贾兆莲

(晋中公路分局，山西晋中 030600)

近些年来，我国处于城镇化快速发展时期，工程建设规模日益增大，混凝土用量大幅增加，水泥及砂石等材料消耗持续上升，二氧化碳、粉尘等的排放对环境产生的影响也不断增大。为应对能源短缺、环境恶化的挑战，我国提出了绿色建筑的要求。高性能混凝土利于减少水泥用量，综合利用各种废弃物，符合绿色建筑的内涵。高性能混凝土是一种新型的高技术混凝土，是一种重要的绿色建材。推广和应用高性能混凝土，不仅能够提高工程质量，还能够有效解决建筑物的全寿命周期的综合成本和综合效益的问题。推广应用高性能混凝土是落实绿色建筑行动方案的重大举措。2014年3月4日，我国工信部和住建部组织召开了高性能混凝土推广应用技术指导组成立暨第一次工作会。这对提升我国建筑工业化水平，提升整个建筑业的发展质量和科技水平具有重要意义。

1 高性能混凝土定义及特性

1990年5月，美国国家标准与技术研究所和混凝土协会组织了全世界第一届高性能混凝土讨论会。在该次会议上，首次提出了高性能混凝土(英文名称:High Performance Concrete，简称HPC)的概念。日本、加拿大等很多国家对高性能混凝土也进行了研究和应用。到目前为止，各国对高性能混凝土的要求和涵义均不相同。在我国，根据CECS 207-2006高性能混凝土应用技术规程中的规定，高性能混凝土是一种采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求的各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。我国的高性能混凝土专家吴中伟院士将其定义为: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，以耐久性为设计指标的一种新型高技术混凝土，能够适用于任何强度等级。在普通混凝土的微结构中，由于多相且不均匀，骨料与硬化水泥浆体界面存在着薄弱的过渡区，这使得其强度和耐久性能受到影响。加强过渡区和改善均匀性是提高混凝土性能的关键。值得强调的是，就某一种高性能混凝土而言，并不要求其各方面性能都高性能化，而是根据建筑物所处环境和工程施工的需要，在强度、耐久性和流动性等一个或以上方面优于普通混凝土。如果用数值1.0表征普通混凝土的强度、耐久性和流动性，那么高性能混凝土的性能可表示为如图1所示。与普通混凝土相比，高性能混凝土具有以下特性:低孔隙率;在水化物中，氢氧化钙减少，钙矾石和水化凝胶增加;未水化颗粒多，未水化颗粒和矿物细掺料等各级中心质增加，且各中心质间距缩短，有利的中心质效应增多，中心质的网络骨架得到强化;界面过渡层厚度小，氢氧化钙取向程度下降。

图1 高性能混凝土的性能

2 高性能混凝土配合比设计原则

高性能混凝土性能要求是具有高耐久性、高强度、低渗透性、高工作性和高体积稳定性。要实现该目标要求，必须坚持以下原则:1)低渗透性的原则。2)为了保证混凝土具有良好的施工性，并提高混凝土的耐久性。在设计中，胶凝材料总量应比设计同等强度的传统混凝土时的水泥用量高。3)在胶凝材料中，各组分密度相差较大。因此，在配合比设计中，宜采用绝对体积法进行计算。4)根据施工性要求，可以适当的调整混凝土的砂率，但不宜超过45%，以免影响混凝土的弹性模量。

3 高性能混凝土配合比设计

在高性能混凝土的制作中，原材料的质量、配合比设计及施工中的质量控制(匀质性)是确保高性能混凝土质量的重要因素。在本文中，仅对配合比设计的因素进行分析和说明。

在混凝土配合比设计中，耐久性要求低水胶比(在0.4以下)。为保证混凝土的高流动性，就要增大浆集比和砂率。当降低粗集料的用量时，混凝土强度会有所提高，但却会对混凝土的弹性模量造成影响，增加干缩和徐变。从图2可以看出，对高性能混凝土性能影响的因素有水胶比、浆集比、砂率及减水剂用量。配合比设计的任务就是正确地选择原材料和配合比参数，使其中的矛盾得到统一，得到经济、合理的混凝土拌和物。

