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1、高性能混凝土的配制与应用2004 年 12 月i目 录一、高性能混凝土的基本概念1（一）出现背景1（二）定义1（三）特点1（四）应用2二、高性能混凝土的配制5（一）技术要求5（二）技术路线5三、优选原材料6（一）水泥6（二）砂子6（三）石子6（四）外加剂6（五）矿物细掺料(掺合料)7四、优选混凝土配合比11（一）配合比设计的基本原理11（二）配合比设计方法12（三）配制的三大技术关键13五、精心施工14六、技术性能及其检ii测14（一）工作性14（二）强度18（三）耐久性19七、发展前景23青藏线高性能砼的技术要求25主要参考文献271一、高性能混凝土的基本概念（一）出现背景当代大跨、高层、海
2、洋、军事工程结构的发展对混凝土提出的更高要求；处在恶劣环境下既有建筑不断劣化、退化导致过早失效、退役甚至出现恶性事故造成巨大损失的严重恶果；原材料生产、开采造成的生态环境恶化以及砂石料枯竭、资源短缺严重影响进一步发展的严酷现实。这就要求混凝土不断提高以耐久性为重点的各项性能，多使用天然材料及工业废渣保护环境，走可持续发展的道路，高性能混凝土就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。现在全球砼消费量 88 亿吨/年，约 1.5 吨/ 人，其中我国 24 亿吨/年，房建 3.5 亿，三峡 1600 万 M3 今后若干年仍是热销的大宗材料。（二）定义高性能混凝土（High Performance Co
3、ncrete 简写为 HPC）一词是 20 世纪 90 年代前后提出的，目前尚未统一认识，各国学者各有不同的看法，主要的有：美、加学派认为：高性能混凝土是一种符合特殊性能组合和匀质性要求的混凝土，所谓特殊性能组合是指易于浇筑而不离析的工作性，好的长期力学性能、早强、韧性、体积稳定性以及严酷环境下的高耐久性等性能的组合；欧洲学派认为：高性能混凝土是一种水胶比小于 0.4 的新型混凝土；日本学派认为：高性能混凝土是一种高流态、自密实、免振的混凝土；我国学者认为：高性能混凝土是一种以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土，是一种环保型、集约型的绿色混凝土。从上可知，欧洲学派强调的
4、是低水胶比条件下高强，高耐久性的特点，而日本学派强调的是良好的工作性能，我国学者则从发展的角度强调可持续发展与工业化生产，各有所侧重而美、加学派阐述的比较全面，总之，高性能混凝土是具有高强度、高耐久、高流动性等多方面优越性能的新型混凝土。随着高性能混凝土的不断发展和完善，各国学派的观点也会逐步统一起来。（三）特点从目前实际应用的高性能混凝土的情况来分析，归纳起来和传统的普通混凝土（简称 OPC）相比有以下几个特点：21. 原材料上，除了常规的水泥、水、砂、石四种材料外，必需使用化学外加剂和矿物细掺料，一共是六种必不可少的材料，而且后两种可以是一种也可以是多种复合，这在选材上就要求与水泥具有良好
5、的相容性，多种的外加剂之间（或细掺料之间）要求合理匹配，使具有黄金搭配，叠加效应的效果，增加了选材的复杂性；2. 配比上，为了适应高耐久、高强的要求，使用的是低用水量（C70 级的混凝土1.0%且不容许有泥块存在） ；（三）石子宜用质地坚硬，级配良好的石灰岩，花岗岩，辉绿岩等碎石或碎卵石，母岩的立方抗压强度 fg1.2fou 以上，针、片状 5%，不得混入软弱颗粒，一般最大粒径Dmax25mm，配制 C80C100 级时，Dmax20 mm，对超过 C100 级以上时，Dmax12mm，因为粒径小时，界面周长小，厚度也小，难以形成大缺陷，不仅有利于界面强度，也有利于抗渗性。含泥量1% ， （配
