摘要：介绍了通过一定掺量的高效减水剂和超细粉等技术途径，以实现提高普通混凝土性能的目的。

    关键词：普通混凝土；高性能化；高效减水剂；超细粉

    在泵送混凝土得到广泛应用、对混凝土的强度等级要求日益提高的情况下，人们对混凝土施工性能、早期的非荷载裂缝、耐久性方面给予广泛的关注。考虑到工程中大量应用的是C50以下强度等级的混凝土(以下称为“普通混凝土”)，普通混凝土在材料使用、施工性能和耐久性方面存在明显的缺陷，如何使普通混凝土的性能得以提升，就以下几方面加以论述。

    1 混凝土高性能化的概念

    混凝土的性能主要取决于水泥浆的数量和质量以及混凝土内部结构状态，普通混凝土是以C50及以下强度等级的混凝土为对象，通过对原材料的优选和质量控制、配合比优化、生产过程的有效控制，使生产出的混凝土拌合物具有良好的施工性能，硬化混凝土的结构改善，其强度及抗渗等级高于原来基准混凝土，具有相对较高的耐久性。这种通过改善普通混凝土的内部结构、提高性能、延长使用寿命的工作，称为“普通混凝土高性能化”。

    1.1 混凝土达到高性能化的技术手段

    混凝土达到高性能最重要的技术手段是使用新型高效减水剂和矿物质超细粉。前者能降低混凝土的水灰比、增大坍落度和控制坍落度损失，即赋予混凝土高的密实度和优异的施工性能；后者填充水泥硬化体的空隙，参与二次水化反应，提高混凝土的密实度，改善混凝土的界面结构，提高混凝土的耐久性与强度。

    1.2 普通混凝土高性能化的技术特征

    高性能化的普通混凝土具有较大的坍落度和较小的坍落度经时损失(一般情况下坍落度控制在180～200 mm，90 min坍落度基本无损失)。适宜的粘度、较大的流动性以及泌水小、不离析的适宜的凝结时间等优良施工性能。在水泥用量减少的情况下，可以配制出强度相对较高的混凝土，特别是耐久性较普通混凝土大大提高等突出的技术特征。

    混凝土耐久性取决于混凝土的抗渗、抗冻、抗碳化、抗腐蚀能力和体积稳定性，这些性能指标又互相关联。根据国外文献资料，抗氯离子渗透是抗腐蚀能力的重要指标，是判定混凝土寿命的关键参数。抗碳化性能是指空气中的CO2与混凝土的Ca(OH)2发生化学变化，使混凝土中性化，在水分侵入时，混凝土中的钢筋失去碱性保护而锈蚀、膨胀，使混凝土出现顺钢筋的裂缝，不断恶化，最终导致结构破坏。碳化速度与混凝土的密实度相关，一般最直接的影响因素是水胶比，水胶比越大碳化速度越快。

    2 普通混凝土高性能化的技术途径

    2.1 高效减水剂

    高效减水剂是混凝土发展过程的一次重大突破，对混凝土的生产和应用带来巨大的影响。20世纪70年代，高效减水剂的应用使混凝土技术出现了惊人的进展，突出地体现了混凝土水灰比从大于0.5大幅度地降低到可以小于0.3甚至更低，从而使混凝土能够迅速得以硬化，强度大大提高。

    新型高效减水剂对混凝土性能的影响主要有以下两方面：

    1)新型高效减水剂如氨基磺酸系高效减水剂及聚多羧酸系高效减水剂

    这两大系列的高效减水剂的特点是对水泥的分散能力强，减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量(控制单位用水量不超过185 kg)，在低水灰比混凝土中，需要减水率高、对水泥分散性好的减水剂。不同的外加剂的使用量和减水率并不相同。达到相同减水率20%时，聚多羧酸系减水剂需掺1.0%，萘系减水剂需掺2.0%，一般引气减水剂不管掺量多少均达不到这个减水率。高减水率的新型高效减水剂，对配置高强高流态混凝土十分有利；混凝土拌合物的流动性大，且保持混凝土坍落度损失功能好；这两大系列的高效减水剂中不含Na2SO4，能提高混凝土耐久性。

