京沪高铁高性能混凝土讲稿（幻灯片）

《京沪高铁高性能混凝土讲稿（幻灯片）》由会员分享，可在线阅读，更多相关《京沪高铁高性能混凝土讲稿（幻灯片）（96页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、安文汉教授级高工,中铁十二局集团有限公司计量测试中心主任 中铁工程试验检测协会理事长 实验室计量认证国家级评审员 交通部试验检测专家 太原理工大学硕士研究生导师 石家庄铁道学院兼职工程硕士研究生导师、客座教授 电话:13903432198 13233662333 0351-6354087(传真) 邮箱: 地址:山西省太原市西矿街130号中铁十二局集团有限公 司计量测试中心,高性能混凝土,主讲：安文汉 2008年3月,主要内容,高性能混凝土基本概念 高性能混凝土用原材料 高性能混凝土配合比设计 高性能混凝土施工 高性能混凝土施工质量检验,一 高性能混凝土基本概念,1、什么是高性能混凝土 耐久性混

2、凝土属于高性能混凝土的范畴，国家对高性能混凝 土没有定义。一般认为，高性能混凝土是高工作性、高耐久性。 2、什么结构物是高性能混凝土 根据铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定, 混凝土结构 设计使用年限级别见表1： 表1 混凝土结构设计使用年限级别,3、高性能混凝土的耐久性评价指标 京沪高速铁路混凝土耐久性技术要求，见表2,表2 混凝土的耐久性能,二 高性能混凝土用原材料,1、水泥 水泥应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥（简称“普通水泥”），混合材宜为矿渣或粉煤灰。 处于严重化学侵蚀环境时（硫酸盐侵蚀环境作用等级为H3或H4）应选用C3A含量不大于6%的硅酸盐水泥 。,水泥的技术要求,注：1 当骨料

3、具有碱硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%。 2 C40及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60%。,重点: 水泥品种、水泥强度等级及细度、水泥矿物成份C3A （1）水泥品种 六大通用水泥中矿物掺合料含量： 硅酸盐水泥：5% 普通硅酸盐水泥：615% 矿渣硅酸盐水泥：2070% 火山灰硅酸盐水泥：2050% 粉煤灰硅酸盐水泥：2040% 复合硅酸盐水泥：两种混合材以上 1550%,表3 通用硅酸盐水泥,（2）水泥强度等级及细度 提高水泥强度的主要措施是增加C3A和C3S含量和增加 比表面积，易导致水泥水化速率过快,水化热大,混凝土收 缩大,抗裂性下降,微结构不良,抗腐蚀性差,所以水

4、泥强度 等级够用就行，不得随意提高水泥强度等级。 硬练:500:600:700 软练:425:525:625 ISO:32.5:42.5:52.5,水泥细度是影响水泥的凝结硬化速度、强度、需水 性、干缩性、水化热等一系列性能。水泥必须控制一定 的粉磨细度，水泥颗粒越细，凝结越快，早期强度发挥 越快，泌水性小，但也不能太细，否则，一方面水泥的 需水量大幅度增加，干缩大，水化放热集中；另一方面， 大大降低了磨机产量，增加电耗。在高性能混凝土中，水 泥细度过大，容易导致混凝土早期开裂，还会影响外加剂 的作用效果。,（3）水泥熟料中矿物成分 C3A：715% ，不宜超过8%； C2S：1537% C3

5、S：660% C4AF：1018% 水泥中各矿物成分特性： 水化速度:C3AC2SC3SC4AF 水化热:C3AC3SC4AFC2S 强 度:C3SC2SC4AFC3A 耐化学侵蚀:C4AFC2SC3SC3A 干缩性:C3AC3SC2SC4AF,2、细骨料 细骨料应选用处于级配区的中粗河砂（用于预制梁时，砂的细度模数要求为2.63.0）。当河砂料源确有困难时，经监理和业主同意也可采用质量符合要求的人工砂。 细骨料的品质应满足表4的要求。,表4 细骨料的技术要求,重点:品种和级配 选用中砂细度模量2.62.8,小于0.63和0.16筛的累计筛余（4070）% 和（95100）%。,3、粗骨料 粗

