《高性能混凝土技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用初探》畢業(yè)設(shè)計論文終稿

1、 .wd.黑龍江大學(xué)畢業(yè)論文高性能混凝土技術(shù)開展與應(yīng)用初探 專 業(yè)： 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)教師： 2014年10月28日高性能混凝土技術(shù)開展與應(yīng)用初探摘要本文主要介紹了高性能混凝土開展的歷史背景及目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，說明了高性能混凝土的特性，由于影響高性能混凝土性能的因素很多，本文結(jié)合工程實踐應(yīng)用，從原材料、配合比設(shè)計、生產(chǎn)施工技術(shù)等技術(shù)環(huán)節(jié)出發(fā)，初步探討了高性能混凝土的配制施工技術(shù)，探討研發(fā)綠色混凝土的必要性，并對高性能混凝土的開展趨勢作出展望。關(guān)鍵詞:高性能混凝土,原材料,配合比,質(zhì)量控制,綠色混凝土目 錄引言 1 一、高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀 1 (一)背景 1 (二)研究

2、現(xiàn)狀及開展方向 2二、高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析 4(一)高性能混凝土的概念 4 (二)高性能混凝土的性能特點 5三、高性能混凝土質(zhì)量與施工控制 7 (一)高性能混凝土原材料及其選用 7 (二)高性能混凝土的配合比設(shè)計 10 1、高性能混凝土配制目標(biāo)和影響因素 10 2、高性能混凝土配合比設(shè)計 12 3、高性能混凝土配合比參數(shù)的選擇 13 (三)高性能混凝土的施工控制 15四、高性能混凝土的特點 18 (一)高耐久性能 18 (二)高工作性能 19 三其他 19五、研發(fā)綠色高性能混凝土的必要性 20六、高性能混凝土的開展前景 21七、結(jié)論 23八、參考文獻 25九、致謝27高性能混凝土技

3、術(shù)開展與應(yīng)用初探引 言 高性能混凝土HighPerformanceConcrete，簡寫為HPC是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的根底上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，它以高性能作為設(shè)計的主要指標(biāo)，具有高耐久性、高強度與高工作性能高流動性、高粘聚性、高可澆筑性?？偠灾?，是一種高技術(shù)混凝土。高性能混凝土以其高耐久性、高工作性、以及高強度特性進入人們的視野。1、 高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀（1） 背景 傳統(tǒng)的混凝土已有近200 年的歷史，是近代使用最廣的建筑材料，也是當(dāng)前最大宗的人造材料。據(jù)不完全統(tǒng)計，世界水泥產(chǎn)量已超過13億噸，折合混凝土不少于40億立方米。水泥混凝土

4、與其他常用建筑材料如鋼鐵、木材、塑料等相比，生產(chǎn)能耗低、原料來源廣、工藝簡單，因而生產(chǎn)本錢低，并具有耐久、防火、適應(yīng)性強、應(yīng)用方便等特點。近百年來，混凝土的開展趨勢是強度不斷提高。30年代平均為10 MPa，50年代約為20 MPa，60年代約為30 MPa，70年代已上升到40 MPa，興旺國家越來越多地使用50 MPa以上的高強混凝土1 廉慧珍，閻培渝21世紀的混凝土及其面臨的幾個問題1。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的開展，各種超長、超高、超大型混凝土構(gòu)筑物，以及在嚴酷環(huán)境下使用的重大混凝土構(gòu)造，如高層建筑、跨海大橋、海底隧道、海上采油平臺、核反響堆、有毒有害廢物處置工程等的建造需要在不斷增加。

5、這些混凝土工程施工難度大，使用環(huán)境惡劣、維修困難，因此要求混凝土不但施工性能要好，盡量在澆筑時不產(chǎn)生缺陷，更要耐久性好，使用壽命長。混凝土作為用量最大的人造材料，不能不考慮它的使用對生態(tài)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)混凝土的原材料都來自天然資源。每用1t水泥，大概需要0.6t以上的干凈水，2t砂、3t以上的石子；每生產(chǎn)1t硅酸鹽水泥約需1.5t石灰石和大量燃煤與電能，并排放1tCO2，而大氣中CO2濃度增加是造成地球溫室效應(yīng)的原因之一。盡管與鋼材、鋁材、塑料等其它建筑材料相比，生產(chǎn)混凝土所消耗的能源和造成的污染相對較小或小得多，混凝土本身也是一種干凈材料，但由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少

6、地方造成資源破壞并嚴重影響環(huán)境和天然景觀。有些大城市現(xiàn)已難以獲得質(zhì)量合格的砂石。另一方面，由于混凝土過早劣化，如何處置費舊工程撤除后的混凝土垃圾也給環(huán)境帶來威脅。實踐證明綠色混凝土可以徹底解決城市垃圾和污泥問題，是保護生態(tài)環(huán)境，實現(xiàn)零污染最為有效的途徑。2因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，必須更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料；必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強都意味著節(jié)約資源?！案咝阅芑炷琳窃谶@種背景下產(chǎn)生的。 二研究現(xiàn)狀及開展方向20世紀60年代開發(fā)應(yīng)用高效減水劑后，使混凝土技術(shù)進入了高強度與高流態(tài)的新領(lǐng)域；20世紀90年代

