高强砼(HPC)的性能及应用研究

谢浩，陈杨生：高强砼（ＨＰＣ）的性能及应用研究　高强砼（ＨＰＣ）的性能及应用研究　谢浩　。陈杨生　（１．广东工业大学，广东广州５１０５００；２．汕头潮阳建筑工程公司，广东汕头５１５１００）　摘要：介绍高强砼性能及发展现状，提出实现高强砼应从选材、工艺等方面进行设计、施工的构想和质量控　制原则，提出增强高强砼性能的建议。　关键词：高强砼；配制；质量控制；耐久性；试验研究　０　前言　１／３，相应的体重也可减少１／３，还可使砼快硬、耐　高强砼即高强混凝土（Ｈｉｇｈ－－Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　Ｃｏｎ．　久性改善，建筑物的使用期限将超过一个世纪。因　ｃｒｅｔｅ）（简称ＨＰＣ），其概念是相对的，它是与当前的　此可大量减少材料用量、建筑成本和能耗。　混凝土技术的一般水平比较而言的。我国吴中伟　２　高强砼的技术现状及其应用　院土认为：ＨＰＣ是一种新型高技术混凝土，是在大　随着现代建筑业的迅速发展，全国各大中城市　幅度提高普通混凝土性能的基础上，采用现代混凝　出现越来越多高层及大跨建筑，从而高强砼的应用　土技术，选用优质原材料，在严格的质量管理条件　也日益广泛。我国高强泵送砼应用范围遍及水电、　下制成的。在我国现阶段，通常是把用普通水泥、　隧道、大型基础和高层建筑等工程。全国最长的天　砂、石、水及外加剂、掺合料等材料和常规工艺生产　生桥水电站水洞、大瑶山铁路隧道、厦门高集海峡　的，强度等级为Ｃ５０～Ｃ８０的砼称为高强砼。当然，　大桥，最大的宝山钢铁总厂高炉基础均采用泵送高　它的强度指标也在逐步提高。高强砼是一种能够　强砼，广东国际大厦（６３层）直升飞机停机坪试用　反映当代技术水平的结构材料，无论是发达国家或　了泵送Ｃ６０高强砼。我国泵送高强砼的配制技术、　发展中国家都给予极大关注，均投入资金和力量对　泵送技术等与发达国家相比还有相当大差距，对于　它进行研究。　８０ＭＰａ以上的砼主要用于特殊工程和某些构件，例　１　高强砼的性能特点　如砼管桩、桥梁及巷井工程用的钢筋砼支架和护板　（１）强度高。高强砼的抗压强度很高，可使钢筋　等方面。　混凝土柱和拱壳等以受压为主的构件的承载力大　近年来，欧美等地发达国家已普遍将Ｃ６０以上　幅度提高。在相同的荷载下，可使构件的截面减　的高强砼用于建筑结构设计中，美国的高强砼应用　少。在受弯构件中可降低截面的受压区混凝土高　领先其他工业发达国家，其中芝加哥市尤其突出。　度。因此利用其材料强度高的特性，可增加建筑有　迄今，国外已采用高强砼及其泵送技术建造了跨度　效空间和跨度，并在一些领域中替代钢结构。　为３３０ｍ的预应力砼桥梁，７９层的超高层建筑工　（２）流动性大。用高效减水剂等配制的高强砼　程，直径为８２　ｍ的贮罐及高达５９４ｍ的电视塔等。　能同时具有坍落度大和早强的性能，可采用商品混　３　配制高强砼的施工要求和质量控制　凝土和泵送等机械化施工工艺，提高施工速度。　影响高强砼强度和耐久性的因素很多，要想获　（３）耐久性好。高强砼比一般混凝土有更高的　得砼优质高强度，可通过・些技术途径来实现。　密实性，具有抗外部侵蚀能力强、长期使用性能好　３．１　高强砼配合比设计的基本原则　的特点。　有关配制高强砼的技术途径很多，关键是合理　（４）重量轻。减少结构的截面尺寸，意味着降低　选用原材料，并合理确定各种材料之间的比例关　结构自重，增加有效使用面积。在一般情况下，混　系，通过工艺方法使砼达到最高的密实度以及水泥　凝土强度等级由Ｃ３０提高到Ｃ６０，结构体积可减少　石的结构与界面结构改善。国际上普遍采用的配制　一２４—　．　・ｊ５＝盔材兰　鱼生苎　塑　维普资讯 http://www.cqvip.com

