高性能混凝土知识讲座课件.ppt

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1、,主讲人：王起才 教授,兰州交通大学,戈壁地区大风、大温差、干燥环境下高性能混凝土技术性能及质量控制措施,1,t课件,高性能混凝土基本知识,高性能混凝土原材料选用,高性能混凝土配合比设计,影响高性能混凝土质量的因素及控制措施,干燥、大风、大温差环境下高性能混凝土的施工工艺及其要求,2,t课件,高性能混凝土基本知识,对高性能混凝土比较公认的定义是：以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，有重点保证其工作性、适用性、强度、体积稳定性以及经济合理性。因此，高性能混凝土与传统的混凝土相比，其特点是： 由传统的水泥、砂、石、水等四组分改变为必须添加化学外加剂和矿物掺合料后的六组分，水泥用量减少，用

2、水量降低。,3,t课件,图1-1 不同组成的水泥凝胶体的结构比较,4,t课件,图1-2 普通混凝土与高性能混凝土界面过渡区微观结构示意图,5,t课件,实现高性能混凝土的技术途径,6,t课件,高性能混凝土原材料选用,1、水泥,2、矿物外加剂,3、化学外加剂,4、细骨料（砂子）,5、粗骨料（碎石、卵石）,7,t课件,1、水泥,水泥是一种水硬性胶凝材料，不仅能在空气中，而且能更好地在水中硬化，并保持和发展其强度。水泥是混凝土的核心成分，它是混凝土结构中起决定性作用的成分。,水泥的矿物成分及其与性能的关系水与水泥的关系水泥与高性能混凝土的关系,8,t课件,a. 水泥的矿物成分及其与性能的关系,硅酸三钙

3、3CaOSIO2 (C3S),含3760%，是决定水泥标号的最主要矿物。硅酸二钙2CaOSIO2 (C2S),含1537%，水化热小，耐腐蚀性好，早强低。铝酸三钙3CaO AL2O3 （C3A），水化热最大，抗硫酸盐腐蚀性最差，早强高。铁铝酸四钙4 CaO AL2O3 Fe2O3 （C4AF），各种性能适中。f-CaO，MgO ，过烧氧化钙和氧化镁，会造成水泥体积安定性不良，造成构筑开裂、破坏。Na2O，K2O ，会造成碱骨料反应，使混凝土胀裂，危害很大。,9,t课件,各成分与性能的关系,10,t课件,b. 水与水泥关系,水的作用 水泥本身不具有强度，必须在与水发生化学反应后才能具有强度。水泥

4、的水化产物 水化硅酸钙70%，氢氧化钙20%，水化硫铝酸钙7%，其他3%。水泥水化所需水量 水泥全部水化需23%用水量，水泥在28天时水化仅为60%左右，而水泥全部水化需30年以上。拌混凝土时加水量，往往是施工要求，而不是水泥水化需要。,11,t课件,a）搅拌 b）凝结 c）硬化 硅酸盐水泥的水化过程示意图,12,t课件,（1） （2） 水泥水化的电子显微照片（1）水化硅酸钙纤维和毛细管孔隙 （2）放大后的水化硅酸钙纤维,13,t课件,普通混凝土内部形貌,14,t课件,c. 水泥与高性能混凝土的关系,根据高性能混凝土的特点，从国内实际情况出发，选用的水泥应具有足够的强度，同时具有良好的流变性，

5、并与目前广泛应用的高效减水剂有很好的适应性，比较容易控制坍落度损失。配制较高强度高性能混凝土不一定必须使用高强度水泥，化学外加剂和矿物外加剂的使用，使得用较低强度等级水泥配制较高强度混凝土有了可能，试验证明还具有较多的优势。,15,t课件,2 、矿物外加剂,用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨细的各种矿物掺合料又被称作矿物外加剂，其主要特征是磨细矿物材料，细度比水泥颗粒小，主要用于改善混凝土的耐久性能和工作性能。,磨细矿渣 粉煤灰 硅灰,16,t课件,磨细矿渣 粒径大于45m的矿渣颗粒很难参与水化反应，因此要求用于高性能混凝土的矿渣粉磨至比表面积超过400m2/kg，以较充分地发挥其活性，减少泌

