高性能混凝土知识.ppt

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1、高性能混凝土知识简介,郑州铁路局工务专业培训中心,高性能混凝土知识,高性能混凝土知识,一、高性能混凝土概述二、高性能混凝土的特点三、高性能混凝土施工特点四、高性能混凝土强度要求五、高性能混凝土耐久性指标六、高性能混凝土质量检验与评定,一、高性能混凝土概述,高性能混凝土知识,高性能混凝土知识,共性：高性能混凝土本质上与普通混凝土没有很大差别 使用的原材料仍然为水泥、砂、石、外加剂 生产工艺过程在宏观上与普通混凝土一致不同点：掺加大量活性混合材，养护要求高 对施工单位的管理水平要求高 许多对普通混凝土不敏感的因素变得敏感了混凝土的发展,高性能混凝土知识,（一）高性能混凝土的由来1990年5月美国国

2、家标准与技术研究院（NIST）与美国混凝土协会(ACI)首先提出高性能混凝土这个名词，认为高性能混凝土是同时具有某些性能的均质混凝土，必须采用严格的施工工艺与优质原材料，配制成便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高，并具有韧性和体积稳定性的混凝土；特别适合于高层建筑、桥梁以及暴露在严格环境下的建筑物。,高性能混凝土知识,（二）何谓高性能混凝土高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。,高性能混凝土知识,

3、（三）高强度混凝土一般认为，强度等级不低于C60的混凝土即为高强混凝土。由于这类混凝土有别于C60以下的普通混凝土，其原材料选择和施工质量控制更为严格，而且受压破坏表现出更大脆性，因而在结构计算和构造方法上与普通混凝土也有所差别。通常还将强度大于C60的混凝土称为超高强混凝土。,高性能混凝土知识,高性能混凝土知识,把高强混凝土混同于高性能混凝土，不仅仅是定义上的问题，值得探讨的是：(1)高强混凝土必然具有良好的耐久性。(2)高性能混凝土必需具有高强度。美国教授早在1990年就提出：“把高强混凝土假定为高性能混凝土，严格地说，这种假定是错误的。”我国已故的吴中伟院士也在1996年提出：“有人认为

4、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。,高性能混凝土知识,二、高性能混凝土的特点,高性能混凝土知识,（一）高性能混凝土原材料的选择1.水泥高性能混凝土用水泥一般为硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，不宜使用早强水泥。C30以下混凝土可采用粉煤灰硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和复合硅酸盐水泥。要求控制

5、水泥比表面积以及游离CaO、碱、熟料中的C3A含量。当骨料具有碱硅酸反应活性或C40及以上混凝土时，水泥的碱含量不得超过0.60%；当在氯盐环境下，要求采用低Cl-含量的水泥，避免使用抗硫酸盐硅酸盐水泥；当在硫酸盐化学侵蚀环境下，要求采用低C3A含量的水泥。,高性能混凝土知识,2.矿物掺和料混凝土用粉煤灰、磨细矿渣粉和硅灰等矿物掺和料要求性能稳定。由于采用烧失量大的粉煤灰配制的混凝土会引起坍落度损失大、不易振捣密实、强度效应差、封孔固化和致密效应降低，对粉煤灰烧失量需要重点控制。矿渣越细，活性越高，配制的混凝土收缩量也随之增加，为减少混凝土收缩开裂，控制磨细矿渣粉的比表面积。硅灰比表面积是水泥

6、、粉煤灰的几十倍，混凝土中掺入硅灰可明显提高混凝土强度和抗化学腐蚀性，但由于硅灰活性高，不利于减少温度变形，且增大混凝土收缩，在特殊需要使用硅灰时，一般与其他矿物掺和料联合掺用。,3.细骨料混凝土用细骨料采用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小、含泥量低的天然中粗河砂；利用专门机组生产的人工砂，有很好的粒形，在磨制前需要清洗，含泥量较低，也可使用；山砂由山体浅层风化岩筛选而得，含泥量高、风化严重，一般不用；对海砂则禁止使用。具有碱活性的要控制混凝土的碱含量。,高性能混凝土知识,4.粗骨料混凝土用粗骨料要求粒形良好、质地坚固、线胀系数小、含泥量和泥块含量低的碎石，无抗拉和抗疲劳要求的C40以下

