高性能混凝土技术（应用推广）河北省高速公路石安改扩建筹建处马洪忠2013年12月沧州高性能混凝土技术应用推广一高性能混凝土简介1 定义对于高性能混凝土的定义，不同国家、不同学者由于各自认识、实践、应用范围和目的要求存在差异，对高性能混凝土有着不同的定义和解释。

我国著名混凝土专家、中国工程院院士吴中伟教授在其与廉慧珍教授合著的《高性能混凝土》中总结了国外学者的观点，结合中国实际情况，提出以下定义：高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是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的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标。

针对不同用途要求，对下列性能有重点地予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。

为此，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物掺和料和高效外加剂。

这一定义目前已被我国工程界广泛接受。

2 高性能混凝土的优点与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下优点：（1）具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。

（2）具有良好的工作性，混凝土拌和物具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。

（3）使用寿命要长，对于一些特殊工程的特殊部位，控制结构设计的并不是混凝土的强度，而是其耐久性。

能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。

（4）具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。

因此可以说，高性能混凝土可以为社会各个方面、各个层次的人员带来无穷的好处：◆对业主或用户——因耐久性好，工程安全使用期延长，可减少维修费，保证安全，这实际上是最大的经济效益。

◆对社会——降低能耗、料耗，利用工业废渣、减少噪声污染，对环境有利，并消除不安全感。

◆对施工者——提高机械化作业程度，促进工程施工进度。

◆对设计者——减小断面，减轻结构自身重量，增加使用空间，取得明显的节约效果。

便于建筑艺术与灵活性的发挥。

概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构使用年限，降低工程造价。

3 高性能混凝土与普通混凝土的区别和联系高性能混凝土是在普通混凝土技术的基础上发展起来的一种新技术混凝土，无论从原材料组成、结构、生产制造工艺到性能要求，两者之间既存在区别，也存在联系，见下表。

高性能混凝土与普通混凝土的区别与联系二高性能混凝土的配制高性能混凝土以耐久性为主要设计指标，配合比设计不仅要考虑强度等级的要求，还要考虑耐久性能的要求，这是高性能混凝土与普通混凝土配合比设计的根本区别。

高性能混凝土的配制应根据结构设计基准期、环境条件和施工工艺等，通过试配、调整、试件检测和试浇筑后确定，并应充分考虑原材料、施工工艺、环境条件可能出现的变化，选定备用配合比。

配合比设计应按以下流程图进行：1 一般要求1.1 混凝土的原材料和配合比参数应根据混凝土结构的设计基准期、所处环境条件和作用等级确定。

1.2 混凝土中应适量掺加能够改善混凝土性能的粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等矿物掺和料。

1.3 混凝土中应适量掺加能够提高混凝土性能的高效减水剂，尽量减少用水量和胶凝材料用量；含气量要求大于或等于4.0%的混凝土应同时掺加高效减水剂（或聚羧酸系高性能减水剂）和引气剂。

1.4 混凝土配合比应按最小浆骨体积比原则设计。

1.5 混凝土中的总碱含量应符合设计要求。

当设计无要求时，混凝土总中的总碱含量一般不应超过3.0kg/m3。

混凝土的碱含量是指混凝土中各种原材料的碱含量之和。

其中，矿物掺和料的碱含量以其所含可溶性碱量计算。

粉煤灰的可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/6，磨细矿渣粉的可溶性碱量取磨细矿渣粉总碱量的1/2，硅灰的可溶性碱量取硅灰总碱量的1/2。

1.6 混凝土的最大氯离子含量应满足下表的要求。

1.7 混凝土的三氧化硫含量不应超过胶凝材料总量的4.0%。

2 参数要求2.1 不同强度等级混凝土的最大胶凝材料用量、最小胶凝材料用量和最大水胶比应满足下表的要求。

2.2 不同环境作用下，矿物掺和料的掺量宜满足下表要求。

2.3 混凝土的砂率应根据骨料的最大粒径和混凝土的水胶比确定，一般情况下宜满足下表要求。

2.6 混凝土的浆体体积应满足下表要求。

3 配合比设计3.1 首先根据混凝土工作性、设计强度和耐久性指标要求，结合工程上所选水泥的性能、外加剂的性能，初步确定胶凝材料总用量、矿物掺和料的种类及掺量、外加剂的掺量、水胶比和砂率，并计算出单位体积混凝土的水泥用量、矿物掺和料用量、用水量以及外加剂的用量。

3.2 采用体积法按公式（1）、公式（2）和公式（3）计算砂、石用量，确定基准配合比。

1212,1p p w c a s gw c p p a m m m m m V αρρρρρ⎡⎤=-+++++⎢⎥⎢⎥⎣⎦ (1),s s g m s m V S ρ=……………………（2） ,(1)g s g m g m V S ρ=- (3),s g V ——每立方米混凝土中砂、石的绝对体积，m 3；w m ——每立方米混凝土用水量，kg ；c m ——每立方米混凝土水泥用量，kg ；1p m ——每立方米混凝土掺和料1用量，kg ； 2p m ——每立方米混凝土掺和料2用量，kg ；a m ——每立方米混凝土外加剂用量，kg ； s m ——每立方米混凝土砂子用量，kg ；g m ——每立方米混凝土石子用量，kg ；α——混凝土含气量，m 3；m S ——体积砂率；w ρ——水的密度，kg/m 3； c ρ——水泥的密度，kg/m 3；1p ρ——掺和料1的密度，kg/m 3；2p ρ——掺和料2的密度，kg/m 3；a ρ——外加剂的密度，kg/m 3；s ρ——砂子饱和面干的密度，kg/m 3；g ρ——石子饱和面干的密度，kg/m 3。

