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1、高性能混凝土高性能混凝土 材0801-1 韩献虎 高性能混凝土的研究与开发(1990(1990年年) )超高性能混凝土超高性能混凝土UHPCUHPC（如活化细料混凝土（如活化细料混凝土RPCRPC，180180200MPa200MPa）高性能混凝土高性能混凝土HPCHPC（50MPa50MPa）超高强混凝土超高强混凝土SHSCSHSC（100MPa100MPa）高强混凝土高强混凝土HSCHSC（50MPa50MPa）普通混凝土普通混凝土NCNC（15MPa15MPa）(1900(1900年）年）低强混凝土低强混凝土LCLC（15MPa)15MPa)高性能混凝土的研究与开发n各国根据不同的要求，
2、对各国根据不同的要求，对HPC认识还不大统一，但重认识还不大统一，但重视视混凝土的耐久性混凝土的耐久性是大势所趋是大势所趋,其中：其中：n（1）美国美国 NIST（美国标准与技术研究院）与（美国标准与技术研究院）与ACI（美国混凝土学会）认为（美国混凝土学会）认为HPC是用优质水泥、集料水是用优质水泥、集料水和活性细掺料与高效外加剂制成的，同时具有优质的和活性细掺料与高效外加剂制成的，同时具有优质的耐久性、工作性、和强度的耐久性、工作性、和强度的匀质混凝土匀质混凝土。n（2）欧洲欧洲 重视强度与耐久性，常与高强砼并提重视强度与耐久性，常与高强砼并提（HSC/HPC），法国与加拿大正研究开发超高
3、性能），法国与加拿大正研究开发超高性能混凝土（混凝土（UHPC），北欧则在开发），北欧则在开发高强半轻高性能混高强半轻高性能混凝土凝土。n（3）日本日本 更重视工作性与耐久性，认为有足够的更重视工作性与耐久性，认为有足够的强强度度即可。即可。 高性能混凝土的研究与开发其具体内容是：其具体内容是：n（1）水泥水泥：采用：采用525或或525R普通硅酸盐水泥普通硅酸盐水泥；n（2）集料集料：符合国标，尤以：符合国标，尤以坚洁坚洁为要，粒度和级配为要，粒度和级配对强度与工作性要求很高的另加规定；对强度与工作性要求很高的另加规定； n（3）活性细掺料活性细掺料：不仅为了：不仅为了节约水泥节约水泥等经济
4、原因，等经济原因，对对工作性、耐久性工作性、耐久性有时更为必需，因此已成为有时更为必需，因此已成为HPC的的常见，甚至是必要的组分；常见，甚至是必要的组分；n (4）超塑化剂超塑化剂：为：为HPC的必需组分，一为大幅的必需组分，一为大幅减水减水(因此耐久性、强度高因此耐久性、强度高)；二为；二为工作性工作性好好(高流动性、可高流动性、可泵性、抗离析性，还常常要求流动性经时坍落度损失泵性、抗离析性，还常常要求流动性经时坍落度损失小小)；三为了提高；三为了提高耐久性耐久性；四为；四为活性细掺料活性细掺料所必需。所必需。我国高性能砼的应用实例 上海广播电视塔上海广播电视塔9194年： C60泵送至泵
5、送至96m，坍落度，坍落度160200mm，（，（525号号480kg/m3）新上海国际大厦新上海国际大厦9194年：C80泵送高度泵送高度96m，坍落度，坍落度200mm，（，（ 725号号480kg/m3 ）首都国际机场首都国际机场97年： C65泵送砼，水平距离泵送砼，水平距离260m，垂直距离，垂直距离30m，坍落度，坍落度160225mm，（，（525号号450kg/m3）湖南省图书城湖南省图书城98年： C80泵送高度泵送高度78m，坍落度，坍落度190230mm，（普通，（普通525号号350kg/m3 ）沈阳和态大厦沈阳和态大厦97年： C80泵送，坍落度泵送，坍落度12016
