客运专线高性能混凝土.ppt

第二讲 高性能混凝土,概念的提出:混凝土的性能向来都以强度表示，对于普通混凝土，甚至高强混凝土，一般认为抗压强度是混凝土性能的代表性指标，强度愈高、性能愈好也愈耐久。上世纪80年代以来，许多工业发达国家面临基础设施老化的问题，其中一些是混凝土结构，需要维修或更新，面对巨额投资，于是一个提高混凝土耐久性的设想便提了出来，即所谓的高性能混凝土（HPC）。法国是最早研究开发高性能混凝土的国家。首次公开发表有关HPC研究与应用论文的是法国人，申请第一个HPC专利的是法国人，编著第一本HPC专著的是法国人。我国是在1992年有关学术刊物第一次提到HPC，当时译为“高功能混凝土”。,一、定义,定义：法国人：将具有良好的施工性能、高强度及高早期强度、经济性及高耐久性，而且150mm300mm试件的抗压强度应在50MPa以上的混凝土定义为高性能混凝土。特别适用于海港建筑物，桥梁，高速公路，高层建筑，核反应堆等混凝土结构。日本人：将具有高和易性、高耐久性、低水化热、低干缩和100mm200mm试件的28天抗压强度为42MPa45MPa的混凝土定义为高性能混凝土。日本学者强调HPC的自流密实性。将HPC研究的技术线路分为三个阶段。见表2-1,HPC研究的技术线路 表2-1,美国人：(1)低渗透性。将抗渗性作为混凝土耐久性的一个指标，以氯离子渗透性试验(AASHTO T277)表示不得超过500C（库仑）,这表示混凝土实际上是不透水和不渗透氯离子的。(2)具有高弹性模量、低收缩、低徐变和低温度应变。即HPC具有尺寸稳定性，以消除结构中任何有害应力。(3)150mm300mm试件的抗压强度应达到60MPa120MPa。美国NIST与ACI组织召开的关于HPC的讨论会，把HPC定义为:具有要求性质和均匀性的混凝土，靠传统的组分和普通的拌和、浇筑与养生方法不可能制造出这种混凝土，其性能包括：(1)易于浇筑、捣实而不离析；(2)优良且长期保持的力学性能；(3)高早强、高韧性、体积稳定；(4)在恶劣环境下使用寿命长。,事实上，海港、桥梁、公路、污水等工程结构物的破坏，并不都是混凝土强度不够引起的，而是耐久性不良引起的，从这个意义上说，高耐久性混凝土必须能够抵御气候作用和化学侵蚀，具有耐磨性及抵抗其它破坏作用的能力。这些耐久性与混凝土的尺寸稳定性及渗透性能有关。重视混凝土的渗透性与尺寸稳定性使混凝土设计的注意点从强度转移到比强度更为重要的性能方面。在大多数情况下，满足渗透性和尺寸稳定性会得到高强度混凝土。高强度并不能保证混凝土具有高耐久性，工程经验反复证明，用不适当材料制造的高强度混凝土在恶劣的环境中会遭到破坏。因此高性能混凝土的特点是具有良好的耐久性,旨在提高结构物的使用寿命，这意味着将耐久性要求提高到了更重要的地位。现代化的生产技术，新型外加剂和胶凝材料的出现，也使得既具有良好的施工性能，又有良好的力学性能和耐久性的混凝土的生产成为可能。应该指出：高强混凝土并非高性能混凝土，而高性能混凝土也并非都高强。,二、原材料,(一)、水泥 1.水泥品种 高性能混凝土都必须掺加矿物细粉料，因此应使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。2.水泥的流变性 高性能混凝土由于水胶比很低，为了减少水化热和收缩，水泥用量又不能大，同时为了使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性，也要限制胶凝材料的用量。