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【摘 要】 本文阐述了高性能混凝土概念及性能，然后对水泥与外加剂的优选、外加剂掺加方法对适应性影响及粉煤灰、磨细矿渣对水泥与减水剂适应性的影响进行了分析探讨，得出了重要的结论。
【关键词】 高性能混凝土;外加剂;适应性
1 高性能混凝土
高性能混凝土是以耐久性为核心指标，针对不同的施工要求，兼顾工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性的一种高新技术型混凝土。其设计原理是利用不同原材料的水胶比对混凝土产生作用的效果不同来控制混凝土的综合性质。
2 高性能混凝土构成
高性能混凝土主要由水泥、集料、矿物外加剂和化学外加剂等四类原材料构成。其中集料又称骨料，分为粗集（骨）料和细集（骨）料;矿物外加剂主要有磨细矿渣、硅灰、粉煤灰和天然沸石粉四种;化学外加剂包含了高效减水剂（按其组成又分为萘系、胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族和聚羧酸系高效减水剂）、泵送剂、缓凝剂、引气剂四类。对不同的水泥、集料、外加剂进行性能试验，可以测定混凝土强度的发展变化和对高强度混凝土各种性能的影响。
3 水泥与外加剂的优选
随着混凝土技术的发展，外加剂已成为混凝土不可缺少的重要组成部分。高性能混凝土的突出特點是在低水胶比条件下，借助高效减水剂的高度分散和塑化作用，使混凝土拌合物获得很高的流动性。要实现这一目的，选择相容性较好的水泥与高效减水剂是一个关键因素。然而，在实际应用过程中，并不是所有的水泥与外加剂都具有良好的适应性，主要问题表现在：出现减水效果低下、流动度低或经时损失大、凝结速度太快或缓凝、离析、泌水、板结等不正常现象，甚至降低混凝土强度，不仅使混凝土匀质性得不到保证，严重时还会导致塑性收缩裂纹等工程质量问题。高性能混凝土是具有一定高强度和高工作性及高耐久性的混凝土，因此水泥与减水剂的选择就非常重要。
3.1水泥与减水剂适应性试验
（1）水泥的选择
高性能混凝土最好使用C3A含量低，且C3S含量高的水泥，这样制得的混凝土流动性大，且坍落度经时损失小。
（2）减水剂的选择
高性能混凝土外加剂要满足在低水胶比下提高混凝土流动性，即减水率要大，一般在20%以上，混凝土坍落度的经时变化要小。这就要选择能增加水泥粒子表面电位、降低拌和水的表面能力，能使水泥粒子分散好的外加剂。
3.2影响外加剂与水泥适应性的因素分析
①水泥矿物成分对适应性的影响
在水泥矿物中C3A吸附外加剂量最大，拌和后几秒钟吸附相当多的外加剂，其它依次为C4AF，C3S，C2S。水泥矿物成分对外加剂的吸附量的多少对于流动性及强度增长有很大的影响，外加剂吸附量越少的水泥浆体流动度值越大。C3A含量高，将形成大量的钙矾石，须消耗大量的水，使混凝土流动度降低，需增加减水剂的用量，水泥中C3A的含量越低，减水剂与水泥的适应性越好，因此高性能混凝土最好使用C3A含量低，且C3S含量高的水泥。
②调凝剂对适应性的影响
水泥常用的调凝剂为石膏，石膏品种又分为二水石膏、半水石膏和无水石膏。大量资料表明，石膏结晶形态不同，其对减水剂的吸附能力也不相同，顺序为CaSO4>CaSO4.1/2H2O>CaSO4.2H20。当采用无水石膏作为水泥调凝剂时，掺加减水剂后，无水石膏表面立即大量吸附减水剂分子，形成吸附膜层，使之无法溶出水泥浆体所需要的SO42-离子，无法快速与水化铝酸盐生成难溶的水化硫铝酸钙，造成C3A大量水化，形成相当数量的水化铝酸钙结晶体并相互连接，使混凝土产生假凝或急凝现象。
③碱含量对适应性的影响
水泥中的碱含量主要指水泥中Na2O和K2O的含量，通常以Na2O+0.658K2O的质量百分数表示。当熟料中碱含量相对较高时，水泥早期水化较快，对外加剂的吸附性较强，导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度损失增大。
④水泥细度对适应性的影响