图2 高性能混凝土的配合比设计的影响因素

3.1 水胶比

在高性能混凝土的制备中，合理确定水胶比是高性能混凝土配合比设计的关键。高性能混凝土制备的特征之一是低水胶比，这对确保混凝土的低渗透性及耐久性至关重要。在配合比设计中，为确保混凝土的密实度，无论强度多少，高性能混凝土的水胶比一般都得超过0.40。

3.2 浆集比

浆集比最主要是会对混凝土的施工性产生影响。在一定程度上，浆集比还会对混凝土的强度、弹性模量和干缩率产生影响。

高性能混凝土的特点是流动性大，低水胶比。为了确保混凝土具有足够的流动性，就要提高胶凝材料的总用量。

集料孔隙率:砂浆填充集料孔隙，取合适的富裕系数(1.2～1.4);浆体填充粗集料和细集料的孔隙率，取适当的富裕系数(1.2～1.4);胶凝材料总量不能低于300 kg/m3，但也以不超过550 kg/m3为宜。

3.3 砂率

在高性能混凝土中，水泥浆量一定时，砂率最主要会对施工性产生影响。高性能混凝土的用水量很低，主要通过增加砂率来补充砂浆量，砂率宜较大。采用泵送混凝土时，砂率宜控制在40% ～45%之间。

1)当采用连续级配的集料时，在施工中采用泵送混凝土应比普通混凝土的砂率再提高5%左右;当石子级配不好时，还应当再提高砂率。

2)根据日本在高性能混凝土施工中的经验，当平均坍落度每提高20 mm时，砂率应提高1%，这对强度的影响很小。

3)根据我国建筑科学院的实验数据表明，当水灰比为0.55～0.53时，将砂率控制在34%～46%之间，这对强度的影响很小。

表1 砂率对混凝土性能的影响

从表1可以看出:

1)从性能来看，最优砂率控制在38%～46%之间为宜。超过此范围后，坍落度减小。

2)随着混凝土中砂率的增加，强度呈增长趋势，但弹性模量呈现出下降趋势。

3)石子级配越差，则要求的砂率越大，越要求使用粗的砂。

4)掺入密度小的辅助胶凝材料时，可减小砂率。

3.4 减水剂用量

可根据水泥与减水剂的适应性分析和施工和易性来确定。

在高性能混凝土的配合比设计中，匀质性是普通混凝土技术向高性能混凝土发展的关键。从提高原材料的匀质性开始，包括水泥活性和外加剂的变异、骨料含水量的波动，直到拌合物的工作度和温度等。可以说，尽量确保混凝土微结构的均匀，这是保证混凝土制备质量的重中之重。

4 试配和调整

对配合比的工作性能与力学性能进行试验，检验其是否能够满足具体工程混凝土的技术指标，并对其进行适当的调整。

1)坍落度主要是通过调整超塑化剂掺量来实现的。当增加超塑化剂的掺量时，可能会导致拌和物出现离析、泌水和缓凝现象。当出现这种情况时，可通过增加砂率或是减小砂的细度模量来克服离析、泌水的现象。

2)对于出现的过分缓凝现象，可通过更换超塑化剂来实现，可改用含促凝早强成分的超塑化剂。

3)当增加超塑化剂还不起作用时，其原因可能是水泥中的C3A含量过大，可更换水泥。

4)如混凝土28 d强度低于预计的强度，可减少用水量或考虑将粗集料改为碎石。

5 结语

在我国，高性能混凝土是一种新型环保建筑材料，具有良好的施工性和耐久性，其特性很好的满足了工程性能要求和施工要求，有效的延长了混凝土结构的使用寿命，对降低工程造价，提高工程效益具有重要意义。要使其发展得到可靠的保证，必须要建立相适应的标准和规范，减少不同标准规范的协调性和适应性问题，加大政策扶持力度。

推广和应用高性能混凝土，对于提升混凝土应用水平、推动建筑节材，提升混凝土耐久性、延长结构寿命，提升混凝土生产水平、加快产业转型升级，提高工程和产品质量，提升整个建筑业的发展质量和科技水平，都具有重要意义。

［1］两部委联推高性能混凝土.http://www.chinajsb.cn/bz/content/2014-03/06/content_120704.htm，2014-03-24.

［2］蔺胜江.双掺高性能混凝土配合比设计及工程应用［J］.山西建筑，2012，38(15):104-105.

［3］韦江雄.高性能混凝土配制与应用［Z］.2009.