6、0mm，（，（625号硅号硅550kg/m3 ）东方明珠 上海金茂大厦高性能混凝土的定义HPC与与HSC相相比比是是从从单单一一重重视视强强度度到到工工作作性性、耐耐久久性性与与强强度度并并重重，还还应应根根据据工工程程要要求求，突突出出一一、二二种种性性能能。根根据据1990年年美美国国混混凝凝土土学学会会(ACl)的的规规定定，HPC应应具具备备的的性性能能是是：（1）工工作作性性好好，以以保保证证质质量量均均匀匀，省省劳劳动动力力、速速度度快快、经经济济等等；(2)早早期期强强度度高高，后后期期强强度度不不倒倒缩缩(因因此此后后期期强强度度也也高高)；(3)体体积积稳稳定定性性好好；(4
7、)韧韧性性好好；(5)严严酷酷环环境境中中安安全全使使用用期期有有保保证证(即即耐耐久性好久性好)。高性能混凝土的定义1990年年5月于马里兰州月于马里兰州Gaithershurg城，由美国城，由美国国家标准局国家标准局(NIST)和混凝土学会和混凝土学会(ACl)主办的主办的讨论会上把讨论会上把HPC定义为定义为具有所要求的性质和匀具有所要求的性质和匀质性的混凝土质性的混凝土，而靠用传统的组分、普通的拌，而靠用传统的组分、普通的拌合、浇注与养护方法不可能制备出这种混凝土。合、浇注与养护方法不可能制备出这种混凝土。例如，这些性能包括：易于浇注、捣实而不离例如，这些性能包括：易于浇注、捣实而不离
8、析，高超的能长期保持的力学性能；高早期强析，高超的能长期保持的力学性能；高早期强度，高韧性，体积稳定；在严酷环境中的使用度，高韧性，体积稳定；在严酷环境中的使用寿命长寿命长。高性能混凝土的特点高性能混凝土的特点l(1)更多地节约熟料水泥，降低能耗与环境污更多地节约熟料水泥，降低能耗与环境污染；染；l (2)更多地掺加工业废料为主的细掺料；更多地掺加工业废料为主的细掺料；l (3)更大地发挥混凝土的高性能优势，减少更大地发挥混凝土的高性能优势，减少水泥与混凝土的用量。水泥与混凝土的用量。l 因此，它本身就可成为因此，它本身就可成为绿色混凝土绿色混凝土。高性能混凝土的性能n绿色混凝土的涵义可概括为
9、：绿色混凝土的涵义可概括为：n (1)节约资源、能源；节约资源、能源；n (2)不破坏环境，更应有利于环境；不破坏环境，更应有利于环境；n (3)可持续发展，既要满足当代人的需求可持续发展，既要满足当代人的需求,又不危害后代人满足其需要的能力又不危害后代人满足其需要的能力 发展高性能混凝土的意义n传统砼的强度及性能越来越难以满足要求，同时水泥用量太大使砼的收缩增大，易产生开裂；n施工要求越来越高，要求和易性好、可泵性好；n普通砼工程的维修费急剧增大，使用寿命受影响；n发展HPC是保护生态环境，保证我国走可持续发展道路的需要。高性能混凝土的方法n胶结料本身的高强化胶结料本身的高强化n提高胶结料与
10、集料的界面强度提高胶结料与集料的界面强度n选择最合适的集料选择最合适的集料胶结料本身的高强化胶结料本身的高强化降低孔隙率降低孔隙率填充料：超细粒子与聚合物填充料：超细粒子与聚合物辊压与加压成型辊压与加压成型提高水化物含量提高水化物含量高性能水泥高性能水泥超细掺合料超细掺合料加热养护加热养护高高效效减减水水剂剂及及高高性性能能水泥水泥超细粒子与聚合物超细粒子与聚合物加压成型与离心成型加压成型与离心成型降低水灰比降低水灰比降低毛细管孔隙降低毛细管孔隙提高胶结料与集料界面间的强度提高胶结料与集料界面间的强度提高集料本身的粘结强度提高集料本身的粘结强度使用反应性集料提高水泥浆本身的粘结强度提高水泥浆本
