高性能混凝土發(fā)展及若干關(guān)鍵技術(shù)問題423

高性能混凝土發(fā)展及若干關(guān)鍵技術(shù)問題423第1頁/共89頁報告人簡介

元成方，博士后，碩士生導(dǎo)師，鄭州大學(xué)土木工程學(xué)院任教。主要從事混凝土材料及結(jié)構(gòu)耐久性、混凝土結(jié)構(gòu)檢測評定技術(shù)研究。參與國家級科研項目3項，省部級科研項目2項，企業(yè)科研項目3項，發(fā)表學(xué)術(shù)論文20余篇，獲省級科技進(jìn)步二等獎1項，企業(yè)獎1項。第2頁/共89頁提綱高性能混凝土的定義高性能混凝土原材料高性能混凝土配制方法高性能混凝土常見問題與對策高性能混凝土工程應(yīng)用第3頁/共89頁高性能混凝土的定義第4頁/共89頁

1986年挪威學(xué)者首先提出高性能混凝土的研究。這是因為挪威盛產(chǎn)硅灰，摻硅灰大大提高了混凝土強(qiáng)度、抗?jié)B性及耐久性。

1990年5月，在美國馬里蘭州Gaithers-burg城由NIST和ACI主辦了第一次關(guān)于HPC的國際研討會，會議首次提出關(guān)于高性能混凝土的定義。我國從20世紀(jì)90年代初也很快引進(jìn)了高性能混凝土這個概念，掀起了研究熱潮，有關(guān)高性能混凝土的論文數(shù)不勝數(shù)，至今方興未艾。高性能混凝土的定義第5頁/共89頁力學(xué)性能耐久性工作性體積穩(wěn)定性高性能混凝土混凝土強(qiáng)度和受力變形性能的總稱?；炷猎谒幑ぷ鳝h(huán)境下，長期抵抗內(nèi)、外部劣化因素的作用，仍能維持其應(yīng)有結(jié)構(gòu)性能的能力?；炷吝m宜于施工操作、滿足施工要求的性能的總稱。混凝土初凝后，能抵抗收縮或膨脹而保持原有體積的性能。高性能混凝土的定義第6頁/共89頁

高性能混凝土為一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計的主要指標(biāo)，針對不同用途的要求，對下列性能有重點(diǎn)的加以保證：耐久性、施工性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。

吳中偉院士

高性能混凝土的定義第7頁/共89頁高性能混凝土原材料第8頁/共89頁水泥砂石水外加劑摻合料普通混凝土曾是主流，目前在民用建筑中仍在采用外加劑混凝土一級和沿海城市，70%以上高性能混凝土重大混凝土工程中已廣泛采用高性能混凝土原材料第9頁/共89頁宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，混合材宜為礦渣或粉煤灰。有耐硫酸鹽侵蝕要求的混凝土也可選用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。不宜使用早強(qiáng)水泥，一般情況下不得采用立窯水泥。水泥高性能混凝土原材料第10頁/共89頁序號項目技術(shù)要求1比表面積≤350m2/kg（硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥）280μm方孔篩篩余≤10.0%（普通硅酸鹽水泥）3游離氧化鈣含量≤1.0%4堿含量≤0.80%5熟料中的C3A含量≤8%，氯鹽環(huán)境下≤10%6氯離子含量不宜大于0.10%（鋼筋混凝土）≤0.06%（預(yù)應(yīng)力混凝土）注：1當(dāng)骨料具有堿—硅酸反應(yīng)活性時，水泥的堿含量不應(yīng)超過0.60%。

2C40及以上混凝土用水泥的堿含量不宜超過0.60%。水泥技術(shù)要求高性能混凝土原材料第11頁/共89頁序號項目技術(shù)要求C50以下混凝土C50及以上混凝土1細(xì)度，%≤20≤122氯離子含量，%不宜大于0.023需水量比，%≤105≤1004燒失量，%≤5.0≤3.05含水量，%≤1.0（干排灰）6SO3含量，%≤3.07CaO含量，%≤10（對于硫酸鹽侵蝕環(huán)境）粉煤灰技術(shù)要求粉煤灰高性能混凝土原材料第12頁/共89頁序號項目技術(shù)要求1MgO含量，%≤142SO3含量，%≤4.03燒失量，%≤3.04氯離子含量，%≤0.025比表面積，m2/kg350～5006需水量比，%≤1007含水率，%≤1.08活性指數(shù)，%，28d≥95礦渣技術(shù)要求礦渣高性能混凝土原材料第13頁/共89頁序號項目技術(shù)要求1燒失量，%≤62氯離子含量，%不宜大于0.023SiO2含量，%≥854比表面積，m2/kg≥180005需水量比，%≤1256含水率，%≤3.07活性指數(shù)，%，28d≥85硅灰技術(shù)要求硅灰高性能混凝土原材料第14頁/共89頁