7、的粉體工程，進一步使混凝土進入了高性能時代。我國近年來在鐵路、公路、橋梁建立中、高層建筑及機場建立等工程中已廣泛應(yīng)用C60高性能混凝土；C80混凝土也在工程中試點應(yīng)用。在國際上強度為90MPa、100MPa、110MPa、120MPa，甚至大于150MPa、200MPa的高性能混凝土，在工程中都獲得了應(yīng)用。然而工程經(jīng)歷證明，許多工程如橋梁、道路、海港和污水建筑物混凝土構(gòu)造的過早破壞，其原因不是強度不夠，而是耐久性缺乏。由于修復(fù)損壞的混凝土建筑物的費用昂貴，如以美國為例，每年劣化混凝土的維修費用達2000億美元之多，這使很多設(shè)計者意識到混凝土耐久性的重要性。人們開場考慮能否采用使用年限較長的高性

8、能混凝土構(gòu)造，例如使用年限不是3050年而是100年。針對混凝土的過早劣化，興旺國家在20世紀80年代中期掀起了一個以改善混凝土材料耐久性為主要目標(biāo)的“高性能混凝土開發(fā)研究的高潮，并得到了各國政府的重視。進入20世紀90后代以后，混凝土構(gòu)造耐久性設(shè)計方法成為土木工程領(lǐng)域中的研究重點。針對不同環(huán)境類別的侵蝕作用，提出材料性能劣化的理論或經(jīng)歷模式，并據(jù)此估算構(gòu)造的使用壽命，成為開展和研究耐久性設(shè)計方法的主流。目前，高性能混凝土的開展有以下幾個方向： (1)綠色高性能混凝土水泥混凝土是當(dāng)代最大宗的人造材料，對資源、能源的消耗和對環(huán)境的破壞十分巨大，與可持續(xù)開展的要求背道而馳。綠色高性能混凝土研究和應(yīng)

9、用較多的是粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土與基準混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明顯降低混凝土硬化階段的水化熱，提高混凝土強度特別是后期強度。而且，節(jié)約水泥，減少環(huán)境污染，成為綠色高性能混凝土的代表性材料。 (2)超高性能混凝土 超高性能混凝土，如活性粉末混凝土ReactivePowder con-crete,RPC,其特點是高強度，抗壓強度高達300MPa，且具有高密實性，已在軍事、核電站等特殊工程中成功應(yīng)用。 (3)智能混凝土智能混凝土是在混凝土原有的組分根底上復(fù)合智能型組分，使混凝土材料具有自感知、自適應(yīng)、自修復(fù)特性的多功能材料，對環(huán)境變化具有感知和控制的功能。隨著損傷自診斷混凝土

10、、溫度自調(diào)節(jié)混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列機敏混凝土的出現(xiàn)，為智能混凝土的研究、開展和智能混凝土構(gòu)造的研究應(yīng)用奠定了根底。二、高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析 一高性能混凝土的概念高性能混凝土是近20余年開展起來的一種新型混凝土。歐洲混凝土學(xué)會和國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會將HPC定義為水膠比低于0.40的混凝土；在日本，將高流態(tài)的自密實混凝土即免振混凝土稱為HPC；中國土木工程學(xué)會高強與高性能混凝土委員會將HPC定義為以耐久性和可持續(xù)開展為根本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的混凝土。雖然在不同的國家，不同的學(xué)者或工程技術(shù)人員，對HPC的理解有所不同。比方美國學(xué)者更強調(diào)高強度和尺寸穩(wěn)定性，歐洲學(xué)者更注重

11、耐久性，而日本學(xué)者偏重于高工作性。但是他們的根本點都是高耐久性，這方面的認識是一致的。 二高性能混凝土的性能特點 耐久的混凝土必須能抵抗風(fēng)化作用、化學(xué)侵蝕、磨耗和其他破壞過程，這表示高性能混凝土不僅應(yīng)有高強度，而且應(yīng)具有高剛度，體積變化小，實際上不透水，氯離子難以滲透，高彈性模量，收縮徐變小，熱應(yīng)變小等特點。因此，高性能混凝土在組成和構(gòu)造上與普通混凝土應(yīng)有所不同，首先應(yīng)具有以下特點3： (1).耐久性。高效減水劑和礦物質(zhì)超細粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少混凝土內(nèi)部的空隙，能夠使混凝土構(gòu)造平安可靠地工作50100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。 (2).工作性。坍落度是評價混凝土

12、工作性的主要指標(biāo)，HPC的坍落度控制功能好，在振搗的過程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在一樣振動時間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且摻入超細粉，根本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。 (3).力學(xué)性能。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料,強度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強度的主要因素，對于普通混凝土，隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強度增大，高性能混凝土中的高效減水劑對水泥的分散能力強、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在高性能混凝土中摻入礦物超細粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面構(gòu)造，提高混凝土的密實度，提高

13、強度。 (4).體積穩(wěn)定性。高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。 (5).經(jīng)濟性。高性能混凝土較高的強度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟性。高性能混凝土良好的耐久性可以減少構(gòu)造的維修費用，延長構(gòu)造的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟效益；高性能混凝土的高強度可以減少構(gòu)件尺寸，減小自重，增加使用空間；HPC良好的工作性可以減少工人工作強度，加快施工速度，減少本錢。前蘇聯(lián)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)用C110C137的高性能混凝土替代C40C60的混凝土，可以節(jié)約15%25%的鋼材和30%70%的水泥。雖然HPC本身的價格偏高，但是其優(yōu)異的性能使其

