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摘要：混凝土是十分重要的建筑材料。为了强化混凝土性能，追求新材料新技术与新工艺的创新成为很多人关注的焦点。常见的高性能及超高性能混凝土在矿物质粉体与减水剂的技术升级中得到了发展，而采用自密实混凝土技术后超高性能混凝土将在材料工艺上得到创新变革。本文将首先介绍超高性能自密实混凝土的研制及性能，并对新技术及工艺的创新应用展开研究，体现混凝土技术的变革创新。
关键词：超高性能自密实混凝土；新材料；新工艺
混凝土作为十分重要且典型的建筑材料，可大量用于完成建筑结构的建设。通常，混凝土是由骨料、水泥、水等物质搅拌粘合而成，骨料通常为不同规格及类型的砂石、砾石等，包括碎石、矿渣、沙子、砾石等。市面上常见的水泥称之为硅酸盐水泥，国外也称波特兰水泥。在混凝土生产应用初期，多以较强流动性为特点，在技术与工艺的不断突破下，经历了干硬性、半干硬性等状态，如今又呈现出具有突出大流动性的流态。上世纪70年代，硅粉被掺入混凝土拌料，出现了高性能混凝土；80年代，日本凭借先进技术优势，相继研发出强度100MPa、200MPa的混凝土，定义了混凝土的超高性能参考值；90年代，免振动自密实混凝土诞生。进入本世纪以来，中、新两国合作研发出超细矿粉，从而加强了超高性能混凝土的技术创新与工艺变革，在高强度预应力管桩的配制方面显现出巨大优势。近年来，各方技术研发团队不断突破，在混凝土的材料、技术与工艺创新上收获较大，如贵州企业研发亚纳米超细粉；某学者团队研发纳米微珠超高性能混凝土等。在混凝土的配制工作中，减水剂也有了巨大的技术变革，初期所用的木钙、纸张废液等物质不断进化为萘系减水剂，进而出现聚羧酸减水剂。从全球的混凝土研发应用看，欧美国家的混凝土应用强度已突破300MPa，日本保持在200MPa，国内工艺条件下的混凝土强度居于100-150MPa区间，尚有巨大的发展空间。
1.混凝土材料变革创新的基本思路
从现阶段看，混凝土材料在技术与工艺方面要突破创新，仍会坚持一定的基本思路，首先是关注水灰比值变化，进而从几方面来扩大提升混凝土的性能。（1）流动性：混凝土拌料仍需要持续增加强其流动性，并实现流动性的技术可控要求，从而可合理改善流动性。（2）强度：混凝土主要用于建筑结构的搭建与填充，因此应持续提升其强度，保障在干硬状态下体现超高性能的强度指标。（3）使用寿命：混凝土建筑应保持超长预期的使用寿命，应从材料属性、技术、工艺等诸多方面加以改进。（4）环境协调性：无论是混凝土的自有材料，还是在建筑结构施工中的技术应用，都应与周围环境保持协调，做到绿色、环保、清洁、无害。基于以上基本思路，混凝土材料才能更科学、更健康地完成高性能及超高性能变革创新。
2.混凝土材料的典型创新技术——超高性能自密实混凝土
超高性能自密实混凝土如今已经在国内外诸多领域得到推广应用。如在我国深圳京基大厦的施工中就研发配制并应用了超高性能自密实混凝土，其核心技术主要是结合粉体技术、高效减水剂复配技术等完成，主要选配材料为水泥、微珠、海砂、硅粉、石子和水。整个混凝土材料的配制强度达到150MPa，泵送高度超过500m，坍落度在250mm以上，保塑时间超过三小时，经过性能测定，三小时内的扩展度、倒筒时间并无明显变化，保塑效果良好。当然，在该工程中，为增强超高性能自密实混凝土的流动性与保塑性，采用了萘系+氨基系复配减水剂，同时还掺入微珠、超细矿粉、偏高岭土超细粉等新型粉体，通过不断调试与试验得到具备更优越性能的超高性能自密实混凝土。
