高性能混凝土结构的分析与施工控制

段悟宇

(山西潞安工程有限公司，山西长治 046000)

1 概述

近年我国经济技术高速发展，综合国力显著提高，随着国家基础建设步伐的加快，施工的投资也越来越大，混凝土作为施工建设最主要的基础材料之一，其性能品质成为关键，以耐久性为特点的高性能混凝土就是在这种高标准、高要求的前提下应运而生的。一般认为高性能混凝土必须具备高强度，但具有高强度不一定具有高性能，关键看是否含有矿物质超细粉(硅粉、矿渣、偏高岭土等)，超细粉对改善、提高混凝土的性能起着重要的作用。

要求梁体混凝土必须满足外观整洁干净，无蜂窝、麻面，无明显色差，主要加强施工现场控制，避免出现施工冷缝，成型后的混凝土28 d实测强度应在65 MPa左右，混凝土各项指标(抗冻性，抗渗性，抗氯离子渗透及原材料碱活性等等)均要满足耐久性要求。

2 高性能混凝土结构与施工

2．1 高性能混凝土结构及特点

目前我国所有的高强度、高性能混凝土强度等级为C60，当前我国在混凝土结构设计方面所有的高强度、高性能混凝土一般也没有超出这个范围，高强度混凝土结构设计与施工指南中提出了C80高强混凝土的设计和应用，但结构方面的使用数据不够多。截面计算所需的弹性模量比值，最小配筋率还应进一步补充试验数据。高性能混凝土结构材料的力学性能主要包括三个方面:混凝土、钢筋及两者结合在一起的粘结强度。

高性能混凝土是指采用普通原材料、常规施工工艺，通过掺加一定的外加剂和矿物掺合料配置成具有高工作性，高强度，高耐久性的综合性能优良的混凝土。具体是指:

1)混凝土拌合物呈高塑或流态、适于泵送、不离析不泌水、便于浇筑密实;

2)在凝结硬化过程中和硬化后的体积稳定，水化热低，不产生微细裂缝，徐变小;

3)有很高的抗渗性。其中高工作性是高性能混凝土必须具备的首要条件，即高流动性、高抗分离性、高间隙通过性、高填充性、高密实性、高稳定性，同时具备低成本的技术经济合理性;

4)能满足地域性差异造成主要原材料变化及气候等因素的影响，适合各种施工环境。

高性能混凝土具有非常丰富的技术内容，很多专业人士对其理解和认识也不尽相同，但基本上都认为高性能混凝土区别于普通混凝土的特点主要体现在对耐久性影响方面的考虑，从以往追求高强度转变到现在对耐久性方面的认可是高性能和普通混凝土的本质区别，主要为保证混凝土结构物满足设计年限提高建筑物的安全性。在配合比设计要保证拌合物易于浇筑和迷失成型，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，硬化后有足够的强度，内部孔隙结构合理且低渗透和高抗化学侵蚀。

2．2 高性能混凝土在施工中如何控制

混凝土现场控制主要从混凝土所需原材料，混凝土的搅拌及输送，现场坍落度控制，布料工艺及振捣，混凝土的养护这几个方面进行控制。

2．2．1 施工用混凝土所需原材料必须满足规范要求

1)细集料为中粗砂，细度模数2．6～3．0之间，属于Ⅱ区砂且级配合格，含泥量要小于2‰，杂质含量极少。

2)粗集料要求采用二级配掺配成5～20连续级配碎石，而且碎石进场后全部按照要求进行二次清洗，其碎石粒径10～20一档，最初粒径偏大，但级配合格。

3)水泥采用要求比表面积、凝结时间、体积安定性及抗折、抗压等其他指标相对稳定。比表面积在310 m2/kg～340 m2/kg范围，初凝时间在150 min～180 min范围，安定性合格，28 d(抗折7．5 MPa～8．5 MPa，抗压 50 MPa 左右)。其各项指标均满足GB 175-2007。

