1、高性能混凝土在中国政协文史馆工程中的研究与应用 【摘要】：文章简单介绍了高性能混凝土的定义与性能、所用原材料的技术要求以及配合比设计要点，得出高性能混凝土的配制技术和施工控制重点。通过对混凝土的生产，运输，浇筑和养护等环节的控制使得高性能混凝土成功应用于中国政协文史馆工程。 【关键词】：高性能混凝土；原材料；配合比；质量控制 【 Abstract 】 : The article briefly introduces the definition and properties of high performance concrete, raw materials used in technica
2、l requirements and key points of mix design, it is concluded that the preparation of the high performance concrete technology and construction control ruction and maintenance control, made high performance concrete successfully applied in China political consultative conference culture and history m
3、useum engineererials; mix; quality control 中图分类号： O213.1 文献标识码： A 文章编号： 1 引言 高性能混凝土（ High Performance Concrete，简称 HPC）是近年来一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的新概念混凝土。区别于传统混凝土，高性能混凝土把耐久性作为首要的技术指标，通过对混凝土材料硬化前后各种性能的改善，提高混凝土结构物的耐久性和可靠性。高性能混凝土不仅要求强度高，还同时具有高耐久性、高体积稳定性、高抗渗性和高工作性。吴中伟院士认为除填充性混凝土外均可制作成高性能混凝土以提高普通混凝土的使用寿命。我国已
4、将高性能混凝土的研究列为国家级重点科研项 目。高性能混凝土目前已被认作是将对建筑业的发展产生重大影响的新一代建筑材料。 中国政协文史馆工程是为纪念全国政协成立 63周年而建的一座中国政治永久性标志建筑。主要建设内容包括文史资料收藏、整理、利用等用房。项目建成后将可以妥善地收藏、保护全国政协积累的大量文献史料，宣传展示中国共产党领导的多党合作和政治协商的成就。 该工程位于北京金融街，全国政协礼堂西侧。总建筑面积约 2.3 万平方米，地上 10层，地下 4层，混凝土标号为 C15-C50，基础底板和外墙标号为C35P8，底板厚度达 2 米，属大体积 混凝土，地下四层外墙处于潮湿环境中，要求混凝土具
5、有较高的抗渗性能和密实度，对混凝土的耐久性要求很高，设计要求混凝土中掺加聚丙烯抗裂纤维来提高混凝土的抗裂性能。该工程混凝土总方量约为 1.5万立方，所采用的混凝土为高性能混凝土，全部由我公司进行供应，混凝土浇筑日期为 2011 年 4 月至 9 月。 2 高性能混凝土原材料的质量要求和技术指标 原材料对混凝土的质量至关重要，必须选择优质的原材料用于生产高性能混凝土。原材料进场后，必须对原材料的品种、规格、数量以及相关的质量证明文件进行验收检查，并按有关规定 进行取样和复试，对于检验不合格的原材料要予以退回。我公司使用的各种原材料的技术指标如下： 2.1 水泥：北京金隅集团太行前景 P.O42.
