高性能混凝土施工质量控制.docx

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高性能混凝土施工质量控制

高性能混凝土施工质量控制

近年来，随着工程建设和科学技术的发展，高性能混凝土的使用呈逐渐普及的趋势。

就铁路工程而言，近几年设计施工的铁路工程几乎全部采用了高性能混凝土。

我集团从温福客运专线承建施工开始，陆续在武广、哈大、京沪、长吉、太中银、包西、西格、海南、向莆、厦深、沪宁、石武等铁路工程均采用了高性能混凝土施工。

经过前一阶段的混凝土施工，大家已经对高性能混凝土的施工有了一定的认识和了解，但也存在一定的问题。

下面将高性能混凝土的一些要求，以及当前施工中存在的共性问题及其注意事项作一介绍。

一、为什么采用高性能混凝土施工？

传统的普通混凝土施工，由于用水量比较大、对使用的水泥、砂石料质量要求不严，引起混凝土过早劣化开裂、抵御外界腐蚀的能力差，使混凝土的寿命大大降低。

经调查普通混凝土的寿命一般在30~50年，即开始逐步丧失使用功能。

研究发现，在混凝土中掺入一定的矿物掺合料和高效减水剂，能改善混凝土的孔结构，可以大大改善混凝土的工作性能和耐久性能，混凝土的寿命可以增加到60~100年，因此就形成了今天的高性能混凝土。

高性能混凝土的发展比较迅速，20世纪80~90年代我国尚处于研究阶段（当时有些工程使用粉煤灰曾经受到抵制），进入21世纪逐步开始使用，近年来已进入普及阶段。

二、什么是高性能混凝土，与普通混凝土有那些区别

1、高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上，以混凝土耐久性作为设计的主要指标，保证混凝土具有良好的工作性、适用性、力学强度、体积稳定性和经济性，采用现代混凝土技术制作的混凝土。

高性能混凝土不仅是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境保护等方面都具有重要意义，是一种环保型、集约型的新型材料。

2、高性能混凝土在配制上有以下五个技术要点：

•选用优质的水泥和砂石料

•掺加优质化学外加剂---减水剂、引气剂（聚羧酸减水剂）

•掺加矿物掺合料---粉煤灰、矿渣粉

•低水胶比（一般小于0.40）

•限制胶凝材料总量和水泥用量

其中：

采用高效减水剂主要是为了减少混凝土用水量,降低水泥石孔隙率，改善孔结构，从而改善混凝土施工工作性能，提高混凝土的密实性和强度,改善混凝土的耐久性能。

目前使用的高效减水剂主要是聚羧酸系减水剂，其优点有以下六点：

•掺量少（1.0％以下），减水率高（25～45%）。

•混凝土工作性好，坍落度损失小。

•混凝土收缩小。

•碱含量很少。

•早强、缓凝、引气性可根据需要复配调节，起到多功能的功效。

•无污染的环保产品。

采用矿物掺合料（粉煤灰、矿粉等）主要是可以提高水泥石界面强度，降低混凝土的碱性，改善混凝土的和易性（滚珠效应），减小水泥石孔隙率（颗粒互相填充），降低混凝土内部温度，提高耐久性（改善耐硫酸盐侵蚀性，抑制碱骨料反应，增加密实性，提高抗渗性和氯离子渗透性）。