11、身的粘结强度聚合物代替部分水泥添加聚合物超细粒子填充聚合物浸渍填充集料与水泥石之间的空隙填充集料与水泥石之间的空隙选择最合适的集料选择最合适的集料n适宜的强度适宜的强度n适宜的粒径适宜的粒径n改善胶结料的韧性：掺部分纤维改善胶结料的韧性：掺部分纤维n改善粒度分布级配改善粒度分布级配 高性能混凝土的原材料高性能混凝土的原材料l水泥水泥l砂石骨料砂石骨料l 掺合料掺合料l 外加剂外加剂高性能混凝土的原材料高性能混凝土的原材料l水泥 C50C55HPC用用425#水泥，水泥，C60C80用用525#水泥；水泥；C80以上有条件者用以上有条件者用625#水泥水泥. 高性能混凝土的原材料o掺合料掺合料微
12、硅粉微硅粉(SF)，磨细粉煤灰，磨细粉煤灰(FA)，磨细矿渣，磨细矿渣(SG)和沸石和沸石粉粉(F)是我国目前常用的掺合料，可以说是配制是我国目前常用的掺合料，可以说是配制HPC不可或缺的一大组成。从四种掺合料来看，不可或缺的一大组成。从四种掺合料来看，应重点开发应重点开发FA的应用。的应用。FA的产量大，环境污染严的产量大，环境污染严重，如何有效利用重，如何有效利用FA的。关键在于建立粉煤灰生的。关键在于建立粉煤灰生产厂，使其成为名符其实的一种产品。当原始粉煤产厂，使其成为名符其实的一种产品。当原始粉煤灰各项技术指标达不到要求时，在磨细工艺中可掺灰各项技术指标达不到要求时，在磨细工艺中可掺入
13、各种掺合料改性，使其成为合格的产品，一种特入各种掺合料改性，使其成为合格的产品，一种特殊的胶结材料，象水泥一样可以在混凝土工程和殊的胶结材料，象水泥一样可以在混凝土工程和HPC工程中直接使用，改变传统的简单的废渣利工程中直接使用，改变传统的简单的废渣利用范筹。用范筹。高性能混凝土的原材料砂石骨料砂石骨料n砂细度模数在砂细度模数在2.22.6之间，配制之间，配制C50C60HPC，只需合理调整砂率，并控制含泥量和有害杂质，是完只需合理调整砂率，并控制含泥量和有害杂质，是完全可行的。全可行的。C70以上以上混凝土则宜采用混凝土则宜采用较粗较粗的砂子。的砂子。n 石子问题，通常要求石子强度大于混凝土
14、设计等级的石子问题，通常要求石子强度大于混凝土设计等级的1.5倍倍，这对于，这对于C50C60混凝土比较容易满足。而混凝土比较容易满足。而C70以上混凝土可适当放宽到以上混凝土可适当放宽到1.35倍以上倍以上，重要的是，重要的是控制控制石子的粒形、级配及压碎指标石子的粒形、级配及压碎指标，这些因素，有时，这些因素，有时甚至比强度更突出，在配制甚至比强度更突出，在配制HPC时，必须作为原材料时，必须作为原材料进场的严格控制指标进场的严格控制指标高性能混凝土的性能及应用高性能混凝土的性能及应用o一、新拌混凝土的和易性一、新拌混凝土的和易性o二、硬化混凝土的性能二、硬化混凝土的性能 1、强度：范围在60120MPa的HPC在国外已在许多工程中应用。 2、HPC的耐久性o三、高性能混凝土的应用三、高性能混凝土的应用 HPC是水泥混凝土的发展方向之一。它将广泛被应用于桥梁工程、高层建筑工业厂房结构、港口及海洋工程、水工结构工程中。
