高性能混凝土施工及过程控高性能混凝土施工及过程控制主讲：卢国勇整理：张鹏、杨磊客运专线铁路桥涵承重结构要求使用100 年，要求使用高性能混凝土。

高性能混凝土是通过科学地选择组成材料与配合2011.3.26比设计，再通过良好的生产、浇筑和振捣及养护质量控制获得所要求的性能。

下面就施工中如何在混凝土配合比设计、搅拌运输、浇筑振捣、养护等方面进行施工过程控制加以阐述，以便在施工中予以参考，并进一步完善，以达到指导施工生产，加以推广应用的目的。

一、高性能混凝土原材料要求及检验高性能混凝土是在常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺和高效外加剂，并主要以混凝土的高工作性、高强度和耐久性为特征的一种新型高技术混凝土。

活性细掺合料不但可以改善混凝土的亚微观结构，提高粗骨料与砂浆之间的界面强度，而且可以填充混凝土内部的毛细管，起到改善新拌混凝土的工作性，降低混凝土的温升，增强密实，提高抗冲刷及抗腐蚀能力的作用。

高效减水剂是高性能混凝土的必要组成部分，能使水泥起到分散作用，以改善混凝土的和易性，减少水化热，减少混凝土的收缩徐变，提高混凝土的密实性，进而提高混凝土的耐久性，高性能混凝土施工所用的原材料必须符合国家和部门的有关标准和要求，并在施工过程中加强原材料检验控制，确保原材料的质量符合要求。

1. 所有进场的原材料均应附制造厂家的合格证明书或复检报告单，且必须按规定复检，合格后方可使用，在使用过程中，必须按试验合格通知单核对后使用。

进场原材料必须挂标识牌，严防混杂。

2. 水泥采用低碱硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，水泥熟料中C3A 含量不大于8 % ，强腐蚀环境下不大于5%，水泥的比表面积不宜超过350m3/kg，碱含量不应超过0.6%，游离氧化含量不应超过1.5% , 其他技术质量标准符合GB175-1999 的规定，并按TB10210-97 标准进行检验。

进场水泥均应附产品合格检验单，并经检验确认符合要求后方可使用。

不同品种、不同标号、不同编号的水泥须分别储存，储存要干燥通风，水泥从出厂日期到使用日期不得超过三个月，否则经试验室鉴定标号后，根据具体情况而定。

3. 细骨料采用硬质洁净的中粗砂，细度模数为2.6-3.0，含泥量不大于1.5%（C50 以上混凝土），其余条件符合TB10210-97 、TGT52-2006 的规定。

4. 粗骨料采用硬质耐久的碎石，压碎指标不大于10% （C50 以上混凝土），母岩抗压强度与混凝土设计强度之比大于2（C50 以上混凝土）；粗骨料的最大公称直径粒径不大于31.5mm ，且不宜超过钢筋保护层厚底的2/3, 不得超过钢筋最小间距的3/4。

配制强度等级C50 以上预应力结构用混凝土时，粗骨料粒径为5-25mm ，其余条件符合TB10210-97 、GJG-53-1992 的规定。

5. 混凝土所选用的骨料须进行碱活性试验，不得使用碱-碳酸盐反应的活性骨料和膨胀率大于0.20% 的碱-碳酸盐反应的活性骨料。

当采用骨料的碱-碳酸盐反应的膨胀率在0.10%-0.20% 之间时，混凝土中的总碱含量控制在3kg/m 3以下，并符合TB/T3054-2002 的要求。

料源发生变化时，必须重新进行碱骨料检验、配合比试验。

6. 混凝土中掺用的外加剂须符合GB8076-1997 的规定或经铁道部鉴定的产品，且应经检验合格后方可使用。

掺量由试验确定，严禁掺入氯盐类外加剂。

高效减水剂性能应与所用水泥具有良好的适应性，30min 减水率不低于20% ，碱含量不得超过10%，硫酸钠含量不大于5%，氯离子含量不大于0.1% 。

混凝土拌合物中各种原材料引入的氯离子含量不得超过胶凝材料的0.06% 。

7. 混凝土矿物活性掺合料（I级粉煤灰磨细矿粉），应符合GB1596-1991 和GB/T18046-2000 的规定，1级粉煤灰需水量比不大于100%，磨细矿粉表面积比大于450m2/kg。

