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1、客运专线 高性能混凝土知识培训第一部分：客运专线高性能混凝土基本理论知识 第二部分：客运专线高性能混凝土相关技术标准 第三部分：客运专线高性能混凝土配制技术 第四部分：客运专线高性能混凝土施工要点铁道科学研究院铁道建筑研究所2006年9月第一部分客运专线高性能混凝土基本理论知识主要内容 1、引言 2、高性能混凝土的发展与应用现状 3、高性能混凝土的组成与结构1、引言铁路发展迅猛。铁路承重混凝土都要按照高性能混凝土进行设计。结构的耐久性对混凝土提出了高性能的要求。北京-上海客运专 线1300Km北京-沈阳-哈尔滨客运专线 含:京秦沈快速客运通道700Km天津-秦皇岛与哈尔滨-大连1160Km徐州
2、-郑州-兰州客 运专线1400Km青岛-石家庄-太原 客运专线770Km南京-武汉-重庆-成都客 运专线1900Km杭州-南昌-长沙客运专线 880Km 杭州-宁波-深圳客运专线1600Km北京-广州-深圳客运专线2230Km京津，宁沪杭，广 深，广珠等城际客 运系统2000Km中长期路网规划中长期铁路发展规划：规划“四横四纵”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统，建设客运专 线1.2万公里以上，客运速度目标值达到200km/h及以上。“四纵”:京沪，贯穿京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区 ；北京-武汉-广州-深圳，连接华北和华南地区；北京-沈阳-哈尔滨，连接东北和关内地区；杭-宁-福-
3、深，连接长、珠江三角洲和东南沿海。“四横”：徐州-郑州-兰州，连接西北和华东地区；杭州-南昌-长沙，连接华中和华东地区；青岛-石家庄-太原，连接华北和华东地区；南京-武汉-重庆-成都，连接西南和华东地区；三个城际：环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区城际客运系统，覆盖区域内主要城镇。铁路混凝土结构： 1、桥梁（桩基、承台、墩身、托盘顶帽、垫石- 支座、预制梁-桥面纤维混凝土、封端混凝土、 现浇梁） 2、隧道（衬砌） 3、轨道系统（无碴轨道、有碴轨道、轨道板、轨 枕、沥青混凝土防水层、低弹模低强度缓冲层 ） 4、涵洞 混凝土耐久性是国际工程界关注的重大课题。全世界因 混凝土丧失耐久性造成的
4、经济和社会损失十分巨大，每 年的修复和重建费用高达百亿甚至上千亿美元。我国正 处在高速发展时期，大规模的建设使每年的混凝土用量 达数十亿立方米。 高速铁路和客运专线的设计规定已明确要求“桥涵主要承 重结构设计应满足100年使用年限设计”，这对延长结构 寿命，提高我国混凝土材料及结构的技术水平将起到重 要作用。 1997年江泽民签发了“中华人民共和国建筑法”，于1998 年开始实施。2000年1月31日国务院颁发了“建设工程质 量管理条例”（中华人民共和国国务院第279号令），首 次以政令形式规定了“设计文件应符合国家规定的设计深 度要求，注明合理使用年限”、“建设工程实行质量保修 制度，基础设
5、施工程最低保障期限为设计文件规定 的该工程的合理时用年限。”混凝土 定义：是一种将具有胶结性质的材料和骨料或集 料（如石、砂）以及填料（粉细颗粒）混合并浇 注成型后，经凝固硬化而粘结成为整体的一系列 建筑材料。 水泥混凝土Cement concrete沥青混凝土Asphalt Concrete 聚合物混凝土Polymer Concrete硫磺混凝土With cement as cementitious materials and the most widely used materials in modern civil and architectural constructions以水泥为胶
