高性能混凝土施工質(zhì)量的控制

第一章緒論

進(jìn)入21世紀(jì)以來,我國各項(xiàng)建設(shè)事業(yè)飛速發(fā)展,給混凝土科學(xué)技術(shù)的發(fā)展帶來欣欣向榮的景象,各種現(xiàn)代化的大型建筑如雨后春筍,新型混凝土技術(shù)和施工工藝不斷涌現(xiàn),并在工程應(yīng)用中獲得巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。有力地促進(jìn)了國民經(jīng)濟(jì)各項(xiàng)事業(yè)的發(fā)展。高性能混凝土技術(shù)與施工工藝正處于探索和研究階段,縱觀其未來其具有廣闊的發(fā)展前景。

采用高性能混凝土有很多優(yōu)點(diǎn):(1)可以確?；炷潦┕べ|(zhì)量與耐久性；(2)可以降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度,施工比較安全；(3)可防止施工噪音；(4)可以縮短工期。

1.1高性能混凝土的定義

高性能混凝土這種新型混凝土是在20世紀(jì)80年代末90年代初才出現(xiàn)的。1990年5月，美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所和美國混凝土協(xié)會(huì)在美國馬里蘭州蓋瑟斯堡召開的會(huì)議上首先正式提出HPC這一名詞的定義?，F(xiàn)在對(duì)于HPC的定義，不同國家、不同學(xué)者依照各自的認(rèn)識(shí)、實(shí)踐、應(yīng)用范圍和目的要求的差異，對(duì)HPC有不同的定義和解釋。我國工程院院士吳中偉在綜合這些不同意見的基礎(chǔ)上提出了以下定義：HPC是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。針對(duì)不同用途要求，高性能混凝土對(duì)下列性能有重點(diǎn)地予以保證：耐久性、工作性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性。為此，高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，并除水泥、水、集料外，摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑。

1.2高性能混凝土的國內(nèi)外研究開發(fā)歷史

1994年，美國聯(lián)邦政府16個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合提出了一個(gè)在基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中應(yīng)用高性能混凝土的建議，計(jì)劃未來10年內(nèi)投資2億美元進(jìn)行研究和開發(fā)。1989年加拿大政府提出了建立“高性能混凝土協(xié)作網(wǎng)”的建議，共有7所大學(xué)和2家企業(yè)參與。法國在1986年由政府部門組織國內(nèi)23個(gè)單位(包括政府研究機(jī)構(gòu)、大學(xué)、公司、承包商)進(jìn)行了一項(xiàng)名叫“混凝土新途徑”的研究項(xiàng)目，對(duì)高性能混凝土進(jìn)行研究并建造示范工程，這一項(xiàng)目已于1993年完成。1996年法國政府公共工程部和教育與研究部又組織了為期4年的“高性能混凝土2000”的國家研究項(xiàng)目，共40余個(gè)機(jī)構(gòu)參與。挪威皇家科技研究院的科學(xué)與工業(yè)研究基金(SINTEF)持續(xù)資助高強(qiáng)與高性能混凝土的研究，包括1986-1992年的高強(qiáng)混凝土材料研究計(jì)劃，1988-1993年的高強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究計(jì)劃，1988-1992年和1993-1995年有關(guān)高性能輕質(zhì)混凝土及其浮動(dòng)結(jié)構(gòu)的研究計(jì)劃等。日本建設(shè)省在1988年開展了一項(xiàng)簡稱“新RC”的研究計(jì)劃，主要研究高強(qiáng)與高性能混凝土和鋼筋在建筑工程中的應(yīng)用，這一課題投資較大，在日本國內(nèi)有許多機(jī)構(gòu)參加，取得了系統(tǒng)的研究成果。在瑞典，也有由政府機(jī)構(gòu)和企業(yè)聯(lián)合資助的高性能混凝土的國家計(jì)劃。