14、具有了良好的經(jīng)濟性。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足構(gòu)造功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土構(gòu)造的使用年限，降低工程造價。其次，高性能混凝土的配制特點是低水膠比、摻加高效減水劑和礦物細摻料，故從組成和配比來看，高性能混凝土還應(yīng)具有以下特點: (1水灰比W/C0.38按照Rch提出的相圖4，當(dāng)水灰比0.38時，水泥全部水化后，水泥石中含有水泥凝膠、凝膠水、毛細水和空隙。而毛細水在混凝土中是可以擴散滲透的，也就是說，W/C0.38時，混凝土中有毛細管存在，抗?jié)B性降低，耐久性降低。所以配制高性能混凝土?xí)r，水灰比不應(yīng)大于0.38。 (2高效減水劑是降低混凝土中水灰比的必須材料

15、，也是高性能混凝土不可或缺的組 分。為使混凝土具有良好的工作性能，高效減水劑除了具有高的減水率外，還應(yīng)具有有效控制塌落度損失的功能。(3礦物摻合料是高性能混凝土的功能組分之一，它可以填充水泥的空隙，在一樣的水 膠比下，能提高流動性，硬化后也能提高強度。更重要的是能改善混凝土中水泥石與集料的界面構(gòu)造，使混凝土的強度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高。(4對高性能混凝土有抗凍或其他要求時，應(yīng)摻加引氣劑，以及其他有關(guān)的外加劑，如 阻銹劑等。3、 高性能混凝土質(zhì)量與施工控制 一高性能混凝土原材料及其選用1.細集料。細集料宜選用質(zhì)地堅硬、干凈、級配良好的天然中、粗河砂,其質(zhì)量要求應(yīng)符合普通混凝土用砂石標(biāo)準中的規(guī)

16、定。砂的粗細程度對混凝土強度有明顯的影響,一般情況下,砂子越粗,混凝土的強度越高。配制C50C80的混凝土用砂宜選用細度模數(shù)大于2.3的中砂,對于C80C100的混凝土用砂宜選用細度模數(shù)大于2.6的中砂或粗砂。 2.粗集料。高性能混凝土必須選用強度高、吸水率低、級配良好的粗集料。宜選擇外表粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖碎石,級配符合標(biāo)準要求。由于高性能混凝土要求強度較高,就必須使粗集料具有足夠高的強度,一般粗集料強度應(yīng)為混凝土強度的115倍210倍或控制壓碎指標(biāo)值10。最大粒徑不應(yīng)大于25mm,以10mm20mm為佳,這是因為,較小粒徑的粗集料,其內(nèi)部產(chǎn)生缺陷

17、的幾率減小,與砂漿的粘結(jié)面積增大,且界面受力較均勻。另外,粗集料還應(yīng)注意集料的粒型、級配和巖石種類,一般采取連續(xù)級配,其中尤以級配良好、外表粗糙的石灰?guī)r碎石為最好。粗集料的線膨脹系數(shù)要盡可能小,這樣能大大減小溫度應(yīng)力,從而提高混凝土的體積穩(wěn)定性。 3.細摻合料。配制高性能混凝土?xí)r,摻入活性細摻合料可以使水泥漿的流動性大為改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石強度有所提高。更重要的是,參加活性細摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面構(gòu)造,使混凝土的強度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高。活性細摻合料是高性能混凝土必用的組成材料。在高性能混凝土中常用的活性細摻合料有硅粉(SF)、磨細礦渣粉(BFS)、粉

18、煤灰(FA)、天然沸石粉(NZ)等。粉煤灰是火電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰,它能有效提高混凝土的抗?jié)B性,顯著改善混凝土拌合物的工作性,大摻量粉煤灰混凝土還對環(huán)境保護和節(jié)約資源有重要意義。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、細度低、需水量低的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài)下迅速水淬冷卻而成的,用于高性能混凝土的磨細礦渣細度大于水泥,能提高混凝土的工作性和耐久性。硅粉是電爐法生產(chǎn)硅鐵合金所排放的煙道灰,SiO2含量大于90,平均粒徑約011m,比外表積20000/kg,借助大劑量高效減水劑和強力攪拌作用,可以填充到水泥或其他摻合料的間隙中去,并且具有很高的活性,在各種摻合料中對混

19、凝土的增強作用最為顯著,是國際上制備超高強混凝土最通用的超細活性摻合料。 4.減水劑及緩凝劑。由于高性能混凝土具有較高的強度,且一般混凝土拌合物的坍落度較大(1520左右),在低水膠比(一般0.35)一般的情況下,要使混凝土具有較大的坍落度,就必須使用高效減水劑,且其減水率宜在20以上。有時為減少混凝土坍落度的損失,在減水劑內(nèi)還宜摻有緩凝的成份。此外,由于高性能混凝土水膠比低,水泥顆粒間距小,能進人溶液的離子數(shù)量也少,因此減水劑對水泥的適應(yīng)性表現(xiàn)更為敏感。因大局部高性能混凝土施工時采用泵送,故摻減水劑后混凝土拌合物的坍落度損失不能太快太大,否那么影響泵送。 5.礦物摻合料。(1)粉煤灰,粉煤灰