水泥比面积越大，水泥颗粒越细，对减水剂分子的吸附量也越大，水化速度加快，随着比表面积的增加适应性会变差。本试验中水泥比面积由大到小的顺序为咏宁>金隆>山水，其水泥净浆流动度试验结果与理论相符。因此，在配制低水灰比的高性能混凝土时，尤其要注意所选用水泥的比表面积。
其次，还有水泥标准稠度、水泥颗粒级配、水泥新鲜程度和温度等影响因素。就外加剂而言，有减水剂的种类和掺量、化学性质、交联度、磺化程度和平衡离子等影响因素。
4 外加剂掺加方法对适应性影响的试验研究
在水灰比、水泥品种和减水剂掺量相同的情况下，外加剂采用不同的掺加方法，对水泥净浆流动度影响很大。减水剂掺加方法大体分为先掺法（在拌合水之前掺入）、同掺法（与拌合水同时掺入）、滞水法（在搅拌过程中减水剂滞后于水2～3min加入）、后掺法（在拌合后经过一定的时间才按1次或几次加入到具有一定含量的混凝土拌合物中，再经2次或多次搅拌）。本论文研究了当外加剂掺量为0.8%时，减水剂掺加方法对水泥净浆流动度的影响见表1。
表1 减水剂掺加方法对水泥净浆流动度的影响
外加剂
品种 山水东岳牌水泥 金隆牌水泥 金隆牌水泥
先掺法 同掺法 后掺法 先掺法 同掺法 后掺法 先掺法 同掺法 后掺法
GK-3000 284 295 312 211 202 253 269 267 278
NOF-AS 231 223 265 179 174 236 276 287 297
JF-1 238 243 274 168 156 228 189 180 215
FAC-1 256 257 282 219 220 247 276 287 293 MN-FEA918 226 222 253 228 235 263 235 240 272
从实验结果看，外加剂先掺法和同掺法塑化效果基本上相同，而采用后掺法可以明显改善水泥与外加剂的适应性，增强使用效果。研究表明后掺法还可克服拌台物在运输途中的分层、离析和坍落度损失，甚至可以降低外加剂的用量。掺减水剂的混凝土坍落度损失一般较快，在运输过程中应注意保持混凝土的匀质性，避免分层离析，应尽量缩短运输及停放时间，一般不超过30min，否则要用后掺法。但高效减水剂采用后掺法时，容易造成泌水现象。
5 粉煤灰、磨细矿渣对水泥与减水剂适应性的影响
高性能混凝土借助于高效减水剂的作用可以在低水胶比条件下获得很高的流动性。同时由于高效减水剂对水泥的高度分散作用，使得水泥颗粒与水的接触面积明显增大，为早期水泥的水化反应提供了有利条件，所以混凝土拌合物的流动性随着时间的延长将很快降低，即产生坍落度损失。
磨细矿渣和粉煤灰掺入后水泥和减水剂之间的适应性能得到明显的改善，原因如下：
（1）矿渣颗粒为多棱角，无规则外形颗粒。在磨细后这种多棱角、无规则外形得到很大程度的改善，这也是矿渣磨细后使水泥流动度增大的原因之一。而粉煤灰颗粒多为球状颗粒，且其表层经过高温熔融结构非常致密光滑，因而它可明显增大水泥浆体的流动度。
（2）磨细矿渣和粉煤灰对减水剂的吸附量比水泥对减水剂的吸附量小，矿物掺合料在浆体中具有“辅助”减水作用，这样在减水剂掺量一定的条件下，磨细矿渣和粉煤灰掺入水泥后，会有更多的减水剂用于分散水泥熟料颗粒，即单位水泥熟料颗粒上的减水剂的吸附量会增大，从而增加浆体的流动性能。
（3）随着矿物掺合料比表面积的提高和掺量的增大，掺减水剂水泥净浆的Zeta电位绝对值相应增大，说明水泥颗粒之间的相互斥力增大，这就是随矿物掺合料比表面积的提高和掺量的增大使水泥流动度增大的原因。
（4）在高性能混凝土中掺入粉煤灰或磨细矿渣，首先能从质量上取代部分水泥，减少胶凝材料总量中水泥的用量，进而減少同一时间水化物的生成量，同时粉煤灰和磨细矿渣的水化反应依赖于水泥水化产生的碱性物质的激发，生成凝胶体的速率远远低于硅酸盐水泥的水化速率，可以减缓拌合物的初凝速度，而且粉煤灰和磨细矿渣在混凝土中发挥其粒形效应可提高混凝土的流动性，所以，掺入粉煤灰、磨细矿渣能改善水泥与外加剂的相容性，减小水泥净浆流动度损失。
参考文献：
[1]马安.杨芝勇.C60高性能混凝土试验研究及应用[J].混凝土与水泥制品，2009（6）.
