高性能混凝土的生产施工及其质量控制

高性能混凝土施工及其质量控制郭相武中铁八局集团有限公司2006.12目录1 高性能混凝土基本知识11.1 高性能混凝土的概念11.2 高性能混凝土的特点31.3 高性能混凝土的性能及其评价31.3.1高性能混凝土的力学性能41.3.2 高性能拌和物的性能61.3.3 高性能拌和物的工作性61.3.4 高性能混凝土的填充性71.3.5 高性能混凝土拌和物性能试验方法101.4 高性能混凝土的原材料121.4.1 水泥121.4.2矿物细掺料131.4.3膨胀剂221.4.4外加剂241.4.5骨料251.5 高性能混凝土的耐久性问题281.5.1高性能混凝土的渗透性291.5.2高性能混凝土的碱骨料反应291.5.3高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀292 高性能混凝土的施工控制要点322.1高性能混凝土施工前准备322.2 高性能混凝土原材料管理322.3高性能混凝土原材料主要品质指标332.3.1细骨料主要品质指标332.3.2粗骨料主要品质指标342.3.3粉煤灰主要品质指标352.3.4磨细矿渣粉主要品质指标352.4 高性能混凝土配合比362.5 高性能混凝土搅拌382.6 高性能混凝土运输392.7 高性能混凝土浇筑402.8 高性能混凝土振捣412.9 高性能混凝土养护423 高性能混凝土的质量控制453.1 高性能混凝土的质量要求453.2 高性能混凝土的质量控制内容463.3 高性能混凝土质量检验473.4 高性能混凝土检验批量471 高性能混凝土基本知识大家知道，水泥混凝土是近现代最广泛使用的建筑材料，也是当今最大宗的人造材料，据不完全统计每年世界产量在15亿T以上，相当于45亿m3混凝土。而高性能混凝土是近十几年至二十年来出现的混凝土新品种，经过了极其漫长的发展过程。近年来，已在许多重要工程中得到成功应用，并将在今后的工程实际中得到广泛应用。1.1 高性能混凝土的概念高性能混凝土是在二十世纪八十年代末、九十年代初才发现的一种新型建筑材料。早在30年前28d抗压强度超过50Mpa的高强度混凝土已较多地工程实践中应用，有些研究人员在考虑某些重要工程上的需要，在提出高强度混凝土的指标的同时，提出混凝土耐久性问题。当时还没有高性能的概念，直到后来有人认为：高性能混凝土是高强度混凝土的进一步完善，所以高性能混凝土的名称不外乎近十几年的事，不同国家、不同学派依据各自对高性能混凝土的认识、实践和应用，对高性能的定义也就各不相同。美国国家标准与技术研究所与美国混凝土协会，在90年5月召开的讨论会上提出：高性能混凝土是具有某些性能要求的均质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制，便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定等性能的耐久的混凝土。特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构物。同样，美国的一位混凝土专家认为：高性能混凝土不仅要求强度要高、还具有高耐久性(抗腐蚀性)等其他重要性能。如高体积稳定性(高弹性摸量、低干缩率、低徐变和低温度应变)、高抗滲性和高工作性。1992年，法国的一位混凝土专家认为：高性能混凝土的特点，在于有良好的工作性，高的强度和早期强度，工程经济性高和高耐久性。1992年，日本小泽一雅和冈村浦认为：高性能混凝土应具有高工作性(高的流动性、黏聚性与可浇筑性)、低温升、低干缩率、高抗滲性和足够的强度。同年，日本的另一混凝土专家又提出：高性能混凝土具有较高的力学性能(如抗压、抗折、抗拉强度)、高耐久性(如抗冻融循环、抗碳化和抗化学腐蚀)、高抗滲性，属于水胶比很低的混凝土。因此，可以这样说，高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术制作混凝土，以耐久性为基本要求，在采用常规材料和工艺制造的水泥基混凝土中掺入一定量的矿物掺料和专用复合外加剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量。并在施工时采取严格的质量控制措施制备的满足要求的力学性能，并具有较高的耐久性能和良好的工作性能的混凝土。高性能混凝土不仅是传统混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境保护等方面都具有重要意义，是一种环保型、集约型的新材料，可以称绿色混凝土。1.2 高性能混凝土的特点 高性能混凝土本质上与普通混凝土没有很大差别； 使用的原材料仍然为水泥、砂、石、外加剂； 生产工艺过程在宏观上与普通混凝土一致； 掺加大量活性混合材和专用复合外加剂，养护要求高； 对施工单位的管理水平要求高； 许多对普通混凝土不敏感的因素变得敏感了。1.3 高性能混凝土的性能及其评价高性能混凝土是以耐久性为主要目标进行设计的混凝土，它优异的耐久性(而不是高强度)为主要特征，具有良好的工作性，又有优异的力学性质和耐久性，易于浇筑捣实、不易离析；高超的、长期保持的力学性质；高早期强度、高韧性、体积稳定，在严酷环境条件下使用寿命长。