381 高強混凝土和高性能混凝土如何應用外加劑？

高強混凝土是國內外研究的熱門課題之一，高性能混凝土則是研究熱點，選用的外加劑和礦物外加劑（摻合料）應符合相關標準的要求。

一、外加劑選擇

（一）減水劑

配制高強度混凝土必須使用減水劑，并根據不同的要求輔以助劑配制，其摻量應根據試驗確定，多數情況下取推薦摻量的上限。普通減水劑的減水率為5％～10％，不適于單獨配制Ｃ60以上的高強混凝土。高效減水劑，如萘系、多環芳烴系和三聚氰胺系，因為它們減水率較大，約18％～25％，這樣可在0.5％～2.0％摻量范圍內調整用水量。摻高效減水劑對混凝土有很好的早強（3ｄ強度提高40％～70％）和增強（28ｄ強度提高20％～40％）作用，因此配制高強混凝時，

一般不摻用早強劑。一些高效減水劑在混凝土中采用同摻法時，其摻量高，坍落度損失大，改為滯水法后往往能降低摻量10％～30％，坍落度損失的情況得到改善。高性能混凝土多數也有很高的強度，要求水灰比能降低到0.3以下，新型高效減水劑（氨基磺酸鹽、聚羧酸鹽類）摻量小，減水率高，與水泥相容性好，更容易滿足高性能混凝土的要求。

（二）緩凝劑

高強混凝土中摻緩凝劑的作用，其一是控制早期水化，延緩水化放熱過程；其二是進一步提高減水作用；其三是提高混凝土強度，并且與摻量成正比。正常摻量（0.02％～0.10％） 緩凝劑可以提高24ｈ及以后的強度。這是因為高強混凝土配合比設計中一般水泥用量高，用緩凝劑能調整水泥水化速度，降低水化熱，使混凝土在預計的溫度下符合要求的硬化速度，消除冷接縫，滿足澆灌、振搗和脫模時間等工藝要求。緩凝劑與高效減水劑配合使用可減少坍落度損失，已成功地應用在許多工程中。然而，在氣溫較高時，有些緩凝劑的緩凝作用降低，且溫度升高使混凝土后期強度降低，這時應適當增加緩凝劑摻量。如果氣溫較低，可能對早期（24ｈ） 強度產生不利影響，這時應適當減小摻量。

（三）引氣劑

Ｃ60高強混凝土并非是高抗凍混凝土，其抗凍性能不能滿足Ｆ300的要求，但Ｃ80，Ｃ100等級的高強混凝土具有超常的抗凍性，其抗凍等級可達Ｆ1200以上，甚至達Ｆ2000以上。高強混凝土凍融破壞的形態與普通混凝土有很大區別，在凍融過程中并不表現相對動彈性模量或重量損失（表面剝落）的逐步增加，而是到某一凍融循環時出現橫向裂縫，再發展時，相對動彈性模量徒然下降。由此初步說明高強混凝土的凍融破壞機理與普通混凝土有差別，當高強混凝土采用引氣劑改性后，引氣高強混凝土比一般的高強混凝土將具有更高的抗凍性。氣泡間距系數與高強混凝土的抗凍性沒有明顯的相關性，但氣泡平均半徑卻在一定程度上反映了高強混凝土的抗凍性，當氣泡平均半徑小于0.01cm左右時，高強混凝土具有超抗凍的特性。Ｃ80以下的高強混凝土抗凍融性等耐久性要求高時，可以使用優質引氣劑提高耐久性，含氣量應控制標準規定的下限。引氣會降低強度，特別是高強混凝土中每引氣１％，強度降低５％～７％，應使用減水率大于20％的高效減水劑復合優質引氣劑，一般無抗凍要求的高強混凝土可以不使用引氣劑。

（四）膨脹劑

高強混凝土中，膨脹劑并不是都要摻加，為了提高混凝土的體積穩定性、密實性、耐久性及補償收縮，高性能混凝土摻加膨脹劑的量有了較大的增長。

（五）防凍劑

在冬期施工中，高強混凝土中需要摻入防凍劑。常用無機防凍劑摻量較大，對水的化學活性降低較顯著，導致混凝土強度增長緩慢和28ｄ驗收強度偏低，對高強度混凝土的影響較為顯著。由于高強混凝土的水泥用量大，水化熱發展快而集中，因此防凍組分摻量可以減少，在氣溫－５℃左右時可以不用。在較低的負溫環境中宜使用摻量小而防凍效果較好的有機防凍組分。