3、提示以下几点：

⑴、混凝土中掺加粉煤灰必须是在低水胶比的前提下，才能发挥与水泥等效的作用，否则粉煤灰的功效就会大打折扣。

而低水胶比必须掺加高效减水剂才能实现低水胶比。

⑵、矿渣粉只有与水泥同时使用，才能产生活性，增加强度。

单纯的矿渣粉几乎不产生强度。

⑶、为什么不直接使用矿渣水泥、粉煤灰水泥配制混凝土？

因为生产水泥时矿物掺合料和水泥一起磨细，颗粒（细度）较粗，掺加矿物掺合料主要起填充作用。

而高性能混凝土在硅酸盐水泥或普通水泥的基础上，掺加细度比水泥要细得多的矿物掺合料，才能充分发挥矿物掺合料与水泥相当的作用和功效。

⑷、为什么有的高性能混凝土配合比水泥用量很少（如东海大桥配合比设计强度C40，水泥用量只有120kg）？

是因为采用的是无（少）矿物掺合料的硅酸盐水泥，矿物外掺料用量达70%左右。

而铁路工程目前采用的全是普通硅酸盐水泥（内掺15～20%的掺合料），矿物掺合料用量一般为40～50%。

中国的通用水泥

品种

混合材种类

混合材掺量

PI（硅酸盐I型）

无

0

PII（硅酸盐II型）

活性或惰性

<5%

P.O（普通）

活性或惰性

6%～20%

P.S（矿渣）

矿渣

20%～70%

P.P（火山灰）

火山灰质材料

20%～50%

P.F（粉煤灰）

粉煤灰

20%～40%

P.C（复合）

两种或两种以上的复合

20%～50%

4、普通混凝土与高性能混凝土的区别

高性能混凝土与普通混凝土的主要区别：

一是对原材料的质量和种类提出了较普通混凝土更严格的要求，二是搅拌工艺的提高，三是人员素质的要求提高。

主要表现在以下几个方面：

高性能混凝土与普通混凝土比较

混凝土种类项目

普通混凝土

高性能混凝土

理念

重视强度，对于不同混凝土，规定不同的最低强度

重视耐久性，根据环境特点，确定混凝土应具备的性能

寿命

20～50年左右

100年以上

原材料组成

水泥、砂、石、水、普通减水剂

水泥、砂、石、水、高性能减水剂、矿物掺合料

原材料质量要求

原材料的品质指标主要满足强度要求（常规检测项目19项）

原材料的品质指标应满足工作性、强度、耐久性等要求（试验检测项目增加至79项）

配合比控制指标

坍落度、力学性能（2项）

工作性能（坍落度、坍落度损失、扩展度、匀质性、含气量、常压泌水率、压力泌水率、湿密度、温度、凝结时间等）

力学性能（强度）

耐久性能（抗渗性、抗冻性、抗氯离子渗透性<电通量>、耐腐蚀性、抗裂性、抗碱—骨料反应性、护筋性、抗碳化性）

（17项）

生产工艺

包含搅拌、运输、灌注、振捣、养护等环节

包含施工前准备、搅拌、运输、灌注、振捣、养护、过程检验等环节

施工过程

控制特点

仅对坍落度、凝结时间等进行控制

对坍落度、坍落度保留值、含气量、泌水率、凝结时间、水胶比、温度、匀质性进行全面控制

质量检测指标

强度、外观等

强度、外观、耐久性等

试验周期

28天

56天

5、高性能混凝土应用中施工单位面临的难点

⑴高性能混凝土对原材料无论从检测项目上还是技术指标上都比普通混凝土增加了不少内容和限制，使得原材料的选用上增加了难度，施工成本大大增加。

⑵高性能混凝土使用的原材料增加了种类，拌合物、力学以及耐久等各种性能增加了检测项目，使得混凝土配合比设计选定的难度大为增加。

⑶高性能混凝土试验龄期的延长以及耐久性试验的长龄期，使得工程施工与试验检测矛盾突出，试验人员的压力加大。

⑷施工现场材料的可变性，高性能混凝土施工的严格性，使得混凝土施工过程控制的难度大为增加（混凝土拌合物性能）。

⑸粉煤灰、矿粉市场上的供求矛盾、质量要求矛盾，使得混凝土的施工质量控制的难度大为增加。

⑹甲供材料（水泥、粉煤灰、减水剂等）的限制性，束缚了施工方在品种上、质量上、价格上的可选性，使得混凝土拌合物性能的可调性的难度大为增加。

三、铁路对高性能混凝土的要求

铁道部从2004年开始陆续使用高性能混凝土。

先后出台了铁建设[2005]157号文〈铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定〉、科技基[2005]101号文〈客运专线高性能混凝土暂行技术条件〉、铁建设[2005]160号文〈铁路混凝土工程施工质量验收补充标准〉、铁科技[2004]120号文〈客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件〉等关于高性能混凝土施工的技术规定以及铁建设[2006]141号文、铁建设[2007]140号文等对上述文件的补充、更正文件。