20、是燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細微粉末,又稱“飛灰(FlyAsh),其顆粒多呈球形,外表光滑。大量的實踐證明:摻用粉煤灰的混凝土,其長期性能可得到大幅度的改善,對延長構(gòu)筑物的使用壽命有重要意義。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下幾個方面:填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層,產(chǎn)生“滾珠潤滑效應(yīng);對水泥顆粒起物理分散作用,使其分布得更均勻;粉煤灰和聚集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反響,生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物,加強了薄弱的過渡區(qū),對改善混凝土的各項性能有顯著作用;粉煤灰延緩了水化速度,減小混凝土因水化熱引起的溫升,對防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利;可減小混凝土溫度開裂的危險,同時由于加

21、快了火山灰反響,還可提高28d強度。值得注意的是,粉煤灰的水泥取代率對強度影響顯著,較好的早期強度和后期強度的水泥取代率應(yīng)小于10%。當(dāng)粉煤灰摻量較低時,只會對水泥早期水化熱有影響,但對7d齡期的水化熱幾乎沒有影響。(2)硅粉(SilicaFume,簡寫SF)又稱硅灰,是從生產(chǎn)硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細的煙塵。硅粉主要由非常微小、外表光滑的玻璃態(tài)球形顆粒組成，粒徑為0.1m1.0m,是水泥粒徑的1/501/100,一般比外表積為18500/kg20000/kg,主要化學(xué)成分為二氧化硅,其含量在90%以上。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代局部水泥,結(jié)合應(yīng)用減水劑,可使混凝土

22、各方面的物理力學(xué)性能都得到顯著提高,硅粉的適宜摻量為水泥用量的510。硅粉的參加,對混凝土的性能的影響主要有:改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量;提高了混凝土的強度,增大了彈性模量和混凝土的干縮;提高了混凝土的耐久性。另外,在配制硅粉混凝土?xí)r必須注意:由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土?xí)r,一般要摻加減水劑。在選擇減水劑時,應(yīng)使之與所用的水泥具有相容性,否那么,容易影響混凝土的工作性能。同時,根據(jù)減水劑性能及需求的減水需求來選擇適宜的摻量。比外表積和活性SiO2含量是硅粉的重要指標(biāo),硅粉比外表積越大、活性SiO2含量越高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需選擇具有良好性能的硅粉。

23、硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大,配制高性能混凝土?xí)r應(yīng)采取補償收縮的措施,如摻加粉煤灰等。 二高性能混凝土的配合比設(shè)計 1高性能混凝土配制目標(biāo)和影響因素 (1).設(shè)計思路有很大區(qū)別 在以往的配合比設(shè)計方法中，是按混凝土的強度等級要求計算水灰比，而現(xiàn)在那么是按耐久性的要求，首先根據(jù)環(huán)境作用等級確定電通量指標(biāo)，由此來選擇水膠比、控制膠凝材料最小用量以及摻和料的比例。由于客專隧道的襯砌和仰拱設(shè)計強度等級為C30或C35，一般來說，為滿足電通量要求和水膠比限值要求，混凝土的強度一般都是超強的。 (2).膠凝材料用量及粉煤灰所占比例 在進展配合比參數(shù)設(shè)計時，為保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應(yīng)

24、處在一個適宜范圍內(nèi)，不僅有最低限要求，同時，對于C30及以下混凝土，膠凝材料總量不宜高于400kg/m3，C35C40不宜高于450kg/m3。鐵路客運專線大力提倡使用粉煤灰、礦渣粉等礦物摻和料，與普通硅酸鹽水泥一起作為膠凝材料。使用粉煤灰等礦物摻和料，并不是單純地考慮降低混凝土本錢，首先是為了混凝土耐久性的需要，特別是可以有效改善混凝土抵抗化學(xué)侵蝕的能力包括氯化物侵蝕、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反響等。國內(nèi)外的大量研究說明，粉煤灰的摻量在20%以上時，改善混凝土耐久性的效果較佳，更有研究資料說明，粉煤灰的最大摻量可到達50%左右。在?鐵路混凝土構(gòu)造耐久性設(shè)計暫行規(guī)定?中明確規(guī)定，一般情況下，礦物摻和

25、料摻量不宜小于膠凝材料總量的20%，當(dāng)大于30%時，混凝土的水膠比不得大于0.45。 (3).含氣量的要求 含氣量的要求也是客運專線高性能混凝土與普通混凝土的重要區(qū)別之一。以往工程僅在有抗凍要求時才考慮適當(dāng)提高混凝土的含氣量，這是對混凝土耐久性的規(guī)律認識缺乏的表現(xiàn)。實際上，混凝土中適量的引氣，不僅能改善抗凍性，同時可顯著減輕混凝土的泌水性，使水在拌合物中的懸浮狀態(tài)更加穩(wěn)定，從而提高混凝土材料的均勻性和穩(wěn)定性。因此，客運專線規(guī)定，即使配制非抗凍混凝土?xí)r，含氣量也應(yīng)不小于2%，并且作為施工質(zhì)量控制的必檢工程之一。為適當(dāng)提高混凝土的含氣量，并獲得較佳的減水和保塑效果，可使用新型聚羧酸鹽減水劑。 (4

