周永祥：以新观点和新措施对待高性能混凝土

高性能混凝土是以建设工程设计、施工和使用对混凝土性能特定要求为总体目标，选用优质常规原材料，合理掺加外加剂和矿物掺合料，采用较低水胶比并优化配合比，通过预拌和绿色生产方式以及严格的施工措施，制成具有优异的拌合物性能、力学性能、耐久性能和长期性能的混凝土。理解这一概念，应该分两个层面上：第一，是理论层面。在这个层面上，高性能混凝土是满足工程需求的“个性化”和“最优化”的混凝土，运用全过程质量控制的理念，是可持续发展思想下的技术方向。第二，是技术层面。在这个层面上，高性能混凝土需要建立结构设计、原材料、配合比、生产、施工、验收等各个环节的技术指标体系。《高性能混凝土应用技术指南》与《高性能混凝土评价标准》（在编）所做的工作之一就是将高性能混凝土概念从理论层面落实到具体的、具有操作性的技术层面。

 

1   混凝土的原材料问题

 

1.1水泥

 

现在的水泥有以下四点特征：（1）早期强度高；（2）为保证水泥的高强与早强，水泥熟料被磨得更细，且其中的C3A、C3S含量偏高，水化热大；（3）由于上述两个原因，导致混凝土抗裂性能差，水泥的长期性能潜力变小、自愈合能力遭到削弱；（4）碱含量偏高，与外加剂的相容性问题突出。

 

越来越多的研究和工程实践表明，水泥具有良好的颗粒级配并且保留一定比例的粗颗粒水泥熟料是保证一般结构混凝土（某些特种混凝土除外）质量的重要条件，因此《高性能混凝土应用技术指南》指出：“硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的比表面积不宜大于350m2/kg。”

 

除了水泥熟料粉磨过细以外，水泥生产中混合材超掺、混合材成分不明的问题十分突出，这些因素都增加了混凝土质量控制难度和技术风险。因此，《高性能混凝土应用技术指南》鼓励使用较粗的P·I或P·II硅酸盐水泥，外掺优质矿物掺合料的胶凝材料配制高性能混凝土。

 

1.2细骨料

 

近年来，优质河砂资源逐渐枯竭，海砂、山砂、特细砂、再生骨料等地方资源被逐渐开发利用，机制砂将逐渐成为未来的主流。其中，海砂与机制砂的应用存在着一些不容忽视的问题。

 

1.2.1海砂的应用

 

在我国东部沿海地区，人口稠密，经济发达，工程建设量大，当河砂资源出现供给不足时，远距离运输河砂又会大大提高工程造价。与国外许多国家走过的路一样，在陆砂资源短缺的情况下，人们开始将注意力转向了当地砂源——海砂。因此，沿海地区开采利用海砂是经济发展的客观需要和历史发展的必然。然而，海砂应用既有成功的经验，也有惨痛的教训。误用或偷用海砂建成的“海砂屋”，短短几年就会出现混凝土开裂、钢筋锈蚀，甚至导致房屋倒塌，触目惊心。

 

海砂的合理与安全应用必须考虑到开采与应用两个方面。

 

1）开采方面——规划有序

 

海砂开采对海洋生态环境和地质环境存在影响。开采海砂，可能会破坏海洋生物群集中的各生物种类的栖息环境，破坏海底的生态环境，影响海水的盐度、pH值、O2含量、营养盐等；可能造成海域输砂量失衡、附近海域流场、波场改变，使得海岸受到侵蚀，国土流失；在近海大规模开采海砂，可能会引起近海地质环境的改变，甚至引起局部陆架的地质灾害。有的海砂矿产中含有大量的稀有金属元素，如可能含有锰、铜、镍、钴等多种元素，还可能铁矿、钛铁石与锆石等珍贵矿产的赋存地。如果此类极具冶金价值的海砂用于建筑用砂，是极大的资源浪费。因此，海砂的开采应由国家国土资源部门详细勘探规划，有计划、有步骤地开采使用。盲目开采使用，后果十分严重。

 

2）应用方面——从严控制

 

海砂的应用应遵循从严控制原则。《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206-2010中，“海砂混凝土”被定义为采用海砂全部或部分代替细骨料的混凝土。体现了从严控制的思想。

 

《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206-2010中明确规定：用于配制混凝土的海砂应作净化处理，且海砂不得用于预应力混凝土。其中净化处理技术即为淡水冲洗。另外，还规定了配合比设计和生产过程中应检测海砂混凝土拌合物的水溶性氯离子含量。由于氯离子检测方法的不完善，中国建筑科学研究院组织编制了《混凝土中氯离子含量检测技术规程》JGJ/T322-2013。

 

有效的净化处理是安全使用海砂的关键前提。《高性能混凝土应用技术指南》中规定进一步规定海砂的水溶性氯离子含量不得大于0.025%，比现行行业标准《海砂混凝土应用技术规范》JGJ206-2010规定的0.03%更严。

 

1.2.2机制砂的应用

 

机制砂应用中一个突出的问题是“石粉”问题。机制砂的“石粉”含量并非越多越好，也并非越少越好。“石粉”含量的控制要求与MB值相关——MB值小，石粉含量可适当放宽。《高性能混凝土应用技术指南》规定：石粉含量不大于10%，MB值不大于1.2；石粉含量较高时，可将部分石粉计入胶凝材料用量设计配合比。

 

1.3粗骨料

 

《高性能混凝土应用技术指南》规定，对配制高性能混凝土的粗骨料各项指标要求如下：（1）针片状颗粒含量不大于10%，有利于改善粗骨料粒型和级配，增进高性能混凝土性能；（2）坚固性指标不大于8%，有利于骨料的耐久性能，进而保证高性能混凝土的耐久性能；（3）吸水率不大于2%，有利于控制混凝土拌合物性能，也有利于硬化混凝土性能；（4）松散堆积空隙率不大于45%，有利于粗骨料紧密堆积，对混凝土性能和节约胶凝材料和外加剂具有重要意义。