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1、西北T业大学硕上 学位论文AB ST RACTABS TRACTH i g h s t r e n g t h 另一方面则是由于许多国家的城市化进程以及生z G 化 业人学硕 学位论文第草 绪论活水平的提高。历史学家和社会掌家告诉我们，随着城市化的推进，人们财富逐渐增加，生活水平也不断提高。城市的发展导致基础设施如宿舍、医院、剧院、餐馆、体育中心等快速增加，从而导致水泥消耗量的增加。水泥消耗量与 人均国民生产总量的关系如图1 .2 所示 2 1nnUn划 们nU八曰 臼目匕刁弓、比当2 0 0/一一 、 、 / /0 5 1 0 1 5 2 0 2 5 3 0收入 ( 1 0 0 0 美元)图
2、1 2水泥消耗量与人均国民生产总值的关系F i g . 1 .2 R e l a t i o n s h i p b e t w e e n t h e c o n s u m p t i o n o f c e m e n ta n d t h e g r o s s n a t io n a l p r o d u c t p e r in h a b i t a n t .由图 1 .2可知，在一定的生活水平内，水泥消耗量随生活水平的提高而提高，但超过一定水平后，水泥消耗量反而有所下降。究其原因，不外乎以 下几个方面:( 1 ) 城市化进程达到饱和; ( 2 ) 城市基础设施建设都已经完
3、成;( 3 ) 混凝土技术的提高使得混凝土得到更好的应用，以致很少的材料消耗量即能满足社会需求。其中混凝土强度和性能的提高功不可没。与其它常用建筑材料如钢铁、木材、塑料等相比，水泥混凝土生产能耗低、原料来源广、工艺简便，因而生产成本低;它还具有耐久、 防火、 适应性强、 应用方便等特点。 几种主 要建 筑材料的生 产能耗见 表1 . 1 1 3 0对于能源十分紧张的我国，大力发展水泥混凝土材料以替代能耗高的钢材在建筑业中的用量， 对于解决能源紧张状况是有一定作用的， 况且随着水泥生产技术的提高，水泥生产能耗还可以进一步降低。因此，在今后相当长的时间内，水泥混凝土仍将是应用最广、用量最大的建筑材
4、料。西北 业人学硕 卜 学位论文第 一 帝 绪论表 1 . 1 几种书要建筑材料的生产能耗材料名称单 位能耗 ( 千卡/ n 屯 )材料名称单位能耗 ( 千卡/吨)车 冈铝合金塑料水泥( a 一1 1 . 2 ) x 1 0 65 6 x 1 0 61 3 x 1 0 6( 1 .5 - 2 ) x 1 0 6混凝上集料混凝土钢筋混凝土预应力钢筋混凝土( 0 . 0 3 0 .0 9 ) x 1 0 6( 0 .2 3 0 .4 ) x 1 0 60 . 3 3 x 1 0 6( 0 . 6 -1 )x 1 0 61 . 1 . 2 混凝土的发展高强高性能混凝土的出现胶凝材料是混凝土中最主要的
5、组成材料，整个混凝1 几 技术是随着胶凝材料的发展而发 展的。 胶凝材料的发展大致经历了以 下几个阶段【 4 ， : 气硬性胶凝材料: ( 石膏、石灰等) 、水硬性石灰 ( 用含有粘土的石灰石锻烧的石灰) 、石灰加火山灰混合胶凝材料、初级水泥 ( 石灰石与石英砂烧制的) 、波特兰水泥 ( 石灰石与粘十烧制) 、 更加完善的高质量的硅酸a水泥以及非硅酸盐水泥、复合胶凝材料 ( 有机高分子与无机胶凝材料的复合) 。近百年来， 水泥与水泥基材料的发展趋势是不断提高强度。 混凝土强度从l O M P a到5 0 M P a( 高强)以 至 1 0 0 M P a ( 超高 强) 。 这与使用部门不断提