因此用于高性能混凝土的水泥的流变性能比强度更重要。强度在52.2Mpa或以上就能满足要求。对于高强度的高性能混凝土，为了保证水泥质量的稳定，要求禁止使用立窑水泥。使用很低水胶比的混凝土如果没有相应的措施，最好不要使用早强型的水泥，以免影响混凝土的流变性和后期强度的发展。3.水泥与高效减水剂的相容性 在低水胶比的高性能混凝土中，水泥与高效减水剂的相容性问题就更加突出、普遍，它不仅影响减水剂的减水率，而且会造成混凝土坍落度的严重损失。,C3A含量 C3A含量高的水泥与C3A含量低的水泥相比，达到相同坍落度的混凝土，因水灰比比较高，混凝土的强度相对比较低，即C3A含量高的水泥流变性差。碱含量 水泥熟料中同时存在碱和SO3时，就会形成碱的硫酸盐，称为碱的硫酸盐化，碱的硫酸盐化程度越高，混凝土的坍落度损失越小。碱的硫酸盐化程度（SD）度用下式表示：,颗粒组成 水泥中颗粒小于3m只起早强作用；3m30m的颗粒主要起增强作用，其含量应在90%以上，；大于60m的颗粒对强度不起作用。但颗粒小于10m的颗粒需水量大，因此流变性好的水泥，小于10m的颗粒含量应当小于10%。SO3的形态 不同水泥产品，C3A的结晶形态和溶解速率不同，不同形态的石膏其溶解速率也不同，二者的匹配也影响水泥的流变性。石膏的形态有生石膏、半水石膏、可溶性硬石膏、天然硬石膏，它们的溶解度和溶解速率有很大的差异。若C3A的结晶度高、活性大、溶解速率快，水泥生产加入的石膏应有一部分溶解速率快、溶解度大的半水石膏；若C3A活性差可以使用天然石膏，或取代一部分生石膏。一般不宜完全使用天然石膏，否则会因引起溶解速率慢不足以控制C3A的水化而影响水泥的流变性。,4.石膏的掺量 水泥熟料中加入石膏是为了控制C3A的水化而调节水泥的凝结时间，但在目前的水泥生产中，石膏的掺量与水泥中C3A和碱的含量大小、细度没有挂起钩。事实上石膏的作用不仅仅是调整凝结时间，而且对水泥的强度、流变性和收缩等都有影响，因此应根据水泥中C3A的含量、细度、碱的含量确定石膏的掺量，使之达到最佳匹配。,1.矿物细掺料在高性能混凝土中的作用1).增加混凝土的粘性。混凝土的流动性提高后很容易引起离析和泌水，掺入矿物细掺料可提高混凝土的粘性，需水量小的细掺料（如矿渣、粉煤灰）还可进一步降低混凝土的水胶比而保持良好的工作性。2).降低混凝土的温升。水泥水化是放热反应，混凝土类似绝热体，会因水化放热使混凝土内部温度上升。同时混凝土外部散热较快，造成内外温差而产生温差应力，引起混凝土开裂，影响耐久性。高性能混凝土水胶比小，水泥用量大，掺入矿物细掺料，可减少水泥用量，从而降低混凝土的温升。3).调整混凝土强度的发展掺入不同的矿物细掺料对混凝土的强度会有不同的影响。在相同水灰比下，硅灰、沸石凝灰岩、油母页岩灰、偏高岭土等，在掺量合适时可以提高混凝土的强度，矿渣、粉煤灰等会使混凝土的早期强度降低，而后期强度却均有较大的持续增长。因需水量小还可以降低水灰比，故在达到相同坍落度的情况下，混凝土的早期强度实际上也不会下降。,（二）、矿物细掺料,4）.增进混凝土的后期强度掺入除硅灰外的矿物细掺料时，混凝土的早期强度随掺量的增加而降低，但后期强度会有较大幅度的增长。英国Dunstan对粉煤灰体积掺量为60的碾压混凝土中粉煤灰和水泥对混凝土强度的贡献进行分离，结果表明，粉煤灰对混凝土强度的贡献随龄期的增加而增加，随水胶比(水与水泥和粉煤灰总量之比)的降低而增加。