这些文件从不同侧面对高性能混凝土的使用环境、材料要求、配比设计、施工要求、质量检测控制等方面均做了较为详细的规定。

目前已施工的铁路工程均是按设计寿命100年的要求进行。

四、当前高性能混凝土施工中存在的问题

目前铁路施工中大量使用了高性能混凝土。

高性能混凝土由于使用材料种类增多，各材料之间相互交叉、相互影响，强度等级提高，胶凝材料用量加大，使得混凝土粘性增大。

稍有不慎，就会使混凝土坍落度损失较快，流动性降低，给混凝土运输、浇筑带来不利影响，甚至发生堵管、堵泵现象。

因此应高度重视高性能混凝土施工拌和物工作性能的控制。

五、高性能混凝土的施工质量控制

高性能混凝土的施工质量保证要靠全方位的施工环节控制才能实现。

片面强调某一方面，都难以保证高性能混凝土的使用寿命100年的目标。

从试验人员的角度出发，应从以下几方面着手。

1、严格控制原材料品质

严格控制高性能混凝土原材料质量，把好原材料质量是保证高性能混凝土质量的关键。

必须坚持预防为主的思想，首先把好地材母材质量和生产工艺关，这对于砂子、碎石等地材尤为重要。

例如：

应避免使用软化系数小于0.85的母材加工碎石，以防碎石的压碎指标超标；避免使用鳄式碎石加工设备，以防碎石的粒形变差，针片状颗粒含量指标超标；应严格控制砂石含泥（粉）量、含石率超标，以防混凝土工作性能变差，用水量增加；应保证砂石料的料源稳定，杜绝乱进、乱堆、乱放，确保砂石料质量的稳定供给。

二是严格检验关：

进场前材料调查检验、材料进场检验、材料使用过程检验。

三是在拌和站配置必要的冲洗或筛分设备，发现骨料的含泥量、含石率、粉尘含量、级配不符合要求时，应及时进行冲洗或筛分，保证砂子和碎石各项指标合格，并均在可控状态。

四是外加剂质量直接影响混凝土的各项指标，同时对混凝土的成本产生直接影响。

应特别重视外加剂与混凝土中其它材料的相容性，积极配合生产厂家调试出满足混凝土含气量、塌落度损失、混凝土流动度、混凝土强度保证率均满足要求的产品，增强外加剂的适应性。

现在外加剂厂在投标时都以1%的掺量进行报价，中标后要求施工方必须以1%的掺量进行施工，这是极其错误的。

减水剂的掺量有个饱和点，以固定掺量进行施工会导致混凝土工作性能不能满足要求，给施工造成不利影响。

2、认真选定混凝土配合比

高性能混凝土配合比试验周期长，试验项目多，各因素之间相互交叉、相互影响，给配合比选择增加了难度。

因此上场后试验人员应积极配合材料人员尽快优选原材料。

在此基础上，不失时机地积极做好配合比设计选定的各项工作。

尤其在外加剂的选定上，要请外加剂生产厂派技术人员对拟使用的外加剂进行反复调配，拿出适合工程特点的工作性能良好、不影响力学性能和耐久性能的优良外加剂。

工程施工紧急时，应拿出例外放行的合理方案，确保不贻误施工。

3、各种材料除按有关标准进行试验检测外，粉煤灰、矿粉到场进罐前应首先测试其细度，细度合格方能允许进罐，避免假材料、冒牌材料进入施工现场；外加剂进场后应及时进行含固量、密度、减水率、含气量等试验检验，发现问题应尽快与生产厂勾通解决。