6、水性。,17,t课件,粉煤灰 主要成分为空球形颗粒，直径通常为590m 。,粉煤灰颗粒扫描电子显微照片,18,t课件,粉煤灰颗粒空心微珠的扫描电子显微照片,19,t课件,硅灰 多为微细球体，平均直径小于0.1m，因为能够填充水泥颗粒之间的空隙（150m）。硅灰在混凝土中更多的是用作粉体掺合料，用于提高混凝土的抗渗性和抗压强度。掺用硅灰时通常还同时掺入高效减水剂，以此来弥补硅灰的高比表面积引起需水量增加。,20,t课件,硅灰的扫描电子显微照片,21,t课件,Microsilica Grains,微硅灰的扫描电子显微照片 （颗粒粒径小于1m，平均粒径为0.15m ）,22,t课件,3、化学外加剂,

7、外加剂定义常用外加剂类型高效减水剂引气剂,23,t课件,a.外加剂定义 能显著改善拌合物或硬化混凝土某些性能的物质。,b.常用外加剂类型,提高混凝土拌和物流动性的外加剂，主要是减水剂。调节混凝土凝结时间的外加剂，有速凝剂、缓凝剂、早强剂。调节混凝土含气量的外加剂，有引气剂、消泡剂。改善混凝土某些特殊性能的外加剂，如膨胀剂、阻锈剂、 防水剂、抗冻剂、养护剂。,24,t课件,c.高效减水剂 在用水量不变的情况下，可显著增加拌合物流动性的外加剂。,减水机理 加入减水剂，就会使水泥颗粒表面带上相同的电荷，在电性斥力作用下，使水泥颗粒分散，把被包裹的水释放出来，从而起到显著地减水作用。,25,t课件,a

8、 b 减水剂对水泥颗粒的分散作用 a. 水泥颗粒间减水剂定向排列产生电性斥力 1-水泥颗粒；2-减水剂；3-电性斥力 b. 减水剂的定向排列产生电性斥力与水缔合作用，使絮凝结构中的游离水释放出来 1-水泥颗粒；2-溶剂化水膜；3-游离水释放出来,26,t课件,左图为水泥颗粒在水中成团，右图为加入高效减水剂后水泥颗粒充分分散,27,t课件,加入高效减水剂后将干硬性水泥浆转变为高流态水泥浆,28,t课件,加入高效减水剂后将零坍落度混凝土（右边）转变为高流态混凝土（左边）,29,t课件,d.引气剂 在混凝土中能引入大量均匀分布的稳定而封闭的微小气泡的外加剂。,引气剂能减少泌水，显著改善混凝土孔隙特征

9、。,引气剂能显著提高混凝土耐久性,引气剂的掺量极微，为0.005%0.01%； 引气量约为3%6%。,30,t课件,引气混凝土的显微照片,31,t课件,4 、细骨料（砂子）,什么是砂子砂子的类型砂子的颗粒级配砂子的粗细程度砂子的有害物质,32,t课件,a.什么是砂子 粒径在0.165mm之间的颗粒称为砂子.b.砂子的类型 按砂来源分:河砂,山砂,海砂,人工砂河砂：颗粒介于山砂和海砂之间，比较洁净、分布较 广，被广泛使用。山砂：富有棱角,表面粗糙,与水泥浆粘结力较好,但含泥 量和有机杂质较多。海砂：颗粒表面圆滑,洁净,但有贝壳、盐分等杂质。人工砂：用岩石轧碎，富有棱角，但石粉较多。,33,t课件

10、,c.砂子的颗粒级配,指大小不同的砂子颗粒互相搭配情况。反映了砂子堆积后空隙率大小。颗粒级配好，空隙小，配置砼时，就能节约水泥用量。,d.砂子的粗细程度,指不同粒径砂粒混合在一起后的平均粗细。砂子越细，拌和物粘聚性越好，但流动性显著减小，为满足流动性，需加入较多拌和水，因而砼强度降低。砂子越粗，拌和物粘聚性越差，会造成砼泌水，硬化后的砼耐久性变差。,e.砂子的有害物质,如含泥量、硫酸盐、有机物、云母等。,34,t课件,5、粗骨料（碎石、卵石）,什么是粗骨料粗骨料的类型及混凝土性能关系最大粒径颗粒级配压碎指标（石子强度）,35,t课件,a.什么是粗骨料,粒径大于5mm的颗粒称为粗集料，没有上限要