26、).電通量指標(biāo)該指標(biāo)是客運專線對混凝土耐久性最重要、最具體的指標(biāo)。目前我國尚無電通量試驗的國家標(biāo)準，鐵路行業(yè)電通量試驗方法是以美國ASTMC1202 快速電量測定方法為根底制定的，其所測指標(biāo)可以最大程度地區(qū)分和評價混凝土的密實度，而密實度正是影響混凝土耐久性最為關(guān)鍵的因素。以往多是以抗?jié)B性來評價混凝土的密實程度，但實踐證明，抗?jié)B試驗只適合于判定較低強度等級混凝土的密實性，當(dāng)強度等級超過C30后，抗?jié)B等級幾乎都能到達P20以上，再往下試驗比較困難。這正是用電通量指標(biāo)取代抗?jié)B標(biāo)號作為混凝土耐久性控制的主要原因?；炷恋碾娡恐饕Q于水膠比，通過大量試驗得到規(guī)律，一般水膠比小于0.5時根本可滿足電

27、通量小于2000 的要求，水膠比小于0.45時根本可滿足電通量小于1500的要求。 2高性能混凝土配合比設(shè)計 根據(jù)高性能混凝土的特點，在配合比設(shè)計時應(yīng)遵循以下法那么： (1).灰水比法那么：混凝土的強度與水泥強度成正比，與灰水比成正比。灰水比一經(jīng)確定，不能隨意變動。這里的“灰包括所有膠凝材料，也可稱為膠水比。 (2).混凝土密實體積法那么：可塑狀態(tài)混凝土的總體積為水、水泥膠凝材料、砂、石的密實體積之和。這一法那么是計算混凝土配合比的根底。 (3).最小單位用水量或最小膠凝材料用量法那么：在灰水比固定、原材料一定的情況下，使用滿足工作性的最小加水量即最小的漿體量，可得到體積穩(wěn)定、經(jīng)濟的混凝土。

28、(4).最小水泥用量法那么：為降低溫升，提高混凝土抵抗環(huán)境因素侵蝕的能力，在滿足混凝土早期強度要求的前提下，應(yīng)盡量減少膠凝材料中的水泥用量。 3.高性能混凝土配合比參數(shù)的選擇 高性能混凝土的配合比參數(shù)主要有水膠比、漿集比、砂率和減水劑用量。 (1).水膠比：水灰比或水膠比不僅極大的影響混凝土的強度，同時會極大的影響混凝土的抗?jié)B性能和耐久性，水灰比大的水泥石的毛細孔隙較大，滲透性增加，耐久性降低。?普通混凝土配合比設(shè)計技術(shù)規(guī)程?5中由于對耐久性有要求，規(guī)定了最大水灰比與最小水泥用量。對于高性能混凝土，為到達低滲透性以保證混凝土的耐久性，其水灰比不宜大于0.350.40。有研究說明，硅酸鹽水泥水化

29、時，結(jié)合水約占水泥重量的22%，即在目前所用水泥和高效減水劑的條件下，采用普通的拌合、澆筑和養(yǎng)護技術(shù)措施，最正確水灰比約為0.22。水灰比小于0.22，那么水泥石達不到足夠的密實程度，因此高性能混凝土的水灰比取值范圍應(yīng)為0.220.35。如陜西鐘佳墻采用0.236的水膠比，摻加級粉煤灰配制出C80的泵送達流動性混凝土6。 (2).漿集比：水灰比確定以后，膠凝材料總量就反映了水泥漿和集料的比例，即漿集比。試驗證明，HPC中水泥漿/集料的體積比宜為35/65。即為保證混凝土具有良好的流動性，要求有較大的膠凝材料總用量，但隨膠凝材料用量的增加，混凝土的彈性模量會有所下降，混凝土的收縮也會有所增加。根

30、據(jù)經(jīng)歷，HPC的膠凝材料總量以不超過550kg/m3為宜，并隨混凝土強度等級的下降而減少，但最少不能低于300kg/m3。此外由于水灰比較低，水泥用量較高時，高性能混凝土?xí)休^高的水化熱，溫升較高，容易引起體積變形，產(chǎn)生溫度裂縫。因而從技術(shù)性能與經(jīng)濟上考慮，需要摻加輔助膠凝材料，以減少混凝土的溫升和干縮，提高抗化學(xué)侵蝕的能力，增加密實度，并降低本錢。一般以10%30%的輔助膠凝材料取代水泥，可以單獨摻加硅灰、礦渣、粉煤灰，也可以摻加硅灰與粉煤灰或硅灰與礦渣的混合物。 (3).砂率：在水泥漿量一定的情況下，細集料對混凝土配合比的影響比粗集料更為顯著，重量一定時，細集料的外表積比粗集料大得多，所有

31、集料的外表都需要有膠凝材料漿體包裹，因而砂的顆粒級配以及砂率的大小均對漿體的需要量有直接的影響。高性能混凝土膠凝材料用量較大，假設(shè)細集料用料較少，粗集料用量較大，那么可以減少漿體用量，比較經(jīng)濟，也可以獲得較高的強度，故在和易性能滿足施工要求的條件下，可以選擇較小的適宜的砂率。P.K.Mehta認為4，應(yīng)用適當(dāng)?shù)拇旨希酀{/集料的體積比為35/65的條件下，可以制造出尺寸穩(wěn)定性好的高性能混凝土，在粗集料最大粒徑為1219mm時，推薦的砂率為36%39%。通過對國外典型工程和實驗室配合比的統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)對于28d抗壓強度為60120的高性能混凝土，砂率大多在34%44%范圍內(nèi)；當(dāng)強度在80100之