（六）礦物外加劑（摻合料）

盡可能減少高強混凝土的水泥用量，外摻加粉煤灰等礦物摻合料應是配制高強混凝土的重要原則。對不同強度等級的高強混凝土，礦物摻合料的細度和需水量比有不同的要求。配制高強混凝土的礦物摻合料可選用粉煤灰、磨細礦渣、磨細天然沸石巖和硅粉等。高性能混凝土則幾乎都使用礦物摻合料，且多數是多種礦物摻合料復合摻加，這些摻合料改善了混凝土的粘聚性和穩定性，混凝土硬化后的性能也得到改善。

（１）粉煤灰：用作高強混凝土摻合料的粉煤灰一般應選用Ⅰ級灰。對強度等級較低的高強混凝土，通過試驗也可選用Ⅱ級灰，盡可能選用需水量比小且燒失量低的粉煤灰。

（２）磨細礦渣：用作高強混凝土摻合料的磨細礦渣應符合標準《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T18736—2002），達到GB/Ｔ8046—2000規定的Ｓ95等級以上，即符合下列質量要求：比表面積≥3500cm^２/ｇ；需水量比≤100％；抗壓強度比≥100％；燒失量≤3％；Cl^－≤0.02％。

（３）磨細天然沸石巖：用作高強混凝土摻合料的天然沸石巖應選用斜發沸石或絲光沸石，不宜選用方沸石、十字沸石及菱沸石。磨細天然沸石粉應符合下列質量要求：銨離子凈交換量≥110meq/100ｇ（斜發沸石）或120meq/100ｇ（絲光沸石）；細度：0.08mm方孔篩余＜10％；抗壓強度比≤90％。

（４）硅粉：用作高強混凝土摻合料的硅粉應符合下列質量要求：二氧化硅含量≥85％；比表面積（BET-Ｎ₂吸收法）≥15000ｍ^２/kg，平均粒徑0.1～0.2μｍ。Cl^－≤0.02％。

（七）外加劑復合使用

使用復合外加劑的目的是降低成本和改善性能。多數高強混凝土都同時使用礦物摻合料和化學外加劑，這些混凝土通常將幾種外加劑復合使用。當高效減水劑與普通減水劑或緩凝劑復合用于高強混凝土中時，能夠降低坍落度損失率，減少高效減水劑的用量。

二、施工技術

（一）攪拌

拌制高強混凝土不得使用自落式攪拌機。混凝土原材料均按質量計量，計量的允許偏差為：水泥和摻合料±１％，粗、細集料±12％，水和化學外加劑±１％。

配制高強混凝土必須準確控制用水量。砂、石中的含水量應及時測定，并按測定值調整用水量和砂、石用量。高強混凝土的配料和拌合應采用自動計量裝置。當需要手工操作時，應嚴格控制拌合物出機時的均勻性和穩定性。嚴禁在拌合物出機后加水，必要時可適當添加高效減水劑。

高效減水劑可采用粉劑或水劑，并宜采用后摻法。當采用水劑時，應在混凝土用水量中扣除溶液用水量；當采用粉劑時，應適當延長攪拌時間（不少于30ｓ）。

（二）混凝土運輸與澆筑

長距離運輸拌合物應使用混凝土攪拌車，短距離運輸可利用現場的一般運送設備。裝料前，應清除運輸車內積水。混凝土自由傾落的高度不應大于３ｍ。當拌合物水膠比偏低且外加摻合料后有較好的粘聚性時，在不出現分層離析的條件下允許增加自由傾落高度，但不應大于6ｍ。澆筑高強混凝土必須采用振搗器搗實。一般情況下宜采用高頻振搗器，且垂直點振，不得平拉。當混凝土拌合物的坍落度低于120ｍｍ時，應加密振點。

不同強度等級混凝土現澆構件相連接時，兩種混凝土的接縫應設置在低強度等級的構件中，并離開高強度等級構件一段距離。當接縫兩側的混凝土強度等級不同且分先后施工時，可沿預定的接縫位置設置孔徑5ｍｍ×5ｍｍ的固定篩網，先澆筑高強度等級混凝土，后澆筑低強度等級混凝土。