我國近兩年來在大力建設(shè)高速鐵路,已經(jīng)建成的武廣客運(yùn)專線等十一條高速鐵路工程設(shè)計(jì)使用年限長達(dá)100年,普通混凝土已不能滿足耐久性要求,因此高性能混凝土在高速鐵路建設(shè)中開始了嘗試性應(yīng)用。因無具體標(biāo)準(zhǔn),我國鐵道部科學(xué)技術(shù)司于2005年發(fā)布了《客運(yùn)專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》作為客運(yùn)專線高性能混凝土質(zhì)量的參考依據(jù),技術(shù)條件中對(duì)高性能混凝土的技術(shù)指標(biāo)、原材料質(zhì)量都提出了一些要求,成為國內(nèi)工程建設(shè)中第一個(gè)高性能混凝土執(zhí)行依據(jù)。這對(duì)我國的鐵路建設(shè)中高性能混凝土的應(yīng)用起到了一定的作用。

第二章高性能混凝土施工質(zhì)量控制的意義

混凝土也是一種產(chǎn)品，對(duì)于具體的工程，也有一定的質(zhì)量要求。由于混凝土是一種非均質(zhì)的材料，其組成質(zhì)量變化較大，因此全過程質(zhì)量控制對(duì)混凝土的使用性能至關(guān)重要?；炷临|(zhì)量控制的最終目標(biāo)是得到質(zhì)量均勻的、體積穩(wěn)定的、耐久的、滿足設(shè)計(jì)強(qiáng)度而且經(jīng)濟(jì)的混凝土。

要得到這樣的優(yōu)質(zhì)混凝土，必須使拌和物有良好的工作性能，便于攪拌、運(yùn)輸、澆筑、振搗密實(shí)、充滿模型，并且始終均勻。因此，拌和物質(zhì)量控制的目標(biāo)是具有施工條件要求的足夠流動(dòng)性、體積穩(wěn)定性以及盡可能低的溫度應(yīng)力。

對(duì)于高性能混凝土拌和物的要求：

流動(dòng)性—坍落度在170mm以上，坍落流動(dòng)度在430mm以上；

體積穩(wěn)定性—不離析、不泌水，有穩(wěn)定的表觀密度；

溫度應(yīng)力—澆筑的混凝土內(nèi)外溫度差不高于25℃，澆筑時(shí)拌和物溫度夏季不高于35℃，冬季不低于12℃。

與普通混凝土相比，HPC的生產(chǎn)和施工并不需要特殊的工藝，但是在工藝個(gè)環(huán)節(jié)中普通混凝土不敏感的因素，HPC卻會(huì)很敏感，因而需要嚴(yán)格控制和管理。尤其是在工地現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)，包括試配、原材料管理、攪拌、澆筑、振搗成型、拆模養(yǎng)護(hù)等問題，需要做特別強(qiáng)調(diào)。

第三章高性能混凝土的組成、結(jié)構(gòu)及性能

如前所述，HPC配制的特點(diǎn)是低水灰比、摻用高效減水劑和礦物細(xì)摻料。因此，HPC在不同尺度上的組成和結(jié)構(gòu)都與混凝土有所不同。

3.1高性能混凝土的水泥石微結(jié)構(gòu)

按照中心質(zhì)假說，在次中心質(zhì)和次介質(zhì)的尺度上，屬于次中心質(zhì)的未水化水泥熟料顆粒、屬于次介質(zhì)的水泥凝膠和屬于負(fù)中心質(zhì)的毛細(xì)孔組成水泥石。從強(qiáng)度的角度來看，孔隙率一定時(shí)，H/L粒子比值越大，水泥石強(qiáng)度越高；而H/L粒子比達(dá)到最佳值后，水泥石的強(qiáng)度隨H/L粒子的比值的提高而下降；水灰比越低，H/L比值的最佳值越大。水泥在水灰比近似為0.44的水泥漿體中才能完全水化而留下最少的毛細(xì)孔。隨著水灰比的降低，未水化的水泥增多。由此可見，高性能混凝土中增加了很多產(chǎn)生有利效應(yīng)的次中心質(zhì)和大中心質(zhì)。也就是說，高性能混凝土中的H/L粒子比值比普通混凝土的高得多。水灰比很低的高性能混凝土中，水泥石得孔隙率也很低，在一定的H/L粒子比值下，強(qiáng)度隨孔隙率的減小而提高。