32、間時，砂率主要集中在38%42%之間；且隨混凝土強度的增高，砂率呈減少的趨勢。如內(nèi)蒙古杭美艷采用0.36的砂率，摻加650/kg的超細礦渣配制出C80的高性能混凝土7。 (4).減水劑摻量：在上述低水灰比的條件下，要拌制高施工性能的混凝土是十分困難的，必須要應(yīng)用高效減水劑。高效減水劑具有較強的分散作用，其減水率可以高達30% 以上，在水泥用量大或水泥顆粒相對較細時，分散作用更為顯著。高效減水劑的摻量一般以水泥質(zhì)量的1.0%左右較為適宜，或者摻加0.8%1.0%的高效減水劑和0.2%左右的木質(zhì)素磺酸鈣，以適當(dāng)控制混凝土的坍落度損失。當(dāng)膠凝材料用量較大時，高效減水劑的摻量需要增加。 (三)高性能混

33、凝土的施工控制1.攪拌?；炷猎牧蠎?yīng)嚴格按照施工配合比要求進展準確稱量,稱量最大允許偏差應(yīng)符合以下規(guī)定(按重量計):膠凝材料(水泥、摻合料等)1%；外加劑1%；骨料2%；拌合用水1%。應(yīng)采用臥軸式、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌混凝土,采用電子計量系統(tǒng)計量原材料。攪拌時間不宜少于2min,也不宜超過3min。炎熱季節(jié)或寒冷季節(jié)攪拌混凝土?xí)r,必須采取有效措施控制原材料溫度,以保證混凝土的入模溫度滿足規(guī)定。2.運輸。應(yīng)采取有效措施，保證混凝土在運輸過程中保持均勻性及各項工作性能指標(biāo)不發(fā)生明顯波動。應(yīng)對運輸設(shè)備采取保溫隔熱措施,防止局部混凝土溫度升高(夏季)或受凍(冬季)。應(yīng)采取適當(dāng)措施防止水分進入

34、運輸容器或蒸發(fā)。3.澆筑。(1)混凝土入模前,應(yīng)采用專用設(shè)備測定混凝土的溫度、坍落度、含氣量、水膠比及泌水率等工作性能；只有拌合物性能符合設(shè)計或配合比要求的混凝土方可入模澆筑。混凝土的入模溫度一般宜控制在530(2)混凝土澆筑時的自由傾落高度不得大于2m當(dāng)大于2m時,應(yīng)采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土,保證混凝土不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。3混凝土的澆筑應(yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進展,間隙時間不得超過90min,不得隨意留置施工縫。4新澆混凝土與鄰接的己硬化混凝土或巖土介質(zhì)間澆筑時的溫差不得大于15。4振搗?？刹捎貌迦胧秸駝影?、附著式平板振搗器、外表平板振搗器等振搗設(shè)備振搗混凝土。振搗時應(yīng)防止碰

35、撞模板、鋼筋及預(yù)埋件。采用插入式振搗器振搗混凝土?xí)r,宜采用垂直點振方式振搗。每點的振搗時間以外表泛漿或不冒大氣泡為準,一般不宜超過30s,防止過振。假設(shè)需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置,應(yīng)首先豎向緩慢將振搗棒拔出,然后再將振搗棒移至新的位置,不得將振搗棒放在拌合物內(nèi)平拖。5.養(yǎng)護。高性能混凝土早期強度增長較快,一般3天到達設(shè)計強度的60%,7天到達設(shè)計強度的80%,因而,混凝土早期養(yǎng)護特別重要。通常在混凝土澆注完畢后采取以帶模養(yǎng)護為主,澆水養(yǎng)護為輔,使混凝土外表保持濕潤。養(yǎng)護時間不少于14天。6質(zhì)量檢驗控制。除施工前嚴格進展原材料質(zhì)量檢查外，在混凝土施工過程中，應(yīng)對混凝土的以下指標(biāo)進展檢

36、查控制：混凝土拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率、勻質(zhì)性。硬化混凝土：標(biāo)準養(yǎng)護試件抗壓強度、同條件養(yǎng)護試件抗壓強度、抗?jié)B性、電通量等。如果材料選擇與配合比設(shè)計正確，高性能混凝土的耐久性在很大程度上決定于施工質(zhì)量是否優(yōu)良，混凝土的制造和施工決定了混凝土的性能。加料順序正確，拌和徹底、均勻、運輸與搬運過程混凝土拌合物不離析、振搗密實、養(yǎng)護充分等均是保證高性能混凝土質(zhì)量的重要因素。高性能混凝土可以應(yīng)用普通混凝土的施工設(shè)備進展施工，但其施工質(zhì)量控制應(yīng)該更加嚴格，配料計量誤差要在允許的范圍之內(nèi)，原材料質(zhì)量變化的檢查次數(shù)要增加，混凝土的拌和要徹底均勻，應(yīng)保證新拌混凝土具有良好的施工性能。HP

