绿色高性能混凝土技术课件

绿色高性能混凝土技术一、绿色高性能混凝土基本概念二、GHPC对原材料的选择三、GHPC的性能四、典型工程应用1.1、绿色高性能混凝土(Green High Performance Concrete，简称GHPC）的定义：GHPC是指采用先进的现代化砼技术，在妥善的质量管理条件下，尽量少占用天然资源和能源，大量使用工业废弃物和城市垃圾制成的具有优良耐久性、工作性和经济适用性的砼；GHPC被认为是今后砼发展的方向。1.2、GHPC包涵两层含义：“绿色”和“高性能”。一、绿色高性能混凝土基本概念1.2.1“绿色”主要可概括为：1.2.1.1、节约资源、能源。1.2.1.2、不破坏环境，更应有利于环境。1.2.1.3、可持续发展，既满足当代人的需求，又不危及后代人满足其需要的能力。一、绿色高性能混凝土基本概念1.2.2“高性能”主要可概括为应具有下列某项或多项优良性能：1.2.2.1、优良的施工性能：能在正常施工条件下保证砼结构的密实性和均匀性，并尽量降低振捣噪声和密实能耗。1.2.2.2、强度高：尽量减少肥梁胖柱，并要考虑到建筑的美学效果和结构挠度以及功能等方面的要求。1.2.2.3、高耐久性：在一般环境或存在腐蚀介质的环境中，砼具有良好的耐久性能。1.2.2.4、具有某些特殊功能：如超早强、低脆性、高耐磨性、吸声、自呼吸性等。一、绿色高性能混凝土基本概念1.3、绿色高性能混凝土的主要特征1.3.1更多地掺加以工业废渣为主的掺合料，控制和减少水泥熟料的用量；1.3.2更大地发挥砼的高性能优势，提高砼的耐久性，延长建筑物的使用寿命，使材料和工程充分发挥其功能；1.3.3采用先进生产工艺，对大量建筑垃圾进行资源化处理，使之成为可用的再生砼骨料，减少对天然砂石的开采。GHPC在选择原材料时，更加注重于选用不破坏环境、节约资源与能源的材料，尤其是选用经过资源化处理的工业废渣及建筑垃圾。同时，更加注重于选择高性能化学外加剂及优质水泥。1、水泥1.1目前我国水泥存在的主要问题：1.1.1水泥比表面积较大，导致与外加剂相容性差及使砼具有更大的开裂敏感性；1.1.2水泥早期强度较高，导致砼强度长期增长率低甚至倒缩；1.1.3不控制碱含量、氯离子含量。不检测开裂敏感性；1.1.4出厂水泥温度太高，难以控制砼结构中的温度应力。1.2水泥选择的标准1.2.1水泥比表面积不宜太大，应控制在350m2/kg以下；1.2.2控制水泥孰料的矿物组成。从耐久性角度来看，应尽量降低C3A和C3S的含量，适当增加C2S的含量。C3A不超过6%，C2S应大于20%。1.2.3水泥中的碱含量应控制在0.6%以下；1.2.4水泥的出厂温度应控制在65以下。1.2.5水泥的标准（P.O42.5R)：2、GPHC对骨料的选择：2.1粗细骨料应级配良好、粒形尽量接近等径状，针片状颗粒不超过骨料总质量的15%；其他技术指标满足砂石的质量标准要求。2.2大量使用人工砂、尾矿骨料及建筑垃圾再生骨料。2.3对于C50C80的混凝土来说，石子本身的强度并不是最重要的，而应注意其级配、粒径、粒形和表面状况等。2.4石子选择标准：清洁、颗粒级配良好、粒形尽量接近等径状，针片状颗粒与不规则形状颗粒尽量减少。粗骨料标准细骨料标准2.3、优良化学外加剂的作用2.3.1能降低砼的收缩率，显著改善砼的体积稳定性及耐久性；2.3.2砼塌落度保持性能优良，对于商品砼的长距离运输较为有利；2.3.3与不同水泥和掺合料的相容性良好，可适当增加砼中的掺合料掺量，有利于降低水化热；2.3.4对钢筋无锈蚀作用；2.3.5含碱量极低，无氯离子。生产及使用过程中无甲醛等有害成分。2.3.6目前较为优良的是聚羧酸盐系高性能减水剂。2.4、矿物掺合料2.4.1作用：2.4.1.1减少水泥用量；改善砼的工作性；2.4.1.2降低水化热；增进后期强度；2.4.1.3改善砼的耐久性能：改善砼的内部结构，提高抗渗性和抗腐蚀能力；抑制碱骨料反应等。2.4.2主要品种：粉煤灰、磨细矿渣粉、硅灰、磨细天然沸石粉、超细石灰石粉等。