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高性能混凝土的配制及其施工技术研究

2025-03-07 56 上传者：管理员

摘要：高性能混凝土作为一种具有优异物理力学性能和耐久性的先进建筑材料，逐渐成为现代建筑与基础设施工程中的关键材料。本文研究了高性能混凝土的配制与施工技术，通过优化水泥、骨料及矿物掺和料的配比，采用合适的施工工艺与质量控制措施，显著提升了混凝土的抗压强度、耐久性和工作性。同时，优化施工工艺有效避免了常见施工问题，确保了混凝土的施工质量。

关键词：
建筑材料
施工工艺
施工技术
胶结材料
高性能混凝土
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1、高性能混凝土的配制技术

1.1材料选择与配比设计

水泥作为混凝土的主要胶结材料,其质量和种类直接影响混凝土的强度､耐久性及施工性能｡高性能混凝土要求水泥具备高强度特性,以确保混凝土的早期强度和长期强度,通常使用高早强水泥或普通硅酸盐水泥,能够有效提升混凝土的强度水平｡为了避免混凝土在施工过程中产生过高的温升,造成温度裂缝问题,可以选用低热水泥,特别是在大体积混凝土或深基础施工时[1]｡在要求混凝土具备良好耐久性的情况下,可以选择高抗渗水泥,它能够有效改善混凝土的抗渗透性和抗冻性｡骨料是混凝土中的主要组成部分,其质量､粒径､形状等特性会直接影响混凝土的工作性､强度､密实性和耐久性｡天然骨料通常需要具备良好的颗粒形状､均匀的粒径分布､较低的含泥量和湿度,通过控制骨料的颗粒级配和洁净度,可以提高混凝土的密实性,避免因骨料杂质对强度和耐久性产生不利影响｡矿物掺合料是高性能混凝土中常用的材料,广泛用于降低水泥用量､改善混凝土性能和增强耐久性｡粉煤灰具有较好的活性,能够提高混凝土的抗渗性和耐久性,掺加粉煤灰可以改善混凝土的工作性,降低水泥用量,同时其缓慢水化反应可提高混凝土的长期强度｡矿渣是一种新型的材料,其活性高,可取代部分水泥,提高其耐腐蚀､耐热性能,还可改善其耐硫酸盐腐蚀性能｡硅灰作为活性极高的微细掺合料,其对混凝土的强度､耐久性和抗渗性均有明显的改善作用｡硅灰能填补混凝土中毛细孔隙率,降低其毛细孔隙,提高其密实度和耐久性能｡

水胶比是混凝土配制中的一个重要参数,是混凝土中水与水泥及矿物掺合料总量的比值｡水胶比越低,水泥的水化程度越高,混凝土的强度通常越高,低水胶比有助于提高水泥颗粒的结合力,增强混凝土的整体结构｡如果水胶比过高,混凝土中的水分过多,会导致水泥颗粒之间的结合不紧密,造成孔隙率增大,影响混凝土的强度和耐久性[2]｡低的水胶比有利于提高混凝土的密实性,减小毛细孔,从而降低有害物质的渗入,提高混凝土的耐久性能｡高水胶比使混凝土的孔隙率增加,使水､盐和其他有害物渗入,从而使混凝土的耐久性能下降｡

1.2配制过程中的关键技术

1.2.1混合工艺的优化混合过程的合理与否,将对混凝土的均匀性､密实性和最终的使用效果产生重要的影响｡分批混合法是指将各组分按一定比例添加到拌和机中,以达到最佳的搅拌效果｡在制备高性能混凝土时,特别是在外加剂用量大､品种多的情况下,采用分段拌和法可以保证各成分的分散,防止掺和料与水泥发生团聚,确保混凝土的均一性与稳定性｡

湿法和干法是两种常用的混合技术,湿法混合是将所有原料包括水和水泥在搅拌过程中以液体状态进行混合｡湿法混合一般用于水泥浆的生产及普通混凝土配制,适合生产较高流动性和较低水胶比的混凝土,该方法能确保混凝土的高密实性和强度｡湿法混合过程中,由于水分的引入,搅拌过程中的化学反应较为均匀,可以避免粉料聚结,提高混凝土的工作性[3]｡干法混合则是在没有水的情况下,直接将所有的固体原料混合｡干法混合技术适用于一些对特定强度和耐久性能有特别需求的特种高性能混凝土｡干法混合可以保证各成分之间的相互独立,并可防止硅灰和矿渣等材料的过早反应｡混合时间对混凝土的各项指标有很大的作用,混合时间太长或太短,都会引起混凝土的均匀性｡