3.2高性能混凝土的性能

與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨(dú)特的性能：

1.耐久性

高性能混凝土的使用壽命長，對(duì)于一些特護(hù)工程的特殊部位，控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的不是混凝土的強(qiáng)度，而是耐久性。能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠的工作50—100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。目前，對(duì)于高性能混凝土耐久性的評(píng)定沒有統(tǒng)一的指標(biāo)和方法，對(duì)其進(jìn)行試驗(yàn)和評(píng)價(jià)基本仍沿用普通混凝凝土的方法和指標(biāo)。對(duì)于HPC的耐久性的安全使用期限，高性能混凝土可以保證重要建筑在不利環(huán)境中使用100年，在正常環(huán)境中使用200年，在特殊環(huán)境中使用300年。

2.工作性

高性能混凝土具有良好的工作性，坍落度是評(píng)價(jià)混凝土工作性的主要指標(biāo)，反應(yīng)混凝土拌和物在重力作用下的流動(dòng)和變形能力。高性能混凝土的坍落度控制功能好，但由于其在配制過程中加人了減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉，在與普通混凝土在坍落度相同的情況下，粘度較大，這使其在泵送過程中需施加更大的壓力。

3.力學(xué)性能

混凝土的強(qiáng)度有抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度等。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料，強(qiáng)度受諸多因素的影響，但各種強(qiáng)度之間有一定的關(guān)系，一般可以用抗壓強(qiáng)度的關(guān)系表現(xiàn)。高性能混凝土具有一定的強(qiáng)度和高抗?jié)B能力，但不一定具有高強(qiáng)度，中、低強(qiáng)度亦可。

4.體積穩(wěn)定性

混凝土的體積穩(wěn)定性是指混凝土在抵抗物理、化學(xué)作用下產(chǎn)生變形的能力。高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。

5.經(jīng)濟(jì)性

HPC較高的強(qiáng)度、良好的耐久性和工藝性都使其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。雖然HPC本身的價(jià)格偏高，但是其優(yōu)異性能使其具有了良好的經(jīng)濟(jì)性。

第四章高性能混凝土施工中質(zhì)量存在的問題分析

4.1原材料的質(zhì)量問題

材料品質(zhì)優(yōu)良、離散性小，是生產(chǎn)HPC最關(guān)鍵的先決條件。全國各地混凝土原材料的質(zhì)量離散性均較大，粗細(xì)骨料的質(zhì)量差異也大，是混凝土產(chǎn)品中最為薄弱的環(huán)節(jié)，也是混凝土質(zhì)量低劣的主要原因之一。

1.水泥

目前國產(chǎn)水泥由于執(zhí)行了新修訂的同國際接軌的標(biāo)準(zhǔn)，大廠生產(chǎn)水泥的品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)與發(fā)達(dá)國家相比，性能幾乎沒有什么差別。但存在生產(chǎn)控制不夠穩(wěn)定，有一定的質(zhì)量波動(dòng)，同生產(chǎn)廠不同批次水泥的離散性同樣存在。由于工程建設(shè)需要只是片面追求水泥的早期強(qiáng)度，實(shí)行新標(biāo)準(zhǔn)的水泥細(xì)度過細(xì)，既提高了粉磨耗能，又降低了水泥與外加劑的相容性，加重了HPC早期收縮開裂的趨勢(shì)。

用于配制HPC所需的水泥，應(yīng)該是堿含量越低越好，含堿量高會(huì)造成混凝土的適應(yīng)性變差，影響到HPC的施工質(zhì)量?，F(xiàn)行的水泥標(biāo)準(zhǔn)中，只規(guī)定了硅酸鹽水泥和普通水泥有低堿含量的要求，對(duì)于大量生產(chǎn)使用的礦渣水泥，則沒有低堿含量的要求。由于水泥生產(chǎn)企業(yè)對(duì)HPC的要求知之甚少，在礦渣水泥的生產(chǎn)中會(huì)忽視對(duì)含堿量的控制，按照規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)組織生產(chǎn)，導(dǎo)致礦渣水泥中的堿含量會(huì)過高。