11、求。,b.粗骨料的类型及与混凝土性能关系,卵石表面光滑，空隙率及比表面积较小，适宜拌制中、低强度 的混凝土。碎石由岩石轧碎而成表面粗糙，颗粒富有棱角，与水泥石粘 结力较强，适宜拌制高强度混凝土。,c. 最大粒径,所用石子的最大颗粒直径，它的选用，受搅拌机叶片强度，结构断面尺寸（最小尺寸），钢筋净间距（净间距），施工条件（泵送管道）限制。,36,t课件,d.石子的颗粒级配,连续级配，颗粒有大有小，都占有适当比例。拌制混凝土施工性能 好，泵送时不易堵管，应用较广。间断级配，剔除中间颗粒的级配。可较好发挥石子作用及节约水 泥，但施工性能差，影响混凝土质量。,反映石子颗粒强度的指标石子体积占混凝土体积

12、45%以上。对有抗冻性、耐腐蚀性要求的混凝土，应要求压碎指标，压碎指标越小，表示石子抵抗碎裂能力越强。,e.压碎指标,37,t课件,砂 砾石 碎石,38,t课件,混凝土的截面图（粗骨料和细骨料嵌于水泥浆中）,39,t课件,高性能混凝土配合比设计,1、高性能混凝土配合比设计的一般原则,2、混凝土配合比的设计思路,40,t课件,1、高性能混凝土配合比设计的一般原则,经济性工作性强度耐久性,41,t课件,2、高性能混凝土配合比的设计思路,混凝土实现高性能的设计思路,提高水泥石强度和耐久性,提高水泥石与骨料界面粘结强度及耐久性,提高骨料强度,提高工作性,42,t课件,影响高性能混凝土质量的因素及控制措

13、施,1、高性能混凝土的工作性（和易性）2、高性能混凝土的强度3、高性能混凝土的耐久性,43,t课件,1、高性能混凝土的工作性（和易性）,和易性的含义和易性测定方法和易性的影响因素及控制措施,44,t课件,a. 和易性的含义,流动性将直接影响施工的难易和浇筑后的密实性。,粘聚性粘聚性不良的混凝土，硬化后会产生蜂窝、麻面等缺陷，将直接影响混凝土的强度和耐久性。,保水性 保水性不良的混凝土容易产生泌水形成连通孔隙，会大大降低混凝土抗冻性、抗渗性和耐腐蚀性等耐久性能。,45,t课件,b. 和易性测定方法,坍落度法此方法主要反映拌合物在自身重力作用下的流动性。此方法简便、易行、直观，适用最广。,46,t

14、课件,47,t课件,维勃法主要反映拌合物在机械振动下的流动性。此方法适宜于干硬性混凝土，施工现场应用不太多。,48,t课件,c. 影响和易性的因素,单位用水量 适当增加单位用水量，可改善混凝土的流动性，利于施工；但单位用水量过大时，会导致混凝土的黏聚性变差，并导致严重的分层、离析，严重降低混凝土的强度和耐久性。砂率 砂率过小，不能填满石子形成的空隙，则势必有水泥浆来填充，会造成水泥浆流失、跑浆，形成蜂窝、麻面；砂率过大，细颗粒含量就多，需要包裹的水泥浆就多，会造成流动性差，浪费水泥。施工过程中要选择合理砂率。,49,t课件,水胶比 水胶比增大，拌合物流动性提高。水胶比过小，水泥浆体黏稠，拌合物