當接縫兩側的混凝土強度等級不同且同時澆筑時，可沿預定的接縫位置設置隔板，且隨著兩側混凝土澆入逐漸提升隔板，并同時將混凝土振搗密實；也可沿預定的接縫位置設置膠囊，充氣后在其兩側同時澆入混凝土，待混凝土澆完后排氣取出膠囊，同時將混凝土振搗密實。

泵送高強混凝土的坍落度宜為120～200mm。泵送高強混凝土的工作性可采用擴展度及黏性指標評定。在冬期拌制泵送高強混凝土時，應制定相應的施工措施，以保證混凝土拌合物入模溫度高于10℃。

（三）養護

高強混凝土澆筑完畢后，必須立即覆蓋養，或立即噴灑或涂刷養護劑，以保持混凝土表面濕潤，養護日期不少于7ｄ。為了保證混凝土質量，防止混凝土開裂，高強混凝土的入模溫度應根據環境狀況和構件所受的內、外約束程度加以限制。養護期間混凝土的內部最高溫度不宜高于75℃，并應采取措施使混凝土內部與表面的溫度差小于25℃。

三、質量控制

（一）原材料

外加劑使用前，除了對外加劑的質量進行檢驗外，還要結合工程實際進行試驗，主要進行外加劑（特別是高效減水劑）和水泥的相容性試驗。配制高強混凝土所用其他原材料應符合下列要求：

（１）水泥：應選用質量穩定、強度等級不低于42.5級的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。從礦物組成的選擇，應為Ｃ₃Ｓ高、Ｃ₃Ａ低、含堿量低的水泥，ＳＯ_３含量應保持最佳值，其波動應限于0.20％之內。《高強混凝土結構技術規程》（CECS104—1999） 指出，用于高強混凝土的水泥，其礦物成分中的Ｃ_３Ａ含量不宜超過８％。Ｃ_３Ａ含量較高時，水泥水化加快，與普通混凝土相比，高強混凝土的拌合水較少，水化速度極快的Ｃ_３Ａ和石膏爭奪水分，溶解速率和溶解度比Ｃ_３Ａ低得多的石膏在液相中溶出ＳＯ^２－_４ 更顯不足，這樣，摻加高效減水劑的拌合物容易出現坍落度迅速損失的現象。用Ｃ_３Ａ含量不同的水泥配制高強混凝土，其他條件相同，達到相同坍落度時，所需水膠比不同，因而強度也不同，Ｃ_３Ａ高的水泥需水量高，配出的高強混凝土強度偏低。在水泥用量相同的條件下，熟料中Ｃ_３Ａ含量高的水泥，如不采取措施，混凝土水膠比很難降得很低。另外，Ｃ_３Ａ的水化產物強度最低，應控制Ｃ_３Ａ的含量。

（２）細集料：高強混凝土中優先選擇質地堅硬、級配良好的天然砂。對細集料優化級配，主要考慮的不是對需水量的影響而是物理填充。細度模數低于2.5的砂使混凝土干硬而難于振搗密實；而細度模數在3.0左右時，混凝土的工作性好、抗壓強度高。砂的級配對混凝土早期強度沒有明顯影響，但在后期產生較大影響。連續級配砂比間斷級配砂好，混凝土強度高。含泥量不應大于1.5％，配制Ｃ70及以上等級混凝土時，細集料含泥量不應大于1.0％，且不允許有泥塊存在，必要時應沖洗后使用。細集料的其他質量指標應符合《建筑用砂》（GB/Ｔ14684—2001）的規定。

（３）粗集料：應選用質地堅硬、級配良好的石灰巖、花崗巖、輝綠巖等碎石或碎卵石，集料母體巖石的立方體抗壓強度應比所配制的混凝土強度高50％以上。粗集料顆粒中，針片狀顆粒含量不宜大于５％，不得混入風化顆粒。試驗證明含泥量從2.7％降低至0.5％時，強度從69.8ＭＰａ提高到82.3MPa。所以，含泥量不應大于１％。配制≥Ｃ80等級混凝土時，含泥量不應大于0.5％。同時，粗集料最大粒徑不宜大于20ｍｍ，粗集料宜采用ＩＩ級級配。

