目前，一般認(rèn)為C50～C90屬高強(qiáng)混凝土范疇，C 100及以上強(qiáng)度等級是超高強(qiáng)混凝土。當(dāng)混凝土強(qiáng)度達(dá)到100 MPa時(shí)，可以設(shè)計(jì)成的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，與鋼結(jié)構(gòu)一樣輕。高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土由于強(qiáng)度的提高、內(nèi)部結(jié)構(gòu)的改善以及膠凝物質(zhì)相組成的優(yōu)化，其耐久性得到很大的改善。
1 制備高強(qiáng)度與超高強(qiáng)混凝土的技術(shù)途徑
1.1 干硬性高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土， 在發(fā)明高效減水劑之前，采用強(qiáng)制攪拌和沖壓及振動(dòng)軋壓等成型手段獲得。主要在制品廠、軌枕生產(chǎn)廠、橋梁廠使用，可獲得C 80～C 150范圍的高強(qiáng)及超高強(qiáng)混凝土。
1.2 高標(biāo)號水泥+超細(xì)礦物摻合料+高效減水劑， 目前國際上比較通用的技術(shù)路線。在普通混凝土中，為了保證混合料的施工和易性，其用水量(占水泥重量的50 %～70 %)比水泥水化所需的水量(水泥重量的15 %～20 %)大得多。
多余的水在水泥硬化后蒸發(fā)，在水泥石和水泥石集料界面區(qū)域形成大量的各種孔徑的孔隙，以及因泌水、干縮等所引起的微管和微裂縫，這些缺陷是導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度下降和其它性能指標(biāo)低的根本原因。因此，摻加高效減水劑、降低水灰比是一項(xiàng)行之有效的重要措施。 水泥水化后形成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣、水化鐵鋁酸鈣及氫氧化鈣。 其中水化硅酸鈣數(shù)量眾多，也最為重要。 但由于水泥水化形成的大多是高堿性水化硅酸鈣，與低堿性水化硅酸鈣相比，前者強(qiáng)度低，后者強(qiáng)度高;同時(shí)存在的f CaO強(qiáng)度極低，穩(wěn)定性很差。 因此，在制備高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土?xí)r，要設(shè)法降低高堿性水化硅酸鈣的含量，提高低堿性水化硅酸鈣含量，同時(shí)盡量消除f CaO. 其方法是在混凝土中摻入活性礦物摻料，使其含有的活性SiO2、Al2O3與f CaO及高堿性水化硅酸鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成低堿性水化硅酸鈣，以增加膠凝物質(zhì)的數(shù)量，改善其質(zhì)量。
1.3 高強(qiáng)與超高強(qiáng)堿礦渣混凝土
采用磨細(xì)的高爐礦渣并加入堿組分獲得。當(dāng)用第一主族元素(Li、Na、K)的化合物進(jìn)行激發(fā)時(shí)，礦渣的水硬活性極佳。由于堿金屬化合物能在水中迅速離解成大量具有強(qiáng)大離子力的OH-離子，在離子力的作用下，礦渣玻璃體的結(jié)構(gòu)很快解體并發(fā)生水化，產(chǎn)生大量的低堿性水化硅酸鈣和堿金屬水化鋁酸鹽膠凝物質(zhì)，進(jìn)而形成水泥石硬化體。 可以制成超快硬(1 d抗壓強(qiáng)度達(dá)70 MPa)、超高強(qiáng)(28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)120.4 MPa)、高抗?jié)B(抗?jié)B標(biāo)號>S 40)、高抗凍(達(dá)1 000次凍融循環(huán)以上)、高抗蝕的堿礦渣混凝土，而且其它性能優(yōu)異，水化熱低，成本也不高。
1.4 灰砂硅酸鹽混凝土
采用鈣質(zhì)原料和硅質(zhì)原料等混合磨細(xì)，用高溫蒸壓方法制備，可獲得100～150 MPa的高強(qiáng)混凝土。該混凝土水泥石主要由水化硅酸鹽組成。這一路線主要用于制管和制樁生產(chǎn)中。
1.5 有機(jī)無機(jī)復(fù)合混凝土
制備聚合物浸漬混凝土、聚合物水泥混凝土以及聚合物膠結(jié)混凝土，使混凝土進(jìn)入了使用有機(jī)無機(jī)復(fù)合膠結(jié)材和高分子有機(jī)膠結(jié)材的新階段。聚合物進(jìn)入混凝土膠結(jié)料中，可大大提高混凝土的物理力學(xué)性能。如聚合浸漬混凝土的抗壓強(qiáng)度和抗拉強(qiáng)度較其基材可提高2～4倍，有很強(qiáng)的耐腐蝕性能，幾乎不吸水、不滲水，抗凍融循環(huán)在1 000次以上。但這種路線制得的高強(qiáng)度與超高強(qiáng)混凝土因成本高，且工藝與常規(guī)不同，只在特殊場合使用。