15、流动性偏低；水胶比过大，又会造成拌合物黏聚性和保水性不良，导致严重的分层、离析、流浆、泌水。水胶比过大或过小都会使混凝土的强度和耐久性无法保证。 水胶比应根据混凝土的强度和耐久性确定。,50,t课件,水泥浆数量 水泥浆数量不能太多也不能太少，应以满足流动性要求为度。,时间 高性能混凝土的性能之一就是要求混凝土拌合后其坍落度经时损失小，以满足施工对拌合物流动性的要求。若坍落度经时损失大，说明水泥与高效减水剂、水泥与矿物外加剂之间的适应性差。,51,t课件,环境温度与湿度 温度升高或湿度降低，都会增加水分的蒸发，所以，提高温度、降低湿度会使混凝土拌合物的流动性减小，据测定，温度每升高10，坍落度减

16、少2040。,原材料 各种活性矿物外加剂对高性能混凝土的工作性有不同影响，它们的掺量、细度和颗粒级配等都会影响混凝土的工作性。,52,t课件,a. 影响高性能混凝土强度的因素,水泥强度等级和水胶比 混凝土的强度主要决定于水泥石的强度及其与骨料间的粘结力，而水泥石的强度及其与骨料的粘结力又取决于水泥强度等级及水胶比的大小。,骨料的种类、质量及数量 洁净的、粒形好的、表面粗糙并附有棱角的骨料，与水泥石的粘结力较强，对混凝土的强度有利。,2、影响高性能混凝土强度的因素及控制措施,53,t课件,温度,养护温度对混凝土强度的影响,54,t课件,湿度,混凝土强度和保持潮湿日期的关系,55,t课件,b. 提

17、高高性能混凝土强度的措施 （1）选料 采用高品质水泥，选用致密坚硬、级配良好的骨料，掺用高效减水剂，如：聚羧酸高效减水剂等；掺加超细活性掺合料，如：矿粉、粉煤灰、硅灰等。,56,t课件,氢氧化钙晶体,水化硅酸钙凝胶,不掺微硅粉混凝土的水化产物,57,t课件,致密的水化硅酸钙凝胶,掺加微硅粉混凝土的水化产物,58,t课件,普通混凝土水分会在表面和骨料底面聚集,微硅灰混凝土无泌水,59,t课件,（2）优化配合比 普通混凝土配合比设计的强度水灰比关系式在这里不再适用，必须通过适配优化后确定。 （3）养护 针对混凝土所处的环境条件选择合适的养护方法，促进水泥的水化，能有效提高混凝土的强度。,60,t课

18、件,3、高性能混凝土的耐久性,a.抗冻性 在寒冷地区，冻融环境作用往往是导致混凝土破坏的主要因素之一，抗冻性还可间接反映混凝土抵抗环境水侵入和抵抗冰晶的能力。,61,t课件,冻融循环试验试件,62,t课件,改善高性能混凝土抗冻性的措施：（1）提高混凝土密实度（2）改善孔隙特征（3）加强早期养护，减少混凝土表面裂纹出现,63,t课件,b.抗渗性 混凝土在使用期间，会由于环境中的水、气体以及其中所含的侵蚀介质的侵入，产生物理和化学的反应而逐渐破坏。,64,t课件,混凝土剥落钢筋锈蚀,65,t课件,提高高性能混凝土抗渗性的措施：（1）设计合理的高性能混凝土配合比（2）提高密实度或改善孔隙特征。（3）

19、对砂石材料的级配、清洁度提出严格要求。（4）加强混凝土的养护。,66,t课件,c.抗碳化性 碳化对混凝土最主要的影响是使混凝土碱度降低，减弱其对钢筋的保护作用，可能导致钢筋锈蚀。碳化还会引起混凝土收缩（称碳化收缩），容易使混凝土表面产生微细裂缝。,67,t课件,钢筋锈蚀,68,t课件,钢筋锈蚀,69,t课件,提高高性能混凝土抗碳化能力的措施： （1）尽可能降低混凝土的水胶比，提高密实度。（2）加强施工养护，保证混凝土均匀密实。（3）根据环境侵蚀条件合理选择水泥品种。（4）用高效减水剂降低水胶比或掺加引气剂引入封闭气孔改善孔结构。（5）必要时还可以采用表面涂刷防护层等加以保护。,70,t课件,d