粉煤灰对强度的贡献与水胶比的关系比水泥对强度的贡献与水灰比的关系还要敏感。水灰比越低，粉煤灰的贡献越大。故加入粉煤灰后，应当相应降低水灰比，以保持早期强度不降低，并且后期强度有显著的增长，发挥粉煤灰的作用。但简单地在高水灰比(例如大于0.54)的纯水泥混凝土中以粉煤灰取代水泥，是不可能发挥粉煤灰的作用的。水灰比不变时，混凝土的强度随粉煤灰掺量的增加而呈非线型的降低。但是，当水胶比很低时，粉煤灰掺量在一定范围内，上述影响并不显著；超过此范围时，则上述影响随粉煤灰掺量的增加而增加得很快。,5）.提高抗化学侵蚀能力，增强耐久性当硅酸盐水泥混凝土处在有侵蚀性介质的环境中时，侵蚀性介质会与水泥石中水化生成的Ca(OH)和CA水化物发生反应，逐渐使混凝土破坏。在混凝土中掺入矿物细掺料后，一方面，由于减少了水泥用量，也就减少了受腐蚀的内部因素；另一方面，矿物细掺料的细微颗粒均匀分散到水泥浆体中时，会成为大量水化物沉积的核心，随着水化龄期的进展，这些细微颗粒及其水化反应产物填充水泥石孔隙，改善了混凝土孔结构(这称作“微粉效应”)，逐渐降低混凝土的渗透性，阻碍侵蚀性介质浸入。因此，掺入矿物细掺料可提高混凝土的耐久性。长期试验观察证明，掺入硅灰或矿渣的混凝土对硫酸盐、氯盐和海水的腐蚀有较好的抵抗能力。混凝土的渗透性随粉煤灰掺量的增加而下降；养护28d，粉煤灰掺量达30时可使高渗透性的混凝土达到中等渗透性；养护91d，则达到低渗透性。,2.矿物细掺料的种类矿物细掺料可分为四类：胶凝性：如粒化高炉矿渣、水硬性石灰；火山灰性：本身没有或极少有胶凝性，但在有水存在时，能与Ca（OH）2在常温下发生化学反应，生成胶凝性的组分，如粉煤灰；胶凝性与火山灰性：同时具有胶凝性与火山灰性，如粒化高炉矿渣；其他：未包括在上述三类中，本身有一定化学反应性的材料。1）.硅灰 硅灰中的主要活性成分是SiO2,而SiO2的含量依所生产合金的类型不同，在一个很宽的范围内变化。用于高性能混凝土的硅灰，SiO2的含量应在90%以上，若以10%的硅灰取代等量水泥，混凝土强度可提高25%以上。但随着硅灰掺量的增加，混凝土的需水量、收缩率也随之增加。因此一般掺量在5%10%之间，并必须用高效减水剂调节需水量。,2）.粉煤灰 用于高性能混凝土的粉煤灰的含碳量（用烧失量表示）最好小于3%；需水量比应小于1；只要含碳量很低，对细度可不必苛求，有条件可稍加磨细，在不增加需水量比的前提下，可增加粉煤灰的比表面积，提高均匀性和活性。在相同水胶比下，粉煤灰的掺量不超过20%，对混凝土的性能影响不大，只是混凝土的温升有所降低。3）.磨细石粉 磨细石灰石粉、石英砂粉等低活性细粉料主要用于改善混凝土的工作性和降低温升，掺量应小于10%，否则会影响混凝土的强度。磨细石粉在混凝土中的作用主要取决于磨细程度，越细效果越好，对混凝土的强度、抗渗性和抗化学侵蚀性都会产生有利的效果。4）.粒化高炉矿渣 粒化高炉矿渣是将炼铁高炉的熔融物，经水淬急冷处理后得到的疏松粒状产物。其活性成分一般认为含有CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO等氧化物和少量的CaS、MnS、FeS等硫化物。其中CaO、MgO、SiO2、Al2O3的含量通常在各种矿渣中占总量的90%以上。因此矿渣的化学成分与硅酸盐水泥的化学成分相似，其主要成分是活性氧化硅和活性氧化铝。