高性能耐久性混凝土

高性能耐久性混凝土

左永春李晓东陶洪英朱永伟李忠实

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中国建筑土木建设有限公司北京市100000

摘要：高性能耐久性混凝土就是指在采用普通原材料组成设计，通过掺加外加剂或者外掺料获得高要求施工性能的混凝土，并同时满足设计使用年限的耐久性能混凝土。

1高性能耐久性混凝土配合比设计

1.1高性能耐久性混凝土定义

铁路客运专线对高性能耐久性混凝土的定义为：具有高耐久性（抗氯离子渗透、抗渗性、抗冻融性、耐磨性、护筋性等）、高体积稳定性（抗裂、低收缩徐变）、高工作性（匀质性、和易性、流动性）、高强度（早强、增强）及低水泥用量、低水胶比。高速铁路客运专线要求混凝土路基沉降小，轨道平稳、混凝土变形小、抗裂性高，整体性好。高性能混凝土可以满足客运专线中这些特定的性能使用要求。由于混凝土耐久性的提高，减少桥梁的修补费用，延长桥梁的使用寿命，在铁路桥梁上应用高性能混凝土具有较高的经济效益。

1.2高性能耐久性混凝土特点

它的特点是：拌和物呈塑性或流动状态，可工作性好、易于浇筑成型密实、不离析。在浇筑体的凝结硬化过程和硬化后，它的体积稳定性好、水化热小、徐变小、混凝土孔隙率小、抗渗抗冻性好等特点。

1.3影响高性能耐久性混凝土的主要因素

影响高性能混凝土的耐久性因素很多，归纳起来主要有以下几类：

1）水胶比

水胶比大、用水量大引起毛细孔增多，从而导致有害物质侵蚀混凝土内部。使钢筋锈蚀，导致混凝土开裂剥落。如在氯盐和化学侵蚀环境下的侵蚀。二氧化碳气体引起的碳化。都会使混凝土的耐久性能降低。

2）使用了不合格原材料

使用了含碱量和C3A含量高的普通水泥及具有潜在碱活性的骨料所引起的碱集料反应破坏混凝土内部结构，导致混凝土膨胀开裂。另外使用细度过大的粉煤灰会导致粉煤灰的需水量过大，影响混凝土拌合物的和易性，混凝土的强度大大打折扣，质量将无法保证。

3）施工不规范

施工控制不严格，未严格安照施工工艺施工，养护措施不到位，新浇筑的混凝土得不到及时有效的养护，会引起混凝土早期收缩开裂，从而影响混凝土耐久性。

4）环境条件

在设计时未充分考虑环境条件对混凝土结构的影响。例如在我国的西北干旱地区，因降雨量少，风沙大、气候严寒、地表水氯离子含量高、地表盐类结晶多、氯盐和化学侵蚀严重。混凝土结构处长期在这样的环境中，如果没有采取耐久性措施，混凝土结构使用寿命就会大大缩短。

2提高混凝土耐久性的技术措施

根据混凝土耐久性的特点及影响混凝土耐久性的因素，在进行配合比设计时必须采取必要的措施来提高混凝土的耐久性，使之能满足复杂技术条件下混凝土的耐久性要求，满足混凝土主体结构的使用寿命。

2.1低水胶比

掺加改善混凝土拌和物性能的高效外加剂，能大幅度地减水，降低混凝土单方用水量，进而降低混凝土的水胶比，提高混凝土强度，另外，高效外加剂还能适量引气，在混凝土内部形成密闭不连续的微小气泡，提高混凝土抗冻性能。

2.2掺加适量的优质外掺料

掺加适量的优质外掺料可以形成火山灰效应，微集料效应、形态效应、稳定效应，进而降低混凝土水化热，提高混凝土的密实均匀性、提高混凝土的抗渗性能、提高混凝土的工作性能。

2.3选用优质原材料

原材料的选用直接影响耐久性混凝土内在质量，在选用粗、细集料时，应本着就地取材原则，进行筛选比较，选择优质的，能满足混凝土耐久性要求粗、细集料。

原材料选用时应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》、《客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件》、《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》、《铁路混凝土工程施工质量验收补充标准》要求。