4)活性矿物掺合料矿渣和粉煤灰的细度、烧失量比较稳定。粉煤灰属于哈热电厂生产F类粉煤灰，其烧失量在2．5%～2．8%之间，需水量比在90%～97%之间，矿粉为S95，比表面积在400 m2/kg～450 m2/kg之间，烧失量在0．4%～1．0%之间。粉煤灰和矿粉其各项指标均能满足GB/T 1596-2005。

5)外加剂属于聚羧酸类多功能高效减水剂。性能也相对稳定，要求必须使用HT-HPC高性能减水剂。

2．2．2 混凝土的搅拌及运输根据实际情况要满足

对混凝土进行搅拌，额定搅拌容量不超过为2 m3/盘，试验室根据高性能混凝土的各项要求设定搅拌总时间不少于120 s，分冬季和夏季两种投料方式进行搅拌。

冬季对所需原材料分别加热，特别是砂、石按量堆放在小仓库里采用地热形式进行加热，仓库进行全封闭保温，水用锅炉加热温度基本上控制在40℃～55℃之间，粉煤灰、矿粉和水泥罐加盖外衣进行保温，根据计算热量损失情况，搅拌出来的混凝土出机温度应保证在10℃以上。搅拌投料顺序为:先加骨料和热水搅拌30 s后再加入水泥和矿粉、粉煤灰搅拌30 s，搅拌均匀后最后投入外加剂至少搅拌90 s，充分搅拌均匀后再卸料。

夏季施工不需要对混凝土所需原材料加热，投料顺序是:先向搅拌机投入细骨料、水泥和矿粉、粉煤灰充分搅拌后再加入水将其搅拌成砂浆，接着投入粗骨料搅拌均匀后再加入外加剂并搅拌均匀，搅拌总时间不能少于120 s。

采用罐式混凝土输送车运输混凝土，运输时搅拌罐匀速转动保证混凝土的施工和易性良好，冬季施工时为满足混凝土入模温度5℃～30℃的要求也对搅拌罐进行保温(对搅拌罐外面进行包裹)，并取得了良好的效果。

实践证明，根据实际情况，通过不同的搅拌方式，投料顺序及对搅拌时间的控制和合理的混凝土输送对现场预制梁的施工起到了很好的帮助，有效的保证了混凝土各种出机性能指标。

2．2．3 在实际施工中的难点和重点

高性能混凝土自身流动性大，坍落度损失小，要求0．5 h坍落度损失为0，1 h坍落度损失控制在1 cm～3 cm之间，而影响其坍落度的因素众多，主要体现在:集料的级配、含水量是否稳定，胶凝材料和外加剂的相容性，以及胶凝材料矿物含量的波动，外加剂有效成分的含量，环境温度的变化等等。若工厂化作业，原材料相对比较稳定。由于地处我国东北，昼夜温差大，自然环境对坍落度的影响显得更为明显，钢模板在阳光直接照射下容易吸热，吸热后模板面层温度较高，而在较高温度时混凝土的坍落度损失较大，就要求现场浇筑速度快，充分振捣，同时控制混凝土搅拌站的输出量尽量避免混凝土到现场等待，防止混凝土因为坍落度损失过快出现施工冷缝，晚上气温相对低时坍落度损失较小，特别是凌晨2:00～5:00时混凝土几乎没损失，一般认为坍落度损失小不是更利于混凝土的浇筑成型，由于结构设计，混凝土布料方式等的影响下若混凝土不能在一定时间内达到半塑性状态，就会使得大量混凝土翻入底模，如果翻浆过多会导致:1)施工人员怕翻浆在振捣上减少频率，出现漏振，降低混凝土的密实性，这样不但影响外观质量，也会降低混凝土强度;2)由于大量混凝土翻入底模需要把它全部清理出来，造成误工，浪费混凝土，增加施工成本;3)延长混凝土的成型时间，其混凝土成型时间不宜超过6 h且不宜超过混凝土的初凝时间;所以控制预制梁混凝土成型的关键就是控制其混凝土的施工坍落度。因此在气温相对低的情况下，我们采取适当调整砂率，尽量采用低用水量，以降低混凝土的流动性，预制梁混凝土坍落度要求的范围是180 cm±20 cm，在低温环境下我们控制实测入模混凝土的坍落度为180 cm～195 cm进行施工。