3.3 核算单方混凝土的碱含量、氯离子含量和三氧化硫含量是否符规定，核算浆体比是否符规定。

否则，应重新选择原材料或调整基准配合比，直至满足要求为止。

3.4 按上述确定的配合比拌和混凝土，测试混凝土的坍落度、含气量、泌水率和凝结时间等。

若试验值与要求值存在差别，可适当调整砂率和外加剂用量，直至调配出拌合物性能、碱含量、氯离子含量和三氧化硫含量满足设计要求的混凝土。

试拌时，每盘混凝土的最小搅拌量应在20 L 以上，且不少于搅拌机容量的1/3。

混凝土配合比设计拌和物性能检验项目和有害物计算项目3.5 将上述确定的混凝土配合比的胶凝材料用量、矿物掺和料掺量、砂率和水胶比略作调整，重新按上述步骤计算并调整出3个满足设计要求的混凝土配合比。

按规定的项目对这些混凝土的力学性能、耐久性能和长期性能进行检验。

3.6 按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则，从上述试验结果满足要求的配合比中选择合适的配合比作为试验室理论配合比。

3.7 采用工程实际使用的原材料和搅拌方式搅拌混凝土，测定混凝土的表观密度。

根据实测混凝土拌和物的表观密度，求出校正系数，以便对试验室理论配合比进行校正（即以理论配合比中每项材料用量乘以校正系数），即得到混凝土的理论配合比。

校正系数按公式（4）计算：校正系数= 实测拌和物表观密度/试验室理论配合比拌和物表观密度 (4)三、高性能混凝土原材料的要求3.1 水泥应选用品质稳定、强度等级为42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

技术要求和检验方法应满足下表要求。

3.2 矿物掺和料应选用品质稳定的粉煤灰或矿渣粉。

粉煤灰或矿渣粉可单掺使用，也可复掺使用。

粉煤灰和矿渣粉复掺使用时，应对粉煤灰和矿渣粉进行分别采购、检验、存放和计量。

当使用其它新型掺和料时，应对混凝土的性能进行专题试验研究并经审定通过后方可使用。

粉煤灰的技术要求和检验方法应满足下表要求。

矿渣粉的技术要求和检验方法应满足下表要求。

3.3 细骨料应选用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂，也可选用采用专门机组生产的人工砂，不得使用海砂。

技术要求和检验方法应满足下表要求。

（1）配制混凝土时宜优先选用细度模数为3.0~2.3的中砂。

当采用细度模数为3.7~3.1的粗砂时，应提高砂率，并保持足够的胶凝材料用量，以满足混凝土的和易性要求；当采用细度模数为2.2~1.6的细砂时，宜适当降低砂率。

（2）如发现砂中含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认其能满足混凝土的耐久性要求时方能采用。

（3）砂中粒径大于5mm的颗粒含量不宜大于5%，否则在混凝土试配时应扣除超出限量的石子部分，并计入粗骨料。

（4）砂的级配不满足要求时，应进行加工复配处理，否则不得使用。

3.4 粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石。

技术要求和检验方法应满足下表要求。

（1）粗骨料应选用二级或多级级配，各级配碎石的比例关系应根据混合后级配连续和紧密孔隙率最小的原则确定。

（2）粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2/3，且不得超过钢筋最小间距的3/4。

配制强度等级C50及以上预应力混凝土时，粗骨料最大公称粒径不应大于25mm。

（3）各级配碎石应混合成连续粒级后进行各项性能指标的检测。

3.5混凝土外加剂应选用质量稳定、且与选用水泥及矿物掺和料之间具有良好相容性的产品。

技术要求和检验方法应满足下表的要求。

3.6混凝土拌和用水可采用饮用水，当采用地表水或自备深井水时，水质应经检验合格后方可使用。

技术要求和检验方法应满足下表的要求。

3.7混凝土膨胀剂应选用符合要求且对混凝土工作性影响较小的产品，不得使用高碱膨胀剂（总碱量超过膨胀剂质量0.75%）或以铝粉未膨胀源的膨胀剂，膨胀剂在混凝土中的实际掺量应根据混凝土限制膨胀率的要求经试验后确定。

技术要求和检验方法应满足下表的要求。

四高性能混凝土耐久性要求及检测技术4.1耐久性要求高性能混凝土的耐久性要求根据结构所处的环境条件和作用等级确定。

一般情况，桥涵下部结构所处的环境为碳化环境、化学侵蚀环境或冻融破坏环境，上部结构所处的环境为碳化环境。

不同环境作用下的耐久性要求应满足下表的规定。

4.2 检测技术1 拌和物性能的检测坍落度、含气量、泌水率和凝结时间试验按GB/T 50080-2002检验，匀质性试验按GB/T 9142-2000检验。

2 力学性能的检测抗压强度、弹性模量试验按GB/T 50081-2002检验。

其中，施工控制试件应进行同条件养护；抽检试件应在现场同条件养护脱模后再转入标准条件养护至规定龄期时进行试验；标准试件成型后应在标准养护条件下养护至规定龄期时进行试验。