20、.抗侵蚀性 当环境水具有侵蚀性时，会发生钢筋腐蚀，从而导致钢筋混凝土结构的破坏，对混凝土也有一定程度的破坏作用。,71,t课件,浸泡在硫酸盐溶液中的混凝土试件,72,t课件,侵蚀环境下的混凝土柱,73,t课件,74,t课件,75,t课件,改善高性能混凝土抗侵蚀性的措施：（1）应根据混凝土所处的侵蚀环境，合理选择水泥品种。（2）提高混凝土的密实度。（3）加做保护层。,76,t课件,e.抗碱-骨料反应性 碱骨料反应指混凝土中的碱与骨料中的活性组分之间发生的破坏性膨胀反应，是影响混凝土安全性的重要因素之一。,77,t课件,碱-骨料反应导致的裂缝,78,t课件,防止碱-骨料反应发生的措施：（1）避免工

21、程采用碱活性骨料（2）采用低碱水泥（3）使用磨细矿渣、粉煤灰、硅灰等矿物掺合料，采用一些有效的化学外加剂。（4）混凝土表面采用防水或隔离措施。,79,t课件,4、高性能混凝土施工质量控制,输送,灌筑,振捣,养护,加强施工全过程和各个施工环节的质量控制定科学合理的质量控制措施，保证高性能混凝土的耐久性,80,t课件,高性能混凝土的搅拌,81,t课件,高性能混凝土的浇筑,82,t课件,高性能混凝土的养护,83,t课件,5 干燥、大风、大温差环境下高性能混凝土质量的的施工工艺及其要求,干燥、大风、大温差环境对高性能混凝土的危害 干燥、大风、大温差环境中高性能混凝土施工技术干燥、大风、大温差环境下高性

22、能混凝土的养护,84,t课件,5.1 危害,干燥、大风、大温差环境影响高性能混凝土的体积稳定性，包括自收缩、塑性收缩、干燥收缩、温度变形及碳化收缩等变形。,85,t课件,混凝土的干湿变形,86,t课件,水泥浆体的收缩与相对湿度的关系,87,t课件,干燥和碳化引起的收缩与相对湿度的关系,88,t课件,塑性收缩裂缝,89,t课件,90,t课件,91,t课件,92,t课件,5.2 干燥、大风、大温差环境中 高性能混凝土施工技术,搅 拌运 输浇 筑,93,t课件,干燥、大风、大温差环境下高性能混凝土的搅拌,1原材料的温度控制 1）气温低于5时，加热拌和水，但水温不宜高过60。若加热水不能满足要求，再加

23、热砂和石子，加热后的温度，砂子不能超过60，石子不能超过40。 2）气温高于30时，采用加冰或加冰水拌和混凝土，拌和时将部分拌和水改为冰屑。 3）混凝土泵管上可覆盖土工布等保水材料并经常喷水保持湿润，以减少混凝土拌合物因运输而造成温度回升； 4）对高强度混凝土最好选择在夜间或阴天施工，如时间上无法安排，可采取以下措施：在现场搭设混凝土输送车使用的遮阳棚；在混凝土泵垂直管上包敷30mm厚湿水海绵，在暴露阳光下的水平管上同时敷盖湿水麻袋；在混凝土拌合物中加冰水，以降低混凝土浇注后产生的高温。 5）水泥在使用前应在室内进行储存，但是应避免加热，这对混凝土达到规定的温度是有利的。,94,t课件,2搅拌

24、机的选择 高性能混凝土搅拌应采用强制式搅拌机,95,t课件,3料仓工艺 1）骨料料仓 为防止雨天骨料含水率的波动，骨料仓仓顶应有防雨棚，骨料进仓时应对准料仓出口垂直进料，以防止粗颗粒在料仓内局部堆积。 2）粉料料仓 粉料仓的储存量及数量视搅拌机的大小及工艺要求而定。水泥、粉煤灰、矿粉应采用散料仓分别储存。 3）液体料仓 水的储存箱必须较大，一般可设在搅拌楼楼底或楼顶。,96,t课件,4搅拌工艺 当原材料及配合比不变时，搅拌机类型及转速、搅拌时间、投料顺序对混凝土混合料的质量有很大影响。投料顺序包括一次投料法和二次投料法两种。 一次投料法会使过渡区的水灰比提高，导致过渡区的性能减弱；采用二次投料