在含CaO较高的碱性矿渣中还含有硅酸二钙。粒化高炉矿渣磨成细粉后，易与Ca(OH)2作用而具有强度，又因其中含有硅酸二钙成分，所以本身也具有微弱的水硬性。由于粒化高炉矿渣具有微弱的自身水硬性，是属于第一类的矿物细粉料。,用粒化高炉矿渣等量取代部分水泥，可以改善混凝土的工作性，降低水化热，减少高效减水剂的用量，减少坍落度的经时损失，提高混凝土的强度，还可以控制混凝土中的碱集料反应。当掺量在20%以上时，还具有抗海水及化学侵蚀的能力。在高强或高性能混凝土中，同时掺加粒化高炉矿渣和硅灰效果更好。粒化高炉矿渣掺入混凝土的效果决定于其活性，水淬愈迅速，水淬前温度愈高，其活性愈高。同时细度也有重要影响，一般粒径小于10m的矿渣颗粒对28d前对混凝土产生增强作用，10m45m的颗粒对后期强度产生作用，大于45m的颗粒则很难水化。因此矿渣应干磨细到比表面积为400m2/500m2/（勃氏细度）。若比表面积能达到800m2/1000m2/，作为高强或高性能混凝土掺合料效果会更佳，而且有良好的后期强度。粒化高炉矿渣按（GB/T180462000）规定的方法进行试验。其质量应符合表2-2的规定。,矿渣粉技术要求 表2-2,可根据用户要求协商提高。选择性指标。当用户有要求时，供货方应提供矿渣粉的氯离子和烧失量数据。,5）.天然沸石粉 天然沸石岩即沸石凝灰岩。天然沸石岩的沸石含量差别很大，低的只有30%，高的可达90%。沸石凝灰岩所含沸石有30余种，其中适合作水泥混凝土细粉料的为斜发沸石和丝光沸石。在水灰比不变的情况下，掺量为10%15%时，混凝土的强度可得到提高，掺量超过20%，强度开始下降，而且需水量随掺量而增加。沸石是一簇架状构造的含水铝硅酸盐矿物，主要含N和C及少数的S、B、K、M等金属离子。沸石的种类有三十余种，常见而且有用的有斜发沸石、丝光沸石、菱沸石和毛沸石等，沸石在我国分布也比较广泛，以斜发沸石、丝光沸石居多。我国较大的几个沸石矿是：河北省赤城县独石口沸石矿，矿石为中、高品位的斜发沸石，矿物含量5070%，储量大，矿层稳定，属火山灰沉积矿床。浙江缙云县沸石矿，矿层以斜发石为主，含一定的丝光沸石。黑龙江海林县沸石矿，矿层以斜发石为主，含量为65%左右，是国内用于水泥工业最早、效果最好、开发规模最大的沸石矿。,吸铵值 沸石有良好的阳离子交换性能。沸石结构是由硅氧四面体和铝氧四面体构成的各种形状的三维硅（铝）氧格架状结构，在沸石中形成许多孔穴和孔道，这些孔穴和孔道通常被水分子填充，水以结晶形态存在，在不破坏沸石结构脱除水后，留下的孔穴和孔道具有吸附的性能。为了平衡沸石结构中电荷而进入沸石晶体结构的碱金属或碱土金属的离子，可以被其它离子所置换，把这种和盐基置换的容量称作阳离子交换容量。可供交换的阳离子比较多，有铯、铷、铵、钾、钠、锂等，全部阳离子交换容量可通过试验测得。由于沸石粉对混凝土性能的改善主要取决于其沸石含量，因此天然沸石粉应用技术规程规定测铵离子交换容量，即吸铵值，根据铵离子交换容量可以计算出沸石岩中的沸石含量，吸铵值大，沸石含量则高。但技术标准并未采用沸石含量划分沸石粉的等级，而是采用吸铵值。吸铵值测定方法见天然沸石粉在混凝土与砂浆中应用技术规程附录A。,（1）技术性质,沸石粉加入混凝土中，其可溶性和与水泥水化产物发生二次反应，生成C-S-H凝胶及水化硫铝酸钙，使水泥石密实度提高，强度增加。