注意的是：高性能应具有耐久性，而不仅是高强度。日本有的学者不强调高强度，而是强调混凝土的工作性能，以达到耐久性的目的。也就是说，任何强度等级的混凝土都可以做成高性能混凝土。为了达到高耐久性，混凝土应具备的性能是：在新拌状态有良好的工作性，即高流动性而不离析、不泌水，以便成型均匀、密实；水化硬化早期的沉降收缩和水化收缩小、温度低，硬化过程干缩小，以达到初始无裂缝；硬化后的渗透性低。图1 高性能混凝土的性能1.3.1高性能混凝土的力学性能高性能混凝土的力学性能指标1.3.2 高性能拌和物的性能高性能拌和物性能指标1.3.3 高性能拌和物的工作性为了施工时易于操作而保证质量，混凝土拌和物应具有良好的工作性。混凝土拌和物的工作性是其稠度、可塑性和易修饰性的总称。对于高性能混凝土而言，工作性还包括充填性、可泵性和稳定性(即抗泌水性和抗离析性)等概念。与不用减水剂的传统混凝土相比，高性能混凝土拌和物有很大的塌落度，一般在200mm以上，当要求自流平时，甚至达到260mm。对于传统的混凝土，提高混凝土流动性一般要通过大量的水来实现，而用水量大的混凝土往往泌水、离析的倾向大；对于高性能混凝土，由于水胶比很低，必须使用高效减水剂来实现高流动性。掺入高效减水剂后，拌和物的流动性增加，但流动速率大为减慢，而且还有很大的塌落度损失。因此，在评价拌和物的工作性时，就不能只考察流动性的问题。只用表征混凝土拌和物流动性的塌落度还不能准确反映高性能混凝土流动性能的。在评价高性能混凝土的工作性时，要结合塌落度和塌落流动度(拌和物塌落稳定时所铺展的直径)。在工程质量控制时可用Sl/Sf的比值来判断。一般来说，比值近似于0.4时，工作性好，大于0.4时黏稠，小于0.4时离析。图2 混凝土拌和物工作特性的简易评价1.3.4 高性能混凝土的填充性高性能混凝土的填充性。意在混凝土拌和物通过钢筋间隙等狭窄空间流到模板各个角落，不被堵塞而均匀填充的性质。高性能混凝土不仅具有高流动性，而且还具有高抗堵塞的能力。否则流动性不足，混凝土的填充性差。流动性与用水量密切相关，随着用水量的增加，流动度也将增加，填充性也随之提高，但用水量而提高的流动度增加到一定程度后，会出现流动性很大而黏聚性不足的现象，此时，粗骨料可能在钢筋等障碍物处被堵塞，填充性不再提高，甚至下降。图3 通过钢筋的混凝土量和塌落度的关系随着混凝土拌和物塌落度的增大，虽然形变能力提高，但其抗离析能力下降，使其填充性下降，表明填充性对高性能混凝土拌和物的性质有重要意义。因此，高性能混凝土，尤其是自密实的高性能混凝土，不能只考虑其流动性。流动性很大的拌和物，不一定就具有良好的填充性。用掺高效减水剂的方法来提高混凝土的流动性，也有很相似的结果。图4为影响混凝土拌和物性质的主要因素形变能力和抗离析性关系及其协调的模式图4 配合比主要因素与形变能力、抗离析性的关系按照流动性和抗离析性这样两种相反性质的曲线的平衡可以找到充填性最好的拌和物。曲线的形状随构件的形状、尺寸、钢筋密度以及施工方法而有区别。影响混凝土拌和物填充性的表现形式堵塞。堵塞的机理和影响因素，由于拌和物是一种非均质的材料，是各种尺寸、形状和密度的固体材料在液相中而组成的多相流动体。当混凝土拌和物流动时在拥挤的部位,如钢筋密集区、管线的弯道及分叉处,阻塞流动,低黏度的砂浆很难通过粗骨料间的空隙,砂浆中的砂子被阻塞在粗骨料之间,结果只有浆体或水通过砂粒间狭窄的空隙,因此混凝土拌和物的堵塞行为与离析和密水有关的。混凝土拌和物流动时,各种固体颗粒,尤其是大尺寸的颗粒之间会产生剪切膨胀、碰撞摩擦等作用触发混凝土拌和物的堵塞和离析。由于水泥颗粒尺寸很小，其颗粒间的上述作用对混凝土整体的流动行为影响很小，故可以假设混凝土是骨料和浆体固、液两相物质进行分析。液体有比固态更大的形变能力，而固态又比液体有更大的抗剪能力。如果固态和液体间没有相互间的作用，则得到的结果和单相一样。当两相间产生相对速度时，就会产生作用在两相的抗离析力。如果液体有足够携带固体能力，则固体颗粒的运动特性与液体的黏度有关。增加浆体的黏度可使颗粒的剪切变形局部化，大大约束由颗粒碰撞引起的颗粒变形，减少颗粒的接触应力。这样，骨料的变形变得很接近，可有效地抑制堵塞。1.3.5 高性能混凝土拌和物性能试验方法配制高性能混凝土时，外加剂和胶凝材料之间存在相容性问题，胶凝材料间也存在相容性问题。目前，国内外对混凝土高性能混凝土拌和物性能的检验，主要采用塌落度的方法，对高流动性的高性能混凝土多采用塌落流动度的方法。许多人都在寻找探索简便、准确地定量测定高性能混凝土流动性的试验方法，都没形成规范和标准。实际上，在试配时可根据所要检验的项目确定一种或几种方法，以找到与现场施工时评价方法相关的规律性。现场施工时目的，是控制拌和物的施工质量，因此，测量和评价的方法尽量简单。常用的几种方法。