6、结材，在现代土木建筑工程中最为广泛应用的一类建筑材料。水泥混凝土混凝土 Cement Concrete-Concrete20世纪80年代，美国国家材料委员会提 出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能 的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。1990年5月，在美国马里兰州Gaithers- burg 城由 NIST 和 ACI 主办了第一次关于 HPC的国际研讨会，会议首次提出关于高性 能混凝土的定义。定义高性能混凝土具有所要求的性能和匀质性的 混凝土。例如易于浇注和压实而不离析、高长期力学 性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中使用 寿命长。采用传统的组分、普通的搅拌、浇注与养护操作 ，是不
7、可能日常生产这种混凝土的。高性能混凝土国际研讨会（1990）高性能混凝土的特性，是针对一定的应用和环境所要求的。例如： 易于浇注 早期强度 渗透性 水化热 体积稳定性 可捣实、不离析 长期力学性质 密度 韧性 在服务环境中运 行寿命长久高性能混凝土的许多特性是相互关联的， 改变其中一个常牵扯到一或多个其他特性发生变 化。因此，如果对某一应用提供的混凝土有若干 特性必须同时满足，则必须将其中每一项都在合 同书上规定清楚。 美国混凝土学会 1998高性能混凝土为一种新型高技术混凝土 ，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上 采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐 久性作为设计的主要指标，针对不同用途
8、的 要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久 性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和 经济性。吴中伟 国内高性能混凝土的定义 高性能混凝土 (high performance concrete) 以耐久性为基本要求并用常规材料和常规工 艺制造的水泥基混凝土。 这种混凝土在配比上的特点是掺加合格的矿物掺 和料和高效减水剂，取用较低的水胶比和较少的 水泥用量，并在制作上通过严格的质量控制，使 其达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳 定性。混凝土结构耐久性设计与施工指南 （CCES2004-01）客运专线高性能混凝土 1、较严格的原材料品质要求 2、混凝土强度等级无具体要求 3、流动度根据施工要求
9、确定 4、均有含气量要求 5、电通量、抗裂性、抗碱骨料反应作为基本耐 久性指标 6、根据环境作用等级和结构部位要求抗腐蚀、 抗冻、抗渗性能等耐久性指标尚有一些未体现的指标如绝热温升、徐变、收缩等 高性能混凝土应该是一个体系，涉及到原 材料、配合比、耐久性能、力学性能、搅 拌、浇注、振捣、养护、施工前中后的质 量控制等方方面面。这些系统可以分解成 多个技术，有些内容也是沿用了普通混凝 土的相关规定。1987年美国材料顾问委员会提交的一篇报告引起 了轰动：约25.3万座桥梁的混凝土桥面板，其中部分 使用不到20年，就已不同程度地破坏，且每年还将新 增3.5万座。由于混凝土桥面板开裂普遍，因此转向使
10、用高强 混凝土，但是看来这无济于事。根据国家公路合作研 究计划1995年检查的结果表明：10万座混凝土桥面板 是在混凝土浇筑后一个月内就出现间隔13米的贯穿性 裂缝。2、高性能混凝土的发展与应用现状不是强度，而是混凝土的坚固性（没有 裂缝）对其运行条件下保证混凝土的水密性 和耐久性起关键的作用。P.K.Mehta 耐久性影响未来的关键问题混凝土结构劣化破坏分类1、磨蚀：机械磨耗、冲刷磨损、气蚀2、物理作用：干湿交替、水的渗透、冻融、盐 的结晶3、化学作用：化学介质侵蚀（水解、软水、置 换、硫酸盐）、AAR、CaO和MgO水化4、钢筋锈蚀：碳化引起、Cl-引起近代混凝土技术铁路工程混凝土结构耐久