37、C特別強調(diào)的一個方面就是應(yīng)具有適宜的和易性以保證滿意的澆筑質(zhì)量，為利于澆筑，HPC通常需要較大的，如1020cm的坍落度。但由于HPC膠凝材料用量大，水灰比較小，混凝土拌合物比較粘稠，坍落度損失較快，如果坍落度損失過大將不利于混凝土的澆筑、密實和均勻化，影響構(gòu)造整體質(zhì)量。因此，在高性能混凝土施工過程中除要求高效減水劑具有良好的控制塌落度損失性能外，還應(yīng)特別注意施工組織安排，盡量減小混凝土塌落度損失。此外，由于高強和高性能混凝土均有較高的水化溫升，根據(jù)混凝土成分和環(huán)境條件的不同大約在澆筑后2448h到達最高溫度，所以HPC施工一般不應(yīng)過早拆模，同時拆模后不宜立即移走模板，應(yīng)持續(xù)保護幾小時，以防止

38、冷擊。同時，正確的抹面和水養(yǎng)護是獲得不透水外表的重要步驟8，對于低水灰比的HPC，不僅需要保持內(nèi)部水分不蒸發(fā)，還要注重從外部環(huán)境中補充水分，應(yīng)進展外界潮濕養(yǎng)護，以保證混凝土充分水化，提高混凝土的綜合性能。4、 高性能混凝土的特點 一高耐久性能高性能混凝土的重要特點是具有高耐久性, 而耐久性那么取決于抗?jié)B性;抗?jié)B性又與混凝土中的水泥石密實度和界面構(gòu)造有關(guān)。由于高性能混凝土摻加了高效減水劑,其水膠比很低(0138),水泥全部水化后,混凝土沒有多余的毛細水,孔隙細化,最可幾孔徑很小, 總孔隙率低;再者高性能混凝土中摻加礦物質(zhì)超細粉后,混凝土中骨料與水泥石之間的界面過渡區(qū)孔隙能得到明顯的降低,而且礦物

39、質(zhì)超細粉的摻加還能改善水泥石的孔構(gòu)造, 使其100m的孔含量得到明顯減少,礦物質(zhì)超細粉的摻加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高。以上這些措施對于混凝土的抗凍融、抗中性化、抗堿- 集料反響、抗硫酸鹽腐蝕,以及其它酸性和鹽類侵蝕等性能都能得到有效的提高。據(jù)清華大學(xué)趙鐵軍、童良等學(xué)者的研究成果顯示910，高性能混凝土可保證以下平安使用期(以混凝土材質(zhì)變化為主要因素)：正常環(huán)境中：200年；重要建筑物在不利環(huán)境中：100年(英國海港油田平臺、明石大橋)；特殊用途：300年(法國核廢料貯罐設(shè)計)；鋼筋混凝土預(yù)期可能：500年(日本正在研究中，完全可能)。二高工作性能 高性能混凝土具有良好的流變學(xué)

40、性能, 高流動性,不泌水,不離析,能在正常施工條件下保證混凝土構(gòu)造的密實性和均勻性,對于某些構(gòu)造的特殊部位(如梁柱接頭等鋼筋密集處)還可采用自流密實成型混凝土,從而保證該部位的密實性,這樣就可以減輕施工勞動強度,節(jié)約施工能耗。三其它 高性能混凝土具有較高的韌性、良好體積穩(wěn)定性和長期的力學(xué)性能穩(wěn)定性。高性能混凝土的高韌性要求其具有能較好地抵抗地震荷載、疲勞荷載及沖擊荷載的能力,混凝土的韌性可通過在混凝土摻加引氣劑或采用高性能纖維混凝土等措施得到提高。高性能混凝土的體積穩(wěn)定性表現(xiàn)在其優(yōu)良的抗初期開裂性, 低的溫度變形、低徐變及低的自收縮變形。雖然高性能混凝土的水灰比比較低, 但是如果將新型高效減水

41、劑和增粘劑一起使用, 盡可能地降低單方用水量, 防止離析,澆筑振實后立即用濕布或濕草簾加以覆蓋養(yǎng)護, 防止太陽光照射和風(fēng)吹, 防止混凝土的水分蒸發(fā), 這樣高性能混凝土早期開裂就會得到有效的抑制。高性能混凝土摻加了粉的普通混凝土都得到了顯著降低, 這對于大體積混凝土的溫控和防裂十分有利。國內(nèi)已有研究說明,對于外摻加40%粉煤灰的高性能混凝土,不管是在標(biāo)準養(yǎng)護還是在蒸壓養(yǎng)護條件下,其360d齡期的徐變度(單位徐變應(yīng)力的徐變值)均小于同強度等級的普通混凝土,高性能混凝土徐度度僅為普通混凝土的50%左右。高性能混凝土長期的力學(xué)穩(wěn)定性要求其在長期的荷載作用及惡劣環(huán)境侵蝕下抗壓強度、抗拉強度及彈性模量等力

42、學(xué)性能保持穩(wěn)定。5、 研發(fā)綠色高性能混凝土的必要性1990年美國首先提出了高性能混凝土,得到了世界各國和專家的認可,法國政府組織包括政府研究機構(gòu)、高等院校、建筑公司等單位開展了高性能混凝土的研究。1996年,法國公共工程部和教育與研究部又組織了為期4年的國家研究工程“高性能混凝土2000,投人了600萬美元作為研究經(jīng)費。1994年,美國聯(lián)邦政府16個機構(gòu)聯(lián)合提出了一個在根底設(shè)施施工中應(yīng)用高性能混凝土的決議,并決定在10年投資2億美元進展研究。綠色是綠色環(huán)保,人類社會越開展,對綠色環(huán)保的要求越迫切。國外有位學(xué)者寫一篇綜述,題為“昨天和今天的水泥,明天的混凝土,文中指出21世紀水泥工業(yè)應(yīng)改名為水硬

