0  引言

高性能混凝土是滿足建設工程特定要求，采用優質常規原材料和優化配合比設計，通過綠色生產方式以及嚴格的施工措施制成的，具有優異的工作性能、力學性能和耐久性能的混凝土。高性能混凝土作為重要的綠色建筑材料，將其在基礎建設中推廣應用，對提高工程質量、降低工程全壽命周期內綜合成本、發展循環經濟、實現節能減排、推進混凝土行業結構調整具有重大意義。

我國正處于城鎮化快速發展階段，以混凝土結構為主的房屋建筑和基礎設施建設規模日益增大，預拌混凝土產量迅速增加，規模以上企業年產量已超過10億立方米。由于對高性能混凝土的認識不足、基礎研究滯后、基本概念不統一，以及評價體系尚未建立等原因，致使高性能混凝土沒能得到廣泛應用。同時，混凝土生產普遍存在強度等級偏低、綠色生產水平不高、質量控制不嚴及施工粗放等問題，制約了預拌高性能混凝土的推廣應用。

目前，我國預拌高性能混凝土研究成果已在鐵路、高速建設上廣泛應用，根據《住房城鄉建設部工業和信息化部關于推廣應用高性能混凝土的若干意見》，在住房城鄉建設中，急需預拌高性能混凝土理論和實用技術的指導，高性能混凝土施工技術咨詢作為一個新型行業，為推廣應用預拌高性能混凝土發揮重要的作用。

1  預拌高性能混凝土存在技術問題

1.1  坍落度經時損失問題

實踐中，往往由于對坍落度損失考慮不周，造成現場澆筑時，泵送或密實成型困難，從而影響施工效率和混凝土質量。預拌混凝土與現場拌制混凝土相比，攪拌與澆筑之間的時間差大大延長，預拌混凝土的供應半徑一般在10~20 km內，運輸加上等待時間，預拌混凝土的攪拌與運至現場開始澆筑之間的時間差可達1 h以上。因此，預拌混凝土坍落度的經時損失一般較大，特別是在配制較高強度或大流動性混凝土時，由于摻入高效減水劑，坍落度損失更為嚴重。

預拌混凝土采用泵送施工時，由于坍落度越小，要求的泵壓越高，因此常用坍落度來判定混凝土的可泵性。當坍落度過小時，管道的摩擦力很大，提高泵壓雖可以實現泵送，但在高壓下，泵送機件磨損加劇，混凝土容易脫水，最終導致管道堵塞；當坍落度過大時，雖然泵壓降低，但混凝土拌合物粘聚性差，離析現象明顯，也會造成管道堵塞。一般說來，混凝土坍落度控制在160~180mm的范圍內時，輸送管道壁內會形成低粘度的薄漿層，有利于減小混凝土拌合物泵送阻力。對于高性能混凝土僅用坍落度來判定其可泵性是不全面的，還必須綜合考慮粘聚性指標。

對于預拌高性能混凝土，在其凝結硬化過程中的物理和化學作用下，混凝土拌合物坍落度損失較快，在夏季施工或長距離運輸后，現場泵送困難。因此，需要研究坍落度損失的機理及控制坍落度損失的對策。

1.2  泵送性能評價指標尚未確定

泵送性能是預拌混凝土工作性能的重要方面，拌合站配制的預拌混凝土除應滿足結構功能要求的力學性能和耐久性能外，還應滿足混凝土拌合物在運輸過程中坍落度經時損失小及施工時具有良好的可泵性等要求。理論分析與實踐都表明，在混凝土泵送時, 混凝土拌合物在輸送管道中會形成一個整體的“栓塞”運動，在管壁與“栓塞”邊緣之間存在一層粘度較低的薄漿層，在管壁上還有一層極薄的水膜,對混凝土在管道中的輸送起著潤滑作用。因此，要使混凝土拌合物具有良好的可泵性，應滿足的要求是:（1）混凝土拌合物在管道中輸送時能形成起潤滑作用的薄漿層，減少混凝土在輸送過程中的阻力；（2）混凝土拌合物應具有足夠的保水性和粘聚性，以確保混凝土在泵送過程中不泌水、不離析，能在管道中連續穩定地輸送。

在管道摩擦力及泵送壓力作用下，影響混凝土泵送性能的因素較復雜，與水泥用量、水膠比、砂率、粗骨料表面性質、粒徑、級配以及外加劑品質、摻合料的品種、摻量等因素密切相關。因此，預拌高性能混凝土的泵送性能是一個綜合性能指標，目前尚無確切的評價指標及檢驗方法。