6、高强度的要求有关。 随着城市化的发展， 全世界大城市快速增f+ ， 而城市面积狭小， 地价如金， 因此，建筑物的高层化不可避免;随着公路网、铁路网等基础设施的大规模建设，跨越大江、大河、深谷、海峡的大跨和超跨桥梁的兴建也与日俱增;随着人类的生产与 生活活动向海洋扩展，大量海洋平台亦将在浅海或深海兴建。这种发展趋势将引导现代化建筑向着高层化、大跨化、重载化及结构轻量化方向发展。因此，混凝十向高强化发展将是必然趋势。国外有人预言， 2 1 世纪将大量应用l O O M P a 的结构混凝土 5 0随着科学技术和生产的发展，各种在严酷环境下使用的重大混凝土结构，如跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、核
7、反应堆等，以及有毒有害废物处置与处理工程的建造需要在不断增加。 这些混凝土工程的难度、 耐久性要求高， 旦出现事故西北了业人学倾 卜 学 位论文第一章 绪论则后果十分严重，修补耗资巨大。同时，不少土业发达国家己而临一些钢筋混凝土结构的基础设施老化的问题，需要投巨额资金进行修补或拆换。因此对混凝土材料的耐久性提出了更高的要求。高性能混凝土是最近几十 一 年出现的混凝上新品种，是经过漫l 时间的发展，在长 期研究与实践中创造的至今最完善的混凝上。高强高性能混凝 仁 山于具有高耐久性、高工作性和高强度等特性，用其代替传统的混凝土结构物和建造在严酷环境中的特殊结构，具有显著的经济效益。美国、E I 本
8、、法国、加拿大、挪威、英国、德国等国家把高性能混凝土作为跨世纪的新材料，己投入了大量的人力、物力进行研究和开发。高性能混凝土至今己在不少重要工程中被采用，并在高层建筑、大跨度桥梁、海上平台、漂浮结构等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益。因此被各国学者所接受而被认为是今后混凝土技术的发展方向。1 . 1 . 3 高强高性能混凝土的定义高性能混凝土是在2 0 世纪8 0 年代末9 0 年代初出现的。 一些远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度指标的同时，也提出了对耐久性和工作性的要求。 但当时还没有一个为大家所接受的名称，更没
9、有定出指标和规程。因此也有人认为，高性能混凝土是高强混凝土的进一步完善。高性能混凝土名词的出现只有十来年，不同国家、小同学者依照各自的认识、实 践 应用范围 和目 的要 求的 差异， 对高 性能 混凝土有 不同的 定义 和解释【 “ ， 。( 1 )美国国家标准与 技术研究所 ( N I S T ) 与美国混凝土协会 ( A M 于1 9 9 0 年5 月召开的讨论会上提出:高性能混凝上是采用严格的施工工艺和优质材料配制的，从而具有便于浇捣，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有韧性和体积稳定性等特定性能的耐久匀质混凝土。特别适用于高层建筑、桥梁及暴露在严酷环境中的建筑结构。( 2 ) 1 9
10、 9 0 年美国M e h t a P K认为:高 性能混凝土不仅要求高强度， 还应具有高耐久性 ( 抵抗化学腐蚀)等其它重要性能，例如高体积稳定性 ( 高弹性模量，低斗 -两北 业人学硕 卜 学位论文第一章 结论缩率、低徐变和低的温度应变) 、A抗渗性和高工作性。( 3 ) 1 9 9 2 年法国 M a l i e r Y A认为:高性能混凝土的特点在于有良 好的工作性、高的强度和早期强度、_ 仁 程经济性高和高耐久性，特别适用于桥梁、港口1 - 程、核反应堆以及高速公路等重要的棍凝土建筑结构。( 4 ) 1 9 9 2 年 本的小 泽 一野和 风村甫 认为 7 i 高 性能 混凝土 应具
11、 有高T 作 性( 高的流动性、粘聚性与可浇筑性) 、低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。( 5 ) 1 9 9 2 年n 木S a r k a r S L 提出: 高性能混凝土具有较高的力学性能 ( 如抗压、抗折 抗拉强度) 、 高耐久性 如抗冻融循环、 抗碳化和抗化学侵蚀) 、高抗渗性， 属于水胶比 很低的混凝土家族。( b ) 1 9 9 2 年L . P l i s k i n 提出了 如表1 . 2 所示的标准 “ ， 。表 1 . 2 L. P l i s k i n的混凝土分类混凝土类别英文名2 8 天抗压弧度普通混凝土O r d i n a r y c o n c r e