11、性设计暂规 混凝土结构所处环境类别分为5种环境类别 、17种环境作用等级。 (1)碳化环境 (2)氯盐环境 (3)化学侵蚀环境 (4)冻融破坏环境 (5)磨蚀环境。 混凝土结构劣化破坏原因分类一个不透水，但存在非 连续微裂缝，且多孔的 钢筋混凝土结构环境作用（第一阶段） （无可见损伤） 1. 侵蚀作用 （冷热循环、干湿循环） 2. 荷载作用 （循环荷载、冲击荷载）由于微裂缝和孔隙 连通起来，不透水性逐 渐丧失环境作用（第二阶段） （损伤的开始与扩展） 水的渗入 O2、CO2渗入 酸性离子（Cl- , SO4-)渗入A：以下原因使孔隙内静水 压增大、混凝土膨胀：钢筋 锈蚀、碱-骨料反应、水结 冰
12、、硫酸盐侵蚀 B：混凝土强度与刚度降低开裂、剥落与整体性丧失混凝土受环境作用产生劣化的“整体性”模型以耐久性为基本要求的高性能混凝土并 不能避免环境对混凝土结构的破坏作用。但是，高性能混凝土可以延长混凝土结 构的使用寿命。有关混凝土结构使用寿命的设计理论也 越来越被人们关注。1 香港青马大桥 设计使用寿命120年，要求所用混凝土满足如下要求：q Cl扩散系数小于910-13m2/s(1300库仑) q 混凝土28天立方体试件配比强度50MPaq 普通水泥/2535%粉煤灰/6575%矿渣q 水泥用量350550kg/m3q 水胶比0.4q 胶结料中最大氯离子含量0.06%q 碱含量（折合Na2
13、O） 3kg/m3现代高性能混凝土的应用实例2 英吉利海峡隧道 设计使用寿命120年，要求混凝土满足如下要求：q Cl扩散系数小于K=1.410-13m/s (1300库仑)q 水泥采用两种当地海工用的水泥，C3A含量为0.690.77%, 400kg/m3q 水灰比0.350.32，坍落度100mmq 砂：由石灰石碎石与石英石组成，01mm硅质河砂、04mm和38mm两级石灰石碎石q 粗骨料：粒径512.5mm的石灰石碎石。现代高性能混凝土的应用实例3 日本明石大桥设计使用寿命120年，桥墩混凝 土采用免振自密实混凝土，桥面 及梁采用泵送高性能混凝土。要 求混凝土满 足如下要求：q Cl扩散
14、系数小于 1000库仑q W/B0.35，胶凝材 料用量500kg/m3，其中水 泥60，其余为矿渣及 粉煤灰。现代高性能混凝土的应用实例现代高性能混凝土的应用实例4、长江三峡大坝现代高性能混凝土的应用实例现代高性能混凝土的应用实例长江三峡大坝（2002/11/17） 东海大桥东海大桥 杭州湾大桥杭州湾大桥 深港大桥（西部通道）深港大桥（西部通道） 珠港大桥珠港大桥 国内明确了高性能混凝土全套技术措施的工 程有： 1、青藏铁路 2、杭州湾大桥 3、客运专线高性能混凝土 高性能混凝土比较经典的著作有： 高性能混凝土 吴中伟 廉慧珍著 混凝土结构耐久性设计指南 陈肇元3、高性能混凝土的组成与结构3
15、.1 混凝土如何高性能化 3.2 影响混凝土性能的因素 3.3 矿物掺合料 3.4 减水剂 3.5 小结 3.1混凝土如何高性能化 （1）高性能混凝土的结构特点 高性能混凝土是在与普通混凝土相对比的基础上提出 的概念。相比而言： A、孔隙率很低 B、水化物中Ca(OH)2减少、CSH和AFt增多 C、未水化颗粒多，未水化颗粒和矿物细掺料等各级 中心质增多，各中心质间距离缩短，有利的中心质效 应增多，中心质网络骨架得到强化 D、界面过渡层厚度小，并且孔隙率低、 Ca(OH)2数 量减少，取向程度下降(2)混凝土高性能化的途径和方法A 降低水胶比可大量减少水泥石的孔隙。在无外加剂掺入的情况下，水灰比大于0.5时混 凝土才具有可施工的流动性。方法：掺入高效减水剂水灰比与水泥石结构水水泥浆水泥石水泥凝胶水泥颗粒水 方法：掺入矿物质掺合料 普通混凝土粗骨料与水泥石之间的界面上积滞着大量的Ca(OH)2； Ca(OH)2在界面上的结晶与定向排列，是混凝土强度与耐久性低下的主要原因。 改善砼中骨料与水泥石之间的界面结构，是高性能砼必须解决的关键技术。B 改善砼中水泥石与粗骨料之间的界面结构C 改善混凝土中水泥石的孔结构 引入封闭孔。 在相同的孔隙率下，封闭孔的渗透系数最低。方法：掺入优质引气剂。优质原材料3.2 影响混凝土性能的因素（1）水泥特性对混凝土影响 Cement influe