1.2.2添加剂与外加剂的作用及合理使用

添加剂和外加剂是提高混凝土性能的重要手段,它们能够有效改善混凝土的工作性､强度､耐久性以及其他特殊性能｡减水剂通过降低水胶比来提高混凝土的强度和耐久性,同时也能改善混凝土的工作性｡减水剂的使用量通常为水泥重量的0.2%~0.5%之间,根据所需的流动性和工作性来调整,在混合过程中,减水剂通常在加水前加入,以确保其均匀分布｡引气剂能够在混凝土中引入一定量的气泡,以提高混凝土的抗冻性､抗渗透性和耐久性,特别适用于低温环境下的混凝土施工｡引气剂的使用量通常为水泥质量的0.05%~0.1%,具体使用量要根据需要的气泡量来确定,引气剂的使用应与其他外加剂相匹配,以确保气泡的稳定性和均匀性｡膨胀剂能够在水泥水化过程中产生膨胀,主要用于抵消混凝土收缩,减少裂缝的发生,改善混凝土的密实性和耐久性｡膨胀剂通常按水泥重量的1%~2%进行添加,确保其膨胀效果和防裂作用,膨胀剂应避免添加过量,否则会导致混凝土强度的降低｡速凝剂是一种能够加快水泥水化反应的外加剂,适用于低温环境下施工或需要快速成型的混凝土工程｡速凝剂的使用量通常为水泥重量的0.1%~0.3%,根据施工环境和工程要求来调整｡在使用速凝剂时,并且应控制水胶比,以避免混凝土强度的损失[4]｡

1.3高性能混凝土的配比设计与优化

高性能混凝土配合比的设计,除了依靠经验外,还应结合数值模拟与试验,对配合比进行优选,以保证其性能满足设计指标｡根据配比与各项指标的对应关系,采用数学公式或模拟计算方法,对其进行综合评估｡通过调节水胶比,可以获得最优的强度和耐久性能,而低的水胶比有助于提高混凝土的强度,应从多方面进行考虑｡在此基础上,可以采用回归分析､人工神经网络等方法,建立强度预测模型｡以试验结果为基础,综合考虑材料成分､外界环境等因素,建立多因素组成作用下,多因素作用下的耐久性能｡采用多目标优化算法,从强度､耐久性和工作性等多方面寻找最佳配合比｡该方法可以有效解决多个参数及目标间的相互影响,使设计者在满足实际应用要求的前提下,达到效益和成本的最佳平衡｡

虽然计算模型能够提供初步的设计指导,但最终的配比设计仍需通过实验验证来确认其有效性｡通过试配多组不同配比的混凝土,进行试验检测如抗压强度､抗拉强度､抗渗性能等,从中选择最佳的配比方案｡对试配混凝土进行坍落度测试､粘聚性测试和泌水测试,评估混凝土的流动性､稳定性和可加工性｡进行长时间的浸水､冻融､酸碱腐蚀等耐久性测试,验证混凝土在恶劣环境中的表现｡通过对实际工程中使用的高性能混凝土进行长期性能监测,如裂缝､变形､渗漏等,对配比设计进行反馈和优化｡通过实验验证,可以进一步校准计算模型,确保高性能混凝土在实际工程中的表现达到预期要求｡

2、高性能混凝土的施工技术

2.1高性能混凝土浇筑技术

高性能混凝土的工作性较好,流动性较强,但为避免出现离析或泌水现象,在浇筑过程中应采取适当的分层浇筑方式｡浇筑时每一层的厚度不宜过大,通常在30~50cm之间,过厚的浇筑层会导致混凝土在沉降过程中产生离析或气泡,影响最终的密实度和强度｡高性能混凝土应尽量避免中途停工,若必须中断施工,浇筑过程中应确保上下层之间有良好的结合,并进行表面粗糙处理以增加层间粘结强度｡高性能混凝土的流动性较强,但需要在施工中控制其流动性,防止过度流动导致离析或不均匀分布[5]｡在浇筑过程中,可适量使用超塑化剂等外加剂以提高混凝土的工作性,确保其在浇筑过程中能够均匀分布,避免离析现象｡高性能混凝土的浇筑温度应控制在适宜的范围内,避免过高或过低的温度影响混凝土的水化反应｡特别是在夏季和冬季施工时,浇筑温度尤为重要,采用适当的降温措施,如预冷水泥､使用冰水混合或冷却设备等,避免混凝土因高温而快速水化,导致混凝土裂缝｡冬季施工时,应使用温水搅拌､加热设备或防冻剂等措施,避免低温对混凝土水化反应的抑制,确保混凝土的强度增长和稳定性｡

2.2高性能混凝土的振捣与固化控制

振捣对于提高混凝土的密实度及均匀性至关重要,特别是对于高性能混凝土而言,振捣工艺更为苛刻｡振捣必须以混凝土整体的体积均匀密实为目标,避免产生空隙､气泡或离析｡目前最常见的振捣设备有内振动器和外振动器两种,在高性能混凝土中,深度比较大的建筑物多采用内振动器,而外振动器主要应用在表层｡要依据混凝土的浇筑深度､结构形式和实际情况,选用合适的振捣机械｡振捣的时间太短,会使混凝土不够密实,而振捣的时间太久,则会造成混凝土离析泌水｡所以,振捣要掌握好一定的时机,一般以每次浇筑15~20min为宜,以保证混凝土的密实和无气泡｡振捣要做到均匀,避免局部振捣过度或不足,振捣器要在混凝土内部来回移动,保证所有的气泡都能被排出,并使骨料和浆体完全融合｡

