时间：2013-11-29 分类：建筑设计
摘要：本文阐明了高性能混凝土较高强大流动混凝土在断裂行为、强度与弹性模量、抗压强度与抗拉强度等的显著优越性。研究了塑性收缩、干燥收缩、应力作用下的应变等体积变形的特点。介绍了高性能混凝土配合比设计中对材料品质、骨灰比、水灰比等参数的选择以及掺合料、超塑化剂等的选择原则和配合比设计方法。描述了现场施工时,高性能混凝土拌合物流变参数的测定方法及与传统流动性指标--坍落度间的定性、定量关系,分析了作为混凝土质量验收判据的试件强度的控制方法与质量管理措施。
关键词：建筑工程师论文发表,期刊杂志网,高性能混凝土,体积变形,连续梁
1 引言
传统混凝土因比强度低、徐变较大、抗冲击能力差等不足，在大跨度结构中的应用受到了限制。80年代初，国内外普遍采用提高混凝土强度等级的方法,来降低结构的自重，提高钢筋混凝土的比强度，优化混凝土的性能。由于在提高抗压强度的同时，抗拉、抗弯强度以及弹性模量并没成比例的增加，因此，高强混凝土存在严重的脆性断裂的潜在危险。此外，随混凝土强度等级的提高,给施工带来了一系列意想不到的困难,表现在新拌混凝土工作性差，坍落度经时损失严重，较难得到品质均匀的混凝土结构件。
高性能混凝土正是在这种背景下应运而生的，所谓高性能混凝土，是指强度等级C50以上，使用寿命达300年以上，新拌混凝土流动性大而不分层离析、自密性好，适合于泵送施工作业，体积变形小，综合性能优越的混凝土。
本文结合二座现浇桥梁钢筋混凝土和一大型桥梁预制厂钢筋混凝土施工的实例，阐明了高性能混凝土的配制原则和配制方法。研究了高性能混凝土拌合物流变参数的标定方法及与坍落度的定性、定量关系。分析了高性能混凝土的力学性能特点，探讨了影响高性能混凝土力学参数、施工工艺参数、耐久性能的主要因素。
2 试验研究过程及内容
2.1 试验用原材料
胶凝材料:分别采用昆明水泥厂(A)、广西水泥厂(B)、贵阳水泥厂(C)和滇西水泥厂(D)52.5级普通硅酸盐水泥，主要性能指标如表1所示。
四种砂均属于Ⅱ区砂，其它指标符合现行国家标准。
自来水, 浑浊度4°--5°，PH值6.8--7.6，硫酸根离子浓度34--72mg/L。
外加剂:采用二种方案，一是采用北京产\"创之星\"超高效塑化剂，减水率23-27%，强度增加率不小于110%，根据工况可调整凝结时间; 二是用复合型外加剂，即FDN+硫酸钠早强剂+三乙醇胺密实剂。
2.2 试验研究内容
高性能混凝土组成材料的份额对新拌混凝土工作性、流变特性的影响，高性能混凝土的力学行为及特征，高性能混凝土的体积变形特性，高性能混凝土配合比设计方法以及高性能混凝土的质量控制方法。
2.3 试验研究方法
除高性能混凝土的流变学参数测定采用全新的方法外，其它项目的试验方法均采用现行国家标准进行。配合比设计及优化采用正交设计配合比数理统计的方法进行。
3 配合比设计
高性能混凝土的配合比设计是基于保龙高速公路潞江坝特大桥，易峨高二级公路桥梁和某施工现场桥梁厂T梁的生产进行的。它们的共性是结构配筋密集， 混凝土的坍落度要求在180mm以上，强度等级C50以上，拟采用泵送施工作业，因此要求坍落度损失小。
配合比设计分二步进行。首先在实验室中采用正交设计试验方法进行配比的初定、调整、优化。重点考虑的因素为:水灰比(或水胶比)、灰骨比、砂率、外加剂剂种和掺量等。考核指标为28d抗压强度，流变学参数和坍落度损失。根据施工现场的原材料品质和具体施工要求，对理论配合比进行调整,给出施工配合比。
实际配比结果见表4。
高性能混凝土在进行配合比设计时，可遵循下列原则:
(1)根据工况确定坍落度和混凝土的试配强度;
(2)根据泵送条件，选定粗骨料最大粒径;
(3)根据最密堆积原理和最大摩擦力确定最佳骨料用量;
(4)根据确定的工艺参数，估算拌合水和含气量;
(5)根据工作性和流变特性，优化选定水胶比;
(6)确定满足强度、耐久性的胶凝材料用量;
(7)根据需要选择合适的掺合料种类，并通过计算确定掺合料的用量。
4 新拌混凝土坍落度与流变学参数的关系