7、混凝土也可采用卵石。粗骨料采用二级或多级级配骨料混配而成。母岩抗压强度与混凝土强度等级之比不小于1.5。不得使用具有碱活性的粗骨料。,高性能混凝土知识,5.外加剂铁路混凝土用外加剂（高效减水剂、引气剂等），品质稳定且能明显提高混凝土耐久性能的产品。外加剂与水泥及矿物掺和料之间要求具有良好的相容性。外加剂符合铁路混凝土（TB/T3275）规定。外加剂的匀质性符合现行国家标准混凝土外加剂（GB8076）的规定。6.水混凝土用拌和用水一般采用生活饮用水，严禁使用海水。,高性能混凝土知识,（二）矿物掺和料的作用1.火山灰效应高碱性(CSH)转化为低碱性(CSH)，消耗Ca(OH)2，结晶变小，界面过渡

8、层变小，富集和取向性减少，提高水泥石界面强度。2.滚珠效应玻璃球体减小水泥颗粒之间的摩擦阻力，改善混凝土的和易性。3.颗粒填充作用水泥、矿渣、硅灰末水化颗粒大小差别大，颗粒互相填充，减小水泥石孔隙率。4.削减温峰作用粉煤灰、磨细矿渣粉水化速度慢，放热总量小。5.提高耐久性改善耐硫酸盐侵蚀性，抑制碱骨料反应，增加密实性，提高抗渗性和氯离子渗透性。,高性能混凝土知识,（三）外加剂减水剂的作用1.高效减水剂的作用。减水剂的作用是减少混凝土用水量，降低水泥石孔隙率，改善孔结构；提高混凝土施工工作性能、密实性，改善混凝土的耐久性能。2.引气剂的作用。引气剂的作用是提高混凝土的抗冻性，减少表面泌水和骨料底

9、部泌水，改善混凝土的匀质性和工作性能，尤其是明显提高可泵性。,高性能混凝土知识,三、高性能混凝土施工特点,高性能混凝土知识,（一）施工前准备高性能混凝土施工前，制定严密的施工技术方案。建立完善施工质量检验制度，加强对施工过程每道工序的检验，发现与规定不符的及时纠正，并按规定作好记录。针对不同混凝土结构的特点和施工季节、环境条件（气温、风、雨等）特点试浇筑混凝土，验证并完善混凝土的施工工艺，特别明确的混凝土养护措施方案，发现问题及时调整。,高性能混凝土知识,（二）原材料储存水泥、矿物掺和料等，散料分仓存储；袋装料存放用专用库房，按品种、强度等级分批堆垛，堆垛高度不宜大干1.5m。堆垛应架离地面0

10、.2m以上，并距离四周墙壁0.20.3m，或预留通道，注意防潮。不得露天堆放，临时露天堆放时必须上盖下垫。储存散装水泥过程中，采取措施降低水泥的温度或防止水泥升温。在装卸、搬移过程中不得抛掷袋装水泥。粗、细骨料分级采购、分级运输、分级堆放、分级计量。,高性能混凝土知识,（三）配合比的选定混凝土的配合比参数主要包括胶凝材料用量、矿物掺和料掺量、水胶比、含气量、氯离子含量、碱含量以及三氧化硫含量等。混凝土的配合比参数可根据结构的成型方式、设计使用年限、环境类别及作用等级确定。对C30以下、C30C35、C40C45、C50及C50以上等级混凝土，采用振动成型时，混凝土的胶凝材料最大用量一般分别限制

11、在360、400、450、480、500kg/m3；对C30C35、C40C45等级混凝土，采用自密实成型时，混凝土的胶凝材料最大用量一般分别限制在550、600 kg/m3。混凝土中胶凝材料和水的体积之和与混凝土的总体积之比，称为浆体比，对C30C45、C50C60、C60以上等级混凝土，浆体比一般分别控制在32%、35%、38%以下。,高性能混凝土知识,（四）搅拌要求混凝土原材料要严格按照施工配合比要求进行准确称量，称量最大允许偏差(按重量计)：胶凝材料(水泥、掺合料等)1；外加剂1；骨料2；拌合用水1。搅拌混凝土前，严格测定粗、细骨料的含水率，准确测定因天气变化而引起的粗细骨料含水量变化