2．2．4 混凝土布料和振捣

高性能混凝土浇筑具有高工作性是:高流动性，易密性，易泵送和便于振捣成型。所以在布料上就一定要讲究合理，根据它的高流动性，我们主要是按照环境温度的高低采用不同方式进行布料，夏季高温时采用阶梯式递增布料，也就是根据梁体总长度，把梁分成几段，再根据高温下混凝土达到半塑性状态的时间进行分段分层布料。当第一段底层混凝土布好后再紧接着布第二层，第二层的厚度大概控制在30 cm，长度为第一层的3/4，就这样等第一段混凝土布到一定厚度时紧接着进行第二段的布料。整个布料时间及布料长度都是取决于混凝土入模后达到半塑性的时间而定，这样就能保证混凝土成型后不会出现由于凝结时间差而形成的施工冷缝和梁体表面色差。冬季施工时由于气温低，我们采用对整个梁体分层布料，由两个布料杆同时从两个腹板的一端向另一端布料，厚度控制在30 cm左右，等第一层完全布满后充分振捣后再进行第二层布料，对混凝土的内在质量和外观质量都有了很好的保证，第一层布完后施工人员立即进行振捣，两腹板各安排三名振捣人员按“快插慢拔”的方法进行振动30 s左右，振动的间距基本上在30 cm左右，振捣时若混凝土坍落度偏大应适当减少振动时间，但必须确保所有混凝土一定要振到位。若振动时间过长可能会导致混凝土离析使得成型后的混凝土表面产生砂线等外观缺陷，影响混凝土的强度。若混凝土坍落度偏小时应适当延长振捣时间，增加振捣频率，保证混凝土的均匀性及密实性，防止混凝土出现大的空洞和气泡不能完全排除，提高混凝土的内在质量，降低蜂窝、麻面等外观缺陷。

2．2．5 加强混凝土的养护

养护的目的就是保证混凝土的硬化以及水泥的水化达到一定程度，从而获得性能优良的混凝土，合适的养护能提高混凝土的强度、抗渗性、耐磨性、抗冻融性。如果混凝土养护不当，混凝土强度和耐久性将明显降低，混凝土拌合物是由骨料、胶凝材料及水组成的混合物，在凝结过程中各种组分之间存在一定的空隙，这些空隙被称为毛细孔。水泥混凝土在凝结硬化过程中除了和水泥水化的水之外还存在一部分为改善新拌混凝土的工作性的自由水。这些自由水在混凝土浇筑完后随着水化反应就会沿着毛细孔向外流。如果混凝土表面湿度太小，产生内外压力，混凝土里面的水就加速向外放，降低水泥的有效水化反应，混凝土就会出现塑性收缩裂缝，塑性收缩裂缝对混凝土的强度，耐久性以及混凝土的整个性能都是有害的。

为了提高混凝土的早期强度主要采用蒸汽养护，混凝土在采取蒸汽养护时分静停、升温、恒温、降温四个阶段。静停期间棚温控制在大于5℃，一般是灌注完4 h～6 h后方可进行升温，升温速度控制在6℃/h～8℃/h，恒温养护期间蒸汽温度基本上控制在35℃～45℃，混凝土芯部温度不宜超过60℃，个别最大不得超过65℃，降温速度也控制在6℃/h～8℃/h，恒温养护时间根据同条件养护试件的抗压强度试验来确定，大约是3 d，冬季环境温度低，恒温时间略微延长。蒸养结束后用土工布将混凝土表面完全包裹，环境温度在5℃以上且昼夜温差很小(在10℃以内)时采用自然洒水养护，自然养护龄期至少14 d，同时水温和梁表面温度不能超过15℃。若昼夜平均气温低于5℃或最低气温低于－3℃时采用喷涂养护剂的方式进行养护，同时保证了养护剂不能漏喷。

3 结语

要体现高性能混凝土的高性能不只是一个优质的配合比，更主要的是看施工企业是怎么去实际操作，从各个环节上做到科学、合理施工。

［1］ 冯乃谦．高性能混凝土结构［M］．北京:机械工业出版社，2004．