6、骨料宜选用二级配碎石，掺配比例应通过 试验确定。 粗骨料的品质应满足表5的要求。,表5 粗骨料的技术要求,施工过程在中粗骨料强度可用压碎指标值进行控制且应符合表6的要求。,注： 1 沉积岩（水成岩）包括石灰岩、砂岩等；变质岩包括片麻岩、石英岩等；深成的火成岩 包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等；火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。 2 对于压碎指标值不符合表3.6-2规定的粗骨料，可通过试验，建立岩石抗压强度与压碎指标 值的对应关系，确认岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不小于1.5（预应力混凝土为2.0） 且混凝土的力学及耐久性能满足要求后，方可使用。 3 用于梁体时，压碎指标不应大于10%。,表6

7、 粗骨料的压碎指标值（%）,重点:级配、紧密空隙率。 A 级配:二级级配或多级级配（计算法或试配法） B 松散堆积密度1500kg/m3，紧密空隙率40%，吸水率2% 铁建设2007140号:受材料表观密度的影响,骨料的松散 堆积密度不能完全反映骨料的级配,表观密度偏小的骨料,即便 有较好的级配,其松散堆积密度可能还是接近但小于1500kg/m3 但对于紧密孔隙率,由于在采用二级级配或多级级配的情况下, 可以通过改变掺配比例、改善骨料粒形等技术措施对紧密孔隙 率进行调整。因此,为了保证粗骨料的空隙率不要太大,明确粗 骨料的紧密孔隙率小于40%。 碱骨料反应:活性材料(蛋白石、玉髓、微晶石英)

8、粒形：圆度、球度、表面组织,4、外加剂 外加剂宜采用聚羧酸系产品。混凝土中不得 掺加诸如防腐蚀剂、抗裂剂等无标准不规范的产 品。 掺入混凝土中的外加剂品质应符合表7的要求.,表7 外加剂的技术要求,重点：减水、保坍、适量引气且不泌水。,第一代:木钙，减水率8%； 第二代:萘系、蜜胺系、脂肪族系、氨基磺酸盐系列， 减水率15%以上(坍落度损失大、泌水性、饱水性差)； 第三代：聚羧酸高效减水剂，减水率30%，适当引气,坍 落度损失小,保水性好。 重点:适当引气 生产过程:消泡、加气,母液80%加水稀释成20%液体 实际应用:选配比(样品) 大量施工时(品质劣化) 检验:减水率,含固量,5、矿物外加

9、剂 用于改善砼耐久性能而加入的、磨细的各种 矿物掺合料(GB/T18736)。 品种:粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、铁灰、 稻壳灰、沸石粉。,(1)粉煤灰 粉煤灰也叫飞灰，是燃煤电厂烟囱收集的灰尘。粉煤 灰应选用品质稳定的产品。强度等级不大于C50的钢筋混凝 土宜选用国标I级或II级粉煤灰，但应控制粉煤灰的烧失量 不大于5.0%，细度不大于20%；强度等级不小于C50的预应 力混凝土宜选用国标I级粉煤灰，但应控制粉煤灰的烧失量 不大于3.0%。 重点: 烧失量、最大掺量。,烧失量 烧失量越大，含碳量越高，混凝土需水量越 大,影响外加剂效果；用电收尘收取的灰越细，所含玻璃 微珠越多,含碳量就越低，需

10、水量就小。 国标规定:I级灰烧失量5%,级灰8%。 技术条件:烧失量3%。 最大掺量 GBJ146-90中粉煤灰取代水泥最大限量见表8。,表8 GBJ146-90中粉煤灰取代水泥最大限量,中国建筑材料科学研究院院长姚燕建议：常态混凝 土50%为宜，杭州湾大桥中铁四局和上海同济大学合作 的海工混凝土课题粉煤灰掺量为50%。 过高的粉煤灰掺量除降低强度外，还会造成贫钙现 象，不利于耐久性。中建材院试验结果当粉煤灰掺量为 20%时，水化率达25%；当粉煤灰掺量为70%时，水化率达 18%。 粉煤灰比表面积:300m2/kg350m2/kg,（2）磨细矿渣 磨细矿渣是炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排出时

11、用水急冷 得到的水淬矿渣，磨细到一定程度的矿碴细粉。矿渣粉应采用水淬 矿渣的粉磨产品。 研磨方法：球磨、辊压机、辊磨（常用） 当比表面积为300kg/m3时，平均粒径为21.2m； 400kg/m3时，平均粒径为14.5m； 800kg/m3时，平均粒径为2.5m。 当磨细矿渣的比表面积达到400kg/m3以上时，能较充分地发 挥其活性。 应用:需水量比,烧失量活性指数 磨细矿渣的技术指标如表9所示：,表9 磨细矿渣的技术要求,重点：和粉煤灰配伍,6、混凝土用水及环境水 拌合用水可采用饮用水。当采用其他来源的水时，水的品 质应符合下表的要求。,表10 拌合用水的技术要求,注：1 拌合用水不得采