1、塌落度试验2、L-流动试验3、V形漏斗试验4、Orimet(orifice reometer,小口流变仪)试验5、环贯入试验6、圆筒贯入试验7、附着试验8、粗骨料冲洗试验9、砂浆流变试验10、充填性试验11、钢筋通过性试验12、U形充填性试验装置13、改进的自密实混凝土流变性能测定仪由各种原材料（如水泥、矿物掺和料、骨料、专用复合外加剂和拌合水等）带入混凝土拌合物中的总碱量不应超过3.0kg/m3。当使用环境中无氯盐侵害时，由各种原材料引入配筋混凝土拌合物中的Cl-总量应不超过胶凝材料总重的0.20%（钢筋混凝土）和0.10%（预应力混凝土）。当使用环境中存在氯盐侵害时，由各种原材料引入配筋混凝土拌合物中的Cl-总量应不超过胶凝材料总重的0.10%（钢筋混凝土）和0.06%（预应力混凝土）。1.4 高性能混凝土的原材料高性能混凝土与普通混凝土基本相同的原材料(如水泥、砂石)，同时，必须使用外加剂和矿物细掺料。但是，由于高性能的要求和配制特点,原材料原来对普通混凝土影响不明显的因素，对高性能混凝土就可能影响显著，因此，又和普通混凝土所用材料有所不同。1.4.1 水泥1)水泥的强度 一般地说，普通混凝土使用旋窑水泥时，只考虑水泥的强度。而高性能混凝土所用水胶比很低，要满足其工作性要求，水泥用量要大。但为了尽量降低混凝土的内部温升和减少收缩，又应尽量降低水泥的用量。同时，为了使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性，对胶凝材料总量又加以限制，因此，高性能混凝土的水泥的流变性能比强度更为重要。目前，我国用525硅酸盐水泥或普通水泥配制的实际强度为70Mpa左右的泵送混凝土已不少应用于工程实际中，有的工程中浇筑的混凝土实际强度超过100Mpa的C80泵送混凝土，也是用525号硅酸盐水泥配制的。这些混凝土的塌落度都在200mm左右。由此，高性能混凝土除具有强度外更应具有很好的流变性能，并与使用的高效减水剂有很好的相容性。对于高性能混凝土为了保证水泥质量的稳定要求，禁止使用立窑水泥，很低水胶比的水泥，其强度发展要快，水泥早强的要求并不重要，如果没有相应的措施最好不用早强的水泥，以免影响混凝土的流变性能和后期强度的发展。2)水泥的流变性能在水胶比很低的情况下，并不是每一种符合国家标准的水泥，在使用一定的超塑化剂时，都有同样的流变性能；也不是每一种符合国家标准的超塑化剂，对每一种水泥的流变性能影响都一样；化学组成不同的水泥和减水剂之间的相容性问题，在普通混凝土中也存在；高性能混凝土所用水泥的流变性质，只有在使用超塑化剂时才反映出来；影响水泥与塑化剂相容性的主要因素，对高校减水剂而言，是其化学性质、分子量、交联度、磺化程度和平衡离子等；对于水泥而言，是SO3含量同水泥中C3A、细度和碱含量的匹配。1.4.2矿物细掺料在配制混凝土时加入较大量的矿物细掺料，可降低温升，改善工作性，增加后期强度，并有效改善混凝土的内部结构，提高抗腐蚀能力。尤其是矿物细掺料对碱骨料反应的抑制作用已引起国内外专业人士的极大兴趣，是高性能混凝土不可缺少的组分。高性能水泥应使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，再掺用矿物细掺料，或在工厂用熟料和矿物细掺料专门生产用于高性能混凝土的水泥。矿物细掺料的分类及品质要求有胶凝性的。如粒化高炉矿渣、水硬性石灰。有火山灰性的。如粉煤灰、原状的或煅烧的酸性火山玻璃和硅藻土、某些烧页岩和黏土，以及某些工业废渣,如硅灰。同时具有胶凝性和火山灰性的。如高钙粉煤灰或增钙液态渣、沸腾炉燃烧脱硫排放的废渣。其它未包括在上述三类中的本身具有化学反应的材料。如磨细的石灰岩、石英砂、白云岩以及各种硅质岩石的产物。普通混凝土对矿物细掺料的品质要求，除限制其有害组分含量和一定细度等外，主要着重于其强度活性。但高性能混凝土需要很低的水胶比，首选的是需水量小的矿物细掺料。因此，对于高性能混凝土的矿物细掺料品质要求，除限制有害物质组分外，主要是活性和需水量。对于粉煤灰废弃物还要限制其含碳量，因为，粉煤灰含碳量比细度更为重要，含碳量高的粉煤灰，需水量大，对混凝土的流变性、强度和变形都有不良影响。常用主要活性矿物细掺料硅灰。高纯度石英冶炼金属硅和硅铁合金的工厂从烟尘中收集的超细粉末。天然沸石岩。即沸石凝灰岩，为长期压力、温度和水作用下，一部分已发生沸石化的凝灰岩。油母页岩灰。指用沸腾炉燃用油母页岩所排放的灰渣。它是一种火山灰质的细掺料。固硫渣。固硫碴是在850950C的沸腾炉或循环流化床中燃烧脱硫的废渣。粒化高炉矿渣。简称矿渣。粉煤灰。是用粉煤炉发电的电厂排放出的烟道灰，由大部分直径以m计的实心或中空玻璃微珠以及少量的莫来石、石英等结晶物质组成。原状粉煤灰的细度和电厂制粉系统与收尘装置有关。含碳量和锅炉性质及燃烧技术有关。在相同水胶比条件下，粉煤灰掺量不超过20%时，对混凝土的性能影响不大，只是混凝土温升有所降低。只有掺量超过25%时，对混凝土的性能有明显的改善。石英砂粉。钙矾石类混合材料。偏高岭土。在一定温度和条件控制下煅烧的高岭土，具有火山灰的活性。矿物细掺料在高性能混凝土中的作用改善新拌混凝土的工作性和抹面的质量混凝土提高流动性后，很容易引起离析和泌水，使新拌混凝土体积不稳定。掺入矿物细掺料的高性能混凝土则有很好的黏聚性，需用水量小的细掺料还可以进一步降低混凝土的水胶比，而保持良好的工作性。