业中的应用范围愈加广泛，高性能混凝土或和普通混凝土相比，也有自身的不足和缺点，希望通过比较研究明确两者之间的优缺点，方便工程建设者根据工程项目需要择需选择混凝土。

1. 普通混凝土与高性能混凝土比较呈现出的不足，

1.1早期强度增长较慢

普通混凝土胶凝材料主要为水泥、粉煤灰及矿粉等活性掺合料，我国有关标准规定粉煤灰在混凝土中掺量不能大于25%，而如今随着外加剂的广泛运用，水泥质量标准的提高，理论上可适当加大掺合料在混凝土中的掺量，而部分品种对掺合料的掺量要求可达50%以上。但应看到，粉煤灰和矿粉掺量偏大的混凝土早期强度增长较慢，水化过程需要较好的养护条件，若养护不到位较易出现裂缝，反而影响混凝土的质量，带来与施工企业的矛盾：一是早期强度不足，影响拆模时间，不利于施工企业模板周转，养护成本提高。

1.2普通弹性不好

由于普通混凝土材料本身的特性，虽然抗压强度高，混凝土的抗压强度一般在7.5~60MPa之间，当掺入高效减水剂和掺合料时，强度可达100MPa以上。但是普通混凝土的弹性不好，导致再一些具有特殊要求的工程项目中无法应用，必须用钢结构进行替代。例如，在一些承载力要求较高且可能出现荷载受力不均的桥梁工程中，荷载力不能驱散分匀，这样就导致普通混凝土构件不堪重力，最终产生裂缝。

1.3收缩易变形

普通混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土也将发生收缩变化。然而，收缩容易导致变形，若变形遭到约束，则会在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在实际施工中，普通混凝土很容易结硬，结硬之后，混凝土中的水分子逐步蒸发，湿度逐步降低，混凝土体积减小，变形也在逐步加大，因此混凝土表层水分流失快，内部损失慢，就产生了表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩，表面收缩变形受到内部混凝土的约束，致使表面混凝土承受拉力。当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时，便产生收缩裂缝，影响混凝土整体施工质量。

1.4耐久性较弱。耐久性曾被认为是普通混凝土的优点，随着普遍的应用后问题的出现，以及科研力的增强，发现了普通混凝土的耐久性会受到抗冻性能和抗侵蚀性的影响。

（1）抗冻性，是指混凝土在使用的环境中，经受多次冻融循环作用，能保持强度和外观的完整性的能力。普通混凝土的抗冻性很弱，当气温在零度以下时，混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，就会出现裂缝；

（2）抗侵蚀性，指在酸、碱、盐等环境中对水泥石的侵蚀所表现出现的免疫力。随着环境的恶化，再加上混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层容易受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，从而减弱了普通混凝土的耐久性。

2、高性能混凝土的优点和不足

2.1高性能混凝土的优点

高性能混凝土的抗压强度早已远远超过了200MPa。在工程中28天平均强度在100至120Mpa之间的高性能混凝土也已经得到广泛使用。而正是由于高性能混凝土拥有如此高的强度，所以其可以在很大程度上减少混凝土的结构尺寸，进而减小结构的自身重量和其对地基的荷载，提升人们的使用空间并减少原材料的使用量，很大程度的降低工程成本。

（1）自密实性

高性能混凝土使用过程中的用水量相对普通混凝土来说大幅度减少，抗离析性好，流动性强，从而使得其拥有很好的填充性。所以具有高流动性的高性能混凝土有很好的自密实性。

（2）体积稳定性：高性能混凝土由于具有低收缩与徐变、高弹性模量的特性，所以也使得其有很好的体积稳定性。一般来说普通混凝土的弹性模量大小在20至25GPa之间，而经过使用适宜配合比所生成的高性能混凝土的弹性模量则可以达到40至50GPa之间。

（3）耐火性

当高性能混凝土处在高温环境下时，容易发生爆裂和脱落的情况。原因是其高密实度的特性使得其中的自由水不能很快的从毛细孔中排出来，在高温情况下时混凝土内部所产生的蒸汽压力基本都会达到饱和，具有一定的耐火性能。

（4）高耐久性

高耐久性是高性能混凝土的重要特性之一。混凝土的耐久性主要取决于其抗渗性，抗渗性取决于混凝土中的水泥石密实度。由于高性能混凝土中掺加了水胶比较低的高效减水剂，水泥水化后因其内部不含有多余的毛细水，加之内部空隙细化，使得总的孔隙率降低，从而提高了高性能混凝土的抗渗性。同时，高性能混凝土中加入了矿物质超细粉，一方面提高了混凝土的早期抗裂性能，另一方面缩小了水泥与骨料之间的孔隙，从而有效改善了水泥的孔结构。高性能混凝土掺入高效减水剂和矿物质超细粉后，高性能混凝土的耐久性得到了显著地提高。

2.2高性能混凝土的不足

混凝土的配制方法是决定混凝土性能关键因素之一，高性能混凝土在配比的过程中，务必要降低水胶的比例，并确保混凝土中掺入足够数量的矿物合料与高校减水剂，从而，实现混凝土的高性能、多功能。然而，这种配比方式形成的高性能混凝土也存在着两个致命的缺陷。由于高性能混凝土的水胶比例较低，因此，该混凝土极易因为干燥而产生自动化的收缩，或使其变脆，失去其原有的性能，无法达到建筑工程项目的相关要求。

3.改进高性能混凝土性能的相关措施

为了解决上述的问题，高性能混凝土在配制的過程中，应该从更为全面的角度去考虑混凝土调配的比例和使用的材料，从整体额角度出发，协调各项所要求的性能，从而满足建筑工程项目对混凝土的要求。从高性能混凝土配制的设计方面来说，涉及到许多可变因子与相互制约的因素。而从难易程度上来看，也要明显难于普通混凝土的配比设计。以我国目前的科技水平来看，还无法实现完美高性能混凝土的配比设计。但是，为了能够更好的满足建筑工程项目的需要，减少使用过程中出现的问题，应该在实际的配比设计中遵循以下几项原则。 3.1充分发挥高性能混凝土拌合物的作用

高性能混凝土在拌制的过程中需要同时添加外加剂以及掺合料等作为拌合物进行使用，如果能实现二者之间的最佳配比，便能实现减少混凝土中的水胶比例，实现高性能混凝土高效耐久的基本目的。为了将高性能混凝土外加剂以及掺合料的作用发挥到极致，在建筑工程项目施工前，会对建筑工程项目进行整体化的设计，对高性能混凝土耐久性等方面的要求也在设计的范围之内。因此，在配制混凝土的过程中，要按照建筑工程项目设计图中的相关要求进行配制，并以此为依据，选择最为合适的外加剂及矿物掺合料，并确保二者之间相互匹配。

3.2降低水胶比例

降低水胶比例是高性能混凝土配制过程中的重点环节，在混凝土的配制过程中，水胶比例越低，混凝土的孔结构就会越加密实，这是实现混凝土高强度与高耐久度的关键。在实际的配比过程中，主要可以通过两种方法来降低水胶比例。一种是依靠添加减水效果的外加剂，从而减少混凝土中的拌合水。另一种就是依靠大量的矿物掺合料来取代水泥进行拌合，减少水泥的用量，从而降低混凝土中的水含量。

参考文献

[1] 吴中伟.高性能混凝土[M],中国铁道出版社，1999.

[2] 丁大钧.高性能混凝土及其在工程中的应用[M],北京机械工业出版社，2007.

[3] CECS207：2006高性能混凝土应用技术规程.

[4] 《铁路混凝土工程施工质量验收标准》TB10424-2010.