寧夏路橋混凝土專家委員會主任周立君

為進一步促進我國水泥和混凝土企業(yè)對石灰石粉的研究與應(yīng)用，中國混凝土與水泥制品協(xié)會于2013年6月22日在廣西南寧組織召開了全國石灰石粉在水泥與混凝土中應(yīng)用技術(shù)研討會。寧夏路橋混凝土專家委員會主任、寧夏路橋集團股份有限公司高級工程師周立君做題目為《石灰?guī)r粉和粉煤灰綠色高性能混凝土在橋梁結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用》的報告，為參會人員介紹高性能混凝土組成材料的質(zhì)量要求及其優(yōu)缺點，以及研究目的、用途和意義。他介紹，通過寧夏路橋三年施工驗證：石灰?guī)r粉和粉煤灰綠色高性能混凝土具有“良好的流動性、體積穩(wěn)定性、易密性、可泵性”，易于澆注、振搗和密實，通過聚羧酸減水劑使其具有早期強度高、后期強度持續(xù)增加，增加梁板結(jié)構(gòu)25%應(yīng)力儲備。其抗凍性、抗?jié)B性、耐磨性、耐腐蝕性、抗碳化性及擬制堿集料反應(yīng)均優(yōu)于普通混凝土。 

304鹽池至紅井第一合同段粉煤灰和石灰?guī)r粉現(xiàn)澆箱梁

高性能混凝土組成材料的質(zhì)量要求及其優(yōu)缺點

（一）、高性能混凝土特點

通過寧夏路橋三年施工驗證，石灰?guī)r粉和粉煤灰綠色高性能混凝土具有“良好的流動性、體積穩(wěn)定性、易密性、可泵性”，易于澆注、振搗和密實，通過聚羧酸減水劑使其具有早期強度高、后期強度持續(xù)增加，增加梁板結(jié)構(gòu)25%應(yīng)力儲備。其抗凍性、抗?jié)B性、耐磨性、耐腐蝕性、抗碳化性及抑制堿集料反應(yīng)均優(yōu)于普通混凝土。

（二）、高性能混凝土組成材料

高性能混凝土生產(chǎn)的核心技術(shù)是“混凝土配合比”，關(guān)鍵技術(shù)是“混凝土拌合設(shè)備和計量、控制系統(tǒng)”。高性能混凝土要達到“內(nèi)實外美”，在施工中還要堅持“模板是關(guān)鍵、工藝很重要、濕養(yǎng)不可少”十五字方針。

1、水泥

水泥是高性能混凝土中最關(guān)鍵的組分，水泥比表面積和C₃A含量依據(jù)JTG/T 50-2011 表6.15.4水泥技術(shù)要求：硅酸鹽水泥和抗硫硅酸鹽水泥比表面≤350m²/kg ，熟料中C₃A含量≤8%。有些水泥廠為了提高水泥的早期強度，P.O42.5普通硅酸鹽水泥比表面積＞400m²/kg；水泥廠在生產(chǎn)過程中采用了降低燒成溫度使水泥熟料中C₃A＞10%。水泥比表面積＞350m²/kg和C₃A＞10%，混凝土水化反應(yīng)速度加快，混凝土水化熱增加，造成減水劑相容性變差；C₃A它是水泥四種組分中遇水反映速度最快，水化熱最高的組分；C₃A的化學收縮量率是C₂S的3倍，是C₄AF的5倍。GB175-2007硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥規(guī)定，水泥比表面積＞300m²/kg，沒有上線限制。這就造成混凝土后期強度到縮，施工單位“二次加水”，混凝土光亮度和耐久性差等質(zhì)量通病。

高性能混凝土水泥中C₃S和C₃A的總含量宜不超過58%，該種硅酸鹽水泥具有較高的抵抗硫酸鹽侵蝕能力，水化熱中等，有利于混凝土體積穩(wěn)定，避免混凝土表面因溫差過大而出現(xiàn)宏微觀裂縫。 [Page]

