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(lái),我國(guó)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(lái)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(guó)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(lái)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)可以確保混凝土施工質(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（High Performance Concrete,縮寫(xiě)為HPC,以下同）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(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所（NIST）和美國(guó)混凝土協(xié)會(huì)（ACI）在美國(guó)馬里蘭州蓋瑟斯堡召開(kāi)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(guó)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(guó)工程院院士吳中偉在綜合這些不同意見(jiàn)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(guó)內(nèi)外研究開(kāi)發(fā)歷史
1994年，美國(guó)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(lái)10年內(nèi)投資2億美元進(jìn)行研究和開(kāi)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(guó)在1986年由政府部門組織國(guó)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(guó)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(guó)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（60-115MPa），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(kāi)展了一項(xiàng)簡(jiǎn)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(guó)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(guó)家計(jì)劃。
我國(guó)近兩年來(lái)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(zhǎng)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(kāi)始了嘗試性應(yīng)用。因無(wú)具體標(biāo)準(zhǔn),我國(guó)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(guó)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(guó)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(guò)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（不振搗的拌和物坍落度為240～270mm，坍落流動(dòng)度為550～700mm）；
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(wèn)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(shuō)，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（H粒子）、屬于次介質(zhì)的水泥凝膠（L粒子）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(lái)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(jiàn)，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(shuō)，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(zhǎng)，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(méi)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(guò)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(guò)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)