粉煤灰1.作用作用：粉煤灰在混凝土生产中起到的作用主要有：1.减少混凝土水泥用量，降低成本 2.粉煤灰颗粒的“滚珠”效应，提高混凝土工作性能，即扩展性。3.粉煤灰的“火山灰”反应较慢，减少混凝土内部因水化产生的热量。4.粉煤灰在水泥水化后期（一般超过28d）的次级水化反应可以提高混凝土的密实度，降低渗透性。磨细矿渣粉磨细矿渣粉1.混凝土中掺入矿粉的意义：混凝土中掺入矿粉的意义：利用矿粉和粉煤灰等活性混合材相复合，部分取代水泥配制混凝土，可以充分发挥二者的”优势互补效应”。粉煤灰和矿渣粉复合掺加，两种材料的火山灰效应、形态效应和微集料效应相互叠加，形成”工作性能互补效应”和”强度互补效应”，使混凝土具有良好的抗渗性和可泵性。不仅节约水泥，降低成本，而且变废为宝，物尽其用。生产绿色商品混凝土，符合环保和可持续发展的要求。硅灰硅灰1.硅灰在混凝土中的作用：硅灰在混凝土中的作用：硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。其在混凝土中的具体作用有以下几点：1、显著提高抗压、抗折、抗渗、防腐、抗冲击及耐磨性能。2、具有保水、防止离析、泌水、大幅降低砼泵送阻力的作用。3、显著延长砼的使用寿命。特别是在氯盐污染侵蚀、硫酸盐侵蚀、高湿度等恶劣环境下，可使砼的耐久性提高一倍甚至数倍。4、是高强砼的必要成份，已有C150砼的工程应用。5、具有约5倍水泥的功效,在普通砼和低水泥浇注料中应用可降低成本.提高耐久性。6、有效防止发生砼碱骨料反应。拌合用水拌合用水砼拌合用水是建筑用水的主要部分之一，在各行业中属于用水大户。搅拌站循环水一般为废弃砼经过砼砂石分离机清洗分离之后产生的含有部分胶凝材料的废水，也包含清洗砼车的废水及少量回收的雨水。循环水不能直接排放。为了保护环境，必须对这些废水加以回收利用。我公司近几年已开展了搅拌站循环水用于生产砼的试验及应用工作，且已将循环水大量应用于实际生产砼中。GHPC的性能：指采用先进的现代化砼技术，在更多地掺入工业废渣为主的掺合料、节约水泥熟料、尽量少占用天然资源和能源，大量使用工业废弃物或城市垃圾制成的砼的性能，包括具有良好的新拌砼性能、满足结构设计的强度、优良的耐久性和体积稳定性等。1、新拌砼的性能1.1、工作性：在土木工程建设过程中，为获得密实而均匀的砼结构以方便施工操作（拌和、运输、浇筑、振捣等过程），要求新拌砼必须具有良好的施工性能，如保持新拌砼不发生分层、离析、泌水等现象，并获得质量均匀、成型密实的砼。这种新拌砼施工性能称为新拌砼的工作性。由于新拌砼的工作性内涵较复杂，并依赖于建筑的类型、浇筑、捣实和抹面的方法，所以目前尚没有一种能够全面有效地反映砼拌合物工作性的测定方法和指标。目前通常采用塌落度法来测定新拌砼的流动性，并辅以其他方法或经验，结合直观观察来评定其黏聚性和保水性，从而综合判定其工作性。1.2、塌落度损失：塌落度损失是指新拌砼的稠度随着时间的流失而逐渐减小，塌落度损失是所有砼的一种正常现象。坍落度损失原因：主要认为是从以下两点引起：一是水泥颗粒物理凝聚是主要原因，即水泥水化后，由于溶剂化固体颗粒靠近时发生相互作用立即生成水泥胶凝体的凝聚结构；二是硅酸盐水泥在浆体在形成钙矾石和水化硅酸钙等水化产物的同时，逐渐变稠、凝结的作用。1.3、离析和泌水：在新拌混凝土中，粒径不同、密度各异的各组成材料趋于各自的不同运动产生分离的现象；新拌混凝土中，固体颗粒在重力作用下沉，与此同时水分向混凝土表面迁移，从而在砼表面集聚一些水分的现象。由于砼的非匀质性，泌水是一种正常现象，只是要控制其泌水量。1.4、塑性收缩：砼成型后尚未凝结硬化时属塑性阶段，在此阶段由于表面失水而产生的收缩，称为塑性收缩。2、强度2.1影响砼抗压强度的因素2.1.1水泥石的强度2.1.2水泥石与骨料的粘结强度2.1.3骨料本身的强度2.1.4搅拌与振捣效果2.1.5养护条件（主要是温、湿度)2.1.6龄期2.2对强度的大多数影响因素可由预拌砼生产企业控制，但不应忽视施工过程尤其是对砼养护过程的控制；如施工振捣后对砼构件完全不加以养护，即构件完全在空气中自然养护，极端情况下，至28天龄期后，其强度有可能只能达到标养强度的50%左右。