优质粉煤灰的需水量比(掺30%粉煤灰的水泥的标准稠度用水量和纯水泥奖标准稠度用水量比)小于1.0，则保持相同塌落度时，混凝土用水量随粉煤灰掺量的增加而降低。图5 硅粉掺量和需水量的关系(塌落度不变)降低混凝土的温升水泥水化是放热反应，硅酸盐水泥的水化放热约500J/g。混凝土类似于绝热体，会因水泥水化放热使混凝土内部温度升高。同时，混凝土外部散热较快时，就可能造成内外温差而产生温差应力，引起混凝土开裂。这是影响混凝土耐久性问题的重要因素之一。混凝土内部温升取决于水泥用量、水胶比、构件尺寸、骨料种类和用量等。为了使低水胶比的混凝土有足够的流动性，就要多用水泥，水泥多就会产生较大的温升。掺入矿物细掺料后，相应水泥熟料减少，水泥水化总热量就会减少，从而，减低混凝土的温升。图6所示是在混凝土浇筑深度为2.5m处测量的温度变化情况。由图可见，掺用30%的粉煤灰的水泥比100%的硅酸盐水泥，温度约降低7C，掺用75%的矿渣时，温度约降低12C，而且温峰的出现推迟的趋势。图6 掺料对混凝土温升的影响但是，掺入硅灰并不降低温升，而且温峰反而有所提前（图7所示）。这是超细的硅灰微粉在混凝土中反应很快造成的。磨细矿渣的比表面积过大时也会有这样的结果，这一点应引起注意。对需严格控制温升，而又有强度要求的工程，可以将硅灰、磨细矿渣等较高活性的细掺料同粉煤灰、磨细石灰石粉、磨细的石英砂粉等复合使用。图7 掺入细掺料的硅酸盐水泥浆体典型的放热曲线调整实际构件中混凝土强度的发展掺入不同的矿物细掺料对混凝土的强度会有不同的影响。在相同水灰比下，掺量合适可以提高混凝土的强度，矿渣、粉煤灰等会使混凝土的早期强度降低，而后期强度却均有较大的持续增长(图8、图9所示)。图8 掺粉煤灰矿渣的混凝土与空白混凝土在标养(20C)下强度发展对比图9 火山灰对混凝土强度影响在实际构件中，使用纯水泥的普通混凝土由于内部温升使水泥水化加速，有利于早期强度提高，但养护温度越高，强度随龄期发展而下降的越多。图10所示图10 养护温度对硅酸盐水泥混凝土强度发展的影响增进混凝土的后期强度掺入除硅灰外的矿物细掺料时,混凝土的早期强度随掺量的增加而降低，但后期强度会有较大幅度的增长。图11表明，粉煤灰对混凝土强度的贡献随龄期的增加而增加，随水胶比(水与水泥和粉煤灰总量之比)降低而增加。粉煤灰对强度的贡献与水胶比的关系比水泥对强度的贡献与水胶比的关系还要敏感。简单地在高水灰比(0.45)的纯水泥混凝土中，以粉煤灰取代水泥，是不可能发挥粉煤灰的作用的。图11 粉煤灰和水泥对强度的贡献提高化学腐蚀能力增强混凝土的耐久性当硅酸盐水泥混凝土处于在有侵蚀性介质环境中时，侵蚀性介质会与水泥石中水化生成的Ca(OH)2和C3A水化物发生反应，逐渐破坏混凝土。在混凝土中掺入矿物细掺料后，一方面，由于减少了水泥用量，也就减少了受腐蚀的内部因素；另一方面，矿物细掺料的细微颗粒均匀分散到水泥浆体中，会成为大量水化物沉积的核心，随着水化凝期的进展，这些细微颗粒及其水化反应产物充填水泥石空隙，改善了混凝土孔结构(称“微粉效应”)，逐渐降低混凝土的渗透性，阻止侵蚀性介质侵入。因此，掺入矿物细掺料，可以提高混凝土对硫酸盐、氯盐和海水的侵蚀有较好的抵抗力。图12为粉煤灰掺量与用直流电量法评价的混凝土渗透性的关系。由此可见，混凝土的渗透性随粉煤灰掺量的增加而下降；养护28d，粉煤灰掺量达30%时，可使高渗透性混凝土达到中等渗透性；养护91d，则达到低渗透性。图12 粉煤灰掺量与混凝土渗透性的关系矿物细掺料对水泥中所含硫酸盐的有害反应有抑制作用。图13为水泥中的SO3含量分别为5%和6%时水泥的自由膨胀率与粉煤灰掺量的关系。图13 粉煤灰对水泥中不同含量的SO3膨胀的抑制由上图可见，粉煤灰掺量只要超过20%对水泥中过量SO3所引起的膨胀就有抑制作用，龄期越长其作用越明显。当混凝土中使用含活性SiO2的骨料时，矿物细掺料对碱骨料反应也有抑制作用。有关报道，矿物细掺料有效掺量，粉煤灰为30%，矿渣为40%，硅灰为10%。值得注意的是，无论是抑制硫酸盐腐蚀，还是抑制碱骨料反应，粉煤灰只有低钙的才有效。不同品种矿物细掺料复合使用的“超叠效应”不同矿物细掺料在混凝土中的作用有其各自的特点，有的可能是优点，有的可能是缺点。但根据复合材料的“超叠效应”原理，将不同种类的细掺料以合适的复合比例和总掺量掺入混凝土，则可使其取长补短，不仅可调节用水量，提高混凝土的抗压强度，还可以提高混凝土的抗折强度，减少收缩，提高耐久性。例如，同时掺入硅灰和粉煤灰时，可用粉煤灰来降低需水量和减少自干收缩，而用硅灰来提高早期强度。图14矿渣和固硫渣的复合效应上图表明，掺量分别为15%、30%和40%时，在每个掺量下都有一个水泥28d胶砂强度最高的复合比例。固硫渣和矿渣的最佳比例随掺量的增加呈线性增加。应当注意，不是任何细掺料都有这样的复合效应，必须通过试验来确定。只有两种活性相近时，才有可能存在这样的“超叠效应”，活性相差较大的矿物细掺料则符合组合定律的“组合效应”。1.4.3膨胀剂膨胀剂在有的规范中被列为外加剂，但实际上，膨胀剂的掺入基本上是要等量取代水泥，其掺量已达10%左右，已不能算着外加剂，而应属于细掺料。