[2] JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].
【关键词】 高性能混凝土;外加剂;适应性
1 高性能混凝土
高性能混凝土是以耐久性为核心指标，针对不同的施工要求，兼顾工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性的一种高新技术型混凝土。其设计原理是利用不同原材料的水胶比对混凝土产生作用的效果不同来控制混凝土的综合性质。
2 高性能混凝土构成
高性能混凝土主要由水泥、集料、矿物外加剂和化学外加剂等四类原材料构成。其中集料又称骨料，分为粗集（骨）料和细集（骨）料;矿物外加剂主要有磨细矿渣、硅灰、粉煤灰和天然沸石粉四种;化学外加剂包含了高效减水剂（按其组成又分为萘系、胺系、氨基磺酸盐系、脂肪族和聚羧酸系高效减水剂）、泵送剂、缓凝剂、引气剂四类。对不同的水泥、集料、外加剂进行性能试验，可以测定混凝土强度的发展变化和对高强度混凝土各种性能的影响。
3 水泥与外加剂的优选
随着混凝土技术的发展，外加剂已成为混凝土不可缺少的重要组成部分。高性能混凝土的突出特點是在低水胶比条件下，借助高效减水剂的高度分散和塑化作用，使混凝土拌合物获得很高的流动性。要实现这一目的，选择相容性较好的水泥与高效减水剂是一个关键因素。然而，在实际应用过程中，并不是所有的水泥与外加剂都具有良好的适应性，主要问题表现在：出现减水效果低下、流动度低或经时损失大、凝结速度太快或缓凝、离析、泌水、板结等不正常现象，甚至降低混凝土强度，不仅使混凝土匀质性得不到保证，严重时还会导致塑性收缩裂纹等工程质量问题。高性能混凝土是具有一定高强度和高工作性及高耐久性的混凝土，因此水泥与减水剂的选择就非常重要。
3.1水泥与减水剂适应性试验
（1）水泥的选择
高性能混凝土最好使用C3A含量低，且C3S含量高的水泥，这样制得的混凝土流动性大，且坍落度经时损失小。
（2）减水剂的选择
高性能混凝土外加剂要满足在低水胶比下提高混凝土流动性，即减水率要大，一般在20%以上，混凝土坍落度的经时变化要小。这就要选择能增加水泥粒子表面电位、降低拌和水的表面能力，能使水泥粒子分散好的外加剂。
3.2影响外加剂与水泥适应性的因素分析
①水泥矿物成分对适应性的影响
在水泥矿物中C3A吸附外加剂量最大，拌和后几秒钟吸附相当多的外加剂，其它依次为C4AF，C3S，C2S。水泥矿物成分对外加剂的吸附量的多少对于流动性及强度增长有很大的影响，外加剂吸附量越少的水泥浆体流动度值越大。C3A含量高，将形成大量的钙矾石，须消耗大量的水，使混凝土流动度降低，需增加减水剂的用量，水泥中C3A的含量越低，减水剂与水泥的适应性越好，因此高性能混凝土最好使用C3A含量低，且C3S含量高的水泥。
②调凝剂对适应性的影响
水泥常用的调凝剂为石膏，石膏品种又分为二水石膏、半水石膏和无水石膏。大量资料表明，石膏结晶形态不同，其对减水剂的吸附能力也不相同，顺序为CaSO4>CaSO4.1/2H2O>CaSO4.2H20。当采用无水石膏作为水泥调凝剂时，掺加减水剂后，无水石膏表面立即大量吸附减水剂分子，形成吸附膜层，使之无法溶出水泥浆体所需要的SO42-离子，无法快速与水化铝酸盐生成难溶的水化硫铝酸钙，造成C3A大量水化，形成相当数量的水化铝酸钙结晶体并相互连接，使混凝土产生假凝或急凝现象。
③碱含量对适应性的影响
水泥中的碱含量主要指水泥中Na2O和K2O的含量，通常以Na2O+0.658K2O的质量百分数表示。当熟料中碱含量相对较高时，水泥早期水化较快，对外加剂的吸附性较强，导致混凝土的凝结时间缩短和坍落度损失增大。
④水泥细度对适应性的影响
水泥比面积越大，水泥颗粒越细，对减水剂分子的吸附量也越大，水化速度加快，随着比表面积的增加适应性会变差。本试验中水泥比面积由大到小的顺序为咏宁>金隆>山水，其水泥净浆流动度试验结果与理论相符。因此，在配制低水灰比的高性能混凝土时，尤其要注意所选用水泥的比表面积。