8. 拌制和养护混凝土用水，不得含有能影响水泥正常凝结与硬化的有害物资或油脂、糖类等。

污水、海水、酸碱度小于 4 的酸性水和硫酸盐量（按硫酸根计）超过水中 1 %的水均不得使用。

凡能供饮用的水均可使用。

二、混凝土配合比设计设计合理的混凝土配合比至关重要。

合理的混凝土配合比由试验室通过试验确定，除满足强度、耐久性要求和节约材料外，应该具有施工要求的和易性。

混凝土配合比设计的一般途径混凝土施工前，应按规定的要求，对混凝土用水泥、骨料、矿物掺合料、专用复合外加剂等主要原材料的产品合格证及出厂质量检验报告进行进场检查。

水泥供应商提供水泥熟料的化学成分和矿物组成混合材料种类和数量，试验室对水泥供应商提供的上述资料进行确认。

只有当各种原材料的品质符合规定的相应要求时，才可进行混凝土配合比试验。

在进行混凝土配合比试验前，按规定的要求对进场原材料进行复检，然后采用合格的原材料，参照现行国家标准JGJ55-2000 进行设计，同时配制多种配合比作为拟试验配合比，并对拟试验配合比混凝土的总碱量和C1~含量进行计算，考察二者是否满足规定要求；不满足规定要求时，重新调整原材料或配合比参数。

混凝土的总碱含量方法参照TB/T3054-2002 规定的方法进行计算，但矿物掺合料的碱含量应根据GB/T176-1996 测定的结果折算确定。

一般情况下，粉煤灰碱含量按测定值的1/4 折算。

当试验配合比混凝土的总碱量和C1~ 含量满足规定要求时，应对拟试验配合比混凝土的拌合物性能、力学性能进行试验，并对其抗裂性能进行对比试验（对于最小截面尺寸大于300mm 的构件，还宜测定混凝土的绝热或半绝热温升计算），从中优选处拌合物性能和力学性能满足规定要求、抗裂性能优越的试验配合比作为初步选定的配合比，最后对配合比混凝土进行耐久性检验。

当检验结果满足规定要求时，对应的试验配合比才能作为施工配合比。

由于混凝土的耐久性指标检验周期长（56 天时再进行试验），施工时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，并遵循如下原则：①选用低水化热和低碱含量的水泥，尽可能的避免使用早强水泥和高C3A 含量的水泥；②重视粗骨料级配及粒形，选用坚固耐久的球形，粒粒形，吸水率低，空隙率小的洁净骨料；③矿物掺合料作为一般情况下的必须组成部分，应适量掺用优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺合料或复合矿物掺合料；④将适量引气作为常规手段，采用具有高效减水、适量引气、能细化混凝土孔结构、与水泥有良好的适应性、能明显改善或提高混凝土耐久性的专用复合外加剂；⑤尽量降低拌合用水量；⑥限制单方混凝土中胶凝材料最低和最高用量，将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控制在适宜的范围内；⑦尽可能的降低胶凝材料中的硅酸盐水泥用量；⑧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合料掺料，应根据设计和施工对混凝土龄期强度、弹性模量、工作性和耐久性的要求以及施工环境条件特点（环境气温、混凝土拌合物温度、结构尺寸等），参照表 1 混凝土配合比参数限值；表 2 矿物掺合料推荐掺量表，通过试验选定。

混凝土配合比参数限值单位3注：①本表针对采用普通硅酸盐水泥的混凝土而言，对于采用硅酸盐水泥的混凝土最小水泥用量取表中数值减少10% （按重量计）。

②表中最低胶凝材料用量是针对粗骨料最大粒径为20mm的混凝土而言,当粗骨料最大粒径较小或较大时，需石洞增减胶凝材料的用量。

表2 矿物掺合料推荐掺量%注：①本表针对使用普通硅酸盐水泥的混凝土而言；当使用硅酸盐水泥时，表中掺量可提高10% （按重量计）；②C30-C45混凝土优先选用粉煤灰或粉煤灰+磨细砂粉作矿物掺合料，C50 混凝土优先选用磨细矿矿渣粉或粉煤灰+磨细矿粉作矿物掺合料；③当将粉煤灰和磨细矿粉复合使用时，建议粉煤灰和磨细矿粉按1:1的比例复合使用。