在高性能混凝土中掺入适量的膨胀剂，可在约束条件下有膨胀作用，而产生一定的自应力，以补偿水泥的干缩和由于低水胶比造成的自收缩，并在限制条件下增长强度。目前，我国膨胀剂主要钙矾石类的。掺入膨胀剂后，对混凝土的搅拌、养护都有更严格的要求，搅拌不均匀时，会造成混凝土变形不均匀开裂更加严重，养护不足时，膨胀剂中未反应的组分在混凝土使用期间适宜的条件下会产生二次钙矾石，而造成破坏。由于施工水平参差不齐，以及高性能混凝土配制的特点，超长施工不设施工缝的做法慎重采用。图15 不同掺量复合膨胀剂和不同掺量粉煤灰的高性能混凝土变形发展1.4.4外加剂外加剂主要指无需取代水泥，而掺量小于5%的化合物。用于高性能混凝土的外加剂主要有减水剂、缓凝剂、引气剂等，其中高效减水剂是高性能混凝土必要的组分，正是高效减水剂的出现才使混凝土的水胶比能降到很低，仍有很好的工作性，高性能混凝土的实现才有可能。高效减水剂高效减水剂区别于普通减水剂就在于减水率高，普通减水剂一般为5%10%，而高效减水剂的减水率可达15%30%，普通减水剂的掺量不能超过限值，高效减水剂则可较高比例掺入水泥，并对混凝土无不利影响，高性能混凝土必须使用高效减水剂。目前高效减水剂主要有两种：即三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物和奈磺酸盐甲醛缩合物。由于价格较高往往与普通减水剂混合使用。缓凝剂高性能混凝土中掺入适量的缓凝剂，可以延长凝结时间，减少塌落度的损失。同时，因缓凝剂可以控制混凝土的硬化速度，故在大面积施工时有利于防止出现裂缝。与高效减水剂一起使用可提高减水率，增加混凝土的流动性，但掺入缓凝剂延缓了混凝土的凝结时间，早期强度受到一定程度的影响，但却可以提高24h以后的强度。当使用大掺量的矿物细掺料时，熟料的减少会使凝结速度减慢，故应减少或不掺缓凝剂。环境温度低时应降低缓凝剂的用量。引气剂谨慎地在高性能混凝土中使用一定量的引气剂，在混凝土中形成一些细小的圆形封闭气孔，可进一步提高混凝土的流动性，减少拌和物的离析和泌水，提高混凝土的均匀性，改善混凝土的耐久性。引气剂引入的孔对强度影响较大，混凝土孔隙率每增加1%抗压强度将下降4%5%，抗折强度将下降2%3%。对于强度要求不太高，而有抗渗、抗冻要求的工程应当首选使用引气剂来提高耐久性。但是，由于引气剂可以提高拌和物的流动性，如果同时进一步降低水胶比，混凝土含气量在一定范围内可以补偿抗压强度的损失，而提高抗折强度。因此，对于道路工程，采用掺引气剂的高性能混凝土是有利的。应当注意的是，引气剂用于贫混凝土（胶凝材料用量很少）中没有多大用处。其它外加剂寒冷地区施工使用的防冻剂，掺入后对混凝土的强度有较大的损失，而且还会影响到混凝土的其它性能，故最好不使用防冻剂，采取其它措施。高性能混凝土由于其水胶很低，而有足够的早期强度，除非要求特殊，通常不使用早强剂，虽然加速混凝土早期强度的发展，但对混凝土强度的长期发展不利。1.4.5骨料粗骨料天然石子有很高的强度，即使强风化的低强度的花岗岩，其抗压强度也可达80100MPa，粗粒花岗岩强度可达120140MPa，非常坚硬的可达180200MPa。因此，对于C50C80的高性能混凝土粗骨料强度。如石子本身的强度并不是很重要的，引起重视的是其粒径、形状、表面状况、级配以及软弱颗粒和石粉含量等。这些因素既影响混凝土强度，又影响混凝土的工作性。因此，理想的石子是清洁的颗粒，均匀的针片状，尽量少、不含与碱反应的活性组分。不同的岩石粗骨料对混凝土的弹性模量和收缩变形有影响。此外，粗骨料的热工性质会影响混凝土的温升和耐火的性质。因此，就品种来说，以致密的石灰岩或深层岩浆岩(如辉绿岩玄武岩等)为优，高强或有抗渗要求的的混凝土最好不用卵石。与普通混凝土相比，高性能混凝土的强度对界面更敏感。用小粒径的石子时，水泥浆体和单个石子界面的过渡层周长和厚度都小，难以形成大的缺陷，有利于界面强度的提高。同时，粒径越小，石子本身的缺陷的几率越小。对于某些骨料，当水泥用量增加或水胶比降低到一定程度后，强度不再提高，这显然不是混凝土强度已经完全开发，也不是石子的强度不够，而是达到水泥浆体与这种石子界面粘结强度的极限。因此，基于增强界面的要求和碎石匀质性的考虑，高性能应使用最大粒径较小的骨料。对于泵送混凝土宁可选颗粒强度稍差，但粒形好的石子。许多研究和实践表明使用碎石的混凝土强度比使用卵石时高。但因卵石是受水冲刷时间很长，而形成的软弱颗粒少，质地比较均匀，故破碎的卵石也可用于强度等级在C60以下的高性能混凝土。图16 水胶比不同时石子最大粒径对混凝土强度的影响需要特别指出的是，目前我国大部分石子生产采用的颚式破碎机。当破碎高强度的岩石时产生的针片状的比较多，而且破碎越小，针片状颗粒越多，解决办法改变破碎工艺和技术。此外，目前我国水泥原材料碱含量普遍较大，当在高性能混凝土中掺入的细掺料起不到抑制作用，混凝土中的碱含量得不到控制时，最好选择没有或低碱含量的骨料。砂应严格控制砂中细颗粒的含量和石子的含泥量；对砂的其它质量应符合普通混凝土的质量要求，尤其避免含云母和泥土。