以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性， 但粉煤灰代替部分水泥会在一定程度上降低混凝土的早期强度，而掺入适量的硅灰，可显 著提高混凝土的强度和耐久性，且可以与水泥水化产物Ca(0H)2发生二次水化反应，形成胶 凝产物，填充水泥石结构，改善浆体的微观结构，提高硬化体的力学性能和耐久性。粉煤灰 和硅灰的共同使用则可以提高混凝土基体密实度，从而提高型钢与混凝土之间的粘结性 能。
【具体实施方式】
[0035]本发明是以在自然状态(亦即型钢表面不设置或仅按构造要求设置少量剪切连接 件）下显著改进型钢与混凝土之间的粘结性能，有效发挥钢与混凝土两种材料各自的力学 与协同工作性能，从而大幅度提升结构构件的承载能力与性能，并以提高结构的耐久性为 宗旨，来研究用于型钢混凝土组合结构强度等级为C35的高性能混凝土的制备技术。目前， 国内外制作混凝土所用的普通硅酸盐水泥的质量和强度越来越高，所用活性矿物掺合料 (粉煤灰、硅灰等）的加工技术与质量不断改进，加之高效减水剂等混凝土外加剂的研究与 应用均已取得了较大的进展，且消泡剂和复合激发剂在混凝土中的研究与应用也正逐步发 展，从而为上述研究宗旨的实现鉴定了基础。同时，该高性能混凝土的配制要求的水泥用量 相对较少，而生产水泥意味着二氧化碳的大量排放，故在一定程度上减轻了对地球造成的 温室效应;它要求有足够数量并占胶结材料比重较大的粉煤灰、硅灰等优质的活性矿物掺 料，意味着工业废料的合理处置利用，将有利于形成良好的生产循环和环境保护，而这些优 质的活性矿物掺料正是改善混凝土材料自身性能所需要的。总之，应用这种高性能混凝土 可以节约水泥、将工业废料变废为宝、延长结构工程使用年限，并最终保护生态环境和自然 资源。综上所述，用于型钢混凝土组合结构的高性能混凝土的研究与开发将为更好地使用 混凝土走出了一条可持续发展的道路，它将提升结构工程的综合能力与性能，促进钢-混凝 土组合结构在我国，尤其高烈度及多遇地震地区的高层、超高层建筑，海上平台或水下结 构，地下建筑，大跨、重型结构中推广应用，改善基础设施和人居环境中建筑结构的科技含 量，并发挥它具有较大的承载能力和刚度、良好的抗震性能、施工进度快、耐久和耐火性好 及显著的社会和经济效益等独特优势。因此，型钢高性能混凝土组合结构具有很高的工程 应用价值和广阔的市场前景。
[0036]本发明研制的用于型钢混凝土组合结构强度等级为C35的高性能混凝土，除了与 普通混凝土采用类似的材料一水泥、砂、碎石、水外，还加入了其不可缺少的组分:高效减水 剂和活性矿物掺合料(粉煤灰、硅灰），另外还掺入了粉末消泡剂和复合激发剂。该混凝土与 普通混凝土不同，其强度和性能均较普通混凝土有大幅度的提高。低强高性能混凝土的水 灰比一般都小于0.5,其水胶比小于0.4,而普通低强混凝土的水灰比一般在0.45以上，高性 能混凝土的粗骨料最大粒径亦小于普通混凝土的。上述各项差异导致了高性能混凝土与普 通混凝土在性能上有着很大的差别，通过加入活性矿物掺料，利用活性矿物掺料的火山灰 反应、填充效应及增塑效应，优化高性能混凝土材料中胶凝材料部分的颗粒级配，不仅使高 性能混凝土中集料与水泥石之间的界面结构以及水泥石的孔结构均得到了大幅改善，提高 了水泥石的致密度、抗渗性，同时典型的致密结构能扩展到骨料表面，从而使高性能混凝土 更加密实坚硬，高性能混凝土的力学性能(尤其是与型钢之间的粘结性能)和耐久性能均有 很大的提高。同时，通过粉末消泡剂的掺入，可减少在混凝土搅拌过程中形成且振捣密实后 仍残留在混凝土内水泥浆体中或水泥浆体与骨料之间的界面过渡区的大量气泡进行脱泡， 使其密实度有效提高，对高性能混凝土的力学性能(包括与型钢之间的粘结性能)和耐久性 能的提高均做出了不小的贡献。另外，通过复合激发剂的掺加，可使混凝土具有一定的微膨 胀性，改善混凝土的收缩性能;可以增强粉煤灰水合过程中以铝硅酸盐为主要水化组分的 玻璃体的腐蚀作用，增大粉煤灰的活性，提高正向水合反应的动力，生成更多的C-S-H凝胶、 水化铝酸钙及水化硅酸钙等晶体，对所配制混凝土的强度和耐腐蚀能力有显著的提高。 [0037]和光圆钢筋与混凝土之间的粘结相似，型钢与混凝土之间的粘结力也主要由化学 胶结力、摩擦阻力和机械咬合力三部分组成。型钢与混凝土之间的粘结力的每一组成部分 都与混凝土的性能密切相关。