1.3  預拌高性能混凝土早期開裂問題突出

預拌混凝土為了滿足泵送的需要和強度指標，水泥用量較大、砂率大、粗骨料粒徑小等帶來的塑性坍陷大，澆筑后的混凝土早期容易產生裂紋；泵送混凝土的坍落度大（一般都在200mm以上），對于許多高層建筑，混凝土的坍落度有的超過220mm。施工中發現，坍落度和流動性大的混凝土要比坍落度和流動性小的混凝土早期更容易出現裂縫。

在水膠比一定的條件下，大坍落度要求較多的單位用水量，而多的單位用水量導致水泥用量增大，水泥是混凝土中膠凝材料的主要組成部分，它在混凝土凝結硬化過程中，會產生化學收縮（即混凝土的自收縮），水泥用量越大收縮越大。對于高性能混凝土，當水膠比小于0.35時，拌合物內相對濕度很快降到80%以下，自收縮引起混凝土的體積減少在8%左右，成為高性能混凝土開裂的重要原因。另外，由于采用較多的單位用水量，在混凝土硬化后期，隨著內部水份的蒸發，混凝土產生干燥收縮導致表面開裂。

此外，預拌混凝土為滿足運輸、泵送的要求，砂率較大（一般在40%以上），粗骨料粒徑變小（一般為5～25mm）。

2 預拌高性能混凝土質量控制

2.1 選用質量合格的原材料

（1）水泥

高性能混凝土所用水泥最好是強度高且同時具有良好的流變性能，并與目前大宗使用的高效減水劑有良好的相容性。為了保證水泥質量的穩定，要求禁止使用立窯水泥。高性能混凝土使用的水泥強度等級不應低于42.5MPa級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥；比表面積不宜超過380m2/kg；游離氧化鈣含量不應超過1.5%。

（2）細骨料

高性能混凝土需用中粗砂，尤其當石子級配很差時，砂子以偏粗為好。細度模數大于等于2.6時，混凝土的工作性較好，抗壓強度較高。砂子的粗細不能只看細度模數，有時細度模數雖然大，但粒徑在5mm以上和0.315mm以下的顆粒都過多，砂子級配就很差，因此應嚴格控制砂中粉細顆粒的含量和含石子量。

（3）粗骨料

對于C50及其以下等級的混凝土來說，石子的抗壓強度均能滿足要求，應嚴格控制石子的粒徑、粒形、表面狀況、級配以及軟弱顆粒和石粉含量等指標。這些指標控制不好，既影響混凝土的強度，又影響新拌混凝土的工作性。預拌高性能混凝土應選用清潔的、顆粒接近等徑狀、針片狀顆粒含量少、不含能與堿反應的活性組分的石子。就品種來說，宜選用致密的石灰巖或深層巖漿巖。高性能混凝土用的粗骨料最大公稱粒徑應不大于31.5mm，且不宜超過鋼筋保護層厚度的2∕3，不得超過鋼筋最小間距的3∕4。粗骨料應采用二級配石。當最大粒徑為31.5mm時，5～10 mm粒級部分不宜少于25%；當最大粒徑為25mm時，5～10 mm粒級部分不宜少于40%。

（4）粉煤灰

摻粉煤灰混凝土的性能與所用粉煤灰品質和等級有直接的關系。高性能混凝土宜選用I級或Ⅱ級粉煤灰，優質粉煤灰可以減少混凝土的干縮，提高混凝土的后期強度。粉煤灰質量控制難度比較大，需要廣泛調研各煤電廠生產狀況，從源頭抓起，加強監控，嚴格過程控制，建立有效的質量控制體系。由于不同來源、時期的粉煤灰質量差異很大，一個拌和系統或一座拌和樓應盡量使用同批號的粉煤灰。

（5）礦渣粉

礦渣粉越細，活性越高，收縮也隨礦渣細度的增加而增加。從減少混凝土收縮開裂的角度出發，磨細礦渣的比表面積應不超過450m2/kg。 由于礦石原料的差異、煉鐵工藝的區別、礦粉生產系統配置的不同，對礦粉的質量的影響較大，需要堅持源頭把關、過程控制的原則。

（6）高效減水劑

聚羧酸減水劑與水泥、摻合料及其他外加劑的相容性好，混凝土不離析、不泌水，坍落度保持性能好，90min內坍落度基本無損失。聚羧酸高效減水劑可為大摻量粉煤灰、礦粉等工業廢料在混凝土工程中大量使用提供了技術保證，從而整體上降低混凝土的成本。