对砂的碱活性一般不予检验，粒经较小发生在砂粒上的碱骨料反应一般不予考虑。1.5 高性能混凝土的耐久性问题高性能混凝土耐久性的实质就是抵抗环境中的水、气体及其中所含侵蚀性介质的浸入，致使混凝土结构恶化作用的能力。产生这种恶化作用的潜在因素是，混凝土中化学成分和结构外部条件是环境中的侵蚀性介质和水的存在，侵入混凝土结构的内部。因此，高性能混凝土在恶劣环境下本身自密并不产生原升裂纹，硬化后体积稳定不产生收缩裂纹。在不同环境条件下起主导作用的因素不同，混凝土的劣化有不同的表现，难以建立一个评价混凝土耐久性的确定指标。一般来说，混凝土只要渗透性很低就有很好的抵抗水和侵蚀性介质的侵蚀能力，由于高性能混凝土具有很低的水胶比而具有很低的渗透性，因而具有高耐久性。对于混凝土耐久性问题不应当仅仅在材料的体系上进行评价，应当把混凝土材料放在构件和工程结构体系中进行研究和评价。与普通混凝土一样，对高性能混凝土耐久性的评价应针对混凝土所处的环境，突出重点、要求，通过从材料到构件的大量试验研究，对不同用途的混凝土构件的耐久性进行评价，并根据不同工程耐久性要求调整其组成。目前，高性能混凝土耐久性问题中的抗冻性、抗化学腐蚀性、抗钢筋锈蚀性、抗碳化性、抗碱骨料反应、抗磨耗性、耐火性等等的实验和评价基本与普通混凝土相同。1.5.1高性能混凝土的渗透性影响混凝土耐久性的各种破坏过程几乎与水密切相关，因此评价混凝土的抗渗性是评价混凝土耐久性的重要指标。混凝土的渗透，不只是对要求防水的结构物有意义，更重要的是评价混凝土抵抗环境中侵蚀性介质的侵入和腐蚀的能力。侵蚀性介质在混凝土中的传输，严重影响混凝土的耐久性。因此侵蚀性介质的扩散系数的大小，是评价、尤其水胶比很低的高性能混凝土耐久性的重要参数。1.5.2高性能混凝土的碱骨料反应碱骨料反应是影响混凝土耐久性的一个重要方面。由于碱骨料反应发生破坏的时间随反应类型、骨料活性大小，碱含量使用环境等不同而明显变化，一般快则一两年，慢则几十年。碱骨料反应造成的开裂破坏随时间变化而加剧。碱骨料反应来自混凝土中的水泥、外加剂等的可容性碱在有水的作用下和骨料中某些组分之间的反应。环境对混凝土耐久性的影响，对碱骨料反应有促进作用。使用高含碱量水泥和活性骨料的混凝土中，并不一定在任何情况下，都必然发生碱骨反应。1.5.3高性能混凝土抗硫酸盐侵蚀抗硫酸盐侵蚀（SCRC）混凝土是混凝土耐久性的一项重要研究内容，是土木工程界非常重视的问题，国内外有关学者在基础理论问题上进行了大量的研究。硫酸盐侵蚀破坏是混凝土最主要的腐蚀破坏类型。高性能混凝土受硫酸盐侵蚀源于内部和外部。外部源于大气、水以及固体废弃物；内部源于混凝土中使用某些外加剂或某些含石膏的增强剂，会引入过量的SO3或者由于某种原因使水泥中的石膏未完全反应，就成为混凝土内部的硫酸盐。硫酸盐侵蚀其影响因素最复杂、危害性最大。近年来，在铁路、公路、矿山和水电工程中都发现了地下水对混凝土结构物的硫酸盐侵蚀破坏问题。有的已严重危及了工程的安全运行，如成昆铁路的部分隧道，枝柳铁路工程，成渝高速公路中梁山隧道，青海省的一些人防工程，青海盐湖区的公路工程，刘家峡水电站，八盘峡水电站等都出现了程度不同的混凝土硫酸盐侵蚀破坏问题。从七十年代开始，我国的一些科研单位如国家建材局建筑材料科学研究院、铁道部科学研究院、冶金设计研究院和水利水电科学研究院等都曾针对具体工程破坏实侧，对混凝土硫酸盐侵蚀问题进行广泛的研究，取得了许多有益的科研成果，并制定了环境水侵蚀判定标准和比较不同水泥抗硫酸盐侵蚀能力的国家标准试验方法。但是与混凝土耐久性中其它问题如抗冻性、抗渗性、碳化和碱骨料反应等相比，对硫酸盐侵蚀的研究还远远不够，具体体现在：对混凝土硫酸盐侵蚀破坏机理的认识只是表面上的，缺乏深入全面的系统研究。如混凝土的工作条件与硫酸盐侵蚀的类型、浓度、速度的关系，侵蚀性产物的形成条件、结晶速度、结晶数量与结晶压力的关系等都只是定性的了解，缺乏定量的深入研究，另外，也缺乏硫酸盐浓度、环境条件、混凝土强度等级、混凝土外加剂应用技术、抗硫酸盐侵蚀混凝土施工技术等相结合的有针对性的研究成果，从而在设计配制混凝土时，对混凝土的组成材料选择、设计方法、施工技术以及检测试验等问题都存在很多不合理的地方，特别是在低强度等级混凝土的防硫酸盐侵蚀和混凝土工业生产上更是出现较大的规范标准与工程成本的矛盾，使工程应用单位无法操作和实施，成功的例子不多，已经实施的工程大多留下较多问题，长期得不到妥善处理。我国的环境水侵蚀判定标准和硫酸盐侵蚀试验方法最早是参照前苏联标准制定的，多年来没有大的变化，未能反映几十年来在硫酸盐侵蚀研究方面的新成果与新进展，特别是评判方法的有效性研究方面还很不深入。美国人C.K.Kalousek在研究结构混凝土处于硫酸盐侵环境中的服务寿命多年后，认为其不同组分混凝土的寿命可以在20年至200年内变化，因此长期性能与快速试验方法的关系-即预测寿命的可行性与可靠性方法是急切需要研究的课题。缺乏对防治硫酸盐侵蚀方法的研究。一些工程单位由于对混凝土硫酸盐侵蚀破坏的机理认识不够，在混凝土配制处理和遭受硫酸盐侵蚀破坏修复时，往往由于材料选择不当而无法取得预期效果。