12、t e s ( O C )2 0 - 5 0 MP a高性能混凝土H i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e s ( H P C )5 0 -1 0 0 MP a超高性能混凝土V e ry h i g h p e r f o r m a n c e c o n c r e t e s ( V H P C )1 0 0 - - 1 5 0 MP a特优性能混凝土E x c e p t i o n a l c o n e r e t e s ( E C )1 5 0 MP a( 7 )冯 乃谦 认为 9 ， : 高 性能 混 凝 土必 须 具 有高
13、强 度， 高 强 混凝 土属 于 高 性能 混凝土的范畴;高性能混凝土必须是流动性好、 可泵性好的混凝土，以 保证施工的密实性;高性能混凝土需要控制坍落度损失，以保证施工要求的工作度。 耐久性是高性能混凝土的最重要技术指标，但混凝土强度高并不一定具有高耐久性。高性能混凝土中含有一定量的矿物质超细粉，这是其高耐久性的技术关键。( 8 )蒲 心 诚 认为 。 ，: 高 性 能 混凝 土 应 满 足以 下 几 个 方 面 的 要求: 硬 化 后 混 凝土的强度高; 新拌混凝土的流动性好，粘聚性好，不离析，不分层，具有优良 的施工性能:硬化后的混凝土具有良好的体积稳定性;耐久性优异。蒲心诚认为必须同时
14、用强度和流动性两个方面的指标来界定和描述高性能混凝土， 其指标范围和名称如表 1 .3 所示:西北耳 _ 业人学硕 _ 学位论义第一帝 绪论表 1 3 蒲心诚建议的混凝土分类及名称拳 别名称流动性 ( 坍落度 mm)2 8 天抗压 强度( MP a )J性能描述1 .亡 仓口 通 混凝上低流动性 混凝上1 - 5 91 0 - 4 9不能泵送，振动密 实，耐久性不足流动性混凝土6 01 1 91 0 4 9不能或难于泵送， 振动密实，耐久性不足23大流动性混凝土1 2 0 - - 1 7 91 0 4 9适宜泵送，振动密 实，耐久性不足4流态混凝土1 8 02 3 91 0 - 4 9适宜泵送
15、，需稍振 动， 耐久性不足 5高流态混凝土2 4 01 0 - 4 9适宜泵送，可自流 平实，耐久性不足6低流动性高强混凝土1 -5 95 0 9 0不能泵送，振动密实，耐久性好7低流动性超高强混凝土6 0 -1 1 95 0- - 9 0不能或难于泵送 振动密实，耐久性好8流动性高强混凝土1 - 5 9)1 0 0不能泵送，振动密 实，耐久性优异9流动性超高强混凝土6 0 -1 1 9)1 0 0不能或难于泵送， 振动密实，耐久性优异1 0高性 能混 凝土大流动性 高强混凝土1 2 0 - - 1 7 95 0 9 0适宜泵送，振动密实，耐久性好 大流动性超 i强混凝土1 2 0 1 7 9
16、 1 0 0适宜泵送，振动密 实，耐久性优异1 1流态高强 混凝土1 8 0 - 2 3 95 0 - - 9 0适宜泵送，需稍振动，耐久性好1 2高流态高强混凝土多2 4 05 09 0适宜泵送，可自 流平，耐久性好1 31 4超高 性能 混凝土流态超高强混凝土1 8 0 - - 2 3 9,1 0 0适宜泵送，需稍振 动，耐久性优异 高流态超高强混凝土 2 4 0妻1 0 0适宜泵送，可自流 平，耐久性优异1 5西北下 业人学硕 _ 学位论义第一P 绪论1 . 1 . 4 高强高性能混凝土的发展及其应用从本世纪3 0 , 4 0 年代以 来， 随着水泥品 种的改善以 及化学外加剂 ( 普通减水剂、引 气剂等 ) 的 使用， 工程中 普遍 应用的 混凝土 强度在国际范围内 得到稳步的 增长川 。到6 0年代，美国己有强度相当于我国C 5 0到C 6 0的商品混凝上，在工程中大量应用的混凝土强度