2.其它膠凝材料料

礦物質(zhì)摻合料是高性能混凝土中不可缺少的組分，其摻入的目的是調(diào)節(jié)水泥性能，增加活性、流動性、抗分離性、調(diào)節(jié)黏度及塑性，填充水泥石中的微孔，以利于提高混凝土的強度、密實性、特別是對混凝土的耐久性及防止堿集料反映、降低混凝土水化熱等有明顯效果。高性能混凝土常有的礦物質(zhì)摻合料有：硅粉、礦粉、粉煤灰、沸石粉、石灰?guī)r粉及其他微粉。

（1）粉煤灰

粉煤灰是火力發(fā)電廠鍋爐以煤粉作為燃料，從其煙氣中收集下來的灰渣。Ⅰ、Ⅱ級粉煤灰一般是指粒徑10um的分級灰，比表面積為400~600m²/kg，含有大量的球狀玻璃珠。粉煤灰的主要成分與礦粉基本相同，也是活性SiO₂和Ai₂O₃。粉煤灰是高性能混凝土必不可少摻和料之一，不摻粉煤灰就不具備高性能混凝土品質(zhì)。粉煤灰在混凝土中的微珠效應(yīng)、填充效應(yīng)和火山灰效應(yīng)極大改善了混凝土和易性、密實性及強度性能。粉煤灰因具有三大效應(yīng)特點，因此能更好地發(fā)揮粉煤灰減水—増漿—調(diào)凝—密實—協(xié)和等五項基本功能，從而使混凝土的結(jié)構(gòu)和性能，發(fā)生預(yù)期的變化。優(yōu)質(zhì)的粉煤灰是配制高性能混凝土的理想材料。高性能混凝土粉煤灰采用內(nèi)摻技術(shù)，普通混凝土強度大于C50用Ⅰ級粉煤灰，內(nèi)摻能取代15%~20%的水泥；高性能水下混凝土強度不大于C50用Ⅱ級粉煤灰，內(nèi)摻能取代30%~40%的水泥。

（2）石灰?guī)r粉

石灰?guī)r粉用新破碎1~2cm石灰?guī)r碎石，含泥量不大于0.5%，泥塊含量不大于0.25%，經(jīng)歐式磨細成填充材料。石灰?guī)r粉平均粒徑8um，石灰?guī)r粉需水量比為92%，小于其它膠凝材料其具有減水劑功效，因此它的工作性能優(yōu)于其它膠凝材料。外摻15%~20%石灰?guī)r粉主要目的就是填充粉煤灰和水泥孔隙率，混凝土孔隙率每降低1%，其強度增加5%。摻加石灰?guī)r粉可以改變混凝土外表顏色，能夠和粉煤灰產(chǎn)生疊加效應(yīng)，降低水化熱，補償粉煤灰混凝土早期不足缺陷；具有保水、防止離析和泌水、改善混凝土工作性。在高性能砼采用內(nèi)外摻技術(shù)，可以取代水泥10%~15%，降低混凝土脆性系數(shù)，防止混凝土裂縫。

通車二年后粉煤灰和石灰?guī)r粉高性能混凝土路面

3.粗細集料

高性能混凝土骨料的選擇，對于保證高性能混凝土的物理力學性能和長期耐久性至關(guān)重要，破碎碎、礫、卵石和水洗中粗砂及細砂要分倉計量，嚴禁使用混合料，這樣才能保證粗集料連續(xù)級配，使混凝土泵送質(zhì)量穩(wěn)定。

（1）細集料的選擇

細集料宜選擇石英含量高、顆粒形狀渾圓、潔凈、具有平滑篩分曲線的中粗砂，細度模數(shù)控制在2.6~3.2之間，砂率控制38%~42%之間，泵送HPC混凝土砂率控制在38%~45%范圍內(nèi)。技術(shù)指標見新橋規(guī)6.3.1，6.3.4。

