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1、青岛理工大学学士学位论文前 言人类进入21世纪面临着“人口膨胀、资源和能源短缺以及环境污染”三大问题。混凝土材料是资源和能源消耗的大户，也是环境污染源之一。因此为了减少混凝土资源的浪费，一个有效的途径就是提高混凝土的耐久性。据有关资料介绍我国混凝土的产量高达1213亿立方米，约占全世界产量的百分之四十，是世界上混凝土生产和应用最多的国家。但无论在国内还是国外，混凝土的结构都出现了很多质量问题，这就要求在混凝土的施工过程中要充分保证它的安全性和耐久性。高性能混凝土是一种体积稳定性好、具有高耐久性、高强度与高工作性能的混凝土，它在国内外已得到了较多的应用。我国最早应用的高性能混凝土是1991年广东
2、国贸大厦工程，而现在在城市建设、建筑工程、地下水及地下水工程、海洋开发、宇宙航天与核能工程等方面都需要大量的高性能混凝土。高性能混凝土最主要的特征是其优异的耐久性，其耐久性可高达百年以上，是普通混凝土的310倍。因此，如果我国在工程施工过程中大量运用高性能混凝土，则不仅可以解决资源浪费问题，还可以大大的提高工程质量，给国家和人民带来重大的社会效益和经济效益。本文主要是对高性能混凝土施工过程中影响其耐久性和安全性的各种因素的分析讨论，从如何选择材料，如何配置施工配合比以及在施工过程中对不利因素进行控制，以实现高性能混凝土的高耐久性、高安全性的性能，提高工程的安全质量。本文论述的另一个重点是高性能
3、混凝土的耐久性。高性能混凝土在环境中的耐久性如何评价与控制，如何进一步提高等等。第1章 绪论1.1 高性能混凝土的技术特怔高性能混凝土（High performance concerte,简写为HPC）是一种体积稳定性好、具有高耐久性、高强度与高工作性的混凝土。目前，各个国家对于HPC的认识仍没有达到共识，研究的侧重点也就有所不同。以Mehta为代表的学派强调的是硬化后混凝土的性能。他们认为暴露于腐蚀性环境下的混凝土结构的腐蚀速度快说明了抗压强度指标不足以保证其长期耐久性，HPC研究的重点应放在混凝土的耐久性问题上，并且提出了抗渗性和尺寸稳定性指标；而以冈村为代表的日本学者认为高流态、免振、自
4、密实的混凝土就是HPC，更注重的是新拌混凝土的性质，把高强、超高强和高流态作为HPC的特点；在我们国家也同样存在着不同学派观点的差异:冯乃谦教授为代表的部分学者就主张高性能混凝土必须是高强混凝土，而以已故吴中伟院士为代表的部分学者认为普通强度的混凝土也可以是高性能混凝土。我本人还是支持吴院士的观点，高性能混凝土未必一定是高强混凝土，但是高强混凝土必须是高性能混凝土。高性能混凝土可以认为是在高强混凝土基础上的发展和提高，也可说是高强混凝土的进一步完善。近些年来，在高强混凝土的配制中，不仅加入了超塑化剂，往往也掺入了一些活性超细矿物掺合料，与高性能混凝土的组分材料相似。在有的国家早期发表的文献报告
5、中曾提到:“高性能混凝土并不需要很高的混凝土抗压强度，但仍需达到55MPa 以上。因此，至今国内外有些学者仍然将高性能混凝土与高强混凝土在概念上有所混淆。在欧洲一些国家常常把高性能混凝土与高强混凝土并提(HPC/HSC )。实际上，高强混凝土仅仅是以强度的大小来表征或确定何谓普通混凝土、高强混凝土与超高强混凝土，而且其强度指标随着混凝土技术的进步而不断有所变化和提高。高性能混凝土则由于其技术性的多元化，诸如良好的工作性、体积稳定性、耐久性等而难以用定量的性能指标给予定义。不同的国家，不同的学者因各自的认识、实践、应用范围和目的要求上的差异，对高性能混凝土提出过不同的解释和定义，而且在性能特征上