外加劑應(yīng)采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、能明顯提高混凝土耐久性且質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。外加劑與水泥之間應(yīng)有良好的相容性。外加劑須經(jīng)質(zhì)檢部門檢驗、鑒定。外加劑高性能混凝土原材料第15頁/共89頁序號項目技術(shù)指標(biāo)1水泥凈漿流動度，mm≥2402硫酸鈉含量，%≤10.03氯離子含量，%≤0.24堿含量(Na2O+0.658K2O),%≤10.0混凝土外加劑技術(shù)指標(biāo)高性能混凝土原材料第16頁/共89頁序號項目指標(biāo)備注5減水率，%≥206含氣量，%≥3.0用于配制非抗凍混凝土?xí)r≥4.5用于配制抗凍混凝土?xí)r7坍落度保留值，mm30min≥180用于泵送混凝土?xí)r60min≥150用于泵送混凝土?xí)r8常壓泌水率比，%≤209壓力泌水率比，%≤90用于泵送混凝土?xí)r10抗壓強(qiáng)度比，%3d≥1307d≥12528d≥12011對鋼筋銹蝕作用無銹蝕12收縮率比，%≤13513相對耐久性指標(biāo)，%，200次≥80混凝土外加劑技術(shù)指標(biāo)高性能混凝土原材料第17頁/共89頁砂砂子應(yīng)選擇質(zhì)地堅硬、級配良好的中、粗河砂或人工砂。不宜使用山砂，不得使用海砂。高性能混凝土原材料第18頁/共89頁序號項目技術(shù)指標(biāo)＜C30C30～C45≥C501含泥量，%≤3.0≤2.5≤2.02泥塊含量，%≤0.53云母含量，%≤0.54輕物質(zhì)含量，%≤0.55氯離子含量，%＜0.026SO3含量，%≤0.57有機(jī)物含量合格混凝土用砂技術(shù)指標(biāo)高性能混凝土原材料第19頁/共89頁石粗骨料應(yīng)選擇級配良好、質(zhì)地堅硬的碎石或碎卵石。骨料最大粒徑不宜大于25mm，宜采用15~25mm和5~15mm兩級粗骨料配合。粗骨料為碎石時，碎石的強(qiáng)度用巖石抗壓強(qiáng)度表示，且?guī)r石抗壓強(qiáng)度與混凝土強(qiáng)度等級之比不應(yīng)小于1.5。高性能混凝土原材料第20頁/共89頁序號項目技術(shù)指標(biāo)1級配二級或多級級配2堆積密度>1500kg/m33吸水率<2%4緊密孔隙率<40%5堅固性≤8%（鋼筋砼）≤5%6巖石抗壓強(qiáng)度與混凝土抗壓等級比值≥1.5混凝土用石技術(shù)指標(biāo)高性能混凝土原材料第21頁/共89頁序號項目＜C30C30～C45≥C501含泥量，%≤1.0≤1.0≤0.52泥塊含量，%≤0.253針、片狀顆粒總含量，%≤10≤10≤84硫化物及硫酸鹽含量（折算成SO3），%≤0.55氯離子含量，%＜0.026碎卵石中有機(jī)質(zhì)含量合格混凝土用石技術(shù)指標(biāo)高性能混凝土原材料第22頁/共89頁拌合水高性能混凝土的拌合和養(yǎng)護(hù)用水為飲用水，質(zhì)量符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。嚴(yán)禁采用海水。高性能混凝土原材料第23頁/共89頁低水膠比低水膠比對高性能混凝土很重要，依靠高效減水劑和優(yōu)質(zhì)礦物細(xì)粉摻合料實現(xiàn)混凝土的低水膠比。控制膠凝材料用量

膠凝材料過多，不僅增加成本，混凝土的體積穩(wěn)定性也差，同時，對獲得高強(qiáng)度意義不大。應(yīng)該通過合理調(diào)整粗細(xì)骨料用量及砂率控制空隙率，實現(xiàn)較低水膠比下的良好和易性。高性能混凝土原材料第24頁/共89頁摻加優(yōu)質(zhì)化學(xué)外加劑

混凝土中應(yīng)該摻加一定量的引氣劑，使混凝土的含氣量在3-4%。盡可能使用聚羧酸高性能減水劑，以提高工作性，減少收縮。摻加礦物摻合料混凝土中應(yīng)選擇性摻加粉煤灰、礦渣、硅灰等礦物摻合料，采用單摻或復(fù)摻的方法部分取代水泥，用以改善混凝土的工作性能、力學(xué)性能和耐久性能。高性能混凝土原材料第25頁/共89頁減水劑的作用

減少混凝土用水量，降低水泥基材料硬化漿體的孔隙率，改善孔隙結(jié)構(gòu)，提高界面強(qiáng)度，使得混凝土力學(xué)性能和耐久性均有所提高。此外，減水劑還可改善混凝土的工作性能。減水劑高性能混凝土原材料第26頁/共89頁減水劑的種類類型系列減水率普通減水劑木質(zhì)磺酸鈣5%~12%高效減水劑萘系，密胺系，氨基磺酸系15%~30%高性能減水劑聚羧酸系25%~45%（1）摻量?。?.15%~0.3%），減水率高（25%~45%）；（2）混凝土工作性好，坍落度損失??；（3）混凝土收縮小，抑制收縮裂縫的產(chǎn)生；（4）無污染環(huán)保產(chǎn)品。高性能混凝土原材料第27頁/共89頁引氣劑引氣劑的作用（1）顯著提高混凝土的抗凍性，減緩硫酸鹽腐蝕和堿-骨料反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力。（2）有輕微減水作用，減少混凝土表面泌水。（3）改善混凝土的均質(zhì)性和流動性，顯著提高可泵性。高性能混凝土原材料第28頁/共89頁