    在试验过程中采用的新型减水剂是萘系的FDN和氨基磺酸盐系的FNF。水泥净浆流动度试验结果如表1所示。

    由表1中数据可以看出：初拌的水泥浆流动度FNF略高于FDN，但差异不太大。经过1、2 h后，FNF的分散和保持分散性方面优于FDN。原因为萘系FDN的高分子链是刚性垂直吸附形态；氨基磺酸盐系的FNF是环形及引线形的吸附形态，因而具有更大的分散和保持分散的效果。

    FDN系列在工程中已得到大量应用，有良好的分散性和高的减水率，但在保持分散性方面不理想，坍落度经时损失偏大，影响了混凝土的施工性能。氨基磺酸系的FNF高效减水剂对水泥粒子具有高的分散性，减水率高达30%，并且具有控制坍落度损失的功能，因此，在其他材料和条件相同的情况下，FNF的较小掺量可达到与掺用其它减水剂(如FDN)相同或略高的强度，但FNF对掺量极为敏感，量少达不到预期的效果(见表1中序号2、3的数据)，稍多又导致施工性能劣化。1组PO42.5、水泥用量290 kg/m 、磨细粉煤灰100 kg/m 、水185 kg/m 、水胶比0．47、FNF掺量为胶结料1.6% 的C30混凝土，测试其初始坍落度的扩展度、流动度表明：此时混凝土具有良好的施工性能，但由于掺量偏少，坍落度经时损失控制得不理想。另1组PO42.5、水泥用量450 kg/m 、lI级粉煤灰50 kg/m 、水160 kg/m 、水胶比0.32、FNF掺量为胶结料2.0% 的C50混凝土，由于FNF的掺量偏大，尽管混凝土流动性大，但有明显的离析、粗骨料堆积、泌水、板结的情况，虽然拌合物具有触变性，重新拌合后，又具有极好的流动性，但仍属于施工性能不良的范畴。泵送混凝土不但要有大的流动性，还应具有适宜的粘性、泌水小、不离析不抓底。

    2)高效减水剂的另一作用是控制坍落度的损失功能

    混凝土在夏季施工、运输距离较远、且混凝土泵送距离又很长时，必须具有控制坍落度损失功能，以保证混凝土的施工。新型高效减水剂具有十分好的控制混凝土坍落度损失功能，如表2所示，90 min内坍落度损失仅1 cm 。

    我们进行了高温下氨基磺酸系高效减水剂控制坍落度损失的试验。试验混凝土配合比如表3所示，坍落度经时变化如表4所示。

    由表4可见，水胶比0.32、0.28的高性能混凝土拌合物，在38℃的室外和℃的室内，经2 h基本上无坍落度损失，说明氨基磺酸系高效减水剂能有效的控制混凝土坍落度损失。

    2.2 矿物质超细粉料对混凝土性能的影响

    矿物质超细粉与一般掺合料不同，如矿渣水泥、粉煤灰水泥，其中矿渣水泥和粉煤灰水泥的粒子与水泥熟料的粒子是同等大小的，而超细粉的粒子比一般水泥粒子小得多，在水泥混凝土中掺入部分矿物质超细粉，使混凝土具有许多特殊的功能。以普硅525号水泥，掺入水泥量1.8%的FDN一5R，配制出流动度为300 mm的水泥浆作为基准组，以相数量的FNF减水剂和不同品种的矿物粉料、不同比例取代水泥配制出对比组，进行不同外加剂和矿物粉细掺合料对净浆流动的影响的试验，试验结果如表5所示。

    表5的数据表明：掺入Ⅱ级粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉对净浆流动度基本没有影响，掺入硅灰或沸石粉，使净浆流动度减小，而且随着掺量的增加，减少的幅度更加明显，是由于硅灰颗粒极细，沸石粉为多孔结构，都有较强的吸附能力，从而减小了净浆流动度。

    为确定矿物超细粉料对强度的影响，用普硅525水泥、FDN-5(萘系)高效减水剂，试验用的450 g胶结料为水泥或水泥加单一品种或复混的矿物粉料、标准砂1350g按标准方法进行了不同品种、掺量矿物超细粉料对水泥胶砂强度影响的对比试验。

    试验发现，掺入硅灰，强度增长明显，掺量在20%时增幅最大，继续增加掺量，强度反有下降；矿渣的增幅位居第二，掺量30%增幅最大；粉煤灰的强度接近或略低于对比组；磨细粉煤灰的各组强度均高于掺粉煤灰的相应组，是磨细粉煤灰活性大于粉煤灰的缘故；掺沸石粉则因细度不够，出现了强度偏低于对比组的异常情况。上述矿物粉料掺量超过一定限度后，胶砂的需水量明显增大，这有可能是掺量超过一定限度后强度下降的原因。