在该工程，微珠作为球状玻璃体物质，是超细粉煤灰的特别工艺处理后产物。在微珠的扫描电镜图谱中，能够看到其球体的粒径极其微小，多数颗粒的粒径保持在1.0μm。从比表面积和平均粒径看，水泥分别为4000cm3/g和10-20μm；硅粉分别为200000cm3/g和0.1μm.因此，本工程中的粉体使用的复合粉体，融合了水泥、硅粉与微珠三成分，微珠的应用能够填充于水泥粒子间隙，而硅粉的应用又可以填充于微珠间隙，相互作用下，最终成品味胶凝状材料，具有密实感。由于以上三种粉体的共同作用，超高性能自密实混凝土在保持和改善流动性的同时，可以大大控制用水量。当然，与其他粉体相比，超高性能自密实混凝土在相同水量下其流动性更加明显。
从超高性能自密实混凝土的研发、配制与应用过程中能够看出，其具备几方面基本属性：
（1）强度方面，依旧符合水灰比关系，当然由于在此新材料新技术中所用水泥品种、水泥强度，各种掺和物料类型与细度之间存在明显的差异，因此在具体的水灰比数量关系呈现上有所不同。
（2）骨料影响方面，混凝土中粗骨料的存在一定程度影响到混凝土的强度以及流动性。通常，1立方米的超高性能自密实混凝土中粗骨料体积含量在400L以下，粒径上限保持在10mm以下。若要配制110MPa以上强度的混凝土，则应优化水灰比与粗骨料密度，分别对应达到0.25水灰比值与2.65g/cm3的骨料表现密度，在此基础上，若能持续降低吸水率，使量值保持在1%以下，则能够创新研发配制出更优性能的混凝土。学术界以及建筑行业常常选用质量系数来评价粗骨料的质量优劣，常用公式表达为K=M（50-P）。在该式子中，K即为质量系数，M是骨料细度模量，P代表的是粗骨料不同材料颗粒间的空隙体积百分率。从该数学公式可以看出，若粗骨料中针片状或其他不规则形状的材料增多，则会导致P值增大，而相应的K值减小，因此K值也将减小，进而说明此粗骨料的质量难以达到优等评价水平。
（3）混凝土配制技术方面，对超高性能自密实混凝土而言，其成品配制应注重增加高效减水剂的应用，同时应关注混凝土中所掺和的超细粉的性能表现。在保持同等水平的水灰比与用水量情况下，混凝土超细粉的应用填充将增强混凝土的搅拌流动性，同时产生作用降低拌料黏度，流动性加强而黏度降低，混凝土在出筒过程将缩短耗时，而且大量细粉的掺和可增加空隙间物质填充程度，从而提升混凝土的强度。
3.超高性能自密实混凝土技术工艺创新应用
3.1C80预应力混凝土管桩
目前，国内行业中出现的C80预应力混凝土管桩是从日本引进的，具有较为突出的特点：（1）原料上更加考究，一般是水泥+磨细砂+萘系减水剂；（2）工艺上更趋合理，首先是预制管模，将混凝土浇筑其中，然后组织钢筋材料的张拉，产生预应力。其次是混凝土浇筑并施行离心成型，随即入池养护。要求养护池的环境条件达到规定要求：温度85℃、时长四到六小时，待混凝土检测强度达到40MPa以上，且完全适应内部张拉钢筋的预应力后出池，完成脱模处理。第三是将脱模后的产品置于高压釜中接受蒸压养护，要求高压釜环境条件达到规定要求：温度180℃、时长10小时，待混凝土中的水泥与细磨石英砂充分反应后有效强化混凝土强度。第四是测定管桩抗压强度达到80MPa后，将管桩移出高压釜，最终得到高性能的C80预应力混凝土管桩。
3.1.1预应力混凝土管桩的材料、技术、工艺创新应用研究
在以上工艺中，C80预应力混凝土管桩接受了两次高温蒸压蒸养过程，必然会增加其中的资源及能量消耗，也会相应增加劳动成本的投入，同时也存在一定的安全隐患，因此应积极掌握现代混凝土技术创新研究免高温蒸压蒸养过程的C80预应力混凝土管桩。
首先，可考虑加强太阳能养护，同时结合超细粉、复配减水剂等技术工艺完成管桩研发制备。经过试验，运用新材料与新工艺完成拌和的混凝土的初始时段与1小时后时段的坍落度具有相同数值。在接受60℃的太阳能养护中，混凝土在太阳棚内放置24小时后的强度、在脱模后露天环境放置近一月的强度均有明显改善，与行业标准中所设定的脱模要求以及C80管桩强度等级相比都体现较高水平。