这种二次反应与沸石粉的细度有关，细度大，活性高，强度也高，因此细度是沸石粉的重要性能指标。沸石粉的细度用0.08mm筛孔的筛余量表示，按水泥细度水筛试验方法检验。由于沸石粉具有许多空腔和孔道，用比表面积测定其细度，测定结果比实际细度高的多。用负压筛试验也因沸石粉吸附在筛网上不易通过而影响试验精度，因此对沸石粉采用水筛法测定细度更为合适。,.细度,.沸石粉水泥胶砂需水量比以硅酸盐水泥为基准，用沸石粉取代30%的水泥，在标准砂用量、胶砂流动度相同的条件下确定各自的需水量，后者与前者的需水量比值称为沸石粉水泥胶砂需水量比。以评价沸石粉的质量，用于水泥混凝土的沸石粉需水量比不能大于相应的规定值。沸石粉水泥胶砂需水量比测定方法见天然沸石粉在混凝土与砂浆中应用技术规程附录B。.沸石粉水泥胶砂28天抗压强度比 以硅酸盐水泥为基准，用沸石粉取代30%的水泥分别进行胶砂强度试验，后者与前者28天的强度之比称为沸石粉水泥胶砂28天抗压强度比，用于水泥混凝土的沸石粉该值不能小于相应的规定值。沸石粉水泥胶砂28天抗压强度比试验方法见天然沸石粉在混凝土与砂浆中应用技术规程附录C。,（2）矿物组成及化学成分 沸石粉的化学性质试验方法可参考粉煤灰化学性质试验方法进行。表2-3是几家沸石矿沸石岩的矿物组成和沸石含量试验结果。表2-4是几家沸石矿沸石岩的化学成分含量。,化学成分含量 表2-4,（3）技术标准中华人民共和国行业标准天然沸石粉在混凝土与砂浆中应用技术规程，对沸石粉的质量指标作了详细的规定，见表2-5,沸石粉的质量指标分级 表2-5,a.级沸石粉宜用于强度等级不低于C60的混凝土。b.级沸石粉宜用于强度等级低于C60的混凝土。经专门试验，也可用于C60以上的混凝土。c.级沸石粉主要用于砌筑砂浆和抹灰砂浆。经过专门试验，亦可用于强度等级低于C60的混凝土。d.配制沸石粉混凝土和砂浆时，宜用标号为42.5以上的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥，不宜用火山灰质硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。如需采用后三种水泥时，应经试验确定。e.沸石粉可与各类外加剂同时使用，外加剂的适应性及合理掺量应由试验确定，并应符合国家现行标准混凝土外加剂应用技术规程的有关规定。f.沸石粉混凝土和沸石粉轻集料混凝土的强度等级不得低于基准混凝土和基准轻集料混凝土的强度等级。它们的强度标准值、强度设计值和弹性模量等与基准混凝土和基准轻集料混凝土相同，应按有关规范、规程取值。,（4）沸石粉应用的基本规定,（5）.沸石粉取代水泥的最大限量沸石粉在混凝土中的掺量，宜按等量置换法取代水泥，其取代率不宜超过表2-6规定的限量。若超过限量时，应经试验确定。沸石粉取代水泥的最大限量()表2-6,（6）对混凝土性能的影响.与水泥的作用机理 沸石粉与水泥的作用机理可归纳为：a.沸石粉掺入水泥-水体系后起分散作用，增加水泥粒子的水化空间；b.沸石粉微孔吸附浆体中的水，同时放出少量空气，使界面减弱，水泥浆体早期强度降低；同时浆体水灰比下降，使浆体终凝后的水灰比低于表观水灰比，有利于水泥的后期强度。c.沸石粉吸收由于水泥熟料水化生成的Ca（OH）2生成C-S-H相，并同时和CaSO4反应生成Aft相，液相Ca（OH）2浓度降低，促进熟料继续水化；熟料水化生C-S-H相和Aft相等水化产物包裹沸石反应产物，互相穿插；d.