总之，混凝土的抗硫酸盐侵蚀已成为混凝土科学界非常关心的问题，应当开展SCRC较系统的研究。2 高性能混凝土的施工控制要点2.1高性能混凝土施工前准备2.1.1 制定施工全过程和各个施工环节的质量控制内容与质量保证措施，并提前完成全部原材料品质指标的检验及配比的选定，并形成相应技术文件。2.1.2混凝土工程正式施工前形成的技术文件应包含以下内容：混凝土原材料的质量要求及管理措施，落实混凝土配合比设计所提出的特殊要求的具体措施。混凝土施工过程中搅拌、运输、浇筑、振捣、养护等关键工序的施工质量要求及其实现措施。混凝土耐久性专项检查的方法、设备以及试验人员培训。对施工试件的制样和养护所作出的明确规定。预应力结构和连接缝施工专门操作细则和质量检验标准。2.1.3混凝土施工前，施工和监理单位应事先确定并培训专门从事混凝土关键工序过程施工的操作人员和记录人员。2.1.4混凝土工程正式施工前，应针对不同混凝土结构的特点和施工季节、环境条件特点进行混凝土试浇筑，发现问题及时调整。2.2 高性能混凝土原材料管理2.2.1 混凝土的原材料应按技术质量要求由专人采购与管理，采购人员和施工人员之间对各种原材料应有交接记录。2.2.2 混凝土原材料进厂（场）后，应对原材料的品种、规格和数量以及质量证明书等进行验收核查，并按有关标准的规定取样和复验。经检验合格的原材料方可进厂（场）。对于检验不合格的原材料，应按有关规定清除出厂（场）。2.2.3混凝土原材料进厂（场）后，应及时建立“原材料管理台账”，主要包括进货日期、材料名称、品种、规格、数量、生产单位、供货单位、“质量证明书”编号、“复试检验报告”编号及检验结果等。“原材料管理台账”应填写正确、真实、项目齐全。2.2.4 混凝土用水泥、矿物掺和料等应采用散料仓分别存储。袋装粉状材料在运输和存放期间应用专用库房存放，且应特别注意防潮，不得露天堆放。2.2.5 混凝土用粗骨料应按本技术条件要求分级采购、分级运输、分级堆放、分级计量。2.2.6 不同混凝土原材料应有固定的堆放地点和明确的标识，标明材料名称、品种、生产厂家、生产日期和进厂（场）日期。原材料堆放时应有堆放分界标识，以免误用。骨料堆场应事先进行硬化处理，并设置必要的排水条件。2.3高性能混凝土原材料主要品质指标2.3.1细骨料主要品质指标细骨料主要品质指标2.3.2粗骨料主要品质指标粗骨料 最大公称粒径应不大于31.5mm，且不宜超过钢筋保护层厚度的23，不得超过钢筋最小间距的34。配制C50及以上预应力混凝土时，粗骨料最大公称粒径应不大于25mm。粗骨料应采用二级配石。当最大粒径为31.5mm时，510mm粒级部分不宜少于25%；当最大粒径为25mm时，510mm粒级部分不宜少于40%。 粗骨料主要品质指标2.3.3粉煤灰主要品质指标2.3.4磨细矿渣粉主要品质指标密度g/cm3 Cl-% SO3% MgO% 烧失量% 比表面积m2/kg 含水率% 流动度比% 活性指数，% 7d28d2.80.024141.04005001.09575952.4 高性能混凝土配合比2.4.1混凝土配合比应参照现行国家标准（JGJ 552000），通过对混凝土的工作性能、力学性能、耐久性能以及抗裂性能进行对比试验后确定。2.4.2设计混凝土配合比的一般途径为：选用低水化热和低碱含量的水泥，尽可能避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥；选用球形粒形、吸水率低、空隙率小的洁净骨料；适量掺用优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料或复合矿物掺和料；采用具有高效减水、适量引气、能细化混凝土孔结构、能明显改善或提高混凝土耐久性能的专用复合外加剂；限制混凝土的最低强度等级、最大水胶比、最小水泥用量、最低胶凝材料用量和最大胶凝材料用量；尽可能减少混凝土胶凝材料中的硅酸盐水泥用量。2.4.3混凝土的最低强度等级、最大水胶比、最小水泥用量、最低胶凝材料用量、最大胶凝材料用量以及矿物掺和料掺量应参照下表通过试验选定。 混凝土配合比参数限值 单位：kg/m3结构类型最低强度等级最大水胶比最小水泥用量最低胶材用量最大胶才用量基础C300.42225380420承台墩台涵洞C300.40225360400支承垫石梁面纤微混凝土C400.40250380450预应力梁C500.35300450500桥梁封端C500.323004505002.4.4在进行混凝土配合比试验前，应对拟试验配合比的混凝土总碱量和Cl-含量进行计算。混凝土矿物掺和料推荐掺量序号混凝土强度等级矿物掺和料等量取代水泥的推荐掺量(%)粉煤灰+磨细矿渣粉磨细矿渣粉粉煤灰1C30C452040253520252C502030203015252.4.5当试验配合比的混凝土总碱量和Cl-含量满足要求时，应进行选配配合比，并进行混凝土或对应砂浆的抗裂性能对比试验，然后，应对选定的配合比混凝土进行耐久性检验。2.4.6专用复合外加剂的掺量应符合生产厂家的使用说明，并经试验验证后确定。2.4.7对于可能遭受严重腐蚀的混凝土结构，混凝土配合比应根据专门的规范进行设计和论证。