（1）水泥

水泥宜优先选用低碱型硅酸盐和普通硅酸盐水泥。水泥当中主要矿物成份组成：C3S、C2SA、C3A、C4AF。如果水泥中C3A含量过高，会造成水泥的水化热增高，引起集中放热峰，导致凝土结构内外温差大，体积不稳定的开裂，而它的后期强度增长甚微，所以必须严格限制C3A的含量对限制水泥热量是有利的。水泥中的碱含量必须满足相关标准要求，对于铁路高性能耐久性混凝土，如碱含量超标，会同水、集料中活性碱发生碱硅酸反应，在混凝土内部膨胀开裂。同时水泥中的石膏掺量也要严格控制，石膏是作为调节水泥的凝结时间的组分掺入水泥中的，它能调节水泥的水化速度。水泥水化时，石膏能很快与C3A作用生成水化硫铝酸钙（钙矾石），它很难溶解于水，并在水泥表面形成保护膜，从而阻碍C3A的水化反应，控制了水泥的水化反应的速度，延缓了凝结时间。所以石膏是控制水泥凝结时间的一个重要矿物成份。另外，水泥的细度影响水泥的凝结硬化速度，强度，需水性，干缩性，水化热等一些列性能

（2）外掺料

在混凝土中加入矿物外掺料一般可以达到下列目的：减少水泥用量，改善混凝土的工作性能；降低水化热；增进后期强度；改善混凝土的内部结构，提高抗渗性和抗腐蚀能力；有效地抑制碱—集料反应等。在高速铁路的高性能混凝土中应用非常多。主要有：粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰这三种。它们对混凝土拌和物性能的影响都各有不同的特点，在应用时根据各自不同的性能特点分别对待。

（3）粗集料

粗集料在选用时要求二级配及以上多级配合成。最好采用二次破碎和反击破生产的碎石。粒形呈圆颗粒状最好。材质必须是吸水量小，经级配合成后紧密孔隙率不能大于40%。松散密度大于1500kg/m3。宜优选用非碱活性骨料。碱活性试验时膨胀率值应小于0.10%，当在0.10%～0.20%时。总碱含量不得超规定值。当在0.20%～0.30%时必须采用抑制措施证明其抑制有效。碎石级配对节约水泥和保证混凝土和易性有很大关系。最大粒径是其公称粒径的上限，该值愈大，则集料的总表面积愈小，混凝土用水量也愈小，水泥用量也愈小。

（4）细集料

宜优先选用中砂，细度模数控制在2.8左右。碱活性试验时膨胀率值应小于0.10%；当在0.10%～0.20%时，总碱含量不得超过规定值；当在0.20%～0.30%时必须采用抑制措施证明其抑制有效。配制高强高性能混凝土时最好要求砂子0.63mm筛的累计筛余在70%左右，0.315mm筛的累计筛余为85%-95%，0.15mm筛的累计筛余大于98%。

（5）减水剂

减水剂是配制耐久性混凝土的关键原材料，减水剂的质量直接关系着混凝土的使用功能，所以在选择减水剂时应从它的品质、匀质性及与水泥的相溶性等几方面考虑。其减水效果因水泥的矿物组成，粉磨细度等因素的变动而出现明显差异。同一减水剂对不同水泥的作用效果相差很大；同一水泥使用不同的减水剂，混凝土拌合物的流动度也有明显的差异。对于同一减水剂，饱和点因水泥而异；对同一水泥，也会因减水剂而异。饱和点的流动度与掺量受水胶比，水泥的细度，C3A含量，硫酸盐含量及其溶解速度，减水剂的质量，拌和机的类型及其参数（旋转速度，叶片的剪切作用）等多种因素的影响。（减水剂的饱和点在0.8%-1.2%胶材用量）。

（6）水

混凝土拌和用水可采用饮用水，当采用地下水，必须经检测合格后才能使用。

3耐久性混凝土在河南冬季的预制梁施工中的应用

新建郑州至徐州铁路客运专线工程采取冬季施工时，由于连续梁梁是最有代表性的工程结构部位，体积大、混凝土一次浇筑方量大、水化热高；梁体截面尺寸大、钢筋配筋密、不易振捣密实、胶凝材料用量高、水化热量高。针对这些特点，试验室在进行配比设计优化选定时，应以耐久性为主要目标，设计出适满足工程质量的各种工作性要求的梁体混凝土配合比。