2.2  經濟合理的配合比設計

配合比設計是確保混凝土耐久性最關鍵的環節之一，在以往按強度設計混凝土配合比的設計方法中，首先按強度等級計算水灰比，如今按耐久性要求設計混凝土配合比時，首先是根據環境類別和作用等級，確定混凝土的水膠比和各種膠凝材料用量。在條件許可下，盡量選用較低的水膠比，減少單方用水量和膠凝材料用量，有利于提高混凝土的密實性，降低混凝土的滲透性并減少收縮量，對提高混凝土的耐久性非常有利。

一般地，人們往往認為混凝土中多加水泥是無害而有利的。存在這種認識的原因在于傳統混凝土的性能評定是以強度為主，而多加水泥就能在更高的概率下保證混凝土的強度。但多加水泥并不能獲得高性能混凝土，因此要求我們在施工過程中，比原來更加嚴格地控制混凝土的配制，不能用高強度來代替管理，要做到設計什么強度等級的混凝土就生產什么強度等級的混凝土，強度不低于設計，也不高出很多。           

2.3  推廣先進施工技術與管理

要想獲得性能優良的的預拌混凝土，除了選用優質的原材料和合理的配合比外，還應在施工中加強管理，不能認為原材料好、配合比恰當，在施工中就可以放松管理。

2.3.1  采用科學的攪拌工藝

混凝土的攪拌過程不僅存在物理作用，而且存在水化反應等化學作用，混凝土的攪拌一般在較短的時間內就可達到均勻，并保證混凝土具有良好的工作性能。特別是在高性能混凝土中，膠凝材中摻入多種礦物摻合料，如何保證多元復合膠凝材與粗細骨料和水均勻的分散而不會結團，選擇合適的攪拌工藝就尤為關鍵。

目前，混凝土攪拌工藝主要有兩種：其一是一次投料法即將膠凝材料、粗細集料、水、外加劑經計量后一次投入攪拌機內進行攪拌，攪拌一定時間后出料。其二是多次投料法，將膠凝材料各粉體材料和細骨料投入攪拌機攪拌30s，然后投入全部的拌和水和減水劑攪拌30s，最后投入粗骨料攪拌60s出機。

采用多次投料法攪拌完成的混凝土質量均勻、顏色一致，具有良好的流動性、黏聚性和保水性。混凝土的攪拌時間應根據拌合物的稠度、攪拌機的功率等確定，實踐表明總攪拌時間不能少于２min，攪拌時間從投入固體原料后攪拌機開動時算起。

2.3.2  運輸過程中的管理

混凝土拌合物運輸過程中的基本要求是：不產生離析現象，保證規定的坍落度、含氣量和在混凝土初凝之前能有充分時間進行澆筑和搗實。

（1）混凝土運輸應選用能確保澆筑工作連續進行、運輸能力與混凝土攪拌設備的攪拌能力相匹配的運輸設備。

（2）應選擇平坦暢通的混凝土運輸道路，保證在運輸過程中混凝土的均勻性，運到澆筑地點時不分層、不離析、不漏漿，并具有要求的坍落度和含氣量等工作性能。

（3）運輸混凝土過程中，應對運輸設備采取保溫隔熱措施，防止局部混凝土溫度升高（夏季）或受凍（冬季）。應采取適當措施防止水份進入運輸容器或蒸發，嚴禁在運輸混凝土過程中向混凝土內加水。

（4）應盡量減少混凝土的轉載次數和運輸時間。從攪拌機卸出到澆筑完畢的延續時間應以不影響混凝土的各項性能為限。

（5）采用攪拌罐車運輸混凝土，運輸過程中宜以2～4r／min的轉速攪拌，當攪拌罐車到達澆筑現場時，應將攪拌罐車高速旋轉20～30s，再將混凝土拌合物喂入泵車受料斗或混凝土料斗中。

2.3.3采取合理的澆筑工藝

（1）澆筑混凝土前，應針對工程特點、施工環境條件與施工條件事先設計澆筑方案，包括澆筑起點、澆筑進展方向和澆筑厚度等。

（2）混凝土入模前，應采用專用設備測定混凝土的溫度、坍落度、含氣量、水膠比及泌水率等工作性能，只有拌合物性能符合設計或配合比要求的混凝土方可入模澆筑。

（3）混凝土澆筑時的自由傾落高度不得大于2m；當大于2m時，應采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土，保證混凝土不出現分層離析現象。