12、用海水。当混凝土处于氯盐环境时，拌合水氯离子含量应不 大于200mg/L。对于使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，拌合水氯离子 含量不得超过350mg/L。 2 养护用水除不溶物、可溶物可不作要求外，其他项目应符合表3.5-1的规定。养 护用水不得采用海水。,拌合用水 混凝土用水 养护用水 环境水对混凝土有5种侵蚀性 软水侵蚀（溶出性侵蚀） 软化是指暂时硬度较小的水，水泥石长期和软化水接触，其中一些水化物按溶解度的大小，依次被水溶解，CH首先被溶解,水泥石碱度降低，其他水化产物CSH发生分解，水泥石结构遭到破坏，强度不断降低。当CH溶出5%时，强度下降7%；当CH溶出24%时强度下降29%。

13、,硫酸盐侵蚀 Ca(OH)2+Na2SO4H2O=CaSO42H2O+NaOH+8H2O 然后，所生成的硫酸钙与水化铝酸钙作用，生成水化硫铝酸钙 3CaOAl2O36H2O+3(CaSO42H2O)+19H2O =3CaOAl2O33CaSO431H2O 生成的水化硫铝酸钙含有大量结晶水，其体积比原体积增加1.5 倍，对水泥石产生巨大的破坏作用。 镁盐侵蚀 Ca(OH)2+MgSO4+2H2O=CaSO42H2O+Mg(OH)2 Ca(OH)2+MgCl2=CaCl2+Mg(OH)2 生成的氢氧化镁松软，无胶结能力，氯化钙易溶于水。,碳酸盐侵蚀 Ca(OH)2+CO2+H2O=CaCO32H2

14、O 由于水中含有较多的二氧化碳，它与生成碳酸钙按下列可逆反 应作用。 CaCO3+CO2+H2O=Ca(HCO3)2 当水中含有较多的二氧化碳，并超过平衡浓度时，上式反应向 右进行，水泥石中CH通过转变为易溶的重碳酸钙而溶失，随着CH降 低，其他水化产物分解，使腐蚀进一步加剧。 一般酸性侵蚀：各种酸类不同程度的腐蚀作用 2HCl+Ca(OH)2= CaCl2+2H2O 易溶于水 H2SO4+Ca(OH)2= CaSO42H2O 二水石膏，结晶膨胀 环境水中的酸的氯离子浓度越大，pH值越小，侵蚀越严重。,7、作用机理,高工作性:大小均匀的气泡，玻璃微珠，大坍落度， 无泌水、粘度适中、不离析 高工

15、作性 (滚动效应) 体积稳定性：抵抗物理化学作用下产生的变形能 力，收缩、弹性、徐变、温度变形,力学性能：抗压、抗拉、抗剪、疲劳、粘结 高耐久性 耐久性能：碳化、抗氯离子侵蚀、钢筋锈蚀、碱骨 (火山灰效应,填充效应) 料反应、冻融破坏、抗裂,三 高性能混凝土配合比设计,1、设计理念 普通混凝土:强度 高性能混凝土:耐久性 砂填碎石空隙，水泥填砂空隙，矿物外加剂填水 泥空隙 (粉体效应) 。,表12 桩体C30混凝土配合比设计参考指标,注：采用水下混凝土灌注工艺时，混凝土配制强度应提高10%。,表13 墩台体C30混凝土配合比设计参考指标,表14 梁体C50混凝土配合比设计参考指标,混凝土配合比

16、应参照现行国家标准JGJ 55-2000进行设计。 设计混凝土配合比的一般途径为： 选用低水化热和低碱含量的水泥，尽可能避免使用早强水 泥和高C3A含量的水泥； 选用球形粒形、吸水率低、空隙率小的洁净骨料； 适量掺用优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料或复合矿 物掺和料； 采用具有高效减水、适量引气、能细化混凝土孔结构、能 明显改善或提高混凝土耐久性能的专用复合外加剂，尽量降低拌 合水用量； 将混凝土的最低强度等级、最大水胶比、最小水泥用量、 最低胶凝材料用量和最大胶凝材料用量限制在适宜的范围内； 尽可能减少混凝土胶凝材料中的水泥用量。,京沪高铁四标主体结构物环境作用类别、等级及配合比设计参考指标,2、经验参数 C30: 当水泥采用42.5强度等级时，每立方混凝土胶凝材 料用量为360380