12、，以便及时调整施工配合比。一般情况下，含水量每班抽测2次，雨天要随时抽测，并根据测定结果，及时调整混凝土施工配合比。采用强制搅拌机搅拌混凝土。搅拌时，先向搅拌机投入细骨料、水泥、矿物掺合料和外加剂，搅拌均匀后，再加入所需用水量，待砂浆充分搅拌后再投入粗骨料，并继续搅拌至均匀为止。上述每一阶段的搅拌时间不宜少于30s，总搅拌时间不宜少于2min，也不宜超过3min。,高性能混凝土知识,（五）拌和物性能新拌混凝土的工作性能是影响混凝土质量的重要因素之一。混凝土拌和物不泌水，凝结时间满足运输、浇筑、养护工艺的时间要求。对桥梁基础、墩台、混凝土梁、涵洞、路基支挡结构，振捣棒振动成型，采用斗送和泵送混凝

13、土时，坍落度一般分别控制在140mm和200mm以下。采用自密实混凝土灌筑桩和填充层时，坍落度一般控制在220mm以下。,高性能混凝土知识,（六）运输要求保持运输混凝土的道路平坦畅通，保证混凝土在运输过程中保持均匀性，运到浇筑地点时不分层、不离析、不漏浆，并具有要求的坍落度和含气量等工作性能。对运输设备采取保温隔热措施，防止局部混凝土温度升高(夏季)或受冻(冬季)。采取适当措施防止水份进入运输容器或蒸发，严禁在运输过程中向混凝土内加水。尽量减少混凝土的转载次数和运输时间。从搅拌机卸出混凝土到混凝土浇筑完毕的延续时间应不影响混凝土的各项性能。,高性能混凝土知识,（七）浇筑要求浇筑混凝土前，仔细检

14、查钢筋保护层垫块的位置、数量及其紧固程度，并指定专人作重复性检查，以提高钢筋保护层厚度尺寸的质量保证率。构件侧面和底面的垫块至少4个m2，绑扎垫块和钢筋的铁丝头不得伸入保护层内。当采用细石混凝土垫块时，其抗腐蚀能力和抗压强度高于构件本体混凝土，且水胶比不大于0.4；当采用塑料垫块时，塑料的耐碱和抗老化性能良好，抗压强度不低于50MPa；不得使用砂浆垫块。混凝土分层连续推移的浇筑，间隙时间不得超过90min，不得随意留置施工缝。混凝土的一次摊铺厚度一般不大于600mm(当采用泵送混凝土时)或400mm(当采用非泵送混凝土时)。浇筑竖向结构的混凝土前，底部先浇入50100mm厚的水泥砂浆（水灰比略

15、小于混凝土）。,高性能混凝土知识,在炎热季节浇筑混凝土时，尽可能安排在傍晚而避开炎热的白天浇筑混凝土；白天浇筑混凝土时，要避免模板和新浇混凝士直接受阳光照射，保证混凝土入模前模板和钢筋的温度以及附近的局部气温均不超过40。在低温条件下(当昼夜平均气温低于5或最低气温低于一3时)浇筑混凝土时，采取适当的保温防冻措施，防止混凝土提前受冻。在相对湿度较小、风速较大的环境下浇筑混凝土时，采取适当挡风等措施，防止混凝土失水过快，并避免浇筑有较大暴露面积的构件。混凝土的入模温度不超过30。冬期施工时，混凝土的入模混凝土不低于5，混凝土的入模温度与钢模、邻接的已硬化混凝土或岩土介质间的温差不得大于15。,高

16、性能混凝土知识,（八）振捣要求采用插入式振动棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等振捣设备振捣混凝土。振捣时避免碰撞模板、钢筋及预埋件。按事先规定的工艺路线和方式振捣混凝土，在混凝土浇筑过程中及时将入模的混凝士均匀振捣密实，不得随意加密振点或漏振。每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准，一般不宜超过30s，避免过振。采用插入式振捣器振捣混凝土时，宜采用垂直点振方式振捣。变换振捣棒在混凝土拌合物中的水平位置，首先要竖向缓慢将振捣棒拔出，然后再将振捣棒移至新的位置，不得将振捣棒放在拌合物内平拖，也不得用插入式振捣棒平拖驱赶下料口处堆积的混凝土拌合物。在振捣混凝土过程中，要加强模板支撑的稳定性和接