    在单掺的基础上，进行了掺用复合超细矿物粉料的试验，试验表明，复混灰掺量在30%以内时，胶砂的28d强度与对比组基本接近。

    3 高性能化的普通混凝土的强度

    在水泥胶砂强度试验的基础上，进行的大量混凝土试验试配说明，按照普通混凝土高性能化的技术途径，在水泥用量明显降低的条件下，可以配制出强度相对较高、施工性能优良、耐久性大大提高的混凝土。施工应用的配合比，是以表6数据为基准，按照工程对象的特点和原材料情况，经过试配优化确定。

    4 高性能化的普通混凝土的耐久性

    4.1 抗渗性

    我国现行规范是通过抗渗等级试验确定混凝土的渗透性。2004年，我们自行测试的C25、C30、C35、C40强度等级混凝土的抗渗试件，水压达到3.0 MPa后，混凝土没有透水现象，说明高性能化的普通混凝土有良好的抗渗性。

    4.2 抗碳化性能

    高性能化的混凝土采用了低水胶比和掺超细矿物粉料，结构致密，具有明显优于普通混凝土的抗碳化性能。从放置在室外2 a的试件测得，碳化深度为1～1.5 mm，说明高性能化的普通混凝土具有较好的抗渗碳化性能。但在确定配合比时，仍需保证必要的最低水泥用量。

    4.3 抗冻融和抑制碱骨料危害性能的评估

    根据混凝土良好的抗渗性能，水分不易进入，可以判定高性能化的混凝土必然具有良好的抗冻融性能。根据其它研究成果，也可以说明高性能化的混凝土具有抑制碱骨料腐蚀的能力。

    4.4 抗氯离子渗透性能

    氯离子渗透性是用氯离子扩散系数判定，是衡量混凝土耐久性的重要指标之一，混凝土越密实、氯离子扩散系数越小、混凝土的抗腐蚀性能和寿命越长(抗腐蚀是指一般环境下的腐蚀)。氯离子扩散系数是按国际上采用AASHTO—T529和ASTMCI1202—94的直流电量法，测定6 h通过试件的总电量来进行评价。

    从C25-C50混凝土28～56 d龄期的多次试验及生产取样的试件的测试说明，6 h通过的电量低于2000C，绝大多数试件在870～1500 C，氯离子扩散系数在6.85×10-8～10.2×10-8 cm/s。根据国外相关资料判断，在保护层为30 mm的条件下，这一范围混凝土的使用寿命预测在50 a以上。

    4.5 体积稳定性

    传统的测试混凝土收缩性能方法忽略了3 d龄期前的收缩值。工程实践和早期的试验说明，大流动性的泵送混凝土低龄期的收缩不可忽略。为此，参照混凝土成型后即开始进行评估，还参照日本笠井芳夫教授的资料，加工了300 mm×600 mm×50 mm的方框型裂缝观测装置，进行混凝土开裂性能测试。用按普通混凝土高性能化技术生产的C30混凝土生产取样，试件未发现肉眼可见裂缝，说明试件具有良好的体积稳定性。进行了36组收缩试验，探讨混凝土的自生收缩、收缩及影响因素。总的不说，收缩和自生收缩都与水泥用量、水胶比和混凝土的失水相关。3组比较典型的低龄期收缩数据如表7所示。

    表7说明水泥用量小收缩较小，试验用的混凝土水胶比较小，收缩也比较小；在测试期间试件的自生收缩已趋于稳定，自生收缩发生在低龄期。需要指出的是，使用的掺合料是实际细度达到1级的粉煤灰和比表面积4700 cm/g的磨细矿渣粉，与高强性能混凝土相比，水胶比不是特别低，因此，测得的自生收缩表现为正值。从表中还可以看同一配合比的试件收缩值(包括自生收缩和失水收缩)远大于自生收缩，说明了早期保湿养护的重要。

    5 结语

     普通混凝土在建筑行业的需求量非常广大，本文针对提高普通混凝土的性能，通过掺人高效减水剂和超细矿物粉料的途径，对混凝土的各项性能进行了实验。证明了掺人合适的外加剂和矿物粉后，混凝土各项性能可以得到很大的提高。在实际工程中，可以结合实际，掺人合适的掺合料，以使混凝土达到高性能化。