谢浩，陈杨生：高强砼（ＨＰＣ）的性能及应用研究　ＨＰＣ的技术途径是硅酸盐水泥＋高效减水剂＋活　的关键。应该从原材料的控制、生产施工工艺的保　性矿物掺合料，在进行ＨＰＣ配合比设计时可以遵　证和落实上下工夫，以使高强砼的性能满足要求。　循下面几条基本原则：　（１）在高强砼中，内部裂缝比较少，界面粘结强　（１）抗压强度与水胶比的关系。许多学者相继　度较高，水泥石和骨料能共同抵抗破坏作用，因此　提出了不同形式的ＨＰＣ的强度一水胶比关系式，　原材料各项技术指标值要严格控制。所有原材料均　但是它们各自的适用范围却受到，目前比较可　要求有出厂检验单和合格证，到达现场的材料抽样　行的做法是依据现有的试验资料和经验来选择水　复验，合格后方可用于工程，各类材料在运输、存　胶比进行试配。　储、保管和使用过程中严格按管理制度执行，防止　（２）用水量的确定。用水量的多少要根据混凝　误装、互混和变质。　土拌合物塌落度的大小和高性能减水剂的效果来　（２）混凝土的拌制，必须注意原材料、￣＇ＨＪｎ剂的　确定，一般应不大于１７５ｋｇ／ｍ　。　投料顺序，严格控制配料量，正确执行搅拌制度，特　（３）矿物掺合料掺量的确定。矿物掺合料掺量　别是控制混凝土的搅拌时间，以防因搅拌时间过长　的确定要视其品种而定。对于硅粉，掺量通常为胶　而出现离析现象。还要注意高等级混凝土与低等级　凝材料的１０％，优质粉煤灰及磨细矿渣的掺量通　混凝土间的施工配合，使两者交接面质量达到设计　、　常为胶凝材料的１０％～３０％。尽管硅粉价格较贵，　要求。　要配制出Ｃ８０以上的ＨＰＣ时，掺入硅粉必要的。　（３）混凝土搅捣后由专人负责保养，采取在混　（４）粗细骨料的用量。由于ＨＰＣ的水胶比小，　凝土表面覆盖的办法。为保证混凝土的质量，防止　胶凝材料用量大，粘度大，加之使用高效减水剂，混　混凝土开裂，应避免表面温度受环境等因素影响而　凝土拌合物的工作性容易保证，所以砂的用量可以　导致温差过大。泵送机具的现场安装按施工方案执　适当降低，一般可在粗细骨料的总用量的３６％～　行，加强维修保养管理工作。　４２％之间选用，并且随强度增高砂率应逐渐降低。　（４）各项检验和试验工作均应严格按《混凝土　粗细骨料总用量的确定可采用假定表观密度法。　质量控制标准）ＧＢ５０１６４—１９９２执行。　ＨＰＣ密实度大，其表观密度约为２４５０～２５００ｋｇ／　４　几点建议　ｍ３。　４．１　建立科学的设计方法　（５）高效减水剂的用量。高效减水剂的用量通　传统配合比设计理论已逐渐不适用于ＨＰＣ，在　常为胶凝材料重量的１％～２％，对于不同等级的　从试验室到实际工程的转化中，有许多问题还没有　ＨＰＣ，随强度的增高，其用量也相应增加。　得到完全解决。超流动性砼配合比设计体系不能用　３．２　高强砼的施工要求和质量控制　过去的坍落度试验方法来判断其流动性，要建立新　高强砼的质量极易受到生产、运输、浇注和养　理论，即探讨与实际建筑结构物相适应的免振自流　护过程中环境因素的影响。因此施工现场必须建　平砼评价方法。这些措施中各因素之间又存在着相　立一套生产和施工的严格质量管理制度。另外高　互制约的复杂关系，因此各项技术途径应综合考　强砼施工的技术关键是如何控制坍落度损失的问　虑，才能满足高强砼的各项质量要求。　题。一般来说，掺有高效能减水剂的流态混凝土坍　４．２　合理评定高强砼的耐久性和韧性问题　落度损失快，大约经半小时后即全部损失。坍落度　我们应该引入以耐久性为主的结构设计思　损失的原因是由于初期水化而使流化剂消耗，因而　想。ＨＰＣ除常用的组成材料（水泥、砂、石、混合材和　流化剂在液相中的残存率，随着时间的增长而减　水）外，还需加入超塑化剂、膨胀剂、增稠剂等外加　少，混凝土坍落度相应减少。为此可通过添加载体　剂。需开发检查ＨＰＣ耐久性及其它性能的系统，研　流化剂来控制坍落度的损失。试验表明，载体流化　究ＨＰＣ耐久性的机理和影响耐久性的动力学因　剂与高效减水剂同时加入，混凝土出罐后半小时坍　素。目前，普通砼的韧性问题通过纤维、聚合物的掺　落度基本损失掉，而后掺者效果明显。高强砼在生　入得到了一定的改善，但在掺纤维等改善韧性的同　产、施工过程中的主要工序、拌和物的坍落度、凝结　时与工作性能的矛盾还没得到很多的解决，特别是　时间、混凝土的早期强度及・２５ｄ强度，是质量控制　随强度的提高砼脆性增大是对ＨＰＣ全方位应用的　．　・ｊ５＝盔材　垒圭篁　塑　一２５—　维普资讯 http://www.cqvip.com

