《高强度混凝土施工指南》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高强度混凝土施工指南（92页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1高性能混凝土施工指南第一章 高性能混凝土原材料性能及质量要求第一节、高性能混凝土概念高性能混凝土（High Performance Concrete，简写 HPC）是二十一世纪现代混凝土技术。高强度混凝土（High Strong Concrete，简写 HSC）不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土包括高强度混凝土。一般认为C60 以上高强度混凝土为高性能混凝土这是传统工艺的理解；我国混凝土专家冯乃谦教授认为：HPC 是一种体积稳定性好、具有高耐久性、28d 以后强度持续增加与良好工作性能的混凝土，耐久性是 HPC 重要技术指标。我理解为所谓高性能混凝土它不但应具有均质性，还应具有高密度和体积
2、稳定性。即“流动性、可塑性、稳定性、易密性”满足输送和浇筑的流动性；不为外力作用产生脆断的可塑性；不产生分层、泌水的体积稳定性和易于浇筑振捣的密实性。高性能混凝土是采用混凝土正交设计来优化混凝土配合比，最好采用磁化水和优质的矿物掺合料及高性能聚羧酸液体减水剂复合，降低水泥用量，并以级配良好的粗、细集料拌合形成良好的工作性、低水胶比、低缺陷、高强耐久（耐冻性、耐磨性、耐腐蚀性），能够使混凝土后期强度持续增加，抑制碱集料反应的高性能混凝土。由于混凝土原材料来源广泛、生产工艺相对简单，使混凝土微结构变得十分复杂；正如清华大学廉慧珍教授所言：“混凝土材料是用最简单的工艺制造的最复杂的人工材料” 。由于
3、原材料不能提纯，其物理化学反应复杂，对“人、材、机、法、环”具有十分敏感的依赖性，以致混凝土水化反应产物组成和微观结构的形成与发展非常复杂，而具有不确定性和不确知性，至今尚未能用任何函数能准确表达和计算。Mehta 教授指出：2“不要忘记，与人类社会一样，混凝土世界是非线性的，而且在非线性里还存在不连续性” 。这就告诫我们：越是简单的工艺，越有管理和控制上的难度。我们必须转变观念，因为观念和认识转变，有时比技术更重要。即由原来将粉煤灰、矿粉、硅粉、石灰岩粉等胶凝材料视为工业废弃物的陈旧观念转变为“混凝土性能调节型”材料观念，它们不是废弃物，而是混凝土不可或缺的宝贵资源。第二节、高性能混凝土胶凝
4、材料和外加剂的性能及质量要求1、水泥（Cement）水泥是高性能混凝土中最关键的原材料，它是 HPC 强度主要来源，它是 HPC 主要影响因素，HPC 质量稳定首先涉及到水泥。近几年我国为了拉动内需，2010 年我国水泥产量总计 18.68 亿吨，混凝土产量 36 亿方左右，水泥产量约占世界 60%，2011 年预估将达到 21 亿吨。我国早也是水泥材料最大的国家，这也带来很大的 CO2排放问题。随着环保力度的加大，水泥生产受到了限制。同时，水泥产业因为利用前粉煤灰、矿渣、炉渣等工业废料，还享受国家减免税待遇，因此，我国水泥品种上，仍然以加入一定量的混合材的 PO42.5 为主要为主要产品。1
5、) 硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成硅酸盐水泥的主要化学成分是由石灰质原料中的氧化钙(CaO)、由粘土质原料中的氧化硅（SiO2）氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)。 经过高温煅烧后，CaO -SiO2-Al2O3 -Fe2O3四种成分化合为水泥熟料中的主要矿物组成：硅酸三钙（3CaOSiO2，简称 C3S）、硅酸二钙（2CaOSiO2，简称C2S）、铝酸三钙（3CaOAl2O3，简称 C3A）和铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3简称 C4AF）。3硅酸盐水泥熟料矿物组成 表 2-1矿物组成化学组成常用缩写 大致含量 (%)矿物组成化学组成常用缩写大致含量 (%) 硅酸三钙3CaO