17、缝的密合情况的检查，以防漏浆。混凝土浇筑完成后，仔细将混凝土暴露面压实抹平，抹面时严禁洒水。,高性能混凝土知识,（九）养护要求混凝土振捣完成后，及时对混凝土暴露面进行紧密覆盖(可采用蓬布、塑料布等进行覆盖)，尽量减少暴露时间，防止表面水分蒸发。暴露面混凝土初凝前，卷起覆盖物，用抹子搓压表面至少二遍，使之平整后再次覆盖，并要避免覆盖物直接接触混凝土表面，直至混凝土终凝为止。混凝土带模养护期间，采取带模包裹、浇水、喷淋洒水或通蒸汽等措施进行保温、保湿、潮湿养护。混凝土去除表面覆盖物或拆模后，对混凝土采用蓄水、浇水或覆盖洒水等措施进行潮湿养护。也可在混凝土表面处于潮湿状态时，迅速采用麻布、草帘等材料

18、将暴露面混凝土覆盖或包裹，再用塑料布或帆布等将麻布、草帘等保湿材料包覆(裹)完好。包覆(裹)期间，包覆(裹)物应完好无损，彼此搭接完整。有条件时，要尽量延长混凝土的包覆(裹)养护时间。混凝土采用喷涂养护液养护时，要确保不漏喷。混凝土养护期间，混凝土芯部温度与表面温度、表面温度与环境温度之差均不大于20（对梁体混凝土不得大于15），混凝土表面温度与养护水温度之差不得大于15，混凝土芯部温度不宜超过60，最大不得超过65。,高性能混凝土知识,（十）拆模要求混凝土拆模时的强度符合设计要求。当设计未提出要求时，侧模应达到混凝土强度2.5MPa以上，其表面及棱角不因拆模而受损时，方可拆除；拆除底模时符合

19、下表规定。,高性能混凝土知识,混凝土的拆模时间除需考虑拆模时的混凝土强度外，还应考虑到拆模时的混凝土温度(由水泥水化热引起)不能过高，以免混凝土接触空气时降温过快而开裂，更不能在此时浇注凉水养护。混凝土内部开始降温以前以及混凝土内部温度最高时不得拆模。一般情况下，混凝土拆模时，混凝土芯部与表面、表面与环境之间的温差均均需控制在20（对梁体和轨道板混凝土均需控制在15）。大风或气温急剧变化时不宜拆模。在寒冷季节，若环境温度低于0时不宜拆模。在炎热和大风干燥季节，应采取逐段拆模、边拆边盖的拆模工艺。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。当模板与混凝土脱离后，方可拆卸、吊运模板。

20、,高性能混凝土知识,四、高性能混凝土强度要求,高性能混凝土知识,混凝土的抗压强度除满足结构承载力要求外，还要满足混凝土抵抗环境作用的要求。根据结构的设计使用年限、环境类别及作用等级确定混凝土的最低抗压强度等级，此处抗压强度等级为混凝土在标准条件下养护56d时的抗压强度。对设计使用年限100年的钢筋混凝土和预应力混凝土结构，在碳化环境各作用等级下，抗压强度等级分别不低于C30、C35、C40；在氯盐环境各作用等级下，分别不低于C40、C45、C50；在化学侵蚀、盐类结晶破坏和冻融破坏环境，各作用等级下分别不低于C35、C40、C45、C50；在磨蚀环境各作用等级下，分别不低于C35、C40、C4

21、5。对设计使用年限100年的素混凝土结构，在碳化和氯盐环境，各作用等级下抗压强度等级分别不低于C30和C35；在化学侵蚀环境H1、盐类结晶破坏环境Y1、冻融破坏环境D1、磨蚀环境M1作用等级下，抗压强度等级均不低于C35。对设计使用年限60年和30年的钢筋混凝土和预应力预应力结构、素混凝土，各种环境的各作用等级下，抗压强度等级对应设计使用年限100年降低一个等级，如C30降低至C25，C50降低至C45等。,高性能混凝土知识,对可更换小型构件的混凝土强度不低于C30。对化学侵蚀环境H3、H4、盐类结晶破坏环境Y3、Y4、冻融破坏环境D3、D4、磨蚀环境M2、M3作用等级，一般不使用素混凝土；设