2.4.8 由于混凝土的耐久性指标检验周期较长，施工单位应充分考虑试验周期和可能出现的原材料变化等因素，提前进行配合比的选定工作。2.5 高性能混凝土搅拌2.5.1 混凝土原材料应严格按照施工配合比进行准确称量，其最大允许偏差应符合下列规定（按重量计）：胶凝材料（水泥、矿物掺和料等）1%；专用复合外加剂1%；粗、细骨料2%；拌合用水1%。2.5.2 搅拌混凝土前应严格测定粗细骨料的含水率，准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量变化，以便及时调整施工配合比。含水量每班抽测2次，雨天应随时抽测。2.5.3 应采用卧轴式、行星式或逆流式强制搅拌机搅拌混凝土，采用电子计量系统计量原材料。投料顺序：细骨料水泥矿物掺和料和专用复合外加剂搅拌水充分搅拌粗骨料继续搅拌至均匀为止。上述每一投料阶段的搅拌时间不少于30s，总搅拌时间不少于3min。2.5.4 拌制第一盘混凝土时，可增加水泥和细骨料用量10%，保持水胶比不变，以便搅拌机持浆。2.5.5 冬季搅拌混凝土，以满足最低入模温度12的要求。应优先采用加热水的预热方法调整拌合物温度，但水的加热温度不宜高于80。当加热水还不能满足要求或骨料中含有冰、雪等杂物时，也可先将骨料均匀地进行加热，其加热温度不应高于60。2.5.6炎热季节搅拌混凝土时，应采取在骨料堆场搭设遮阳棚、采用低温水搅拌混凝土等措施降低混凝土拌合物的温度，或尽可能在傍晚和晚上搅拌混凝土。2.6 高性能混凝土运输2.6.1混凝土运输应选用应能确保浇筑工作连续进行、运输能力与混凝土搅拌设备的搅拌能力相匹配的运输设备。不得采用机动翻斗车、手推车等工具进行长距离运输混凝土。2.6.2在运输混凝土过程中，应保持运输混凝土的道路平坦畅通，保证混凝土在运输过程中保持均匀性，运到浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆，并具有要求的坍落度和含气量等工作性能。2.6.3运输混凝土过程中，应对运输设备采取保温隔热措施，防止局部混凝土温度升高（夏季）或受冻（冬季）。应采取适当措施防止水份进入运输容器或蒸发，严禁在运输混凝土过程中向混凝土内加水。2.6.4应尽量减少混凝土的转载次数和运输时间。从搅拌机卸出到浇筑完毕的延续时间应以不影响混凝土的各项性能为限。2.6.5若采用搅拌罐车运输混凝土，当搅拌罐车到达浇筑现场时，应将搅拌罐车高速旋转2030s，再将混凝土拌和物喂入泵车受料斗或混凝土料斗中。2.6.6采用混凝土泵输送混凝土时，除应按（JGJ/T1095）的规定进行施工外，还应特别注意如下事项：泵送混凝土的坍落度应尽量小。泵送混凝土时，输送管路起始水平管段长度不应小于15m。向下泵送混凝土时，管路与垂线的夹角不宜小于12。混凝土一般宜在搅拌后60min内泵送完毕，且在1/2初凝时间内入泵，并在初凝前浇筑完毕。因各种原因导致停泵时间超过15min，应每隔45min开泵一次，正转和反转两个冲程，同时开动料斗搅拌器。如停泵时间超过45min，应将管中混凝土清除。2.7 高性能混凝土浇筑2.7.1浇筑混凝土前，应针对工程特点、施工环境条件与施工条件事先设计浇筑方案，包括浇筑起点、浇筑进展方向和浇筑厚度等；混凝土浇筑过程中，不得无故更改事先确定的浇筑方案。2.7.2浇筑混凝土前，应指定专人作重复检查钢筋保护层垫块的位置、数量及其紧固程度。构件侧面和底面的垫块至少应为4个/m2，绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层内。保护层垫块的尺寸及形状（宜为工字形或锥形）应有利于钢筋的定位，不得使用砂浆垫块。当采用细石混凝土垫块时，其抗腐蚀能力和抗压强度应高于构件本体混凝土，且水胶比不大于0.4。2.7.3混凝土入模前，应测定混凝土的温度、坍落度和含气量等工作性能；只有拌合物性能符合本技术条件要求的混凝土方可入模浇筑。 2.7.4混凝土浇筑时的自由倾落高度不得大于2m，当大于2m时，应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土。2.7.5 混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行，浇筑间隙时间不得超过90min，不得随意留置施工缝。2.7.6混凝土的一次摊铺厚度不宜大于600mm（当采用泵送混凝土时）或400mm（当采用非泵送混凝土时）。浇筑竖向结构的混凝土前，底部应先浇入50100mm厚与混凝土成分相同或水灰比略小的水泥砂浆。2.7.7在炎热季节浇筑混凝土时，混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温均不超过40。在低温条件下，应采取适当的保温防冻措施。在相对湿度较小、风速较大的环境下浇筑混凝土时，应采取喷雾、挡风等措施，避免浇筑有较大暴露面积的构件。2.8 高性能混凝土振捣2.8.1混凝土振捣可采用插入式高频振动棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等