6、制 C80 级以上时，0.5%） ，吸水率20%） ，与水泥相容性好，含碱低，坍落度经时损失小的品种，如接枝共聚物、聚羟基羧酸系、胺基磺酸盐类等，两种复合的效果比单一的好，掺量一般为胶结材总量的 1.52.0%，掺量太多，超过饱和点后，不再提高减水率，并延缓凝结时间；2. 缓凝剂主要用于控制混凝土的凝结时间和硬化速度，以减少坍落度损失，降低放热量，防止早期开 裂 ， 对 于 C3A 与 含 碱 量 低 的 水 泥 ， 缓 凝 效 果 较 好 ， 但 掺 量 不 宜 过 多 ， 要 严 加7控 制 ；3. 引气剂掺入引气剂可提高混凝土的流动性、减少离析、泌水，对保证混凝土拌合物的均匀性和硬化后的
7、耐久性很有利，但引气剂要降低强度，故不宜多加，一般以含气量=34%来控制其掺量；4. 膨胀剂主要是为了补偿水泥的干缩和自收缩，增加抗裂性并在约束条件下增长强度，我国膨胀剂产品主要是钙矾石类的如 UEA、EA 、明矾石膨胀剂等，有些复配的产品，其中掺有高效减水剂、缓凝剂甚至矿物细掺料等组合，选用时要注意，这类复配的膨胀剂对水泥也有相容性问题，使用前必须严格检验。另外还要检验掺膨胀剂混凝土，膨胀结束后的收缩量，如果和不掺膨胀剂时的相同，开裂仍然会产生，起不到减缩、防裂作用，因此应选用膨胀结束后收缩量比不掺的小的膨胀剂，掺膨胀剂的混凝土搅拌要均匀，养护要充分，约束条件要保证，否则，也起不到减缩防裂作
8、用，有时反而开裂更甚。高性能混凝土因水胶比低，早强高，一般不宜掺早强剂，由于防冻剂掺入后，会降低强度，故通常也不宜用。京沪高速铁路高性能混凝土技术条件（送审稿） （以下简称送审稿）对原材料的品质更有详细的规定，此处从略。（五）矿物细掺料（掺合料）常用 的 有 粉 煤 灰 ， 磨 细 矿 渣 、 沸 石 粉 、 硅 灰 等 活 性 矿 物 细 掺 料 ， 现 分 别 简 单 介 绍 如 下 ：1. 粉煤灰（F.A）主要活性成分是 Sio2,Al2O3，含量越多，活性越高。按 CaO 含量的多少分为两类，Cao10%的为高钙灰（C 级） ，具有轻微的自硬性，但因游离 Cao 高，易造成体积不安定使
9、用时要慎重，故应用不广，CaoC30 95 3 12 3 1 0.02 65 80其中有两项指标要引起注意，一是需水量比应45m，及少量粗粒的海绵颗粒 10300m，大部分45m，可见自身颗粒级配良好，其中比水泥颗粒细的粒子则可填充水泥空隙，增加密9实度，细化孔径，改善均匀性。（4）稳定效应，益化作用，通过上述的火山灰反应，大量消耗掉自由态的 Ca(OH)2，使变成结合态，大大降低液相的碱度，从而提高混凝土的耐蚀性。另外还可减少放热、收缩和徐变，提高体积稳定性和抗裂性，有利于耐久性。但却降低了抗碳化的能力。通过上述分析，充分说明，粉煤灰在混凝土中能发挥四大功效，起着不亚于水泥的胶凝作用，是混凝