浆体自由水逐渐减少，沸石粉逐渐释放出沸石水，对水泥水化进行自养护，使界面附近反应继续进行，反应产物不断填充界面微裂缝，界面附近浆体逐渐紧密，界面得到加强。,.对高性能混凝土的影响将天然沸石（沸石含量大于60%）磨细成超细粉（平均粒径小于8m），在低水灰比的混凝土中，以515%的超细沸石粉取代等量的水泥，配以高效减水剂，可获得流动性大、强度高、耐久性好的高性能混凝土。A.对混凝土拌和物性能的影响在混凝土的单位用水量、粗细集料的用量不变的前提下，改变沸石粉的细度、种类、掺量等，混凝土的坍落度在100200mm之间变化。综合地对坍落度进行分析时，掺入沸石粉的混凝土的坍落度比基准混凝土的坍落度降低15mm30mm。而且随沸石粉掺量增加，坍落度降低越大。这是沸石粉是一种多孔材料所致，一部分拌和水被沸石粉吸收，但混凝土的含气量不因掺入沸石粉而发生变化。B.沸石粉细度对混凝土性能的影响沸石粉的细度越大，对混凝土的增强效果越大。掺入平均粒径为6.8m、6.4m和5.6m的沸石粉的混凝土，与不掺沸石粉混凝土相比，7d强度依次提高10%、12%和15%；28d强度依次提高10%、10%和13%。但沸石粉对混凝土的增强效果不是越细越好，一般平均粒径在6m左右即可。,C.取代水泥量对混凝土强度的影响沸石粉取代10%的水泥，无论掺入那一种沸石粉，其抗压强度都比基准混凝土强度高；沸石粉等量取代15%的水泥，与取代10%水泥相比，对混凝土的增强效果稍差些；沸石粉取代20%的等量水泥，混凝土强度与基准混凝土的强度大体相等。因此10%的取代量效果最好。D.对不同水泥品种混凝土强度的影响采用硅酸盐水泥和矿渣水泥分别掺入等量沸石粉，在不同水灰比下与基准配合比进行强度比较，强度均有不同程度的提高，硅酸盐水泥混凝土强度提高幅度大于矿渣水泥混凝土。,E.沸石粉高性能混凝土的力学性能 a.强度随龄期增长规律：掺沸石粉混凝土3d强度可达到28d强度的70%以上，7d强度可达到28d强度的80%以上，后期强度可比28d强度增长626%。b.抗压强度和棱柱体强度：掺沸石粉混凝土的抗压强度和棱柱体强度与基准混凝土的抗压强度和棱柱体强度基本相近。c.抗折强度和劈裂抗拉强：掺沸石粉混凝土的抗折强度比基准混凝土的抗折强度偏高，劈裂抗拉强度二者相近。d.弹性模量：取0.4倍极限破坏荷载下的应力应变曲线斜率，强度等级为C80级高性能混凝土的弹性模量为4.0104MPa左右。强度等级为C50C60级高性能混凝土的弹性模量为3.63.7104MPa左右。e.握裹力：用光圆钢筋埋入混凝土试件中，进行拉拔试验，掺沸石粉混凝土与基准混凝土的握裹力相近。,F.掺沸石粉混凝土的耐久性a.收缩与徐变：在室温下，掺沸石粉高性能混凝土的收缩值略大，徐变偏高。掺沸石粉高性能混凝土180d的收缩为401.7，水泥高性能混凝土254d的收缩为410。掺沸石粉高性能混凝土180d的徐变度为59.9，水泥高性能混凝土200d的徐变度为28.3。b.抗渗性：在2MPa的压力下无渗水现象，渗水高度仅在30mm以内。c.抗冻性：掺沸石粉混凝土有良好的抗冻性。d.碳化性能：C60的沸石粉混凝土，在CO2气体中碳化一个月强度损失为3.5%，碳化两个月强度损失为2.5%，与不掺沸石粉的混凝土有相同的碳化性能。e.抑制碱-集料反应：具有优良的抑制碱-集料反应的性能。即使集料都是碱活性集料，水泥中的碱含量高大1.82%，也不会引起碱-集料反应破坏。