高强度水泥配制低强度混凝土

一、高强混凝土

高强混凝土具有强度高、耐久性好、变形小的特点，它能适应现代工程结构向大跨度、重载荷、高耸型发展和承受恶劣环境条件的需要。使用高强混凝土，可获得明显的工程效益和经济效益，因此，研究和推广高强混凝土技术有着重要意义。

关于高强混凝土的概念，是随着混凝土技术水平的发展而变化的。在不同的历史时期，在不同国家里，高强混凝土的含义也是不同的。在我国20世纪50年代把强度在30MPa以上的混凝土称为高强混凝土，70年代是40MPa以上，80年代是50MPa以上。现在，中国土木工程协会高强与高性能混凝土委员会提出的《高强混凝土结构设计施工指南》中将强度等级为C50以上的混凝土称为高强混凝土。目前，通常还将强度等级等于或大于C80的混凝土称为超高强混凝土，这种分类标准比较符合中国国情。

1．配制高强混凝土的技术途径

高强混凝土技术的发展大致分为3个阶段。第一阶段依靠强力搅拌、振动加压等手段，降低水灰比以获得高强度。由于施工工艺复杂，成本高，所以这个阶段高强混凝土的工程应用受到限制。第二阶段采用高效减水剂配制高强混凝土，使60MPa以上的高强混凝土走向实用化。目前，采用高效减水剂是配制高强混凝土的主要手段，为商品混凝土和泵送混凝土的应用创造了条件。第三阶段是20世纪80年代以后，在掺入化学外加剂的同时，掺入矿物超细粉掺和料配制高强混凝土，即所谓“双掺技术”配制高强混凝土。在混凝土中，矿物掺和料不仅起到辅助胶凝材料的作用，而且可以改善混凝土的微观结构和宏观结构，因此，矿物掺和料又被称为矿物外加剂。目前，矿物掺和料与高效减水剂并用，已经成为配制高强混凝土的主要技术路线。

配制高强混凝土的技术途径，一是提高水泥石基材本身的强度；二是增强水泥石—骨料界面的胶结能力；三是选择性能优良的混凝土骨料。高强度等级水泥、高效减水剂、高活性超细矿物质掺和料以及优质粗细骨料是配制高强混凝土的基础；低水灰比是高强技术的关键；获得高密实度水泥石，改善水泥石—骨料界面结构，增强骨料骨架作用，是配制高强混凝土的主要环节。在进行高强混凝土配合比设计时，需要掌握以下技术要点。

（1）降低水灰比　目前高强混凝土的水灰比在0．35～0．25，有的更低。在这样低的水灰比下，还要保证混凝土拌和物具有足够的和易性，以获得高密实度的混凝土，就必须使用高效减水剂。

（2）选用高强度等级水泥　水泥的强度等级要大于42．5MPa，质量要稳定，细度应比普通水泥细，以保证水泥正常水化，水泥强度正常发挥。水泥用量大，但不宜过大。配制C50～C60的混凝土，水泥用量取400～500kg／m³；配制C60以上的混凝土，水泥用量不宜超过550kg／m³。

（3）使用高活性超细矿物质掺和料　在水灰比较低的混凝土中，有一部分水泥是永远不能水化的，只能起填充作用，同时还会妨碍水泥的进一步水化。用高活性超细矿物质掺和料代替这部分水泥，可以促进水泥水化，减少水泥孔隙率，改善水泥石孔径分布，改善骨料与水泥石界面结构，从而提高混凝土强度和耐久性。目前常用的超细矿物质掺和料有硅粉和磨细沸石粉，国外还有用磨细稻壳灰的。

硅粉是从冶炼硅铁和其他硅金属工厂的烟气中回收的副产品，颜色为灰色。其主要成分是SiO₂（一般含量高达85％～96％），活性很高。硅粉很细，比表面积为20000～25000m²／kg，粒径在0．1～1．0μm，是水泥粒径的1／50～1／100。硅粉的密度为2．1～2．2g／cm³，松散堆积密度在250～300kg／m³，它是一种能显著改善混凝土性能的新型掺和料。配制高强混凝土时，其掺量一般为水泥用量的5％～10％。

沸石粉是天然的沸石岩经磨细而成，颜色为白色。沸石岩是一种火山灰质铝硅酸盐矿物，含有一定量的活性SiO₂和Al₂O₃，能与水泥水化析出的Ca（OH）₂作用，生成凝胶物质。沸石粉具有很大的内表面积，平均粒径为5．0～6．5μm，配制高强混凝土时，沸石粉的掺量一般为10％～15％。

（4）选用优质骨料粗骨料的矿物成分和粒径对混凝土强度有较大影响，其影响仅次于水灰比。细骨料性质相对于粗骨料而言影响较小，但是细骨料细度与级配对高强混凝土至关重要。因此，建议配制高强混凝土时，骨料选用《建筑用砂》（GB／T　14684—1993）和《建筑用卵石、碎石》（GB／T　14685—1993）中的优等品骨料，并且粗骨料的最大粒径一般不宜大于25mm，配制C80以上强度等级的混凝土最大粒径不宜超过20mm，应尽量选用碎石。

2．高强混凝土的施工与性能特点

高强混凝土从称料到搅拌、运输、浇筑、养护等，都要严格按着施工程序进行操作，加强原材料质量检验和施工过程控制。使用高强混凝土，尽量以商品混凝土的形式供应，在现场采用泵送的方法进行施工，这样便于保证高强混凝土的施工质量。

由于高强混凝土用水量少，水泥用量高，所以要加强养护，保证水泥水化的温度、湿度和龄期，保持潮湿养护对混凝土的强度发展、体积稳定性以及避免过多的原生裂缝、获得完好的微观结构具有重要影响。

高强混凝土早期强度增长较快，但28d龄期后强度增长速率通常低于普通混凝土。高强混凝土弹性模量略高，破坏时呈突然脆性破坏，而且伴随有较大的破坏声响。高强混凝土拉压强度比低于普通混凝土，而且强度越高，拉压比越小，脆性越大，这是高强混凝土的致命缺点。高强混凝土的耐久性比普通混凝土好。