谢浩，陈杨生：高强砼（ＨＰＣ）的性能及应用研究　一大障碍。　问题，但它仍是我国砼技术发展的主要方向。　４．３　进一步研究高强砼的性能检测手段　我国不少研究和施工部门侧重于高强砼的配　参考文献　制和施工技术方面的研究，而较少考虑高强砼的性　【１】ＧＢ５０２０４－－１９９２混凝土结构工程施工及验收　能检测。随着高强砼在我国土建工程中的逐步推　规范　广应用，必然会碰到现有普通混凝土抗压强度试验　【２】叶跃忠，潘绍伟．高性能砼的现状及展望．四　对其是否适用的问题。对高强砼的高强机理探讨、　川建筑科学研究，１９９６（４）　配比设计及现场高强砼强度无损检测曲线的应用　【３】曹华先．广东建筑技术研究进展．广州：中山　应该成为我们新的研究课题。　大学出版社，２００２　５　结语　【４】王荷娟．浅谈高强高性能混凝土的配制与质　我国是以砼作为主要建筑材料的国家，而高强　量控制．福建建材，２００３（３）　砼与普通砼相比有很多优越性，尽管还存在着许多　（编辑：郝然）（收稿日期：２００６—８—１１）　（上接第１６页）　种。前者的涂层主要起隔离作用，常采用有机树脂　要引起人们的重视。　和沥青等；后者是使混凝土表面形成碱性“保护　层”，用于中和生物硫酸提高混凝土表面ｐＨ值，抑　参考文献　制硫氧化菌的繁殖，常采用碳酸钠、氧化钙和氧化　【１】Ｐａｒｋｅｒ．Ｃ　Ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ—Ｉｓｏｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　镁等。　ａ　ｓｐｅｃｉｅｓ　ｏｆ　ｂａｃｔｅｒｉｕｍ　ａｓｓｏｃｉａｔｅｄ　ｗｉｔｈ　ｔｈｅ　ｃｏｒｒｏｓｉｏｎ　ｏｆ　（４）提高混凝土的密实度、抗渗性和抗裂性。可　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ｅｘｐｏｓｅｄ　ｔｏ　ａｔｍｏｓｐｈｅｒｅｓ　ｃｏｎｔａｉｎｉｎｇ　ｈｙｄｒｏｇｅｎ　采取在混凝土中掺入混合材料或者使用高效混凝　ｓｕｌｉｆｄｅ［Ｊ】．ｅｘｐ　Ｂｉｏｌ　Ｍｅｄ　Ｓｃｉ．１９４５，２３（３）：１４—１７．　土减水剂等措施，例如掺加硅粉和粉煤灰等。混凝　【２】　Ａ．Ｄｕｂｏｓｃ，Ｇ．Ｅｓｃａｄｅｉｌｌａｓ　ａｎｄ　Ｐ．Ｊ．Ｂｌａｎｃ．　土外墙面使用密实、少孔、高性能的砂浆，破坏藻类　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｚａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｉｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｔａｉｎｓ　ｏｎ　ｅｘｔｅｒｎａｌ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ的生长环境以减少或抑制藻类微生物的生长。延　ｗａｌｌｓ　ａｎｄ　ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ　ｏｆ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ　ａｓ　ｕｎｄｅｒｌｙｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌ［Ｊ】　缓微生物对混凝土的侵蚀。　．Ｃｅｍｅｎｔ　ａｎｄ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００１。３１（１１）：　３　结语　１６１３—１６１７．　微生物腐蚀主要和污水、废水中硫化物、　［３】高培伟，吴胜兴，林萍华等．硫酸盐对碾压混　ＳＯ　、ｐＨ值和生物需氧量（ＢＯＤ）、化学需氧量　凝土侵蚀开裂的机理微观分析［Ｊ】．水利学报．　（ＣＯＤ）等有关。　２００５。３６（３）：３６０—３６３．　微生物腐蚀是各种细菌生成、生长和发生生物　【４】０．Ｇｕｉｌｌｉｔｔｅ，Ｒ．Ｄｒｅｅｓｅｎ，Ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ　ｃｈａｍｂｅｒ　反应的动态过程，在生化反应中生成硫化氢，进而　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｎｄ　ｐｅｔｒｏｇｒａｐｈｉｃａｌ　ａｎａｌｙｓｉｓ　ａｓ　ｂｉｏｒｅｃｅｐｔｉｖｉｔｙ　ａｓ－　在混凝土表面生成浓硫酸，导致混凝土结构破坏。　ｓｅｓｓｍｅｎｔ　ｔｏｏｌｓ　ｏｆ　ｂｕｉｌｄｉｎｇ　ｍａｔｅｒｉａｌｓ．Ｓｃｉ．Ｔｏｔａｌ　Ｅｎｖｉｒｏｎ．　砂浆的性质对藻类微生物成长有影响，尤其是　１９９５。１３（１１）：３６５—３７４．　湿度和孔隙率。　Ｉ编辑：张岚嵘）Ｉ收稿日期：２００６—８—１）　微生物对混凝土的腐蚀作用是不容忽视的，需　一２６一　．　・　盎材　圭兰　塑