f.对钢筋锈蚀的抑制：沸石粉虽然对阳离子钠有交换作用，但交换Cl-和抑制Cl-对钢筋锈蚀的能力较弱。,外加剂是高性能混凝土必不可少的组分，主要有高效减水剂、缓凝剂、引气剂、膨胀剂等。1.高效减水剂 高效减水剂的减水率应在15%以上，用于高性能混凝土的高效减水剂主要是萘系高效减水剂，按硫酸钠的多少分为高、中、低浓度，浓度越高，减水率越大。2.缓凝剂 夏季施工，高性能混凝土中应复合使用缓凝剂，一延长凝结时间，减少坍落度损失，在大面积混凝土施工中还可以控制硬化速度，消除冷缝，防止出现裂缝。缓凝剂的品种比较多，不同缓凝剂存在与与高效减水剂匹配和与水泥相容的问题，选用时应通过试验，同时应严格控制掺量，以免影响混凝土的早期强度或导致凝结时间过长。3.引气剂 高性能混凝土中适量使用引气剂，可以提高混凝土的流动性，减少离析和泌水，提高混凝土的均匀性，改善抗冻和抗渗等耐久性。引气剂引入的孔对混凝土的强度影响较大，孔隙率增加1%，强度将下降4%以上。但当水胶比很小，引气量在一定范围内时，反而可补偿强度损失。高性能混凝土中掺用引气剂一定要谨慎。,（三）、外加剂,4.膨胀剂 高性能混凝土中掺入膨胀剂，可在约束条件下产生一定的自应力，以补偿水泥的干缩和由于低水灰比造成的自生收缩，增加混凝土的强度，国产膨胀剂主要是钙矾石类，如UEA和EA，其它均属UEA和EA的派生产品。高性能混凝土的各种矿物细粉料掺量比较大，不同品种的矿物细粉料对膨胀剂有不同的作用，应通过试验选定膨胀剂的品种和掺量，包括与水泥的相容性。另外，掺膨胀剂混凝土的拌和均匀性、养护条件对混凝土质量和膨胀剂效果有重要的影响，应严格控制。,当混凝土设计强度不很高时（小于C80），粗集料本身的强度并不是很重要的，应引起注意的是粒径、粒形、表面状况、级配、软弱颗粒和粉尘含量，这些因素影响混凝土的强度和拌和物的工作性。石子的粒径越小，存在内在缺陷的几率越小，从增强石子与水泥浆粘结性和石子的匀质性考虑，石子的粒径也不能过大，60MPa100MPa的混凝土石子的最大粒径不宜大于20mm，强度大于100Mpa的混凝土，石子粒径不宜大于12mm。石子的粒形应尽量为等径状，针片状颗粒应严格限制，且从5mm至最大粒径级配必须连续。从混凝土弹性模量的角度考虑，以致密的石灰岩或深层岩浆岩（辉绿岩、玄武岩）为优。（五）砂 高性能混凝土应用中砂，当粗集料级配比较差时，砂子以偏粗为好。细度模数约等于3时，混凝土工作性最好，抗压强度最高。级配应满足：0.63mm筛的累计筛余大于70%，0.315mm筛的累计筛余为85%95%，0.15mm筛的累计筛余大于98%。有害杂质的含量应满足普通混凝土用砂要求，并应更严格限制云母和泥土含量。,（四）、粗集料,三、配合比设计,（一）高性能混凝土的配合比设计方法由于混凝土是一种多组分的不均匀的多相体，影响配合比的因素很复杂，原材料的品质变化也很大，涉及各性能之间的相互平衡，还有工艺条件的影响，所以与普通混凝土一样，高性能混凝土的配合比设计也是建立在经验和试验的基础上。有关文献介绍的高性能混凝土的配合比设计方法比较多，其中一种是固定浆集体积比为35：65的方法，在高强混凝土中已介绍。这里再介绍一种日本采用的方法。日本阿部道彦等在试验的基础上，针对设计强度为36MPa以上的混凝土，提出了在适当的原材料选定和给定配制条件下的混凝土配合比计算流程。如图2-1所示。在该流程中，混凝土的强度、空气含量、坍落度是给定的。