高性能混凝土对原材料的要求

Abstract: The high performance concrete according to the concrete structure using objective, the construction requirements, structure performance requirement and environment condition and decide, this requires a deep understanding of concrete materials and the relationship between performances.

Key words: high performance concrete; raw materials; characteristics of

中图分类号：TU377 文献标识码：A 文章编号：

高性能混凝土组成材料中，除了与普通混凝土类似的组成材料—水泥、水、砂、石以外，高效减水剂和矿物质掺合料是不可或缺的组分。对于混凝土的高性能来说，要根据混凝土结构的使用目的、施工要求、结构物要求的性能和所处的环境条件而定，这就需要深刻理解混凝土的组成材料和性能之间的关系。由于高性能混凝土要求和配制的特点，原来对普通混凝土影响不明显的因素对于高性能混凝土就可能影响显著，因此高性能混凝土对所用原材料的要求与普通混凝土相比有所不同。

高性能混凝土原材料主要采用常规的原材料，因此不能对配制高性能混凝土用原材料提出太多的苛刻的要求，而应根据实际情况，对原材料提出关键性的技术要求，才具有实际意义。

一、水泥

一般地，对普通混凝土来说，只需考虑水泥的强度,而对于高性能混凝土来说水泥性能有其特殊要求。高性能混凝土水胶比很低，要满足施工工作性的要求，水泥用量就要大。但为了尽量降低混凝土的内部温升和减小收缩，又应当尽量降低水泥的用量，同时，为了使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性，对胶凝材料总量也要加以限制。因此，用于高性能混凝土的水泥的流变性能比强度更重要。

为了获得高性能混凝土，对水泥性能的要求，除了确保最低限度的流动性之外，还要求水泥在低的水灰比下，能促进水泥的水化反应，使水泥石的结构密实化。这是至关重要的。

高性能混凝土所用水泥最好是强度高且同时具有良好的流变性能，并与目前大量使用的高效减水剂有很好的相容性。高性能混凝土水胶比较低，其强度发展较快，水泥早强的要求并不重要。如果没有相应的措施，最好不用早强型的水泥，以免影响混凝土的流变性能和后期强度的发展。

一般来说，可以应用中等强度等级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混凝土强度等级大于60MPa时，宜用62.5号水泥。为了混凝土的高强化与高性能化，在国外出现了球状水泥，调粒水泥，以及活化水泥等。这些新品种水泥的一个很大的特点是，达到相同的标准稠度下，需水量很低。

高性能混凝土为了确保其流动性，必须掺入高效减水剂。因此，必须选择适宜低水灰比特性的水泥。其一是细度及粒子的组成，另一方面是加水后的早期水化。同时应注意与外加剂的适应性，水泥与超塑化剂的相容性不好时，不仅会影响超塑化剂的减水率，更重要的是会造成混凝土坍落度的严重损失，有的混凝土拌和物搅拌后经半小时坍落度就可损失一半以上。影响水泥与超塑化剂相容性的主要因素，对高效减水剂来说，是其化学性质、分子量、交联度、磺化程度和平衡离子等;对水泥来说，是SO3含量同水泥中C3A、细度和碱含量的匹配。

除水泥标号外，水泥矿物组成和细度都对混凝土的性能有较大的影响。一般而言，配制高性能混凝土不得使用立窑水泥，应避免使用早强、水化热较高和高C A含量的水泥，同时水泥中f-CaO，f-MgO，S0 和C1 等有害成分应尽可能的少。由于混凝土耐久性的实现，必须有良好的施工质量为保证，这就要求所配制的混凝土要具有良好的施工和易性，因而水泥必须与所用高效减水剂应具有良好的适性，使混凝土拌合物在满足工作性条件下用水量尽可能的低，坍落度损失小。

二、水

混凝土拌合用水是在混凝土搅拌时，加入其中赋予混凝土的流动性，和水泥发生水化反应，使混凝土凝结、硬化及满足其强度发展。拌合用水对拌合料的性能、混凝土的凝结、硬化、强度发展、体积变化以及工作度等方面都有很大影响。

拌制或养护混凝土用水，不能含有对混凝土中钢筋产生有害影响的物质。通常使用清洁的能饮用的河水、井水、自来水、湖水及溪涧水(pH值不得小于4)等。但沼泽水、工厂废水以及含矿物质较多的硬水则不得使用;至于水中含有脂肪、糖类、酸类等有害物质比则应禁止使用。

《混凝土拌合用水标准》(JGJ63-89)对混凝土拌合水有如下技术要求：

(1)对凝结时间的影响;用待检验水和生活用水，进行水泥凝结时间试验。两者的初凝和终凝时间差不得大于30min，而且要符合水泥国家标准的规定。

(2)对抗压强度的影响;用待检验水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度，不得低于用饮用水拌制的砂浆或混凝土抗压强度的90%。

(3)杂质含量不能超过标准规定。

三、骨料

骨料在混凝土中约占70%，是混凝土的主要组成部分。顾名思义，骨料就是作为混凝土骨架的材料。骨料有粗细之分，细骨料粒径范围在0.15mm～5mm之间，如天然砂与石屑;粗骨料粒径在5mm～40mm之间，如卵石与碎石。高性能混凝土对骨料本身的强度要求高，一般采用碎石，卵石不能配制高性能混凝土。