6、各有所侧重。1990年美国KIST与ACI对高性能混凝土命名时，曾提出一个定义:高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须来用产格的施工工艺，采用优质材料配制、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性能的耐久的混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。近年来，美国混凝土学会又给出一个文字上较精练的定义:“高性能混凝土是一种要能符合特殊性能综合与均匀性要求的混凝土，此种混凝土往往不能用常规的混凝土组分材料和通常的搅拌、浇捣和养护的习惯做法所获得。吴中伟院士在1996年提出:“有人认为混凝土高强度必然是高耐久性，这是不全面的，因为高强混凝土会
7、带来一些不利于耐久性的因素。高性能混凝土还应包括中等强度混凝土，如C30混凝土。”1999年他又提出:“单纯的高强度不一定具有高性能。”如果强调高性能混凝土必须在C50以上，大量处于严酷环境中的海工、水工建筑对混凝土强度要求并不高(C30左右)，但对耐久性要求却很高，而高性能混凝土恰能满足此要求。1.2 高性能混凝土的施工质量控制现状国外对高性能混凝土的研究起步早于我国。各工业先进国家，在20世纪80年代末都争先恐后地投巨资研究开发高性能混凝土。北欧的挪威因北海的海洋石油开发需要，早在1986年都已将其列为国家资助项目，是世界上最早系统研究高性能混凝土的国家之一。加拿大在1989年设立了包括高
8、性能混凝土在内的15项国家资助项目，1994年开始又斥资400万美元对施工应用进行研究。瑞典在1995年出台“高强混凝土结构指南”，在本国规范了高强混凝土的应用技术。日本则一直致力于高性能的开发。国外利用高性能混凝土建造的工程也比我国早。例如1975年在芝加哥建造的262米的水塔广场大厦，代表了1975年美国混凝土工艺的顶端。加拿大多伦多275m的Scotia大厦( 1987-1988年)，混凝土设计强度为70MPa，是世界上第一幢含高炉矿渣的高性能混凝土的高层建筑。还有美国226m高的西亚图联合广场大厦，是世界第一座用平均强度为120MPa的高性能混凝土并采用钢管混凝土建造的结构。国外HPC
9、的强度还在不断提高，已出现超高性能混凝土(UHPC )。例如加拿大和法国学者创造的活性细粒混凝土(RPC)强度已达200MPa和800MPa。高性能混凝土在我们国家起步较晚，但是发展迅速。许多单位也已相继研制成功了C80、 C100甚至更高强度等级的高强高性能混凝土，并应用于实际工程。如上海金贸大厦使用了C60高性能钢管混凝土柱、广州中天大厦使用了C60钢筋混凝土柱、沈阳大西电业园C80钢管混凝土叠合柱，另外近年在沈阳富林大厦、北京新中关工程和国家大剧院相继使用了C100高性能混凝土等等。我们国家的高性能混凝土已经从试验室走向了大规模应用阶段。从普通混凝土发展到高强、高性能混凝土再到超高强混凝
10、土，其组成材料及其材性要求、微观结构、工程应用的主要控制指标均已发生了不同程度的变化，如何延长结构的使用寿命，如何准确有效的控制高性能混凝土的质量已经成为日益关注的热点问题。高性能混凝土的原材料的选择尤为重要，在生产过程中应当选择来源和性能稳定的优质原材料。现实中由于经济利益的驱使和无序的市场竞争导致有些预拌厂家频繁的变换原材料，造成混凝土质量的大幅度波动。对于集料的运输、存贮和堆放场所急需规范，应该采取密闭式的运输和堆放。大多数预拌混凝土生产企业没有封闭式的堆料仓库，所有粗、细骨料露天堆放，造成含水率不稳定。而目前的生产技术还不足以能随时监控原材料的含水量，增加了高性能混凝土质量控制的难度。
11、HPC对于粒径、粒形、颗粒级配以及洁净程度应该有严格的要求根据笔者的观察，目前生产企业对于集料的品质把关还无法完全满足高性能混凝土生产的需要。由于缺乏规划，无计划开采，在全国范围都出现了优质骨料的缺乏。目前市场上供应的骨料粒径一般大于25mm甚至30mm以上，而且针片状含量较多，空隙率大，对配制高性能混凝土很不利。尤其对于配制C80以上的高强高性能混凝土技术上难度较大，需要对现有的骨料生产方式和工艺进行改进。高性能混凝土技术还不能仅仅建立在优质原材的基础上，外加剂的选用对于高性能混凝土非常重要。不仅要考虑与水泥和掺合料的适应性要求，而且要充分考虑运输过程中的流动性损失以及硬化后对于混凝土性能的