4、新材料进厂后，试验人员应随时观察其状态，发现有明显变化时，应及时按配合比进行试拌，试拌与配合比有较大变异时，应进行微调，直至混凝土工作性能良好，才应正式进行混凝土施工。

5、工地试验人员在搅拌混凝土前，应认真测定粗细骨料的含水率，准确测定因天气变化而引起粗细骨料含水量的变化，以便及时调整施工配合比，应注意风干含水率和烘干含水率对施工配合比的影响。

6、每次拌和第一盘混凝土时，粗骨料应减掉施工配合比标准数量的1/3左右，在下盘材料装入前，搅拌机内的拌和料应全部卸清。

第二盘混凝土搅拌时，恢复到混凝土施工配合比的标准数量。

7、在搅拌第二、第三盘混凝土时，工地试验人员需抽测混凝土坍落度、含气量，观察混凝土工作状态（粘稠程度、爬底粘板程度、泌水程度、坍落度损失程度等）。

发现异常，应对混凝土配合比进行砂率（1~2%）、减水剂掺量（0.1~0.2%）等针对性微量调整，调整时应保持水胶比不变。

当发现混凝土出现爬底粘板、泌水等现象时，应适当降低砂率、减水剂掺量，如何降低视现场情况而定。

此调整不会引起混凝土力学、耐久性能有大的变化，相反由于改善了混凝土和易性，其他各项性能也会有所改善。

混凝土经过2~3盘的调整，可以调整至最佳状态。

试验室配合比不是一成不变的，施工现场进场材料的变异（大小、粗细等），材料温度以及环境温度的变化，搅拌机功率的变化、搅拌时间的长短等，均可以引起混凝土状态的改变。

特别是减水剂，其掺量有个饱和点，超过或达不到饱和点混凝土拌和物的性能状态都会变差。

因此在配合比选定或施工时，应观察混凝土拌和物的状态，可采取微量调整减水剂的办法，使混凝土拌和物的工作性能达到最佳状态。

微量改变减水剂的用量，不会对混凝土力学性能、耐久性能造成危害。

因此应根据现场情况进行微调，但要把握原则，比如水胶比不应变。

8、每次浇筑第一车混凝土时，工地试验人员应跟踪观察混凝土浇筑情况。

发现异常，及时调整配合比，确保混凝土的可灌性，避免混凝土堵管。

灌注桩浇注第一车混凝土时，灌注现场值班技术人员应观察混凝土浇注状态，发现异常，应电话及时反馈给搅拌站试验人员，试验人员应对混凝土及时进行针对性调整。

9、工地试验人员发现混凝土拌和物异常，自己难以调整至较为理想状态时，应及时报告试验室，必要时报告中心试验室。

试验室应及时派人赶赴现场查找原因，进行现场处理。

必要时请外加剂厂共同调整。

10、减水剂由于附加成分种类较杂，静置时间较长时难免沉淀，减水剂质量不均匀，混凝土拌和物状态会有较明显改变。

为避免此现象，要求每个减水剂储存罐必须增设慢速搅拌的小型搅拌器（或小型潜水泵循环）。

每班作业搅拌混凝土前，搅拌机司机应提前开动搅拌器搅拌5~10分钟后，再注入搅拌机中使用，整个混凝土搅拌期间，不应停顿。

值班试验人员应监督实施。

11、混凝土搅拌机计量器具应定期进行检定。

在检定周期内，每一工班正式称量前，应对计量设备进行校核；怀疑计量器具异常时，应进行校核或检定；搅拌机经大修中修，计量器具应重新进行检定。

12、自全部材料装入搅拌机开始搅拌起，至开始卸料时止，延续搅拌混凝土的最短时间应经试验确定。

13、每种混凝土配合比使用前期，试验人员会同搅拌机司机，注意观察搅拌机的工作电流。

工作电流恒定在某一数据波动时，即认为混凝土已搅拌至最佳状态。

同时，试验人员应观察每种配合比混凝土拌和物工作性能处于最佳状态时的工作电流，并书面记录该配合比理想状态的电流值。