配制高強混凝土時，選用強度高的集料是極其重要的。粗集料的性能對高強混凝土的抗壓強度及彈性模量起決定性作用。用抗壓強度190MPa的硬砂巖和輝綠巖制成的混凝土，28d齡期的強度在100MPa以上。而強度低的集料，相同配比河卵石和石灰石（65.2MPa） 制成的混凝土28ｄ強度分別為74.2MPa和83.7MPa。雖然石灰石屬于有一定活性的集料，能夠提高界面粘結力，其混凝土強度大于本身的強度，但只能用于配制80MPa以下的高強混凝土。當混凝土強度等級在Ｃ70～Ｃ80時，應仔細檢驗粗集料的性能。粗集料的吸水率愈低，質量密度愈高，配制的混凝土強度就愈高。粗集料的其他質量指標應符合《建筑用卵石、碎石》（GB／T14685—2001）標準的規定。

（４）水：拌制高強混凝土的水，其質量應符合《混凝土拌合用水標準》（JGJ63—1989）的規定。

（５）外加劑：外加劑除滿足混凝土的用水量、坍落度、強度等基本要求外，還應滿足混凝土耐久性的要求。在低水灰比的高強混凝土中，要注意防止由外加劑（高效減水劑、硅灰等）引起的混凝土不正常開裂Ｌ9。為了防止發生堿集料反應，當結構處于潮濕環境且集料有堿活性時，每1ｍ^３混凝土拌合物（包括外加劑）的含堿總量（Na_２Ｏ＋0.658Ｋ_２Ｏ）不宜大于３kg，如果摻合料摻加量不高，水泥用量在400kg以上，高效減水劑（粉狀）的用量常在3.5kg以上，則水泥的堿含量要控制在0.7％以內。高效減水劑宜選用低堿含量的產品，例如，磺化三聚氰胺甲醛縮合物類、脂肪族羥基磺酸鹽類、氨基磺酸鹽、聚羧酸鹽類、萘系減水劑應選高濃型。水泥的堿含量超過時，應采取降低水泥用量，增加摻合料的比例等措施。為防止鋼筋銹蝕，鋼筋混凝土中的氯鹽含量（以氯離子質量計）不得大于水泥質量的0.2％；當結構處于潮濕或有腐蝕性離子的環境時，氯鹽含量應小于水泥用量的0.1％；對于預應力混凝土，氯鹽含量應小于水泥質量的0.06％。

（二）配合比

高強混凝土的配合比，應根據施工工藝要求的拌合物工作性和結構設計要求的強度，充分考慮施工運輸和環境溫度等條件進行設計，通過試配并經現場試驗確認滿足要求后方可正式使用。高強混凝土的配合比應有利于減少溫度收縮、干燥收縮、自生收縮引起的體積變形，避免早期開裂。對處于有侵蝕性作用介質環境的結構物，所用高強混凝土的配合比應考慮耐久性的要求。

混凝土的配制強度必須大于設計要求的強度標準值，以滿足強度保證率的要求。超出的數值應根據混凝土強度標準差確定。當缺乏可靠的強度統計數據時，Ｃ50和Ｃ60混凝土的配制強度應不低于強度等級值的1.15倍；Ｃ70和Ｃ80混凝土的配制強度應不低于強度等級值的1.12倍。

配制高強混凝土所用的水膠比（水與膠結料的質量比） 宜采用0.25～0.42。強度等級愈高，水膠比應愈低。配制Ｃ50和Ｃ60高強混凝土所用的水泥量不宜大于450kg/ｍ^３，水泥與摻合料的膠結材料總量不宜大于550kg/ｍ^３。因為高強混凝土的膠結料用量高水膠比小，容易產生較大的自收縮L10，配制C70和C80高強混凝土應控制所用的水泥量不大于500kg/m^３，水泥與摻合料的膠結材料總量不宜大于600kg/ｍ^３。配制高強混凝土所用高效減水劑的品種和摻量，應通過與水泥的相容性試驗粉煤灰摻量不宜大于膠結材料總量的30％，磨細礦渣不宜大于50％，天然沸石巖粉不宜大于10％；硅粉不宜大于10％。宜使用復合摻合料，其摻量不宜大于膠結材料總量的50％。混凝土的砂率宜為28％～34％。當采用泵送工藝時，可為34％～44％。

高效減水劑摻量根據品種、混凝土強度要求的不同而變化，一般為膠結材料總量的0.3%～1.5%。為了提高拌合物的工作性和減少混凝土坍落度在運輸、澆筑過程中的損失，可采用復合緩凝高效減水劑、載體流化劑，或滯水后摻、多次添加等方法。