2 制備高強(qiáng)度與超高強(qiáng)混凝土的原材料及其性能要求
采用目前國際上通用的技術(shù)路線制備高強(qiáng)度與超高強(qiáng)混凝土所用的材料是：水泥、集料、水、摻合料以及化學(xué)外加劑。這些原料的質(zhì)量和性能，對高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土的質(zhì)量和性能具有很大的影響。 2.1 水泥，通常使用硅酸鹽水泥與早強(qiáng)硅酸鹽水泥。 (1)使用525及更高標(biāo)號的硅酸鹽水泥。 (2)由于高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中水泥用量一般在500～700 kg/m3，水化熱高，因而需開發(fā)低水化熱的水泥。即水泥中C2S比例增大些，而C3S及C3A量減少些。 (3)水泥的質(zhì)量穩(wěn)定，C3S的含量波動(dòng)4 %，燒失量0.5 %，硫酸鹽的波動(dòng)范圍為0.20 %。
2.2 集料，在一般的混凝土中，不同類型集料對抗壓強(qiáng)度的影響不大。但在高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中，集料的差異對混凝土的強(qiáng)度影響很大。一般來說，采用碎石比卵石有利，其原因不僅由于集料的密度及吸水率不同，而且也由于集料的強(qiáng)度以及粘結(jié)強(qiáng)度不同。
(1)建議所采用集料的母巖強(qiáng)度>1.7倍混凝土強(qiáng)度(如用玄武巖、輝綠巖作超高強(qiáng)混凝土集料)。 (2)粗集料粒徑不能過大，一般建議為10～19 mm，且形狀好、級配佳。 (3)細(xì)集料也應(yīng)盡量要求強(qiáng)度高、級配好、含泥量少。 (4)粗集料常用壓碎指標(biāo)值來要求，不少專家建議細(xì)集料也應(yīng)用類似于壓碎指標(biāo)的破碎度來要求。通過試驗(yàn)，確定壓碎指標(biāo)(或破碎度)與混凝土抗壓強(qiáng)度之間的相關(guān)性。 (5)集料的彈性模量宜高些。 (6)細(xì)集料以采用中砂為好，但特細(xì)砂經(jīng)過試驗(yàn)確定配比后也可用。
2.3 摻和料，高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土常用的摻和料有硅灰、超細(xì)礦渣以及粉煤灰等。 (1)硅灰是最好的活性礦物摻和料，但資源有限，成本高。一般認(rèn)為，硅灰的最佳摻量為10 %左右。由于硅灰的加入使混合料的流動(dòng)性明顯降低，為了保證其施工性，必須使用高效減水劑，且用量比不摻硅灰時(shí)要略大些。 (2)超細(xì)礦渣的比表面積達(dá)800～1 000 m2/kg.將其摻入砂漿中，可使抗壓強(qiáng)度及其它性能有很大改善。超細(xì)礦渣的置換率一般為20 %～40 %.含超細(xì)礦渣的混凝土無論是早期還是后期強(qiáng)度都很高，但其成本也高。 (3)一般情況下，將粉煤灰摻入混凝土中，早期強(qiáng)度降低，但后期強(qiáng)度增長。粉煤灰混凝土的強(qiáng)度受粉煤灰的質(zhì)量、置換率與配合比等因素的影響。粉煤灰的火山灰活性越強(qiáng)，養(yǎng)護(hù)溫度越高，強(qiáng)度增長越顯著，其摻量為10 %～30 %。 (4)研制新活性礦物摻和料，如將高嶺土燒成偏高嶺土磨細(xì);合成的水化硅酸鈣或無水硫鋁酸鈣等。 (5)采用“雙摻”或“多摻”礦物摻和料的方法。如同時(shí)以20 %的超細(xì)礦渣和10 %的硅灰置換等量的水泥，混凝土56 d抗壓強(qiáng)度達(dá)140 MPa。
2.4 外加劑，在高強(qiáng)與超高強(qiáng)混凝土中常采用的化學(xué)外加劑有：高效減水劑、減少坍落度損失的復(fù)合AE減水劑、緩凝劑以及泵送劑等，其中以高效減水劑最為重要。高效減水劑的使用，可以大幅度降低水灰比，制成高強(qiáng)乃至超高強(qiáng)混凝土。目前，使用的高效減水劑主要有改性木質(zhì)素磺酸鹽、萘磺酸鹽聚合物、三聚氰胺磺酸鹽聚合物等。
2.5 水，必須滿足規(guī)范中對水的品質(zhì)要求。為保證高強(qiáng)度與超高強(qiáng)混凝土的高質(zhì)量和安定的品質(zhì)，一般宜采用合格的自來水拌制混凝土。
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