6、5，水泥技术指标见表 1。 表 1 水泥技术指标 初凝时间 终凝时间 抗压强度（ MPa） 抗折强度（ MPa） 3d 28d 3d 28d 2h25min 3h20mim 29.5 55.2 5.8 8.8 2.2 粉煤灰：北京环电粉煤灰有限公司 I 级粉煤灰，粉煤灰技术指标见表 2。 表 2 粉煤灰技术指标 细度 （ 0.045mm 筛筛余） % 烧失量 % 需水量比 % 8.6 3.1 93 2.3矿渣粉：河北唐山银水生产的 S95级高炉矿渣粉，技术指标见表 3。 表 3：矿渣粉技术指标 密度（ g/cm3） 比表面积 m2/kg) 流动度比 活性指数 7d 28d 2.91 435 9
7、8 77 99 2.4 砂：河北涞水中砂，技术指标见表 4。 表 4：砂技术指标 细度模数 坚固性试验 含泥量（ %） 泥块含量（ %） 2.6 合格 1.8 0.8 2.5 石子：河北涞水碎卵石，技术指标见表 5。 表 5：石子技术指标 压碎指标（ %） 坚固性试验 含泥量 针片状含量 3.5 合格 1.2 4.9 2.6 外加剂：北京建翔新兴生产的聚羧酸系外加剂，技术指标见表 6。 表 6：外加剂技术指标 减水率 坍落度增加值 (mm) 坍落度保留值 1h(mm) 28 天抗压强度比 32 110 180 140 2.7 膨胀剂：北京远兴建材厂 UEA 膨胀剂，技术指标见表 7。 表 7：
8、膨胀剂技术指标 限制膨胀率 (%) 抗压强度（ Mpa） 抗折强度 (Mpa) 水中 空气中 7d 28d 7d 28d 7d 28d 21d 0.035 0.052 -0.005 35.4 54.7 5.6 8.9 2.8纤维：北京融耐尔工程材料公司生产的聚丙烯纤维，技术指标见表 8。 表 8：纤维技术指标 当量直径 (um) 抗拉强度 (Mpa) 断裂伸长率 (%) 弹性模量 (Gpa) 18 550 18.9 60 3 混凝 土的配合比设计和各项性能指标 3.1 混凝土配合比设计方法要点 从混凝土配合比设计公式可以看出，混凝土抗压强度与水灰比成反比，即较小的水灰比可以提高混凝土的抗压强度
9、。高性能混凝土配合比采用低水胶比，掺加优质的粉煤灰和矿粉，并掺加多功能复合外加剂，选择合理的集料级配，合适的砂率，从而使其性能指标同时满足强度和耐久性的要求。由此可见，掺加优质的矿物掺合料和复合多功能外加剂是实现高性能的主要途径。 对于底板大体积混凝土配合比，设计重点是降低水泥用量，提高矿物掺合料的用量，从而延长混凝土 的凝结时间，降低水化热，防止混凝土裂缝的产生。 由于施工地点处于市中心，交通拥堵和禁行现象严重，路上运输时间长，因此要求混凝土坍落度损失小，以满足到达施工现场泵送的要求。 为了确保混凝土质量达到设计要求，我们制定了严密的配合比设计方案，选择合格材料，根据相关规范，进行了大量的矿
10、粉和粉煤灰复合掺量的配合比试验，确定水泥、粉煤灰、矿粉三者的最佳比例。以下是各强度等级的混凝土配合比： 表 9：中国政协文史馆工程高性能混凝土配合比（ kg/m3） 标号 水泥 粉煤灰 矿粉 砂 石 外加剂 膨胀剂 纤维 水 C35 大体积 208 86 88 721 1082 8.3 33 0.9 170 C35P8 218 80 84 721 1082 8.3 33 0.9 170 C40 303 77 80 681 1066 9.2 - - 170 C50 340 78 78 643 1055 10.4 168 3.2 高性能混凝土各项技术要求 中国政协文史馆工程高性能混凝土技术要求 项
