高性能混凝土的影响因素分析

刘桂灵

宁夏交通科学研究所有限公司 宁夏银川 750001

摘要：现代建筑工程的规模、高度和体量不断增大，对于混凝土材料的性能提出了越发严格的要求，也带动了高性能混凝土的发展。为了保证高性能混凝土合理应用，借助正交试验，分析了砂胶比、水胶比、硅灰掺量、钢纤维掺量和砂粒径范围对于高性能混凝土的影响，希望能够为高性能混凝土的配置和使用提供一定参考。

关键词：高性能混凝土；影响因素；

前言：以先进的施工技术和现代化的机械设备为支撑，现代建筑的施工速度快，结构强度大，体系多样，适应性强，同时对于建筑材料的性能也有着较高的要求。以此为背景，混凝土技术得到了迅猛发展，高强混凝土、高性能混凝土等得以出现，并且迅速得到了推广。对高性能混凝土进行深入研究，提升其综合性能，是相关技术人员需要关注的一个核心问题。

1 高性能混凝土概述

高性能混凝土（HPC）是一种新型高技术混凝土，能够以耐久性作为主要指标，依照混凝土的不同用途需求，重点赋予相应的性能，如工作性、适用性、耐久性、经济性等。对比常规混凝土，高性能混凝土具有浇筑简单，不容易离析，早期强度和韧性高，体积稳定性好，抗冲击能力强等特点，在恶劣环境条件下，依然可保持较长的使用寿命，因此也被认为是当前技术条件下性能最全面的混凝土。

高性能混凝土的发展经过了三个不同的阶段，一是高强混凝土，通过降低水灰比配合强力振动加压成型的方式，可以将混凝土中的空气及多余水分排出，减少孔隙率，得到强度较高的混凝土，不过这种工艺并不适合现场施工，推广和普及难度较大，一般仅用于混凝土预制板和预制桩的生产中，配合蒸压养护工艺来使用；二是高效混凝土，采用的是普通混凝土配置工艺，在降低水灰比的同时，掺加高效减水剂如三聚氰胺系、改性木钙系等，可以得到流动性高，抗压强度在60-100MPa的高强混凝土，也使得高强混凝土得到了更加广泛的应用，不过单纯依靠高效减水剂来配置混凝土，会引发坍落度的损失；三是高性能混凝土，在混凝土中同时加入高效减水剂和矿物外加剂（硅灰、超细粉煤灰等），借助微粉填隙作用，形成更加紧密的体系，对界面结构进行改善，促进界面粘结强度的提高。

2 高性能混凝土的影响因素

在对高性能混凝土的影响因素进行研究时，可采用正交试验的方式。

2.1材料与方法

2.1.1材料

普通硅酸盐水泥、硅灰、钢纤维（表面镀铜，直径0.2mm，长13mm）、聚羧酸系高效减水剂（含固量20%、减水率25%）、自来水。

为了研究砂胶比、水胶比、硅灰掺量、钢纤维掺量和砂粒径范围对高性能混凝土性能的影响，采用了正交试验法来对配比进行设计，具体如表1所示。

表1 混凝土配比

编号	砂胶比	水胶比	硅灰掺量/%	钢纤维掺量/%	砂粒径范围/mm	减水剂/%
A1	0.9	0.16	0	0	0-2.36	2.0
A2	0.9	0.18	10	1	0.3-2.36	2.0
A3	0.9	0.20	15	2	0.6-2.36	2.0
A4	0.9	0.22	20	3	1.18-2.36	2.0
B1	1.0	0.16	10	2	1.18-2.36	2.0
B2	1.0	0.18	0	3	0.6-2.36	2.0
B3	1.0	0.20	20	0	0.3-2.36	2.0
B4	1.0	0.22	15	1	0-2.36	2.0
C1	1.1	0.16	15	3	0.3-2.36	2.0
C2	1.1	0.18	20	2	0-2.36	2.0
C3	1.1	0.20	0	1	1.18-2.36	2.0
C4	1.1	0.22	10	0	0.6-2.36	2.0
D1	1.2	0.16	20	1	0.6-2.36	2.0
D2	1.2	0.18	15	0	1.18-2.36	2.0
D3	1.2	0.20	10	3	0-2.36	2.0
D4	1.2	0.22	0	2	0.3-2.36	2.0