43、性膠凝材料工業(yè),而且應(yīng)是一種綠色工業(yè)。水泥和混凝土堪稱為世界上耗用量最大的材料,在我國尤其如此。我國人多地少,資源缺乏,同時也是世界上能源消耗的大國,以水泥和混凝土為例,我國水泥的年產(chǎn)量大約9億噸,占世界水泥產(chǎn)量的三分之一,混凝土產(chǎn)量約12億m3,世界混凝土年產(chǎn)量大約30億m3,混凝土的大量使用,需要大量水泥,水泥的生產(chǎn)又極大地影響了環(huán)境,直接影響子孫后代的生活,所以綠色高性能的開展是事在必行。綠色高性能混凝土的研究及使用,即保護了環(huán)境,又提高了混凝土的性能。以粉煤灰為例,現(xiàn)已研發(fā)與使用的綠色高性能混凝土,絕大局部把粉煤灰作主要摻料,粉煤灰是工業(yè)廢料,如不很好利用,會對環(huán)境造成二次污染,在綠色

44、高性能混凝土中采用粉煤灰,即解決了二次污染,又降低了混凝土的本錢,同時提高了混凝土的性能,主要表現(xiàn)在提高了混凝土的耐久性和工作性?；炷恋脑u價已由高強度轉(zhuǎn)為高性能,高性能中耐久性是一個主要的評定標(biāo)準,混凝土不是一勞永逸的材料,它也是隨時間的增長、環(huán)境的影響和使用情況直接影響其使用壽命,一些興旺國家面臨這個問題, 我們國家也面臨同樣的問題。1991年美國在提交國會?國家公路與橋梁現(xiàn)狀?的報告中指出,為了修理或更換現(xiàn)已存在缺陷的橋梁,需投資91 億美元如拖延維護進程,費用將增至1310億美元,美國每年用于混凝土維修的費用大約300億美元。我國是開展中國家,在工程建立中根本沒有維修費用,工程費用主要

45、在新建工程,建國以來,五、六十年代的工程量大,經(jīng)過幾十年的使用,可以說需維修的工程量肯定也是巨大的,費用是驚人的,因此,站在歷史的角度,站在開展的角度,研究混凝土高性能的意義巨大。6、 高性能混凝土的開展前景1997年3月的“高強與高性能混凝土?xí)h上,吳中偉院士首次出“綠色高性能混凝土(GHPC) 的概念,并指出: GHPC是混凝土的開展方向,更是混凝土的未來。提高混凝土的綠色度,可以節(jié)約更多的資源與能源,將對環(huán)境的破壞減到最小。人類已經(jīng)進入21世紀,混凝土應(yīng)該更多地摻加工業(yè)廢渣摻和料,更多地節(jié)約水泥,有更高的強度和耐久性。高性能混凝土(HPC)具有以下特征:(1)更多地節(jié)約熟料水泥,降低能耗

46、與環(huán)境污染;(2)更多地摻加工業(yè)廢料為主的細摻料;(3)更大地發(fā)揮混凝土的高性能優(yōu)勢,減少水泥與混凝土的用量。因此,高性能混凝土本身就可成為綠色混凝土。事實上,許多工程如大體積水工建筑、根底等對強度要求不高,但對耐久性、工作性、體積穩(wěn)定性、低水化熱等有很高要求,都應(yīng)采用HPC。例如日本跨海明石大橋基墩混凝土(50萬m3)要求高耐久性、高抗沖刷性與低升溫,而強度只要求20MPa,使用的就是摻加了復(fù)合外加劑與復(fù)合細摻料的HPC。由此可見,高性能混凝土并不一定強調(diào)高強,我國目前也己完成了普通混凝土的高性能化的研究和應(yīng)用。因此,傳統(tǒng)的GHPC的應(yīng)用范圍可以進一步擴大,可以將歐美對HPC強度的低限50M

47、Pa降低到C30左右,原那么是只要不損害混凝土的內(nèi)部構(gòu)造如孔構(gòu)造、水化物構(gòu)造與界面構(gòu)造等,保證混凝土具有良好的耐久性與體積穩(wěn)定性。納米混凝土、再生混凝土、免振搗自密實高性能混凝土等都是綠色高性能混凝土。綠色高性能混凝土已被廣泛應(yīng)用于市政工程、民用建筑和工業(yè)建筑,與普通混凝土相比,高性能混凝土具有更好的施工性能和耐久性,同時可以更多地利用工業(yè)廢渣及其它廢棄物,有良好的經(jīng)濟指標(biāo)和環(huán)保意義,因此,綠色高性能混凝土是混凝土的開展方向。隨著HPC的開發(fā)和應(yīng)用, 建筑對生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生的影響正引起社會的關(guān)注。建筑物在建造和運行的過程中需消耗大量的自然資源和能源,并對環(huán)境產(chǎn)生不同程度的影響。有專家指出, 作為建筑工