高性能混凝土施工質量的控制

第一章緒論

進入21世紀以來,我國各項建設事業(yè)飛速發(fā)展,給混凝土科學技術的發(fā)展帶來欣欣向榮的景象,各種現(xiàn)代化的大型建筑如雨后春筍,新型混凝土技術和施工工藝不斷涌現(xiàn),并在工程應用中獲得巨大的經(jīng)濟效益和社會效益。有力地促進了國民經(jīng)濟各項事業(yè)的發(fā)展。高性能混凝土技術與施工工藝正處于探索和研究階段,縱觀其未來其具有廣闊的發(fā)展前景。

采用高性能混凝土有很多優(yōu)點:(1)可以確?；炷潦┕べ|量與耐久性；(2)可以降低工人勞動強度,施工比較安全；(3)可防止施工噪音；(4)可以縮短工期。

1.1高性能混凝土的定義

高性能混凝土這種新型混凝土是在20世紀80年代末90年代初才出現(xiàn)的。1990年5月，美國國家標準與技術研究所和美國混凝土協(xié)會在美國馬里蘭州蓋瑟斯堡召開的會議上首先正式提出HPC這一名詞的定義。現(xiàn)在對于HPC的定義，不同國家、不同學者依照各自的認識、實踐、應用范圍和目的要求的差異，對HPC有不同的定義和解釋。我國工程院院士吳中偉在綜合這些不同意見的基礎上提出了以下定義：HPC是一種新型高技術混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現(xiàn)代混凝土技術制作的混凝土，它以耐久性作為設計的主要指標。針對不同用途要求，高性能混凝土對下列性能有重點地予以保證：耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟性。為此，高性能混凝土在配制上的特點是低水膠比，選用優(yōu)質原材料，并除水泥、水、集料外，摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料和高效外加劑。

1.2高性能混凝土的國內外研究開發(fā)歷史

1994年，美國聯(lián)邦政府16個機構聯(lián)合提出了一個在基礎設施工程建設中應用高性能混凝土的建議，計劃未來10年內投資2億美元進行研究和開發(fā)。1989年加拿大政府提出了建立“高性能混凝土協(xié)作網(wǎng)”的建議，共有7所大學和2家企業(yè)參與。法國在1986年由政府部門組織國內23個單位(包括政府研究機構、大學、公司、承包商)進行了一項名叫“混凝土新途徑”的研究項目，對高性能混凝土進行研究并建造示范工程，這一項目已于1993年完成。1996年法國政府公共工程部和教育與研究部又組織了為期4年的“高性能混凝土2000”的國家研究項目，共40余個機構參與。挪威皇家科技研究院的科學與工業(yè)研究基金(SINTEF)持續(xù)資助高強與高性能混凝土的研究，包括1986-1992年的高強混凝土材料研究計劃，1988-1993年的高強混凝土結構設計研究計劃，1988-1992年和1993-1995年有關高性能輕質混凝土及其浮動結構的研究計劃等。日本建設省在1988年開展了一項簡稱“新RC”的研究計劃，主要研究高強與高性能混凝土和鋼筋在建筑工程中的應用，這一課題投資較大，在日本國內有許多機構參加，取得了系統(tǒng)的研究成果。在瑞典，也有由政府機構和企業(yè)聯(lián)合資助的高性能混凝土的國家計劃。

我國近兩年來在大力建設高速鐵路,已經(jīng)建成的武廣客運專線等十一條高速鐵路工程設計使用年限長達100年,普通混凝土已不能滿足耐久性要求,因此高性能混凝土在高速鐵路建設中開始了嘗試性應用。因無具體標準,我國鐵道部科學技術司于2005年發(fā)布了《客運專線高性能混凝土暫行技術條件》作為客運專線高性能混凝土質量的參考依據(jù),技術條件中對高性能混凝土的技術指標、原材料質量都提出了一些要求,成為國內工程建設中第一個高性能混凝土執(zhí)行依據(jù)。這對我國的鐵路建設中高性能混凝土的應用起到了一定的作用。

第二章高性能混凝土施工質量控制的意義

混凝土也是一種產(chǎn)品，對于具體的工程，也有一定的質量要求。由于混凝土是一種非均質的材料，其組成質量變化較大，因此全過程質量控制對混凝土的使用性能至關重要?；炷临|量控制的最終目標是得到質量均勻的、體積穩(wěn)定的、耐久的、滿足設計強度而且經(jīng)濟的混凝土。

要得到這樣的優(yōu)質混凝土，必須使拌和物有良好的工作性能，便于攪拌、運輸、澆筑、振搗密實、充滿模型，并且始終均勻。因此，拌和物質量控制的目標是具有施工條件要求的足夠流動性、體積穩(wěn)定性以及盡可能低的溫度應力。