在混凝土中，骨料具有重要的技术和经济作用，正确选择骨料的品种和性能，符合有关技术标准的要求，是配制高性能混凝土的基础。在普通混凝土中，一般骨料的强度高于混凝土的3～4倍，虽然骨料不同，但混凝土的抗压强度差别很小;但在高强、高性能混凝土中，随着混凝土强度的提高，骨料的差别对混凝土的抗压强度影响很大，甚至骨料的粒径、粒形、表面状况、级配及最佳砂率、骨灰比都成为影响高强或高性能混凝土强度的主要因素[25-26]。

对于高性能混凝土来说，骨料的选择应考虑以下问题：

(1)级配要好;混凝土骨料，既要求级配合格，也要粗细、大小适中。空隙率尽可能低，这样达到相同流动性时，水泥浆的用量低，混凝土的自收缩变形低，水化热低，体积稳定性好，对强度耐久性均好。

(2)物理性能好;骨料的表观密度和堆积密度要大。吸水率要低，表面要粗糙、粒径好。表观密度>2.65,堆积密度>1450kg/m3,这样可以降低骨料空隙率，降低水泥浆用量，有利于流动性，耐久性和强度。吸水率<1.0%，说明岩石比较致密，稳定性好。粒形方正，针片状低，表面粗糙的石灰石碎石或硬质碎石。粒径一般<25mm。

(3)力学性能;不含软弱颗粒的骨料或风化骨料。岩石抗压强度应为混凝土强度的1.5倍以上。骨料弹性模量越大，混凝土的弹性模量也相应增大。

(4)化学性能;骨料应是无碱活性骨料，避免高性能混凝土中发生碱-骨料反应。不含泥块，含泥量<1.0%;不含有机物、硫化物和硫酸盐等杂质。

四、外加剂

外加剂主要指在混凝土拌合过程中掺入的，并能按要求改善混凝土性能的材料，一般情况掺量不超过水泥质量的5%。外加剂主要是有机的，也有无机的。目前，国内外使用的外加剂品种繁多，功能迥异。按功能分为减水剂、引气剂、膨胀剂、早强剂、速凝剂等。从某种意义上说，混凝土技术的发展在很大程度上依赖于外加剂，在普通混凝土中或者有特殊要求的混凝土中，外加剂日益成为不可缺少的组分。

选择外加剂时应注意与水泥的适应性，试验说明，同一种外加剂，对于不同品种的水泥，其增加混凝土流动度与强度的性能均有很大的差别，由于水泥品种不同，掺外加剂引起的混凝土的凝结时间和坍落度损失也不同，同一品种，同一强度等级的水泥，由于生产厂家不同，其水泥活性也不一样。

因此，外加剂的掺加效果与水泥的适应性(协调匹配性)有关，应做适应性试验，主要包括减水率试验和坍落度经时损失试验两项，选择与水泥适应性好的优良外加剂。外加剂与矿物质掺合料也存在同样的问题。

减水剂是在混凝土坍落度基本相同的条件下，能减少用水量的外加剂，又称塑化剂。根据减水能力大小分为普通减水剂和高效减水剂。相对于普通减水剂，高效减水剂的减水能力更强，引气量低，也叫超塑化剂或流化剂。减水剂在减少拌合用水量的同时，往往还具有引气、缓凝或早强等效果，所以减水剂有标准型、引气型、缓凝型和早强型等，在使用时应根据需要和混凝土的技术要求合理选择。

减水剂的主要技术性质包括减水率、泌水率比、含气量比、凝结时间差和各龄期的抗压强度等。工程中使用时应根据所用的类型和品种，按照标准要求进行有关性能的试验。

减水剂主要用于改善混凝土拌合物的性能，即减少用水量，控制坍落度的损失，改善工作性;也有减水剂兼有引气、缓凝或膨胀等其他性能。减水剂的主要功能及技术经济指标：

1)提高混凝土拌合物的流动性。在拌合水量不变的条件下，掺入减水剂可使混凝土的坍落度提高100～200mm。

2)减少用水量，降低水胶比，提高混凝土强度。在保持拌合物坍落度不变的条件下，能减少用水量10%～15%。如果水泥用量不变，减少用水量即降低水胶比，因此能提高混凝土强度15%～20%。

3)节省水泥，降低成本。若保持混凝土强度不变，即保持水胶比不变，可在减水的同时减少水泥用量，节约水泥10%～15%，降低混凝土的成本。

4)减慢水化放热速度，推迟放热峰值的出现。缓凝型减水剂具有延缓水泥水化的作用，其机理是减水剂分子定向吸附在水泥颗粒表面，起到抑制和延缓水泥水化的作用，同时，在满足相同强度、相同耐久性要求的条件下，使用减水剂可减少水泥用量，降低总的水化热量。这两点有利于克服大体积混凝土由于温度应力所产生的裂缝。

5)有利于提高耐久性。掺入减水剂后使拌合物流动性提高，易于浇注密实，且减少混凝土用水量，可减少混凝土的泌水，使混凝土内部毛细孔孔隙减少，有利于提高混凝土的抗冻性和抗渗性。

由于减水剂的品种繁多，又无全国统一的编号，基本上是一个厂家一个编号，因此在选用减水剂时对其主要成分及各种性能应有所了解。大量试验表明，配制高性能混凝土所选用的高效减水剂应满足以下要求：

1)高减水率;通常减水率应大于25%。

2)新拌混凝土坍落度经时损失小，应以满足施工的具体要求来确定。

3)与所使用的水泥、矿物质掺合料相容性好。

高性能混凝土基本特点之一就是采用低水胶比，水泥浆流动性差，所以高效减水剂是高性能混凝土必不可少的组成。高效减水剂的适宜掺量为0.5～1.0%，在掺加时宜与拌合水同时加入搅拌机内，搅拌时间应适当延长，已得到均匀的混凝土拌合物。