与普通混凝土相比，即使坍落度相同,高性能混凝土由于粘性大，坍陷的速度小，施工作业时填充模板的速度较缓慢【2】。也就是说, 坍落度、坍落度流动值等传统的参数不能评价高性能混凝土拌合物工的作特性和施工持性。评定高性能混凝土拌合物可采用屈服值及塑性粘度等流变参数。该两流变参数的确定，在现场施工时,拟采用坍落度、流动值、扩展度或L型坍落度流动值来确定。本文采用L型坍落度流动值进行推算。图1是L型流动试验装置。其中Lo为L型坍落度值, Lf/t为L型流动速率。分别对应于传统的坍落度值SL和新拌混凝土的粘度。
经三个工程和试验室研究，当W/C在0.30--0.37，砂率为32%--38% 石子最大粒经在30mm内，Ls和SL之间有如下关系:
其中式(1)中的SL的范围为(10--25)cm，式(2)中的范围为0.30--0.40。当外加剂(特别是减水剂)发生较显著变化时，式(1)和式(2)中的系数将发生相应的变化。#p#分页标题#e#
因此，对高性能混凝土而言，在现场可通过控制水灰比(W/C)和Lf/t 的值来对新拌混凝土的工作性相施工性进行管理。而通过建立Ls和SL 的回归关系式，即可经测定SL获得Ls的推断值。
5 高性能混凝土的力学性能
在试验室三个工程现场分别测定了表4中8个配合比所作试件的抗压、抗折、弹性模量等力学参数，结果见表5。
表中每一序号的数据，均为10组以上试件的平均值。由表中数据并参照表4数据可知， 在配合比基本相同的条件下，掺8%的磨细粉煤灰并采用\"创之星\"超塑化剂，28d抗压强度最大提高17.5%，平均提高10%左右;抗折强度平均提高15.7%;棱柱体强度平均提高20.7%，弹性模量平均提高10%。
三个现场和实验室的研究表明，高性能砼的抗压强度和抗折强度间存在如下关系:Fb=A fc+B (MPa)
当掺加粉煤灰时，A=2,876，B=-1.2I7，不掺时，A=2.847，B=-1.228。
混凝土中掺入超细粉煤灰后,由于粉煤灰在Ca(OH)2的激活下发生水化，起到两个作用。其一是使砂浆中和粗骨料与砂浆界面处的Ca (OH)2的结晶尺寸细化，使Ca(oH)2的分布趋于匀化;其二是可降低Ca (OH)2沉积于界面区的数量，便界面结构得到改善。这两种功用均可提高混凝土的抗弯性能和弹性模量。
从表5中数据还可知，单纯降低水灰比和(或)提高单位体积水泥用量，并不能有效地提高高性能混凝土的各项力学性能参数，如序号5、6与序号7、8的比较。因此，欲提高高性能混凝土的综合性能，须优选超塑化剂，并掺加磨细粉煤灰，沸石粉或硅粉等掺合料。
6 体积变形及耐久性
高性能混凝土水灰比低、密实度较高、强度高、体积稳定性好，因此可以预计其耐久性也较普通混凝土好。采用现行国家标准,研究了高性能混凝土的体积变形和耐久性。 表6是序号1至8高性能混凝土与C50高强大流动混凝土的体积变形对比。
由表6结果知，与高强(C50)大流动性(SL≥ I8cm)相比，本研究中所涉及的8个配合比的混凝土试件， 除第7、8号试样的徐变稍高一点外，其余指标均较低，表明高性能混凝土的体积稳定性良好。该结果同样得到了其他研究工作者的论证【3、4、5】、因此，高性能混凝土适合于大体积混凝土结构工程，纵长混凝土结构，要求体积变形较小的混凝土结构工程，如斜拉桥桥塔，先张、后张、较大跨度钢筋混凝土梁等。
7 结语
由前述的讨论、分析可以得出如下结论|
(1)采用国产超塑化剂，并配以严格的管理措施，可配制出高强、工作性优、适合泵送、体积稳定性较好的高性能混凝土;
(2)通过测定混凝土拌合物的坍落度，不能反映高性能混凝土的施工特性，必须测出高性能混凝土的流变参数;采用L型流动试验装置可有效地解决该问题;给出了坍落度与L型流动度;流动速率与水灰比间的关系;
(3)高性能混凝土的体积稳定性明显优于高强大流动性混凝土;
(4)高性能混凝土配合比设计时，着重选择的参数应为水灰比、砂率、骨灰比、掺合料的种类和掺量;
(5)采用磨细粉煤灰、沸石粉、硅灰等矿物掺和料，可有效改善混凝土的各项性能。
参考文献：
1. 冯乃谦 \"高性能混凝土\"，混凝土与水泥制品，1993.2
2. 冯乃谦 \"强度92MPa坍落度20cm，2h内无坍落度损失的高强高流态混凝土的研制及应用\"，混凝土 1994.2
3. 富田云郎 \"超低收缩混凝土\"，混凝土工程(日本)，1994.7