固化是混凝土硬化过程中极为重要的一环,良好的固化控制可以保持混凝土内部水分,促进水泥的水化反应,从而提升混凝土的整体性能｡高性能混凝土在浇筑后需要进行适当的固化,一般来说,固化时间不应少于7天,以保证水泥水化反应的充分进行｡特别是在强度要求较高的混凝土中,应延长固化时间以确保其强度的逐渐增长｡保持适宜的湿度可以避免混凝土表面干裂,而控制温度可促进水化反应,避免混凝土早期强度不足｡在高温环境下,建议使用覆盖物如保湿布､塑料薄膜等进行覆盖,保持表面湿润｡

2.3施工过程中的质量控制与监测

在高性能混凝土施工前,应对材料温度进行检测｡水泥､骨料､外加剂等的温度直接影响混凝土的浇筑温度,特别是夏季高温施工时,应采取降温措施,以避免过高的浇筑温度导致不均匀的水化反应｡浇筑后的混凝土温度应严格监控,特别是在大体积施工中,混凝土内部的温度上升较快,为此可以通过设置温度传感器进行实时监测,确保内部温度不超过设计温差[6]｡在高温环境下,使用冷却水､冰水､预冷骨料等手段降低混凝土浇筑温度,在冬季施工中,应加热材料或使用电加热器进行温度控制,防止低温环境中混凝土水化反应的抑制｡避免大体积混凝土一次性浇筑过多,应分层浇筑,控制每层的浇筑厚度,减少热量积聚,降低裂缝发生的风险｡采用低热水泥可以减少水泥水化反应时的放热量,降低内部温度梯度,此外,添加适量的矿物掺合料也有助于减缓水化反应,降低裂缝风险｡

高性能混凝土的强度和耐久性是衡量其质量的重要指标,为了确保混凝土的设计性能,施工过程中应对混凝土的强度与耐久性进行定期检测和监测｡抗压强度是混凝土最常用的性能指标,运用标准试块(如150×150×150mm立方体)进行抗压测试,通常在浇筑后的28天进行｡高性能混凝土施工过程中,应定期取样,确保其强度符合设计要求｡高性能混凝土的早期强度增长较快,早期强度的测试有助于施工进度的控制｡可以通过抗压强度､抗折强度等方法进行早期强度的检测,确保混凝土在施工阶段能够满足荷载要求｡为了减少对结构的破坏,可以采用非破坏性测试方法,如超声波检测､回弹法等,评估混凝土内部的强度与密实性｡耐久性是高性能混凝土的重要特性,特别是在恶劣环境下使用的混凝土｡针对低温环境下的高性能混凝土,对其抗冻性要求较高,通常采用冻融循环试验来检测其抗冻性｡水库和地下结构等工程,结构抗渗性是决定其耐久性的重要因素,目前主要采用渗透测试,即在规定的压力下对其进行渗透试验,以了解其渗透特性｡硫酸盐侵蚀是影响钢筋混凝土耐久性能的一个关键因素,通过将混凝土试件暴露于硫酸盐溶液中进行浸泡,评估其抗硫酸盐侵蚀性｡

3、结论

综上所述,高性能混凝土的性能在很大程度上依赖于合理的配比设计与材料选择｡水泥､骨料和矿物掺合料的比例和质量对混凝土的最终性能至关重要,特别是掺和料的使用,可以有效提升混凝土的抗渗性､抗冻性和抗硫酸盐侵蚀性｡高性能混凝土的施工工艺要求较高,特别是在浇筑､振捣和养护过程中,需要严格控制施工环境和方法,以避免出现浇筑不均匀､脱水以及裂缝等问题｡通过合理选择施工方法､加强质量监测和优化施工流程,可以确保混凝土的施工质量与性能｡

参考文献:

[1]魏希胜.高性能混凝土的配制与施工技术探究[J].建材发展导向,2024(22):96-98.

[2]柴雪武.C60高强混凝土的配制及工程应用[J].混凝土世界,2022(11):48-53.

[3]潘本金,王蒙蒙.高性能混凝土配合比优化设计及施工[J].山西建筑,2021(22):81-83.

[4]李龙.高性能混凝土配合比设计及施工技术研究[J].工程技术研究,2021(9):123-124.

[5]丁勇.高性能混凝土配合比设计与施工技术浅析[J].四川水泥,2020(3):28,53.

[6]冀有明.浅谈高性能C50混凝土的配制及应用[J].价值工程,2020(4):171-172.

文章来源:孙振峰,孙建强.高性能混凝土的配制及其施工技术研究[J].居舍,2025,(07):27-29.