其次，还有水泥标准稠度、水泥颗粒级配、水泥新鲜程度和温度等影响因素。就外加剂而言，有减水剂的种类和掺量、化学性质、交联度、磺化程度和平衡离子等影响因素。
4 外加剂掺加方法对适应性影响的试验研究
在水灰比、水泥品种和减水剂掺量相同的情况下，外加剂采用不同的掺加方法，对水泥净浆流动度影响很大。减水剂掺加方法大体分为先掺法（在拌合水之前掺入）、同掺法（与拌合水同时掺入）、滞水法（在搅拌过程中减水剂滞后于水2～3min加入）、后掺法（在拌合后经过一定的时间才按1次或几次加入到具有一定含量的混凝土拌合物中，再经2次或多次搅拌）。本论文研究了当外加剂掺量为0.8%时，减水剂掺加方法对水泥净浆流动度的影响见表1。
表1 减水剂掺加方法对水泥净浆流动度的影响
外加剂
品种 山水东岳牌水泥 金隆牌水泥 金隆牌水泥
先掺法 同掺法 后掺法 先掺法 同掺法 后掺法 先掺法 同掺法 后掺法
GK-3000 284 295 312 211 202 253 269 267 278
NOF-AS 231 223 265 179 174 236 276 287 297
JF-1 238 243 274 168 156 228 189 180 215
FAC-1 256 257 282 219 220 247 276 287 293 MN-FEA918 226 222 253 228 235 263 235 240 272
从实验结果看，外加剂先掺法和同掺法塑化效果基本上相同，而采用后掺法可以明显改善水泥与外加剂的适应性，增强使用效果。研究表明后掺法还可克服拌台物在运输途中的分层、离析和坍落度损失，甚至可以降低外加剂的用量。掺减水剂的混凝土坍落度损失一般较快，在运输过程中应注意保持混凝土的匀质性，避免分层离析，应尽量缩短运输及停放时间，一般不超过30min，否则要用后掺法。但高效减水剂采用后掺法时，容易造成泌水现象。
5 粉煤灰、磨细矿渣对水泥与减水剂适应性的影响
高性能混凝土借助于高效减水剂的作用可以在低水胶比条件下获得很高的流动性。同时由于高效减水剂对水泥的高度分散作用，使得水泥颗粒与水的接触面积明显增大，为早期水泥的水化反应提供了有利条件，所以混凝土拌合物的流动性随着时间的延长将很快降低，即产生坍落度损失。
磨细矿渣和粉煤灰掺入后水泥和减水剂之间的适应性能得到明显的改善，原因如下：
（1）矿渣颗粒为多棱角，无规则外形颗粒。在磨细后这种多棱角、无规则外形得到很大程度的改善，这也是矿渣磨细后使水泥流动度增大的原因之一。而粉煤灰颗粒多为球状颗粒，且其表层经过高温熔融结构非常致密光滑，因而它可明显增大水泥浆体的流动度。
（2）磨细矿渣和粉煤灰对减水剂的吸附量比水泥对减水剂的吸附量小，矿物掺合料在浆体中具有“辅助”减水作用，这样在减水剂掺量一定的条件下，磨细矿渣和粉煤灰掺入水泥后，会有更多的减水剂用于分散水泥熟料颗粒，即单位水泥熟料颗粒上的减水剂的吸附量会增大，从而增加浆体的流动性能。
（3）随着矿物掺合料比表面积的提高和掺量的增大，掺减水剂水泥净浆的Zeta电位绝对值相应增大，说明水泥颗粒之间的相互斥力增大，这就是随矿物掺合料比表面积的提高和掺量的增大使水泥流动度增大的原因。
（4）在高性能混凝土中掺入粉煤灰或磨细矿渣，首先能从质量上取代部分水泥，减少胶凝材料总量中水泥的用量，进而減少同一时间水化物的生成量，同时粉煤灰和磨细矿渣的水化反应依赖于水泥水化产生的碱性物质的激发，生成凝胶体的速率远远低于硅酸盐水泥的水化速率，可以减缓拌合物的初凝速度，而且粉煤灰和磨细矿渣在混凝土中发挥其粒形效应可提高混凝土的流动性，所以，掺入粉煤灰、磨细矿渣能改善水泥与外加剂的相容性，减小水泥净浆流动度损失。
参考文献：
[1]马安.杨芝勇.C60高性能混凝土试验研究及应用[J].混凝土与水泥制品，2009（6）.
[2] JTG E30-2005，公路工程水泥及水泥混凝土试验规程[S].