10、土必不可少的第六组分。问题是要选好、用好、控制好粉煤灰，充分发挥它 在 混 凝 土 中 的 有 利 作 用 。 其 掺 量 通 常 采 用 超 量 取 代 水 泥 法 （ 超 量 系 数 =1.2） 进行 配 制 。2. 粒化高炉矿渣（P.S）粒化高炉矿渣是炼铁高炉排渣时通过水淬（急冷）成粒后，再经磨细而得，主要化学成分有 SiO2,Al2O3,CaO 与 MgO 等，通过水淬可以形成大量的玻璃体，另外还含有少量的硅酸钙或硅酸二钙结晶组分，因此碱性矿渣具有轻微的自硬性，矿渣的活性与碱度，玻璃体含量及细度等因素有关，碱度 23SiOAlMgoCab碱度 b 越大，活性越高，我国的大多数矿渣 b1
11、.8 以上。玻璃体含量可以用玻璃化率来表达，玻璃化率 a 可通过 x 射线衍射法测定结晶化率，再按下式计算。玻璃化率 a=（1结晶化率）100%玻璃化率 a 越大，活性越高，我国的矿渣多数都在 98%以上。美国对掺入混凝土中矿渣的活性指标是，通过 28 天胶砂强度比来表示的活性指标 cpffp在硅酸盐水泥 : 矿渣 : 标准砂=1:1:2.75 配比下标养 28 天的抗压强度；fc在硅酸盐水泥 : 标准砂 =1:2.75 配比下标养 28 天的抗压强度。用水量均按胶砂流动度为 1105%来决定，根据活性指标的大小把矿渣分为 80 级、100 级与 120 级三个等级，指标越大，等级越高，表示活
12、性越高。研究表明，矿渣粒径45m 的颗粒很难参与水化反应，所以要磨细，用于高性能混凝土的矿渣要磨细到比表面积超过 4000cm2/g，才能充分发挥其活性，减小泌水性，细度越大，活性越高，但磨得太细，早期水化热大不利于降低混凝土的温升，而且混凝土早期的自身收缩也会随着磨细矿渣掺量的增加而增大，况且粉磨矿渣要提高成本，所以10不宜磨得太细，但磨细矿渣比普通矿渣优越，掺入混凝土中可以取代部分水泥，可提高流动度，降低泌水性，早强相当，但后强高耐久性好，掺 30%时，可提高强度 22%左右，试验表明，磨细矿渣的最佳掺量是 3050%，最大掺量可到 70%，此时水化热可降低，自身收缩也可减小。高强指南规定
13、，用于高强高性能混凝土的磨细矿渣，应符合下列质量要求：比表面积4000cm 2/g需水量比105%烧失量5%送审稿规定矿渣粉品质指标（表 7）活性指标7d 28d比表面积4000cm 2/g流动度比100%烧失量1% 75% 95%送审稿规定，掺合料的掺量要求如下表（表 8）强度等级 50%粉煤灰+50%矿渣粉%矿渣粉% 粉煤灰%C30C45 2040 2535 2025C50 2030 2030 1525C60 2535 3040 20303. 沸石粉（F 矿粉）一种天然的碱金属和碱土金属的含水铝硅酸盐矿物，常用的是斜发沸石与丝光沸石，经磨细而成。主要成分有 SiO2,Al2O3,Fe2O3
14、,CaO 等，是一种结晶矿物，其中含部分可溶性 SiO2 与Al2O3，参予火山灰反应。构造上具有含水微晶质架状构造，开放性较大，有很多大小均匀的孔道和空腔的特点，因此具有良好的选择吸附，离子交换和催化的特性，其化学活性很大。其掺量：最佳 1520%，适宜 2530%，极限 3545%，超过 45%强度开始下降。4. 硅粉（S.F）：是生产硅铁，电收尘所得废料。主要成分是 SiO2=8695%，无定形物质，活性极高。表 观 密 度 250300kg/m3， 密 度 2.2， 空 隙 率 高 达 90%以 上 ， 为 细 小 球 状 颗粒 d 平 =0.10.2m，比表面积 S=1822m2/g，是水泥的 2030 倍，需水量比高达134%，SF 取代水泥每增加 1%（约 5kg） ，需水量增加 7kg，SF 取代水泥每增加 1%，减11