以后每次混凝土搅拌时，以此电流值作为调整配合比的参考值。

搅拌机司机以此电流值作为混凝土出罐的参考依据。

搅拌时间除按上述方法控制外，尚须满足至少90秒的最短搅拌时间。

14、浇筑承台、桥墩混凝土时，在满足输送车顺利倾倒、泵送不堵管的前提下，尽可能降低混凝土的坍落度。

这样浇筑的混凝土表面质量、内部质量均有保证。

15、混凝土运输过程中，应确保混凝土不发生离析、漏浆、严重泌水及坍落度损失过多等现象，运至浇筑地点的混凝土应仍保持均匀和规定的坍落度。

混凝土搅拌运输车运送途中至浇灌前，罐体必须始终保持慢速运转状态，中途不得停顿。

高性能混凝土拌和物中途停顿，将使拌和物的坍落度损失较快。

16、高性能混凝土拌和物的最大特点是：

经过短暂时间停顿，混凝土逐渐变稠，但一经强力搅拌，又会基本恢复原有的状态。

因此，当搅拌运输车到达浇灌现场时，应高速旋转30秒左右后，再将混凝土拌和物喂入泵车受料斗或混凝土料斗中，使混凝土拌和物坍落度恢复后，方能进行泵压。

17、当运至现场的混凝土发生离析现象时，应在浇筑前对混凝土进行二次搅拌。

坍落度损失较多无法浇筑时，可采取添加减水剂的办法，增加坍落度。

但不应再次加水。

浇筑地点应准备适量减水剂备用。

减水剂加入：

①估计剩余混凝土量；②计算胶凝材料量；③按胶凝材料质量的0.1%~0.2%加入；④输送车强力搅拌1分钟左右，搅拌均匀为原则。

18、混凝土浇筑过程中，应保持连续泵送混凝土，必要时可降低泵送速度以维持泵送的连续性。

因故中途停泵时，须每隔3～5min开泵一次，正转和反转两个冲程，以防泵管混凝土堵塞。

同时开动料斗搅拌器，防止料斗中混凝土离析。

如停泵超过45min，或混凝土出现离析现象时，宜将管中混凝土清除，并清洗泵机。

19、浇筑混凝土时，应适时移动下料管，以使混凝土均匀分布在浇筑面。

振捣时，应使振点均匀分布，快插慢拔，应离开模板一定距离，每一振点的振捣延续时间宜为20～30s，以混凝土不再沉落，不出现大气泡，表面呈现浮浆为度，防止过振、漏振。

20、对于箱梁腹板与底板及顶板连接处的承托、预应力筋锚固区以及施工缝处等其它钢筋密集部位，应特别注意振捣。

21、高性能混凝土由于掺加了粉煤灰、矿粉等早期强度发展缓慢的矿物掺合料，必须采取有效措施加强早期养护。

22、高性能混凝土施工，稍有不慎，就会引起混凝土开裂。

把握混凝土的拆模时间尤为重要。

混凝土的拆模时间除需考虑拆模时的混凝土强度外，还应考虑拆模时混凝土的温度（由水泥水化热引起）不能过高（混凝土浇筑后，内部高峰温度一般发生在2~4天内，建议拆模避开此段时间），以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。

混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模。

23、当结构或构件芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差大于20℃（截面较为复杂时，温差大于15℃）时不宜拆模。

大风或气温急剧变化时不宜拆模。

在寒冷季节，若环境温度低于0℃时不宜拆模。

在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。

24、根据混凝土施工季节的变化，应适时邀请外加剂生产厂家对外加剂的配方进行调整，以适应变化了的气候条件。