（2）粗骨料的選擇

粗集料的形狀和表面特征對混凝土強度影響很大，清華大學廉慧珍教授認為，混凝土粗集料需要宏觀球形，也就是說要嚴格控制針片狀含量。尤其在C60以上高強度混凝土中，骨料的形狀和表面和表面特證對混凝土強度影響更大。表面較粗造的結(jié)構(gòu)，可使骨料顆粒和水泥石之間形成較大的黏著力。但是，針片狀的骨料會影響混凝土流動性和強度，針片狀含量應(yīng)滿足《橋規(guī)》表6.15.6限值。

4.高性能減水劑

由于C40以上高性能混凝土的膠凝材料用量大、水灰比低、拌合物的黏性大為了使混凝土獲得高工作性，所以在配置高性能混凝時，宜采用第三代高性能聚羧酸液體減水劑（減水率大于25%，萘些列減水率大于15%），不宜使用使用第二代高效萘系列粉劑減水劑。

5.高性能混凝土優(yōu)缺點

（1）高性能混凝土和普通混凝土比較具有如下優(yōu)點:

高性能混凝土摩阻力小易于拌合、運輸、振搗其工作性好；水灰比易于控制且體積穩(wěn)定；坍落度經(jīng)時損失?。徊灰桩a(chǎn)生離析泌水；混凝土外觀顏色一致沒有明顯色差且光亮度好；混凝土長期力學性能和耐久性比普通混凝土高；能夠消除混凝土質(zhì)量通病等優(yōu)點。

（2）高性能混凝土和普通混凝土比較有以下缺點：

高性能混凝土對拌合樓操作人員技術(shù)水平和責任心要求較高；對混凝土拌合樓計量和控制系統(tǒng)要求較高。

研究目的、用途和意義

1、研究目的

高性能混凝土是二十一世紀現(xiàn)代混凝土技術(shù)，它具有體積穩(wěn)定性好、具有高耐久性、高強和高工作性能等特點。

高性能混凝土技術(shù)地應(yīng)用，可以克服傳統(tǒng)混凝土質(zhì)量通病：色差大、光亮度差、蜂房狀裂紋、施工縫明顯、施工工作性差；回彈強度離差系數(shù)大等質(zhì)量通病。

2、用途

適用于C25以上普通混凝土和水下混凝土，特別是對混凝土回彈強度和外觀質(zhì)量要求較高的“立柱、蓋梁、空心板邊梁、箱梁、防撞墻、滑膜路緣石”等構(gòu)造物，混凝土回彈強度離差系數(shù)不大于10%，混凝土外觀使具有大理石效應(yīng)。

高性能混凝土最大水膠比和最小膠凝材料用量應(yīng)滿足《橋規(guī)》表6.15.9-1規(guī)定。

3、應(yīng)用意義

高性能混凝土符合國家“環(huán)境友好型、資源節(jié)約型”產(chǎn)業(yè)政策，每方混凝土其他膠凝材料用量應(yīng)滿足《橋規(guī)》6.15.9第2條規(guī)定。樁基礎(chǔ)粉煤灰摻量不大于30%，水膠比不大于0.45。

高性能混凝土由于粉煤灰和水泥的二次反應(yīng)，其密實性優(yōu)于普通混凝土，混凝土抗?jié)B性和耐腐蝕性均優(yōu)于普通混凝土。304項目C30樁基混凝土采用水泥280kg/m³、粉煤灰120kg/m³，水膠比0.43，砂率40%，減水劑采用聚羧酸高效減水劑，摻量為膠凝的0.8%?；炷猎嚰?span>7d強度大于設(shè)計強度的85%，試件28d強度大于設(shè)計強度1.25倍。樁基超聲波檢驗，摻有粉煤灰的混凝土樁基聲速為4800m/s，不慘粉煤灰混凝土的聲速為4100m/s。

混凝土摻加工業(yè)廢粉，可以節(jié)約土地、減少污染源。據(jù)有關(guān)文獻記載每減少一噸水泥用量可以節(jié)約標準煤154kg，減少CO₂排放量1噸，每方降低混凝土造價20元/m³~50元/m³為子孫后代造福，為寧夏綠色交通做出突出貢獻。

高性能混凝土易于振搗成型，混凝土不離析、泌水[Page]