因此，第一，水泥生產(chǎn)過程中應(yīng)該嚴(yán)格控制原材料的質(zhì)量，嚴(yán)格工序質(zhì)量，穩(wěn)定產(chǎn)品過程，將出廠水泥質(zhì)量離散性降低。第二，水泥生產(chǎn)廠家要了解水泥細(xì)度對(duì)HPC質(zhì)量的影響，適當(dāng)降低水泥研磨的細(xì)度。第三，嚴(yán)格控制水泥中的堿含量，即使是生產(chǎn)礦渣水泥、火山灰和粉煤灰水泥，水泥廠也必須嚴(yán)格控制粘土和混合料的堿含量，加大力度降低水泥中的堿含量。同時(shí)集中攪拌混凝土站應(yīng)穩(wěn)定水泥的貨源，盡量采購新型干法水泥，不能采用小立窯生產(chǎn)的水泥。

2.細(xì)骨料

含泥量、泥塊含量也是影響高性能混凝土各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的重要原因之一，含泥量、泥塊含量過高，不僅能降低混凝土強(qiáng)度，同時(shí)易造成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的毛細(xì)通道不能有效的阻止有害物質(zhì)的侵蝕。因此要嚴(yán)格按照檢測(cè)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)和配合比設(shè)計(jì)的要求，對(duì)細(xì)骨料的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行及時(shí)檢驗(yàn)。

3.粗骨料

主要是保證級(jí)配連續(xù)，特別是控制大粒徑含量不超標(biāo)，大粒徑超標(biāo)將直接影響保護(hù)層外側(cè)混凝土的質(zhì)量，會(huì)導(dǎo)致混凝土的表而干裂紋，影響表觀質(zhì)量。良好的級(jí)配能增加混凝土強(qiáng)度，因此，宜選用二級(jí)配、三級(jí)配碎石。

4．粉煤灰。粉煤灰的大量使用，對(duì)混凝土具有減水、致密、活化、潤滑、填充的作用，它能延緩水泥水化過程中水化粒子的凝聚，減輕坍落度損失。因此它的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)也是影響混凝土質(zhì)量的主要原因之一。燒失量過大，會(huì)吸附大量的外加劑，將直接影響混凝土的坍落度和流動(dòng)度;采用二次加水?dāng)嚢钑r(shí)，就會(huì)出現(xiàn)混凝土離析、泌水等現(xiàn)象，造成大量的游離水，影響混凝土的外觀質(zhì)量;粉煤灰質(zhì)量不穩(wěn)定，需水比較大，都能夠?qū)е禄炷猎谑┕み^程中有泌水現(xiàn)象發(fā)生，引起粉煤灰的分布不均，造成混凝土的顏色差異。因此在選用粉煤灰廠家時(shí)，一定要準(zhǔn)確試驗(yàn)以上指標(biāo)，并在過程中及時(shí)檢查檢驗(yàn)。

5．外加劑

外加劑與水泥相適應(yīng)性、減水率、流動(dòng)性、含氣量、摻量都將影響混凝土的工作性。因此，在施工過程中一定要對(duì)所使用的原材料嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行檢驗(yàn)，確保原材料質(zhì)量的穩(wěn)定，特別是含氣劑的含量，要經(jīng)常抽驗(yàn)。

4.2 HPC的生產(chǎn)及施工質(zhì)量

1.原材料的計(jì)量

高性能混凝土由于其性能的要求，在配制時(shí)對(duì)原材料的稱量精度也比普通混凝土有更高的要求。配料是關(guān)系到拌合物和易性和混凝土均勻性的主要環(huán)節(jié)。整個(gè)生產(chǎn)期間每盤混凝土各組成材料計(jì)量結(jié)果的偏差控制要符合如下規(guī)定:

水泥與摻合料±1.5%、粗骨料±2.0%、細(xì)骨料±1.5%、水與外加劑±1.0%，并保證量具的精確度，在每一班正式稱量前，對(duì)量具設(shè)備進(jìn)行零點(diǎn)校核。粉煤灰高性能混凝土對(duì)水泥、砂石和水的控制精度要求高，尤其是對(duì)砂石的控制精度要求高，在生產(chǎn)中應(yīng)給予重點(diǎn)保障。

且骨料的含水量的變化也將影響水灰比的變化，進(jìn)而影響混凝土的施工質(zhì)量以及性能強(qiáng)度等。雨天的時(shí)候更好注意，并在取原材料的時(shí)候應(yīng)該注意扣除骨料中的用水量。

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