12、影响等等。现状是即使是同一使用要求的混凝土，各搅拌企业也会根据使用对象、运距和泵送高度以及质量监管的差异，选用不同的掺量、不同品牌的外加剂或采用不同的生产配合比。采用双掺技术虽然具有一定的经济效益和环保优势，但是同时也降低了施工企业所追求的早期强度以及硬化混凝土收缩增大，早期裂缝普遍增多等问题。如何根据耐久性要求进行高性能混凝土的配合比设计还没有形成规范。高性能混凝土的质量除了多单位配合的精心控制之外，为了保证工程质量，还必须进行合格验收。合格验收的程序和所采用的方法直接影响到最终的验收结论，一般采取抽样方法进行质量控制。从质量控制的角度来讲，希望能够在最短时间以最小的成本反映其真实的质量状况
13、，以便进行调整:而从质量验收的角度出发，更希望能够全面地反映整个建筑物的质量而不是某个构件的质量状况，需要加大抽检次数和抽检数量增加代表性，减小最终风险。由于这种矛盾的存在，各单位在执行过程中差别很大，出现了验收批划分过大，试件留置数量过少等等问题。如何合理地解决和协调如此众多的问题，实现对高性能混凝土质量的准确控制，需要进行进一步地研究。1.3 课题研究的主要内容及目的 由于高性能混凝土材料的特殊性，我国目前对于普通混凝土的质量控制一般遵循两个阶段控制:初步控制(确定合理的原材料和工艺参数)、生产控制(保证生产过程中的质量稳定)，对于高性能混凝土还没有出台相应的质量控制标准。本文拟从以下方面
14、展开：鉴于目前的高性能混凝土生产工艺和施工体制，力求对高性能混凝土的质量控制建立完善的质量控制体系，达到理论上可行，实际运用中易于操作。每一个控制阶段的控制目标和控制方法都有所不同，保证高性能混凝土达到合格质量水平，通过合格验收。第2章 高性能混凝土组成材料的选择对于混凝土的高性能来说，要根据混凝土结构的使用目的与使用环境而定，而且对于施工阶段的新拌混凝土与硬化后的混凝土，高性能的含义也不同。要根据施工要求、结构物要求和所处的环境条件，使混凝土达到不同高性能的目的，这就需要深刻首先理解混凝土的组成材料，以及应该如何选择材料才能使混凝土达到高性能。高性能混凝土的组成材料中，除了与普通混凝土类似的
15、组成材料水泥、水、砂、石以外还包括高效减水剂和矿物质超细粉等。2.1 高性能混凝土对水泥的选择高性能混凝土的特点之一是低水灰比，为了保证其流动性， 必须掺入高效减水剂，因此必须选择适宜低水灰比特性的水泥,而选择合适的水泥，其一是看细度及粒子组成，另一方面是看加水后的早期水化。水泥粒子群的比表面积、粒子形状、密度及粒子间的级配对浆体的流动性影响很大。比表面积小，粒子形状接近球状，比重大，填充性越大，流动性越大。优化这些因子，可以获得最适宜的流动性。对于加水后的早期水化来说，水泥中的铝酸三钙的量越少，流动性的经时降低越少。特别是采用高性能减水剂时，坍落度损失的抑制问题较大。为了获得高性能混凝土，对
16、水泥性能的要求除了确保最地限度的流动性外，还要求水泥在低水灰比的情况下，能促进水泥的水化反应，使水泥的结构密实化。水泥品种大致可分为硅酸盐水泥、混合水泥以及具有特种性能的水泥。硅酸盐水泥及普通硅酸盐水泥是我国混凝土结构的主要材料，广泛应用于土木、水利、建筑、港工交通等方面，对于一般的高性能混凝土主要是选择硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。当前水泥生产中，对水泥质量影响较为突出的有两个问题：1.碱含量,2.氯离子的含量。（1）水泥中碱含量的控制水泥中的含碱量是由于水泥原料黏土带来的，与水泥的制造方法无关。因此，要选择低碱含量的黏土为原料。此外，对将高炉矿渣、硅石代替粘土为辅助原料，也要限制，因为这些辅助原料也含有碱。低碱型的水泥在制造运输过程中，要与其他水泥分开。而一般对高性能混凝土用的水泥中碱的含量应控制在0.6%以下。（2）氯离子含量的控制混凝土中由于氯盐的存在，会促进其中的钢筋等钢材锈蚀。使用水泥时会带入少量的氯盐。此外，在含氯离子的介质中，氯离子也会从混凝土的外部渗入内部，对于