 主要技術(shù)指標

寧夏路橋和其他商混站從2010年至今共使用共用C25-C50石灰?guī)r粉和粉煤灰綠色高性能混凝土98萬方。通過C25-C50構(gòu)造物28d回彈強度均達到設(shè)計要求，加聚羧酸減水劑高性能混凝土碳化深度均小于萘系列粉煤灰礦粉混凝土，外觀顏色和光亮度均優(yōu)于其它膠凝材料混凝土，克服了混凝土質(zhì)量通病。

“事物發(fā)展是無限的，而個人認知事物是有限的”。我們只有不斷地探索、學習并勇于實踐，才能對事物有循序漸進地認識。

考核“高性能混凝土技術(shù)”施工工作性是否滿足施工需要；高性能混凝土7d、28d和60d抗壓和抗折強度是否滿足新橋規(guī)要求；高性能混凝土的耐久性（抗碳化性能、抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性、耐磨性、混凝土抗干縮性能）；高性能混凝土不同減水劑對高性能混凝土性能的影響;高性能混凝土脆性性能。

1、高性能混凝土的工作性

工作性包括其流動性、黏聚性、保水性三個不同方面，它是針對具體施工條件的一個矛盾統(tǒng)一體。

坍落度是表示新拌混凝土流動性大小的指標。在施工中，坍落度越大，流動性越好，則混凝土拌合物的工作性越好。

通過實際應(yīng)用發(fā)現(xiàn)：石灰?guī)r粉和粉煤灰綠色高性能混凝土其它膠凝材料混凝土相比具有以下優(yōu)點：施工工作性好、坍落度經(jīng)時損失小、混凝土易于振搗密實、混凝土不易離析和泌水其黏聚性好。

高性能混凝土其坍落度控制：施工采用吊車配吊斗現(xiàn)澆混凝土坍落度宜控制在150~180mm，采用混凝土泵車坍落度宜控制在180~200mm。

要根據(jù)施工現(xiàn)場溫度、機械配備、混凝土罐車運輸距離、施工現(xiàn)場混凝土澆注時間等因素統(tǒng)籌兼顧，合理計算每輛罐車運量，要保證混凝土在坍落度經(jīng)時損失時間內(nèi)，其坍落度滿足混凝土工作性的條件下施工。嚴禁混凝土罐車二次加水。

高性能混凝土在以上項目運用，其構(gòu)造物作業(yè)隊、拌合樓、混凝土罐車、泵車等操作人員反映：高性能混凝土易于澆筑成型、因粉煤灰具有璃珠效應(yīng)，高性能混凝土摩阻力小并延長泵管使用壽命25%；黏聚性和保水性好、塌落度經(jīng)時損失小、高性能混凝土比較柔混凝土路面易于切縫等優(yōu)點。

2、高性能混凝土強度

高性能混凝土技術(shù):粉煤灰摻量內(nèi)摻10~15%，石灰?guī)r粉（內(nèi)或外摻10~15%）。高性能混凝土具有早期強度高、混凝混凝土表面沒有明顯施工縫和蜂房狀裂紋、混凝土表面具有大理石效應(yīng)等優(yōu)點，能夠消除混凝土質(zhì)量通病。

3、高性能混凝土耐久性

（1）抗碳化能力

吳中偉院士認為：W/C≥0.5混凝土毛細孔成倍增加，水灰比在0.38~0.42混凝土只有凝膠孔無毛細孔，混凝土毛細孔增加碳化深度增加，混凝土耐久性降低。

混凝土單位用水量增加，混凝土易產(chǎn)生離析和泌水，勻質(zhì)性變差。離析和泌水使混凝土回彈強度均方差大，離差系數(shù)大于10%，碳化深度增加，混凝土外觀顏色色差大。

優(yōu)質(zhì)粉煤灰外摻10%~20%對普通混凝土抗碳化能力影響不大。在試驗中C30和C50混凝土內(nèi)摻粉煤灰用大壩電廠Ⅰ級粉,內(nèi)摻吉良中基石灰?guī)r粉10%~15%混凝土抗碳化能力優(yōu)于其他膠凝材料混凝土。