3、体积稳定性（收缩及开裂）3.1、影响砼收缩及开裂的主要因素3.1.1水泥用量及品种3.1.2骨料用量及质量3.1.3水胶比3.1.4外加剂3.1.5环境条件3.2、减少收缩的常用措施：3.2.1.合理选取水泥，采用低水化热水泥，并尽量减少水泥用量。3.2.2.尽量减少用水量，掺加足够的矿物掺合料，降低水胶比。3.2.3.选用热膨胀系数低，弹性模量高、级配与粒形良好的骨料。3.2.4.正确选用外加剂。3.2.5.在搅拌前预冷原材料。3.2.6.合理分缝、分块、减轻约束。3.2.7.在混凝土中埋冷却水管。3.2.8.表面绝热保温，调节表面温度的下降速率。3.2.9.初凝前采取覆盖等养护措施。尤其要强调，对商品砼实行“及时而充分”的湿养护，且在初凝前进行二次抹压，可极大地降低砼早期开裂的风险。4、耐久性4.1 指混凝土暴露在使用环境下抵抗各种物理和化学作用破坏的能力。混凝土的耐久性是一个综合性概念，它包括抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性、抗碳化性、抗碱骨料反应、抗氯离子渗透等方面。4.2 提高混凝土耐久性的主要措施 4.2.1减少拌和水及胶凝材料浆体的用量。4.2.2降低水胶比。4.2.3合理选择水泥品种。4.2.4选择合理的矿物掺合料及用量。4.2.5掺用引气剂。4.2.6控制砼总碱含量和氯离子含量。4.2.7加强砼生产与施工过程的质量控制。4.1、工程概况：高达210米的大楼主楼剪力墙、柱及核心筒体混凝土强度等级为C75C45。当混凝土强度等级高于C60后，通常其拌合物的粘度会增大，流动性能降低，导致泵送变得较困难。尤其是泵送的高度增大（垂直高度超过100米）后，该类混凝土在泵送时通常出现泵的液压系统工作压力偏高，泵送速度减慢，易堵管等。然而此工程C75等级砼最高泵送距离为103m。此外，该类混凝土通常还存在早期水化热偏大，3天龄期之内自收缩较大等缺点。如不对上述缺点加以改善，在生产该类混凝土时将容易导致质量事故的发生。4.2、原材料的选择原材料的选择 C75等级混凝土由于强度较高，水泥用量较大，导致早期水化热大，其早期自收缩也较大，因此较大尺寸的混凝土构件产生自收缩微裂缝或开裂的风险较大。同时高层泵送要求混凝土拌合物具有良好的工作性能。C75等级混凝土由于粘度较大，将导致泵送时泵压增大，泵送变得较困难。这样就要求我们对原材料的选择更加严谨，我们也做了大量的工作来决定原材料的选用。情况如下：4.2.1、水泥 在相同条件下，水泥成分中对减水剂的吸附性大小依次为C3AC4AFC3SC2S。若水泥中C3A、C4AF含量较大，则大量减水剂被其吸附，占水泥成分较多的C3S和C2S就显得吸附量不足，动电电位显下降，导致混凝土坍落度有较大损失。所以水泥中C3A、C4AF含量较高的混凝土坍落度损失较大，反之较小。根据这个原理，我们将选择C3A及C4AF含量较低的水泥来生产C75高强混凝土。在经过了公司多年的使用经验、市场走访和大量试配验证后，决定选用都江堰都江堰拉法基水泥有限公司生产的P.O42.5R水泥。四、典型工程应用四、典型工程应用 4.2.4、外加剂 对现使用的泵送聚羧酸盐系高效减水剂进一步改进，达到了控制C75高强混凝土的各种质量指标。该泵送剂减水率达30%以上，与拉法基P.O 42.5R水泥适应性良好。其显著特点为配制的混凝土流动性及抗分离性良好，混凝土拌合物在2h之内坍落度几乎无损失。4.3、配合比的进一步优化C75高强高层泵送混凝土除抗压强度应满足设计规定的等级外，其拌合物还应具有很好的可泵性。要求流动性及抗分离性良好，拌合物粘聚性好但又不过分粘稠，以便泵送时摩擦阻力小，泵压正常及泵送速度快。同时由于C75混凝土部分构件尺寸较大，还必须考虑C75混