6、SiO2C3S3565铝酸三钙3CaOAl2O3C3A015 硅酸二钙2 CaOSiO2C2S1040铁铝酸四钙4CaOAl2O3Fe2O3C4AF5152)硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的性质(1)硅酸三钙（C3S）硅酸三钙是硅酸盐水泥最主要矿物组分，其含量约为 50%，他对硅酸盐水泥性质有重要的影响。硅酸三钙遇水反应速度较快，水化热较高，水化产物对早期强度和后期强度起重要作用。其化学反应方程式：2（3CaOSiO2）+4H2O=3CaOSiO23H2O+3Ca(OH)2(2)硅酸二钙（C2S）硅酸二钙在硅酸盐水泥中的含量约为 25%左右，也为主要的矿物成分，遇水时对水反应速度较慢，水化热较低，
7、它的水化产物对水泥早期强度贡献较小，但对水泥后期强度起重要作用，其耐化学侵蚀和干缩性较好。其化学反应方程式：2（2CaOSiO2）+4H2O=3CaO2SiO23H2O+Ca(OH)2(3)铝酸三钙（C3A）铝酸三钙在硅酸盐水泥中的含量约为 10%。它是四种组分中遇水反应速度最快，水化热最高的主分。铝酸三钙的含量决定水泥的凝结速度和释放热。耐化学侵蚀性差，干缩性大。其化学反应方程式：3CaOAl2O3+3CaSO42H2O+26H2O=3CaOAl2O33CaSO432H2O反应生成物 3CaOAl2O33CaSO432H2O 称为三硫型水化铝酸钙或称钙钒石（AFt）当石膏消耗完毕后，水泥中尚
8、未水化的 C3S 与上式的43CaOAl2O33CaSO432H2O。钙钒石（AFt）反应生成单硫型水化铝酸钙（AFm）,如下式：3CaOAl2O33CaSO432H2O+2(3CaOAl2O3)+4H2O=3(3CaOAl2O33CaSO412H2O)(4)铁铝酸四钙 (C4AF)铁铝酸四钙在硅酸盐水泥中约为 8%。遇水反应较快，水化热较高。强度降低，但对水泥抗折强度其重要作用。耐化学侵蚀性好，干缩性小。其化学反应方程式:4CaOAl2O3Fe2O3+3Ca(OH)2+22H2O=4CaOAl2O313H2O+4CaOFe2O313H2O 水泥是有多种矿物组分组成的，改变各矿物组分的含量比例
9、以及它们之间的匹配，则可生产各种性能特异的水泥。例如，提高 C3S 含量可制得高强度水泥；降低 C3S、C3A 含量，增加 C2S 含量则可制得低热大坝水泥；提高 C4AF 和 C3S 含量则可制得高抗折强度的道路水泥。3CaOSiO23H2O（缩写 C-S-H）凝胶约占全部水化体积 50%60%，是一种形态不明确的化合物。C-S-H 是一种凝胶状的细微粒子，对水泥的凝胶硬化性能和强度起很大作用。C-S-H 的比表面积 100700m2/g，内部凝胶孔尺寸大约 1.8um。C-S-H 为混凝土提供约 70%强度；Ca(OH)2（缩写 CH）在硅酸盐水泥完全水化阶段，Ca(OH)2水化体积约占全
10、部水化物体积的 20%25%，与 C-S-H 不同，Ca(OH)2的形态是明确地、为六角板状结晶。与 C-S-H 相比，比表面积小，对强度影响少，而且 Ca(OH)2还易溶，化学稳定性差。Ca(OH)2为混凝土提供约 20%强度；3CaOAl2O33CaSO432H2O 称为三硫型水化铝酸钙或称钙钒石（AFt），AFt 相是 Al-Fe-tri 的缩写。tri 表示式中含有 3mol 的5CaSO4，Al 的一部分可以置换 Fe。AFt 相断面呈六角柱状，有各种参数比的晶体。3(3CaOAl2O33CaSO412H2O)简称 AFm，AFm 是 Al-Fe-mono 的略写。mono 式中含有
11、 1mol 的 CaSO4。是硅酸盐水泥水化过程中的一组水化物，随 AFt 相减少的同时而出现。其体积为水化物总体的 10%以下。板状结晶，通常是 1um 以下的厚度。AFt 和 AFm 约占 7%，为混凝土强度提供 7%的；剩余 3%是水泥次要成分。在水泥浆骨料界面附近，形成一个过渡带，其特征是 Ca(OH)2粗大结晶与定向排列，富集与界面上。如图 2-1 所示。图 2-1 水泥浆骨料界面微观结构模型图 a）普通混凝土水化后界面状态 b）界面局部放大过渡带范围内，在接触层与骨料表面处是垂直板状或层状的 Ca(OH)2以（CH 代表）；在中间层则分布着 CH 及钙矾石粗大的结晶及少量的 C-S