（2）抗?jié)B等級

在試驗中發(fā)現(xiàn)C30和C50混凝土內(nèi)摻粉煤灰用量10%~15%大壩電廠Ⅰ級粉,內(nèi)摻石灰?guī)r粉10%~15%,混凝土抗?jié)B能力優(yōu)于其它膠凝材料混凝土。沒有摻其他膠凝材料混凝土抗?jié)B等級不大于P8，高性能混凝土抗?jié)B等級均大于P12。

（3）抗凍性能

在試驗中發(fā)現(xiàn)混凝土內(nèi)摻粉煤灰用量15~20%大壩電廠Ⅰ級粉煤灰,內(nèi)摻石灰?guī)r粉15%~20%,混凝土抗凍能力優(yōu)于常規(guī)混凝土。C50沒摻其它膠凝材料現(xiàn)澆箱梁混凝土抗凍等級為F200；而高性能混凝土250次凍融循環(huán)：凍后質(zhì)量損失1.9%≤5%,相對東彈性模量74%≥60%。C50抗凍等級大于橋規(guī)6.13.3-1要求且不低于F250。

（4）耐腐蝕性能

采用雙摻、三摻技術(shù)，摻加粉煤灰、石灰?guī)r粉、硅粉、礦粉混凝土抗Na2SO4腐蝕性能優(yōu)于不摻其他膠凝材料混凝土。

（5）抗磨性能

據(jù)有關(guān)文獻記載，摻加粉煤灰、石灰?guī)r粉、硅粉、混凝土抗磨性能優(yōu)于普通混凝土。寧夏所有檢測機構(gòu)沒有此項試驗。

（6）干縮性能

據(jù)有關(guān)文獻記載，摻加粉煤灰、石灰?guī)r粉混凝土抗干縮性能優(yōu)于普通混凝土。

寧夏路橋從使用石灰?guī)r粉和粉煤灰綠色高性能混凝土所施工構(gòu)筑物沒有發(fā)現(xiàn)蜂房狀裂紋，薄壁橋臺至今沒有發(fā)現(xiàn)干縮裂縫。

中科院吳中偉院士認為，摻加優(yōu)質(zhì)粉煤灰具有補償收縮混凝土特性。因此外摻粉煤灰和石灰?guī)r粉高性能混凝土特別適用于薄壁橋臺和混凝土路面施工。

4、不同減水劑對高性能混凝土的影響

高性能混凝土的外加劑必須選用聚羧酸高效減水劑，因為聚羧酸高效減水劑是第三代減水劑，其性價比優(yōu)于我公司目前使用第二代萘系列減水劑。聚羧酸液體外加劑是制備高性能混凝土的關(guān)鍵，但不同聚羧酸外加劑有不同的特點，有的側(cè)重減水，有的側(cè)重保塑，有的側(cè)重減少混凝土的黏聚性，因根據(jù)不同混凝土的具體要求和試驗結(jié)果，選擇適合的聚羧酸系外加劑。

（1）混凝土工作性能：

以聚羧酸系減水劑配置的混凝土減水率大于萘系列減水劑，相同用量其流動性好，坍落度損失小，混凝土不泌水，振動時氣泡不易溢出；萘系列減水劑流動性較差，坍落度損失較快，容易泌水，振動時大氣泡多。聚羧酸減水劑和各種常用膠凝材料相容性好，而萘系列減水劑和常用膠凝材料相容性差。

（2）二種減水劑7d強度有較大差別：聚羧酸減水劑大于萘系列減水劑，聚羧酸減水劑試塊強度離差系數(shù)小于萘系列減水劑，聚羧酸減水劑早期強度和28d強度均高于萘系列減水劑，據(jù)有關(guān)文獻介紹：聚羧酸減水劑適合冬季低溫低溫條件下施工。聚羧酸減水劑養(yǎng)護溫度越低越有利于28d強度發(fā)展。