22、计使用寿命100年的，化学侵蚀环境H2、盐类结晶破坏环境Y2、冻融破坏环境D2、磨蚀环境M2作用等级，一般也不使用素混凝土；如果不得不使用素混凝土，混凝土的最低强度等级与钢筋混凝土相同，而且需要采取有效的防裂措施。对于钢筋的配筋率低于最小配筋率的混凝土结构，其混凝土最低抗压强度应与本表中钢筋混凝土的要求相同。,高性能混凝土知识,五、高性能混凝土耐久性指标,高性能混凝土知识,混凝土的耐久性一般包括抗渗性、抗冻性、耐磨性、抗裂性、护筋性、耐蚀性等。混凝土的耐久性指标，根据结构的设计使用年限、环境类别及作用等级确定。混凝土的耐久性与混凝土密实度和混凝土表面与钢筋之间的距离（混凝土保护层厚度）关系密切

23、。混凝土密实度是判别混凝土抵抗环境各种有害离子侵入性能的主要指标。传统做法是采用混凝土抗高压水渗透能力，即抗渗标号来衡量混凝土的密实性能，但抗渗标号适合于低强度等级混凝土的密实性的检验，对强度等级超过C30的混凝土，抗渗等级几乎均能达到P20及以上的水平，故对强度等级高的混凝土，仅采用抗渗标号已难于区分混凝土抵抗外界水、气及溶于水汽中的其他有害物质侵入混凝土内部的能力大小。同时气体介质主要是通过扩散向混凝土内部传输，其气动力是浓度差而并非压力差。电通量法能够较好地评价混凝土抵抗外界有害离子深入的能力，目前衡量高性能混凝土密实度，采用电通量法。不同环境条件下混凝土的电通量要求,高性能混凝土知识,

24、不同环境条件下铁路混凝土的电通量（56d）(C),不同环境下铁路混凝土的耐久性满足的要求。双块式轨枕和轨道板混凝土的抗冻等级不应低于F300。冻融破坏和盐类结晶破坏环境下，混凝土的气泡间距系数应小于300m。对于特别重要的混凝土结构，混凝土的抗裂性、护筋性技术要求需要经过专门的试验研究确定。,高性能混凝土知识,不同环境下铁路混凝土耐久性指标,高性能混凝土知识,六、高性能混凝土质量检验及评定,高性能混凝土知识,（一）混凝土检验1.施工前检验施工前进行的混凝土原材料品质以及耐久性检验。2.施工过程检验施工过程中原材料品质抽检、现场混凝土拌合物性能检验以及施工现场抽取的混凝土耐久性试件检验。3.施工

25、后检验施工后对结构物表面裂缝进行观测。,高性能混凝土知识,（二）施工前混凝土用原材料检验内容,高性能混凝土知识,采用合格的原材料进行混凝土配合比选定试验时，施工单位应对配合比混凝土的下列性能进行检验：抗冻性、抗渗性、护筋性、抗氯离子渗透性、抗裂性、抗碱骨料反应性,高性能混凝土知识,（三）施工过程检验：1.施工过程中，应对混凝土用水泥、骨料、外加剂、掺合料、拌合水等主要原材料的品质进行抽检。2.每次拌制混凝土之前，应并对拌合站首盘混凝土的坍落度、含气量及0.5h泌水率进行检验。坍落度、含气量检验每50m3不少于一次。3.根据不同结构物及结构物所处环境条件的实际情况，进行混凝土耐久性抽检。,高性能

26、混凝土知识,（四）施工后检验 用肉眼观察实体混凝土结构表面是否存在非外力裂缝。当混凝土表面出现非外力裂缝时，裂缝宽度不得大于0.20mm。表面缺陷检查。外型尺寸检查。,高性能混凝土知识,（五）、混凝土质量评定1.高性能混凝土质量评定依据：混凝土原材料检验及抽检报告单 混凝土配合比试验报告单（包括耐久性）混凝土拌合过程检查表 混凝土强度及弹性模量试验报告单 批量抽检的混凝土耐久性指标试验报告单 混凝土外观检查结果,高性能混凝土知识,2.混凝土施工前检验、施工过程检验以及施工后检验各项目的检验结果均满足质量要求时，对应混凝土的质量评定为合格。3.施工过程中混凝土耐久性试件的检测结果不满足要求时，可对实体混凝土结构进行对应耐久性指标复检，复检结果满足规定质量要求时，对应混凝土的耐久性可评定为合格。,高性能混凝土知识,不妥之处，请批评指正！,2013年5月于郑州 张长建,谢谢大家！,高性能混凝土知识,