25、法可以在促进水泥颗粒的分散度和提高水化程度的同时，使过渡区浆体的水灰比降低，相反可以增强过渡区性能 。,97,t课件,不同搅拌工艺界面示意图,98,t课件,水泥颗粒微观分布,99,t课件,干燥、大风、大温差环境下高性能混凝土的运输,考虑到运输过程中干燥、大风、大温差环境的影响，混凝土拌和物运输时间建议应在满足混凝土结构工程施工及验收规范（GB50204-1992）规定的基础上适当缩短。从搅拌机中卸出后到浇筑完毕的延续时间，同样应考虑到运输过程中干燥、大风、大温差环境的影响，建议在满足混凝土结构工程施工及验收规范（GB502041992）规定的基础上适当缩短。,100,t课件,干燥、大风、大温差

26、环境下高性能混凝土的浇筑,浇筑要求 夏季，应避免在白天气温最高时浇筑混凝土； 冬季，应避免在夜间气温最低时浇筑混凝土。入模温度 高温条件下，入模温度不高于30； 低气温条件下，入模温度不得低于5。,101,t课件,5.3 干燥、大风、大温差环境下高性能混凝土的养护,高性能混凝土拆模规定高性能混凝土养护方法养护时间管理养护温度控制保温保湿膜的施工工艺,102,t课件,高性能混凝土拆模规定,1）侧模应在混凝土强度达到2.5MPa以上，且其表面及棱角不因拆模而受损时，方可拆除；底模应在混凝土强度符合混凝土结构工程施工及验收规范（GB502042002）的规定后，方可拆除。 2）拆模时混凝土的温度不能

27、过高，更不能在此时浇筑凉水养护。 3）混凝土拆模时，芯部混凝土与表层混凝土之间的温差、表层混凝土与环境之间的温差均不得大于20。 4）拆模宜按立模顺序逆向进行，不得损伤混凝土，并减少模板破损。 5）在炎热、干燥、大风环境下拆模时，应采取逐段拆模、边拆边覆盖的拆模工艺。在寒冷（环境温度低于0）、干燥、大风环境下不宜拆模。,103,t课件,高性能混凝土养护方法,1）当环境昼夜平均气温连续3d低于5或最低气温低于-3时，混凝土施工应按冬期施工考虑，此时可在结构物表面包一层保温保湿膜，并进行蓄热养护的方式进行混凝土养护。 2）正常施工情况下，可采用双重养护措施，即结构物表面覆一层浸水土工膜或海棉等吸水

28、材料，外包一层保温保湿膜。,104,t课件,养护时间管理,根据铁路混凝土工程施工质量验收补充标准（铁建设2005160号）规定，高性能混凝土的抗渗性、抗冻性等耐久性指标均要求在56d龄期测定，因此，混凝土终凝后的持续保温保湿养护时间建议在该标准基础上适当修改。,105,t课件,养护温度控制,1）养护期间混凝土的芯部与表层、表层与环境之间的温差不宜超过15，直至混凝土强度达到设计要求为止。 2）在养护期间，若淋注于混凝土表面的养护水温度低于混凝土表面温度时，二者间温差不得大于15。 3 ) 采用保温保湿膜的措施可以防止混凝土内外产生过大的温差，以避免温度应力的产生造成过大的温度裂缝。,106,t

29、课件,保温保湿膜的施工工艺,1）将混凝土结构物表面清理洁净，构件边角部位应用刷子清理干净； 2）将浸水土工布或海棉等吸水材料形成封闭整体包裹在结构物表面； 3）将保温保湿膜形成封闭整体包裹在结构物表面； 4）浸水土工膜或海棉等吸水材料或保温保湿膜的搭接宽度不得小于20。,107,t课件,总 结,高性能混凝土是以环境作用和工程结构特点为前提、以耐久性设计为主要目标的混凝土。对于兰新二线干燥、大风、大温差的气候条件，以传统原材料为基础，采用优质的化学外加剂和矿物外加剂，设计合理的混凝土配合比，并采取有效措施控制高性能混凝土的施工质量，以达到使用高性能混凝土的目的，又避免质量缺陷，而收到良好的综合效益。,108,t课件,感谢各位莅临指导！,109,t课件,