其次，可考虑在C80预应力混凝土管桩中掺和更多的矿粉、微珠、粉煤灰等材料。在对混凝土材料组织坍落度实验检测中，若不同矿物质粉体组合中材料用量有所不同，如表1所示，则结果可知，1号、2号、3号、4号混凝土的坍落度分别为10mm、35mm、0mm、45mm，其中4号因使用新型的复合高效减水剂而在1小时后的坍落度试验中取得40mm的数据。经太阳棚内养护一天及室外存放不同龄期后，混凝土管桩的强度有了新的试验结果变化，如表2所示。可见，2号混凝土在几组混凝土样本中具有更高的流动性与保塑性，且晶粒不同的室外存放龄期后，强度均处于较高水平，因此得出可使用矿粉与微珠复配粉体掺和到混凝土中，达到更加理想的性能效果。
表1混凝土管桩中不同矿物质粉体组合下的配合比
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表2混凝土观众中不同矿物质粉体组合下的强度
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3.1.2C80预应力混凝土管桩的制备生产及应用
在实际生产中，C80预应力混凝土管桩可以按照一定的不同材料配合比完成管桩混凝体的配制，其中水泥用量为340kg/m3、2号混凝土掺和料用量为110kg/m3、砂土用量为700kg/m5.3、碎石用量为1250kg/m3、水用量为106kg/m3，减水剂用量为1.6%，保塑粉体用量为2.0%。混凝土经过合理搅拌、入模、钢筋张拉、离心成型等工序后置于太阳棚内养护超1天后脱模。经检验及实际工程应用可知，C80预应力混凝土管桩的制备生产无论在外观上还是在抗压强度上均达到合格标准。
3.2自密实成型混凝土排水管
3.2.1混凝土排水管现行技术
通常，市场上出现的混凝土排水管生产采用两种技术：其一为离心辊压技术，此技术是上世纪50年代自国外引入，工艺中对管模强度及刚度要求较高，所需设备组体积质量较大，运作功率大、运作噪声大，不利于保障干硬性混凝土密实性，存在一定的钢筋偏离情况。其二为芯模振动法，此技术是上世纪80年代自国外引入，排水系统管理呈竖立状，内膜处设置振动器，通过芯模振捣装置在混凝土浇注中增加密实性。
3.2.2自密实成型混凝土排水管技术创新
以上所提到的混凝土排水管生产两种技术，均存在一定的技术缺陷与不足，因此需要进行材料、技术、工艺方面的改革创新。首先应考虑更换使用多功能混凝土，突出体现混凝土的自密实、自养护、收缩性弱、惰性水化热、超强耐久性等功能，且在配合比上具有较强特点，如表3所示，传统混凝土中所用细骨料改为用生活垃圾焚烧炉渣来替代。
表3 多功能混凝土的不同材料配合比列表
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确定不同材料的配合比后，自密实成型混凝土排水管可通过科学工艺完成生产，明确内外模的不同组合区域，建立立式组装结构，内模要求设置锥形下料口，以完成自密实混凝土的浇注，从而实现免振动离心成型。在此材料、技术与工艺改进下生产的产品，整体性能达到国家标准。
4.结束语
超高性能自密实混凝土是当前组织混凝土材料、技术、工艺改革创新工作中的典型产物，一般需要以水泥、硅粉、减水剂、新型矿物质粉体等组成，我国已经十分注重在混凝土制备中掺和微珠、超细矿粉等新型矿物质粉体。通过C80预应力混凝土管桩以及自密实成型混凝土排水管的制备与生产，足以看出超高性能自密实混凝土在材料技术工艺上所作出的重大变革，在流动性、保塑性等诸多方面体现出强大的性能优势，值得推广。
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