（4）炎熱季節澆筑混凝土時，應避免模板和新澆混凝土直接受陽光照射，保證混凝土入模前模板和鋼筋的溫度以及附近的局部氣溫均不超過40℃。應盡可能安排在傍晚澆筑混凝土。

2.3.4  選擇正確振搗方法

（1）可采用插入式振動棒、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設備振搗混凝土。振搗時應避免碰撞模板、鋼筋及預埋件。

（2）及時將入模的混凝土均勻振搗密實，不得隨意加密振點或漏振，每點的振搗時間以表面泛漿或不冒大氣泡為準，一般不宜超過30s，避免過振。

（3）采用插入式振搗器振搗混凝土時，宜采用垂直點振方式振搗。若需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置，應首先豎向緩慢將振搗棒拔出，然后再將振搗棒移至新的位置，不得將振搗棒放在拌合物內平拖，也不得用插入式振搗棒平拖驅趕下料口處堆積的混凝土拌合物。

（4）在振搗混凝土過程中，應加強檢查模板支撐的穩定性和接縫的密合情況，以防漏漿。混凝土澆筑完成后，應仔細將混凝土暴露面壓實抹平，抹面時嚴禁灑水。

2.3.5  正確把握拆模時機

（1）拆除模板時間應根據拆模后對混凝土的質量影響來確定。拆模后混凝土不得有能量測到的撓度或扭動，更不能因拆除支撐或拆模作業使混凝土表面及棱角產生明顯的損壞。一般要求混凝土強度達到5MPa以上，模板方可拆除。

（2）拆模時間除需考慮拆模時的混凝土強度外，還應考慮到拆模時的混凝土溫度（由水泥水化熱引起）不能過高，以免混凝土接觸空氣時降溫過快而開裂，混凝土內部開始降溫以前以及混凝土內部溫度最高時不得拆模。

（3）一般情況下，結構或構件芯部混凝土與表層混凝土之間的溫差、表層混凝土與環境之間的溫差大于20℃（截面較為復雜時，溫差大于15℃）時不宜拆模。大風或氣溫急劇變化時不宜拆模。在寒冷季節，若環境溫度低于0℃時不宜拆模。在炎熱和大風干燥季節，應采取逐段拆模、邊拆邊蓋的拆模工藝。

2.3.6  合理的養生方式和時間

由于高性能混凝土的水膠比較低，不僅需要保持混凝土內部水份不蒸發，還要從環境中補充水，否則會增加不可逆的自干燥收縮，引起混凝土表面開裂，影響強度和耐久性。因此，高性能混凝土的養生至關重要，尤其是在早期。

混凝土養生要注意濕度和溫度兩個方面。養生不僅是澆水保濕，還要注意控制混凝土的溫度變化。在濕養生的同時，應該保證混凝土表面溫度與內部溫度和所接觸的大氣溫度之間不出現過大的差異。因此，綜合考慮，夏季養生時間不小于3d，冬季養生時間不小于7d。

3  推廣預拌高性能混凝土綜合效益

3.1 經濟效益

由于粉煤灰和礦粉單價均比水泥低，配制高性能混凝土時，在膠凝材料用量一定的條件下，摻入礦粉和粉煤灰的膠凝材料配方經濟性好，每方混凝土成本較采用純水泥配制混凝土要低。由此可見，在混凝土膠凝材料中摻入礦物摻合料具有較大的經濟優勢，可以大大節約工程成本。

3.2 社會效益

我國在制備高性能混凝土時，在水泥中添加礦物摻合料的比例逐年上升且增幅較大，工業廢料得到了有效利用；由于礦物摻合料的利用，減少了水泥的用量，有效控制了碳排放量，說明水泥產量越大，摻礦物摻合料的利用率越大，環境效益就越明顯。

隨著礦物摻合料品質的提高，混凝土對其利用比例會進一步提高，這樣可大大節約煤資源的消耗，減少CO2的排放，降低地球的溫室效應，順應“低碳經濟”的潮流。

4  結語

隨著我國經濟和社會的快速發展，人民生活水平的不斷提高，環境污染成為影響經濟和社會發展的重要因素，保護環境刻不容緩。地球生態環境由于人類的活動而遭到巨大破壞，為實現經濟和社會可持續發展，現在必須重視環境問題，堅持科學發展觀建立人與自然和諧發展的新模式，建設節約型社會，要全面協調社會經濟和自然環境的關系。預拌綠色高性能混凝土由于具有良好的性能與環境協調性，已成為混凝土產業未來發展的方向。

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