11、目 基础底板 大体积砼 地下室外 墙 核心筒墙体 地下四至地上六层 独立柱 地下四至地上二层 强度等级 C35P8 C35P8 C40 C50 设计使用年限 100 年 环境等级 地下潮湿 地下潮湿 干燥 干燥 电通量（ 56d） C 1500 1500 1000 1000 抗冻融等级 F300 F300 F200 F200 最大碱含量 kg/m3 3.0 3.0 3.0 3.0 抗渗等级 P10 P10 / / 4 高性能混凝土质量控 制要求 4.1 高性能混凝土的生产过程控制 与普通混凝土相比，高性能混凝土的生产并不需要特殊的工艺，但是在工艺的各环节中普通混凝土不敏感的因素，高性能混凝土却
12、很敏感，因而需要更加严格的控制和管理。 4.1.1 搅拌站电子秤配料系统计量精度必须满足规范要求，做到水泥、掺合料、水和外加剂达到 2% ，骨料 3% 。 4.1.2 搅拌站试验室要严格测定砂、石的含水率，混凝土搅拌过程中必须严格按照施工配合比进行生产，由质检员进行监督核查。 4.1.3 高性能混凝土的搅拌时间比普 通混凝土要适当延长，尤其是掺加了纤维的混凝土，要改变投料顺序，先投砂、石、粉料和纤维进行搅拌均匀后，再投入水和外加剂进行搅拌。 4.1.4 混凝土出厂前要对混凝土的坍落度、和易性等工作性进行检测，并按规定留取相应的抗压、抗渗等试件，以检测出厂的高性能混凝土的各项性能指标。 4.2
13、高性能混凝土的运输与浇筑 4.2.1 避免混凝土运输和浇筑过程中的延迟，以最快的速度完成浇筑，特别是在夏季高温天气下。胶凝材料与水混合后立即开始水化，但前 30 分钟内硬化较慢；混凝土拌合后 1.5 小时还能顺利浇 筑（除非混凝土温度过高或水泥用量过大），混凝土从开始加水搅拌到浇筑完毕的时间尽量缩短，防止混凝土过早失去塑性，使混凝土浇筑困难。 4.2.2 防止混凝土在运输和浇筑过程中产生离析，粗细骨料的分离会导致混凝土不均匀，含较少粗骨的混凝土收缩大而易开裂且耐磨性差，较多粗骨料的混凝土太干硬，使振捣和抹面困难，且易形成蜂窝。 4.2.3 禁止在施工现场对混凝土加水，否则会严重影响混凝土的强度
14、和耐久性；特殊情况下通过添加外加剂来提高工作性，但要注意不能引起含气量增加过大，否则会对混凝土的性能产生影响。 4.2.4 模板内的残渣应清扫干净，浇筑前期溅在钢筋和模板的松散、干燥的砂浆必须清除，否则会影响混凝土的强度和密实程度。 4.2.5 对于底板大体积混凝土浇筑过程中，上下层浇筑的时间间隔不能太长，特别是在夏季，在浇筑上层混凝土时，下层混凝土必须彻底振捣密实，浇筑速度要快，以便在浇筑上层混凝土时，防止下层混凝土凝结，形成浇筑缝或冷缝。 4.2.6 应经常移动泵送管口，防止砂浆的流动性比粗骨料好而产生离析。 4.2.7 混凝土泌出的水不能汇集在模板的末端、角落或侧面，而应该引出泌 水以保
15、证混凝土的抗压强度。 4.2.8 振捣混凝土时，应防止过振引起混凝土的离析；也不能通过振动来水平移动混凝土，那同样会引起离析；振动的时间取决于混凝土的工作性和振捣棒的功率，可通过观察混凝土表面平整状况、砂浆层的外观及大气泡的溢出是否停止来确定， 5 15S 的振动可获得足够的密实度。 4.2.9 模板附着振动器只用于插入式振捣器不易插入的地方和配筋密集的地方，但要保证连接稳固，否则会引起振动能力的损失和混凝土不密实。 4.2.10 过振的后果会引起粗骨料下沉而细骨料和浆体的上浮，导 致混凝土的离析，对高胶凝材料用量和大坍落度的混凝土影响较大；同时会使引气混凝土的气泡过多损失，以及模板较大的变形