水胶比按鲍罗米公式计算，并考虑空气含量的影响。其余参数都是以经验表格选用，因此该方法是在原材料和工艺的特定条件下建立的。,1细掺料的水泥置换率 细掺料应根据厂家所推荐范围的细掺料种类、品牌和使用目的进行选定。表2-7为在“新RC计划”中所研究的细掺料水泥置换率。使用不同细掺料时，细掺料和水泥的相容性有差别。当混凝土得到最高强度时，其他性质可能会受影响，故使用范围超过表2-7数值很多时，有必要确认强度以外的其他性质。“新RC总计划”中所研究的细掺料水泥置换率 表2-7,本应用体积比表示的水胶比，实际上常习惯于用质量来表示。对于实用的细掺料的水泥置换率，用质量表示和用体积表示在实用上都没有发生问题，故此处用质量来表示。考虑到空气含量增加会使强度降低和使用细掺和料时会使强度增加，将鲍罗米公式调整为 式中：F标准养护的试件28d抗压强度；x水灰比；空气含量；a空气含量每增加1时强度的降低率；,2水胶比的确定,A与所用材料制造时的条件有关的系数，Abrams的实验值为984，现在使用碎石、砂的混凝土A值可为此值的2倍；阿部用使用量最大的日本青梅产碎石和鬼怒川砂，所实验的A值为2260；B系数，Abrams的实验值为18.9；“新RC计划”14个系列的实验值平均为178，与Abrams的实验值相近；B细掺料和配制条件差异的系数，使用表2-2中的4种细掺料时，此值约为1.1。影响高强混凝土抗压强度的因素比影响普通混凝土的多，而且各主要因素与抗压强度之间的关系目前尚无法完全定量，故列出以上各系数的实验值，供参考。,3单方用水量的确定 确定单方用水量主要考虑对流动性的影响。当水胶比不同时，混凝土单方用水量范围可参考表2-8。不同水胶比的混凝土单方用水量范围 表2-8,4粗集料单方用量的确定 当细集料细度模数及粗集料最大粒径相同时，粗集料单方用量与混凝土坍落度及细掺料种类有关。表2-8为租集料单方用量的参考值。砂的细度模量每增加0.1，粗集料单方用量减少0.01。不同坍落度的混凝土中粗集料单方用量范围 表2-8,注：粗集料最大粒径为20mm。,（二）自密实高性能混凝土配合比设计自密实混凝土配合比设计的参数有：拌和物中的粗集料松堆体积、砂浆中的砂体积、浆体中的水胶比、胶凝材料中的细掺料用量。具体的设计步骤如下：1.设定每1m3混凝土中石于用量的松堆体积(0.50.55)，根据石子的堆积密度计算每1m3混凝土中石子的用量；2.根据石子表观密度计算每1m3混凝土中石子的密实体积，由1m3混凝土密实体积减去石子密实体积，得到砂浆体积；3.设定砂浆中砂体积含量(0.420.43)，根据砂浆密实体积和砂体积含量计算出砂的密实体积；4.根据砂密实体积和砂的表观密度计算每1m3混凝土中砂子的用量；5.从砂浆密实体积中减去砂密实体积，得到浆体密实体积；6.根据混凝土的设计强度等级，确定水胶比(低于0.4)；,7.根据混凝土的耐久性、温升等要求设定胶凝材料中的细掺料体积用量(3060)，根据细掺料和水泥的体积比及其各自的表观密度计算出胶凝 材料的表观密度；8.由胶凝材料的表观密度、水胶比计算水和胶凝材料的体积比，再根据浆体体积分别求出胶凝材料和水的体积，计算出胶凝材料总量；9.根据胶凝材料体积和细掺料体积掺量及各自的表观密度，分别求出每1m3混凝土中的细掺料用量和水泥用量；10.根据和易性试验确定高效减水剂用量按上述步骤，计算出几个配合比进行试配，由流变性和强度选定配合比。,