對于高性能混凝土拌和物的要求：

流動性—坍落度在170mm以上，坍落流動度在430mm以上；

體積穩(wěn)定性—不離析、不泌水，有穩(wěn)定的表觀密度；

溫度應力—澆筑的混凝土內外溫度差不高于25℃，澆筑時拌和物溫度夏季不高于35℃，冬季不低于12℃。

與普通混凝土相比，HPC的生產(chǎn)和施工并不需要特殊的工藝，但是在工藝個環(huán)節(jié)中普通混凝土不敏感的因素，HPC卻會很敏感，因而需要嚴格控制和管理。尤其是在工地現(xiàn)場施工時，包括試配、原材料管理、攪拌、澆筑、振搗成型、拆模養(yǎng)護等問題，需要做特別強調。

第三章高性能混凝土的組成、結構及性能

如前所述，HPC配制的特點是低水灰比、摻用高效減水劑和礦物細摻料。因此，HPC在不同尺度上的組成和結構都與混凝土有所不同。

3.1高性能混凝土的水泥石微結構

按照中心質假說，在次中心質和次介質的尺度上，屬于次中心質的未水化水泥熟料顆粒、屬于次介質的水泥凝膠和屬于負中心質的毛細孔組成水泥石。從強度的角度來看，孔隙率一定時，H/L粒子比值越大，水泥石強度越高；而H/L粒子比達到最佳值后，水泥石的強度隨H/L粒子的比值的提高而下降；水灰比越低，H/L比值的最佳值越大。水泥在水灰比近似為0.44的水泥漿體中才能完全水化而留下最少的毛細孔。隨著水灰比的降低，未水化的水泥增多。由此可見，高性能混凝土中增加了很多產(chǎn)生有利效應的次中心質和大中心質。也就是說，高性能混凝土中的H/L粒子比值比普通混凝土的高得多。水灰比很低的高性能混凝土中，水泥石得孔隙率也很低，在一定的H/L粒子比值下，強度隨孔隙率的減小而提高。

3.2高性能混凝土的性能

與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨特的性能：

1.耐久性

高性能混凝土的使用壽命長，對于一些特護工程的特殊部位，控制結構設計的不是混凝土的強度，而是耐久性。能夠使混凝土結構安全可靠的工作50—100年以上，是高性能混凝土應用的主要目的。目前，對于高性能混凝土耐久性的評定沒有統(tǒng)一的指標和方法，對其進行試驗和評價基本仍沿用普通混凝凝土的方法和指標。對于HPC的耐久性的安全使用期限，高性能混凝土可以保證重要建筑在不利環(huán)境中使用100年，在正常環(huán)境中使用200年，在特殊環(huán)境中使用300年。

2.工作性

高性能混凝土具有良好的工作性，坍落度是評價混凝土工作性的主要指標，反應混凝土拌和物在重力作用下的流動和變形能力。高性能混凝土的坍落度控制功能好，但由于其在配制過程中加人了減水劑和礦物質超細粉，在與普通混凝土在坍落度相同的情況下，粘度較大，這使其在泵送過程中需施加更大的壓力。

3.力學性能

混凝土的強度有抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度、疲勞強度、粘結強度等。由于混凝土是一種非均質材料，強度受諸多因素的影響，但各種強度之間有一定的關系，一般可以用抗壓強度的關系表現(xiàn)。高性能混凝土具有一定的強度和高抗?jié)B能力，但不一定具有高強度，中、低強度亦可。

4.體積穩(wěn)定性

混凝土的體積穩(wěn)定性是指混凝土在抵抗物理、化學作用下產(chǎn)生變形的能力。高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在硬化早期應具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。

5.經(jīng)濟性

HPC較高的強度、良好的耐久性和工藝性都使其具有良好的經(jīng)濟性。雖然HPC本身的價格偏高，但是其優(yōu)異性能使其具有了良好的經(jīng)濟性。

第四章高性能混凝土施工中質量存在的問題分析

4.1原材料的質量問題

材料品質優(yōu)良、離散性小，是生產(chǎn)HPC最關鍵的先決條件。全國各地混凝土原材料的質量離散性均較大，粗細骨料的質量差異也大，是混凝土產(chǎn)品中最為薄弱的環(huán)節(jié)，也是混凝土質量低劣的主要原因之一。