注：在上表中，硅灰掺量和减水剂掺量均为占胶凝材料的比例，钢纤维掺量则是体积掺量。

2.1.2方法

依照《水泥胶砂流动度测定方法》（GB/T2419）的相关要求，使用跳桌法来对新拌合物的流动度进行测定；依照《水泥胶砂强度检测方法（ISO法）》（GB/T 17671）的要求，将水泥胶砂石块养护到预定龄期，对其抗压强度和抗折强度进行测定。

2.2结果与分析

依照相关规范的要求，制作高性能混凝土试件，在标准养护室内进行养护，然后对试件3d、14d和28d的抗压强度和抗折强度进行测试。五个因素对于高性能混凝土流动度、抗压强度和抗折强度的影响直观极差分析如表2所示。

表2 五种因素对高性能混凝土影响直观极差分析表

性能	砂胶比	水胶比	硅灰掺量	钢纤维掺量	砂粒径范围
流动度/mm	4.000	84.250	16.750	25.500	18.250
抗压强度/MPa	8.900	11.825	10.100	43.050	2.175
抗折强度/MPa	0.400	0.375	0.300	9.025	0.425

2.2.1流动度影响

胶凝材料可以在全面包裹骨料的同时，对空隙进行填充，减少颗粒间的摩擦，较大的砂胶比会导致浆体平均厚度减小，无法对骨料进行完全隔离，从而影响浆体流动；水胶比较大的情况下，拌合物中的水分含量增加，多数水都表现为游离态，拌合物被稀释从而使得流动性增大；硅灰可以将存在于水泥颗粒孔隙中的填充水置换出来，改善混凝土工作性能，促进其流动度的提高，不过在掺量过大的情况下，会导致浆体黏度增加，流动度下降；钢纤维本身比表面积大，流动性差，会导致水泥浆层变薄，弱化其润滑作用，而且其交叉搭接现象会阻碍混凝土流动度的提高；砂粒径过小或者过大时，都不利于混凝土流动度的改善，其最佳粒径范围在0.6-2.36之间。

2.2.2抗压强度影响

砂胶比和砂粒径范围对于混凝土抗压强度的影响与抗折强度的影响机理一致，水胶比过小时，振捣难度大，抗压强度小，水胶比过大时，大量游离水在蒸发时会留下孔洞，降低混凝土抗压强度；硅灰所具备的充填效应和火山灰效应可以提高抗压强度，不过在茶凉过大的情况下，因为缺乏水硬性，混凝土抗压强度会降低；钢纤维对于混凝土抗压强度的提高有利，但如果掺量过大，会在混凝土内部形成缺陷，影响抗压强度的增长。

2.2.3抗折强度影响

砂胶比较小时，浆体平均厚度增加，抗折强度增大，但是这并非表明砂胶比越小抗折强度阅读，因为砂石本身所具备的支撑作用和应力传递作用同样会影响抗折强度；水胶比较小时，拌合物粘性大，振捣难度增加，会对结构截面产生明显削弱作用，导致抗折强度降低。水胶比过大时，多余游离水蒸发时会产生大量气孔，同样会影响抗折强度的增加；硅灰所具备的填充效应可以提高混凝土强度，但是当其掺量较大时，受本身比表面积的影响，会吸收大量水分，导致混凝土相对密度下降，抗折强度降低；钢纤维可以限制混凝土裂缝的扩展，提高抗折强度，不过若掺量超过2%，则会因为纤维搭接在混凝土内部形成大量孔洞，影响其强度；砂粒径范围越大，混凝土抗折强度越大，当其粒径处于0-2.36mm之间时，混凝土抗折强度最小。

3 结语

总而言之，上述试验表明，砂胶比、水胶比、硅灰掺量、钢纤维掺量以及砂粒径范围都会在一定程度上影响高性能混凝土的性能，在工程实践中，需要技术人员做好合理的分析，确定好不同参数的数值范围，以此来将高性能混凝土的优势充分发挥出来。

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