[0038]化学胶结力是混凝土中的水泥凝胶体在型钢表面产生的化学粘着力或吸附力，其 (抗剪)极限值取决于水泥的性质和型钢表面的粗糙程度。浇筑混凝土时，水泥浆体在钢材 表面产生表面张力，在表面张力的作用下，钢材表面上的水泥浆体将形成自平衡;浇注混凝 土一般要进行振捣，振捣力(扰动)能够加强并加快水泥浆体向钢材表面氧化层的渗透;在 养护过程中水泥浆体结晶，水泥晶体硬化形成化学胶结力。化学胶结力只在型钢混凝土构 件的原始形成状态下存在，一旦发生连接面上的（局部)粘结滑移，水泥晶体就会被剪断并 挤压破碎，化学胶结力则丧失。影响化学胶结力的主要因素有混凝土的微观性能(混凝土掺 和料、外加剂的影响）、混凝土强度、型钢钢材表面粗糙程度、试件浇筑方式与振捣程度以及 后期的养护和混凝土的收缩情况等。
[0039] 化学胶结力丧失后，由于钢材表面的粗糙不平以及其它原因所引起的钢材表面状 况变化(钢材表面凹凸不平），使其与接触面上的混凝土晶体颗粒咬合在一起，这样就形成 了机械咬合力。对于工厂生产并经后期处理的乳制工字钢等型钢，一旦粘结滑移发展加快， 型钢与混凝土接触面上的混凝土晶体被压碎整合，这时机械咬合力也基本上丧失。影响机 械咬合力的主要因素为型钢钢材表面的粗糙程度与表面状况(锈蚀程度等）、混凝土骨料级 配、混凝土强度以及型钢混凝土构件的受力方式等。
[0040] 型钢周围混凝土对型钢的摩阻力亦是在型钢与混凝土之间的胶结力破坏后形成， 且主要是在机械咬合力基本丧失后才发挥作用。当化学胶结力，尤其是机械咬合力丧失后， 由于与型钢接触面上的混凝土晶体被剪断、压碎且膨胀，加之保护层和箍筋等横向约束，将 在型钢与混凝土的连接面上产生正压力，加上连接面上摩擦系数较大，从而形成了摩擦阻 力。摩擦阻力在化学胶结力丧失以后一直都存在，是型钢与混凝土之间后期粘结力的主要 部分。影响摩擦阻力的因素有型钢的配钢形式及其表面特征、型钢与混凝土之间粘结面的 大小、构件受力方式、混凝土骨料级配以及影响横向约束的因素（型钢的混凝土保护层厚 度、配箍率、混凝土收缩)等。
[0041] 本发明所要解决的关键技术问题是，在确保高性能混凝土所应具备的力学性能 (即强度和塑性）以及具有高耐久性、高工作性、高体积稳定性和经济性的基础上，显著地改 进混凝土与型钢之间的（自然)粘结性能，使在型钢混凝土结构设计中无需（或仅需按构造 要求少许地)在型钢表面加设剪切连接件，即可保证型钢与混凝土之间有可靠的粘结和锚 固，使两者在荷载作用下能协调一致、共同工作。
[0042]本发明从原理和设计原则上，打破"饱罗米"公式的限制，通过正交试验法及对比 实验法，考虑高效减水剂、消泡剂、复合激发剂三者之间及其与水泥的相容性，粗骨料最大 粒径、粗骨料不同粒径之间及其与细骨料粒径之间的级配对混凝土强度及性能的影响以及 活性矿物掺合料的火山灰活性等性能因素，选用优质粗细骨料并控制粒径和级配，在高性 能混凝土配制材料中掺入适量的高效减水剂和优质活性矿物掺合料，并考虑消泡剂和复合 激发剂的加入，降低水灰比，立足于当地现有的易得材料，不改变常规生产工艺，为尽量减 少水泥颗粒及活性矿物颗粒在混凝土搅拌时到处飞扬采用水泥裹砂石搅拌工艺的投料方 法，利用活性矿物掺合料的火山灰反应、增强效应、填充效应、耐久性改善效应及高性能混 凝土水化热的温峰消减效应，并充分利用活性矿物掺合料复合掺入及活性矿物掺合料与高 效减水剂的复合掺合料所产生的超叠加效应及消泡剂的脱泡作用和复合激发剂的活性激 发作用，配制出力学性能(尤其是与型钢之间的粘结性能)好、工作性能优异、耐久性能好、 成本相对较低的适用于在型钢混凝土结构中可靠应用的强度等级为C35的高性能混凝土。 本发明的力学性能试验对比结果如表3所示。
[0043]本发明选择原材料时，不仅要求原材料为优质，