（3）構(gòu)造物外觀：聚羧酸減水劑構(gòu)造物整體顏色均勻一致，外觀有光亮感，表面氣泡小，萘系列減水劑混凝土外觀色澤發(fā)暗，缺乏光亮感。

（4）聚羧酸減水劑混凝土抗碳化能力優(yōu)于萘系列減水劑；

（5）在混凝土早期收縮方面，聚羧酸減水劑優(yōu)于萘系列減水劑，對提高混凝土體積穩(wěn)定性非常有利；

（6）聚羧酸減水劑性價比優(yōu)于萘系列減水劑；

（7）聚羧酸液體減水劑符合橋規(guī)6.9.2規(guī)定且易于計量，便于拌合樓控制；萘系列粉劑減水劑有些項目部采用農(nóng)民工稱量添加萘系列粉劑減水劑，因天氣熱、勞動強度大且臟、作業(yè)農(nóng)民工難免偷懶（少加或不加），造成減水劑浪費，混凝土強度低且色差大。

以上結(jié)論來源于銀巴一標、東毛項目A7標和304項目?，F(xiàn)在我國許多混凝土外加劑生產(chǎn)廠家產(chǎn)品質(zhì)量波動較大，前期所供應(yīng)減水劑質(zhì)量基本能滿足要求，中后期生產(chǎn)廠家為降低成本，改變外加劑配合比，對混凝土性能造成巨大地影響。因此，要加大外加劑檢測頻度，嚴格控制外加劑質(zhì)量。我們的經(jīng)驗做法為，檢測外加劑融水后的比重，如比重波動較大，證明生產(chǎn)廠家改變外加劑配合比，項目部應(yīng)立即與供應(yīng)商交涉并停止使用；也可采用水泥凈漿流動度試驗進行測試。減水劑和混凝土適應(yīng)性差，會造成混凝土塌落度損失大，拌和站和罐車司機被動加水，造成混凝土離析和泌水，蜂房狀干縮裂紋多，回彈強度低，構(gòu)造物不得不推到重新澆筑，給項目部造成經(jīng)濟和社會形象損失，教訓深刻。

5、混凝土脆性系數(shù)

水泥膠砂抗壓和抗拉強度的比值，成為脆性系數(shù)。此值的大小反映混凝土抗裂性能。通常情況下是提高混凝土抗拉強度和極限拉伸值，降低混凝土彈性模量及收縮變形等。σ應(yīng)力=E彈性模量×ε應(yīng)變提高混凝土強度會使彈性模量增大。為了提高混凝土極限拉伸值而增加水泥用量會導致混凝土干縮裂縫，而且熱變形值也增加。因此改變混凝土抗裂性能思路是，在保證混凝土強度不變的前提下，降低混凝土回彈模量，提高混凝土極限拉伸變形能力。

通過施工現(xiàn)場和試驗得出結(jié)論，摻加粉煤灰、石灰?guī)r粉可以降低混凝土彈性模量，可以降低混凝土早期的溫度收縮、自收縮和干燥收縮而開裂。公司委托寧夏建筑材料產(chǎn)品監(jiān)督監(jiān)測站試驗C50高性能混凝土動彈性模量3.76GPa左右，普通C50混凝土動彈性模量4.2GPa左右，摻加粉煤灰和石灰?guī)r粉高性能混凝土動彈性比普通混凝土低10%左右。此高性能混凝土比較柔，對防止混凝土特別是路面早期裂縫和應(yīng)變裂縫非常有益。

銀巴一標承擔武警基地混凝土路面項目負責人劉鵬舟和作業(yè)隊負責人趙志平反映：摻加粉煤灰15%和石灰?guī)r粉20%的混凝土比商品混凝土柔，同樣時間商混站粉煤灰混凝土只能切一道縫，而銀巴一標粉煤灰和石灰?guī)r粉混凝土能切三道縫且工作性及抗裂性能優(yōu)于商品混凝土。此項目混凝土路面作業(yè)隊寧可等銀巴一標高性能混凝土而不用商混站粉煤灰混凝土。