16、，混凝土表面泛浆，增加泌水而易产生砂纹。当然也要防止振捣不足出现蜂窝、孔洞、冷接缝、浇筑线等现象。 4.3 高性能混凝土的养护 4.3.1 因为高性能混凝土的水胶比小，加上掺加了较大比例的矿物掺合料，混凝土很少泌水，为防止塑性收缩裂缝，混凝土浇筑完毕后及早进行抹面，并在抹面后及时用塑料薄膜覆盖保湿；在抹面后最初的几小时最需要保湿养护；注意抹面时不能轻易洒水，这会降低面层混凝土的强度 和耐久性。 4.3.2 低水胶比混凝土的养护非常重要，水泥和水混合后水化立即开始，水化程度显著影响混凝土的强度和耐久性；虽然新拌混凝土中的水比水化需要的水多，但是水份蒸发引起过度失水，会影响水化反应的充分进行；如果
17、没有外来水的补充，其内部相对湿度就低，从而使浆体自身变干，到一定程度时水化就会停止。 4.3.3 因为水胶比低，混凝土的渗透性低，混凝土一旦干燥，水分将很难再次渗透进去，所以混凝土的湿养护时间最好持续到混凝土达到足够的强度、耐久性。湿养护期间要防止两次洒水时间间隔过大引起混凝土表面干燥，因为干燥交替会使混凝土表面出现裂纹甚至开裂。 4.3.4 为满足施工工艺要求，混凝土有时需要蒸养，以便在较短的时间内强度达到施工工艺的要求；蒸汽养护制度非常重要，过高的温度对强度和耐久性均不利；通过控制静停时间、升降温速度、最高恒温蒸汽养护温度可以达到预定目的。 4.3.5 混凝土的温差控制：大体积混凝土的养护
18、，为防止温差过大引起裂缝并防止混凝土芯部温度过高延迟钙矾石的形成，发生热致延缓型膨胀从而使耐久性下降；养护过程要严格控制混凝土的中心温度和表面温度的温差以及混凝土的表面温度和环境 温度的温差符合相应的规范要求。 5 工程应用情况 目前中国政协文史馆工程的施工已接近尾声，在混凝土浇筑的前期准备阶段、施工阶段以及后期验收阶段，我公司所供应的混凝土各项技术指标均满足高性能混凝土的设计要求，受到施工方和监理的好评。 5.1 拌合物性能 中国政协文馆工程混凝土的出机坍落度底板控制在 18020mm ，墙、柱控制在 20020mm ，混凝土和易性良好，坍落度损失小，满足现场施工需要。 底板大体积混凝土通过
19、温度监测，混凝土内、外温差均小于 25 ，满足规范要 求，没有产生温升裂缝。 5.2 混凝土力学性能 C35 混凝土 28 天抗压强度平均值 44.8Mpa， C40 混凝土 28 天抗压强度平均值 51.0Mpa， C50 混凝土 28 天抗压强度平均值 58.6Mpa。由于在生产中严格控制原材料的技术指标，计量误差低于规范要求，因此混凝土的强度很稳定。 5.3 混凝土耐久性能 地下室底板、外墙抗渗混凝土的抗渗等级均超过了设计要求，抗冻融等级达到了 F300 次以上，通过电通量测定混凝土的抗氯离子扩散，试验结果均符合要求，该工程实体混凝土的耐久性均达到设 计要求。 6 结论 通过优选原材料，
20、选用合理配合比，控制生产工艺，可以生产出满足设计强度、耐久性等质量要求的高性能混凝土。粉煤灰、矿渣粉、复合外加剂等都不同程度的改善和提高了混凝土的后期强度、抗渗性。膨胀剂和纤维的使用也提高了混凝土的分散裂缝的能力和密实度，从而控制了有害裂缝的产生。 中国政协文史馆工程在设计中提出了使用高性能混凝土的要求，高性能混凝土的成功应用为其以后的推广积累了丰富的工程实践经验。 参考文献： 吴中伟，廉慧珍 . 高性能混凝土， 1999 年 9 月 李俊，尹健高性能混凝土耐久性研究与应用 J商品混凝土， 2007 年09 期 王江波，姜志威高性能混凝土应用与发展概述 J科技创新导报，2009 年 2l 期 陶建平，苗青春论高性能混凝土特性和施工应用 J现代商贸工业，2010 年 01 期 注：文章内所有公式及图表请以 PDF 形式查看。