12、-H。呈显出强度不好的状态。硅酸盐水泥混凝土中，大量的 CH 结晶在表面处形成一个粗糙的结构，强度低及耐久性不好。高性能混凝土就是要改变6界面过渡层，使 CH 与粉煤灰、矿粉、硅粉、石灰岩粉等外掺矿物材料发生二次反映，生成 C-S-H，改善界面过渡层黏聚性，降低界面过渡层孔隙率，提高界面过渡层强度及耐久性。从化学反应方程式可以看出，不同配合比对水泥性能和抗碳化能力有较大的影响。通过研究证明：混凝土的 80%水份要蒸发，约 20%的水份是水泥水化硬化所必需的。而最初失去 30%的自由水份几乎不引起收缩，随着混凝土陆续干燥而使 20%的吸附水逸出，就会出现干缩，而表面干燥收缩快，中心干燥收缩慢。由
13、于表面的干燥受到中心部位的约束，因而在混凝土表面产生拉应力，当拉引力达到混凝土允许拉引力 70%时混凝土出现裂缝。如不及时加强早期养生，造成混凝土失水使混凝土孔隙率增加，CO2气体侵入使混凝土 PH 值中性化，碳化深度加大。所以说加强早期养护（1428d）对防治混凝土碳化起到重要因素。目前，主要存在以下问题：1）我国目前生产水泥据有关资料记载，以 PO42.5 水泥为例 2005年至今宁夏某商混站统计我区水泥强度下降 10.5%左右。原因混合材料质量差、品种多、用量超标、比例变化随意。GB175-1999 硅酸盐水泥掺活性混合材料时，最大掺量不得超过 15，而我区有的水泥厂掺量高达 30%；2
14、）过去软练法生产水泥比表面积在 200300m2/kg，而现在执行 ISO标准水泥比表面积我区多数厂家在 360420m2/kg，表面较高的甚至接近500m2/kg。软练法水泥和标准砂质量比 1:3，水灰比分水泥品种为 0.44 和0.46；而 ISO 水泥和标准砂质量比为 1:3，水灰比不分品种都为 0.5。软练法确定水泥标号水泥用量比 ISO 方法多 90g，也就是说：过去硅酸盐525#水泥相当于我们现在使用硅酸盐 42.5#水泥。有些水泥厂为了提高水7泥的早期强度而在生产过程中采用了降低烧成温度以提高熟料中 C3A 和含量措施，增加比表面积等措施，比表面积大和 C3A 含量高的水泥，对普
15、通混凝土（Ordinary Performance Concrete 简称 HPC）使得水泥于外加剂相容性问题更为突出。水化热增大混凝土出现闪凝成絮状，HPC 单方用水量增加，并出现坍落度经时损失过快、因萘系列外加剂用量高而出现对用水量敏感等不良现象，同时也会造成混凝土后期强度反而降低怪显现，此现象在东毛项目部得到验证。JTC/T 50-2011 表 6.15.4 水泥技术要求：硅酸盐水泥和抗硫硅酸盐水泥比表面350m2/kg ，熟料中 C3A：8%，海水环境10%。水泥比表面积大于 350m2/kg，其水化反应速度加快，混凝土水化热增加，造成与萘系列减水剂相容性变差；C3A 它是水泥四种组分
16、中遇水反映速度最快，水化热最高的组分；C3A 的化学收缩量率是 C2S 的 3 倍，是 C4AF 的 5 倍。祁连山和我区多数水泥厂厂家有时生产 P.52.5 C3A 含量10%，造成 C50 预应力混凝土强度离差系数大主要原因。 GB175-1999 硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥规定，水泥比表面积300m2/kg，没有上线限制，如东毛项目部祁连山 P.52.5 硅酸盐水泥比表面积400m2/kg，祁连山 PO42.5 普通硅酸盐水泥比表面积370m2/kg，项目部和水泥厂进行交涉，水泥厂以国标大于行业标准，双方协商没有结果。 HPC 混凝土水泥中 C3S 和 C3A 的总含量宜不超过 58%，该种硅酸盐水泥具有较高的抵抗硫酸盐侵蚀能力，水化热中等，有利于混凝土体积稳定，避免混凝土表面因温差过大而出现裂缝。3）水泥磨细过程中填加助磨剂在水泥行业不是什么秘密，而助磨剂是有机和无机混合物，对新拌混凝土影响大小，行业人士也众说纷纭。因8为，我们