经试验证明采用其他复合比例亦能满足要求时，允许采用其他复合比例；④专用复合外加剂的掺量应符合生产厂家的使用说明，并经试验验证后确疋；⑤对于可能遭受强腐蚀的混凝土结构，混凝土配合比应根据专门的规范进行设计和论证。

三、高性能混凝土用水量的取值原则1•保证高性能混凝土工作性需要混凝土的工作特性是流动性。

主要取决于混凝土单位用水量。

我国现行混凝土设计规范中混凝土用水量的取值是根据混凝土坍落度和石子最大粒径确定的。

设计高性能混凝土配合比时，用水量仍以满足其工作为条件，按规范所列经验数据选用，根据实际情况以适当调整。

2. 根据混凝土强度等级设定最大用水量高性能混凝土的早期开裂问题已引起国际混凝土界的关注。

由于高性能混凝土水胶比低，混凝土水化引起的早期自行收缩有时达到混凝土总收缩的50% ，因而对于早期（甚至在初凝后）养护不当的高性能混凝土，常出现早期开裂。

解决问题的主要途径是：采取多种手段，加强早期湿养护；降低胶凝材料用量，减小混凝土总收缩值。

对于后者，最有效的办法是降低单位用水量，常通过掺用高效减水剂来实现。

在这方面，美国学者设定高性能混凝土中水泥浆与集料的体积比为35:65 ，对不同强度等级的混凝土设定用水量。

日本学者则设定：C50-C60混凝土的单位用水量为165-175kg/m 3; C75混凝土的单位用水量为150kg/m 3;对C75以上混凝土，强度每增加15mpa , 每立方米混凝土用水量减少10kg。

3. 实现低用水量的技术途径①掺用高效减水剂。

高效减水剂时高性能混凝土必不可少的组成材料，其有效组分的适宜掺量为胶凝材料的1%以下，并应控制引气量。

合适的高效减水剂有：1）磺化三聚氰胺甲醛树脂高效减水剂（该品种减水剂减水分散能力强，引起量低，早强和增强效果明显，产品性能随合成工艺的不同而有所不同）;2）高浓型高聚合度萘系高效减水剂（低聚合度的萘系减水剂，引气量大，不宜用于高性能混凝土） ;3）改性木质素磺酸盐高效减水剂;4）复合高效减水剂，包括缓凝高效减水剂。

为使混凝土用水量达到140-170kg/m3 ，外加剂减水率不得小于25%-30% 。

减水剂用量可按表3建议掺量选用表3 高效减水剂建议掺量必须注意，某些品牌的萘系减水剂，引气起、泌水偏大，减水率满足高性能混凝土要求，但水泥用量大，混凝土性能差。

SM系减水剂，因合成条件不同，对混凝土坍落度经时变化的影响也不同，选用时应予重视。

②掺用活性磨细材料。

活性磨细材料又称矿物外加剂，用于高性能混凝土具有显著的优越性。

和高效减水剂共同使用，既可减少混凝土用水量（矿物外加剂具有一定的减水分散作用），又可节省水泥，降低混凝土成本，提高混凝土性能。

③严格选材。

与普通混凝土相比，高性能混凝土的石子最大粒径通常小于25mm （C50混凝土石子最大粒径可放宽到31.5mm）；砂的细度模数宜为2.6-3.0 ;磨细矿渣细度应在450没m2/kg以上，或选用I、H级粉煤灰，在实际应用中应将重点放在砂石原材料的选用上，因为往往施工时不能保证石子具有连续级配，砂的细度模数有时达不到 2.6. 对于前者，可用两种或两种以上石子配合使用来加以解决，而对于后者，应尽量满足要求，以使砂石最小混合孔隙率在20%-22% 之间。