1.水泥

目前國產(chǎn)水泥由于執(zhí)行了新修訂的同國際接軌的標準，大廠生產(chǎn)水泥的品質標準與發(fā)達國家相比，性能幾乎沒有什么差別。但存在生產(chǎn)控制不夠穩(wěn)定，有一定的質量波動，同生產(chǎn)廠不同批次水泥的離散性同樣存在。由于工程建設需要只是片面追求水泥的早期強度，實行新標準的水泥細度過細，既提高了粉磨耗能，又降低了水泥與外加劑的相容性，加重了HPC早期收縮開裂的趨勢。

用于配制HPC所需的水泥，應該是堿含量越低越好，含堿量高會造成混凝土的適應性變差，影響到HPC的施工質量?，F(xiàn)行的水泥標準中，只規(guī)定了硅酸鹽水泥和普通水泥有低堿含量的要求，對于大量生產(chǎn)使用的礦渣水泥，則沒有低堿含量的要求。由于水泥生產(chǎn)企業(yè)對HPC的要求知之甚少，在礦渣水泥的生產(chǎn)中會忽視對含堿量的控制，按照規(guī)范標準常規(guī)組織生產(chǎn)，導致礦渣水泥中的堿含量會過高。

因此，第一，水泥生產(chǎn)過程中應該嚴格控制原材料的質量，嚴格工序質量，穩(wěn)定產(chǎn)品過程，將出廠水泥質量離散性降低。第二，水泥生產(chǎn)廠家要了解水泥細度對HPC質量的影響，適當降低水泥研磨的細度。第三，嚴格控制水泥中的堿含量，即使是生產(chǎn)礦渣水泥、火山灰和粉煤灰水泥，水泥廠也必須嚴格控制粘土和混合料的堿含量，加大力度降低水泥中的堿含量。同時集中攪拌混凝土站應穩(wěn)定水泥的貨源，盡量采購新型干法水泥，不能采用小立窯生產(chǎn)的水泥。

2.細骨料

含泥量、泥塊含量也是影響高性能混凝土各項技術指標的重要原因之一，含泥量、泥塊含量過高，不僅能降低混凝土強度，同時易造成內部結構的毛細通道不能有效的阻止有害物質的侵蝕。因此要嚴格按照檢測項目標準和配合比設計的要求，對細骨料的各項技術指標進行及時檢驗。

3.粗骨料

主要是保證級配連續(xù)，特別是控制大粒徑含量不超標，大粒徑超標將直接影響保護層外側混凝土的質量，會導致混凝土的表而干裂紋，影響表觀質量。良好的級配能增加混凝土強度，因此，宜選用二級配、三級配碎石。

4．粉煤灰。粉煤灰的大量使用，對混凝土具有減水、致密、活化、潤滑、填充的作用，它能延緩水泥水化過程中水化粒子的凝聚，減輕坍落度損失。因此它的各項技術指標也是影響混凝土質量的主要原因之一。燒失量過大，會吸附大量的外加劑，將直接影響混凝土的坍落度和流動度;采用二次加水攪拌時，就會出現(xiàn)混凝土離析、泌水等現(xiàn)象，造成大量的游離水，影響混凝土的外觀質量;粉煤灰質量不穩(wěn)定，需水比較大，都能夠導致混凝土在施工過程中有泌水現(xiàn)象發(fā)生，引起粉煤灰的分布不均，造成混凝土的顏色差異。因此在選用粉煤灰廠家時，一定要準確試驗以上指標，并在過程中及時檢查檢驗。

5．外加劑

外加劑與水泥相適應性、減水率、流動性、含氣量、摻量都將影響混凝土的工作性。因此，在施工過程中一定要對所使用的原材料嚴格按照標準進行檢驗，確保原材料質量的穩(wěn)定，特別是含氣劑的含量，要經(jīng)常抽驗。

4.2 HPC的生產(chǎn)及施工質量

1.原材料的計量

高性能混凝土由于其性能的要求，在配制時對原材料的稱量精度也比普通混凝土有更高的要求。配料是關系到拌合物和易性和混凝土均勻性的主要環(huán)節(jié)。整個生產(chǎn)期間每盤混凝土各組成材料計量結果的偏差控制要符合如下規(guī)定:

水泥與摻合料±1.5%、粗骨料±2.0%、細骨料±1.5%、水與外加劑±1.0%，并保證量具的精確度，在每一班正式稱量前，對量具設備進行零點校核。粉煤灰高性能混凝土對水泥、砂石和水的控制精度要求高，尤其是對砂石的控制精度要求高，在生產(chǎn)中應給予重點保障。

且骨料的含水量的變化也將影響水灰比的變化，進而影響混凝土的施工質量以及性能強度等。雨天的時候更好注意，并在取原材料的時候應該注意扣除骨料中的用水量。

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