引氣劑摻量為0.02％的混凝土在125次凍融循環(huán)后相對動彈性模量下降速率呈現(xiàn)明顯加速的趨勢；引氣劑摻量為0.025％的混凝土在150次凍融循環(huán)后形成其下降速率加速的趨勢；而引氣劑摻量為0.03％的混凝土在175次凍融循環(huán)后才呈現(xiàn)此趨勢。含氣量對混凝土凍融循環(huán)后相對動彈性模量影響很大，因此對抗凍性有要求的建筑，摻入適量的引氣劑是很必要的。高性能混凝土原材料第29頁/共89頁引氣劑摻量0.02%試件的抗壓強(qiáng)度下降很快，50次凍融循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度下降了9％；100次凍融循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度下降了22％；而150次凍融循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度下降率超過了50％。含氣量較大的兩組，300次凍融循環(huán)后，抗壓強(qiáng)度分別下降了34.27％和27.68％。高性能混凝土原材料第30頁/共89頁摻加引氣劑未摻引氣劑

經(jīng)歷相同的凍融循環(huán)后，未摻加引氣劑的混凝土試件表面膠凝材料的流失，坑蝕孔洞明顯，表面骨料外露。摻加適量引氣劑的混凝土試件，其表面僅出現(xiàn)許多小的坑蝕。高性能混凝土原材料第31頁/共89頁礦物摻合料礦物摻合料的效應(yīng)1“形態(tài)效應(yīng)”

粉煤灰中含有大量空心或?qū)嵭牡牟Ａе椤⑿螤畈灰?guī)則的顆粒以及多孔的粗粒，其形態(tài)特征是：粒形圓整、表面光滑、粒度較細(xì)、質(zhì)地致密。這些形態(tài)上的特點(diǎn)促使水泥漿體的需水量降低；比水泥熟料粒度更細(xì)的、級配連續(xù)的粉煤灰微粒均勻地分布在漿體中，會增強(qiáng)保水性和勻質(zhì)性，改善了漿體的初始結(jié)構(gòu)；玻璃球體減小水泥顆粒之間的摩擦阻力，改善混凝土的和易性。高性能混凝土原材料第32頁/共89頁礦物摻合料的效應(yīng)2“活性效應(yīng)”礦物摻合料中，存在著一定數(shù)量的活性二氧化硅、活性氧化鋁等活性組分。這些活性組分與水泥熟料水化時放出的氫氧化鈣的反應(yīng)，生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣或水化硫鋁酸鈣等反應(yīng)產(chǎn)物，該反應(yīng)過程為二次水化過程。二次水化過程中，粉煤灰顆粒與水泥水化產(chǎn)物之間的聯(lián)接不斷加強(qiáng)，對促進(jìn)水泥基材料強(qiáng)度增長，尤其是抗拉強(qiáng)度的增長，起了重要作用。高性能混凝土原材料第33頁/共89頁礦物摻合料的效應(yīng)3“微集料效應(yīng)”

微集料效應(yīng)可以分為微集料顆料強(qiáng)度對水泥基材料強(qiáng)度的影響和微集顆粒粒徑對水泥基材料強(qiáng)度的影響。粉煤灰微粒本身強(qiáng)度是高的，美國明尼蘇達(dá)州大學(xué)測得厚壁的空心微珠抗壓強(qiáng)度在7031kg/cm2以上。粒度30μm以下的粉煤灰顆粒在水泥石中可以起相當(dāng)于未水化水泥熟料微粒的作用。微集料效應(yīng)增強(qiáng)了水泥基材料的強(qiáng)度。高性能混凝土原材料第34頁/共89頁混凝土抗?jié)B性提高混凝土的毛細(xì)孔隙率和總孔隙率有所減小氯離子、硫酸根離子、二氧化碳等物質(zhì)的擴(kuò)散速度下降延緩了鋼筋的銹蝕和混凝土開裂延長了混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命！摻加適量的礦物摻合料單摻粉煤灰，最佳摻量為30%，不宜超過50%；三摻粉煤灰、礦渣、硅灰，總摻量40%~60%為佳。高性能混凝土原材料第35頁/共89頁高性能混凝土配合比設(shè)計第36頁/共89頁高性能混凝土配合比設(shè)計參數(shù)水膠比漿集比砂率減水劑用量耐久性要求低水膠比，為了保證高流動性就要用較大的漿集比和砂率。而粗集料用量減小時，強(qiáng)度會有所提高，但卻會影響混凝土的彈性模量，增加干縮和徐變。配合比設(shè)計的任務(wù)就是正確地選擇原材料和配合比參數(shù)，使其中的矛盾得到統(tǒng)一，得到經(jīng)濟(jì)、合理的混凝土拌和物。高性能混凝土配合比設(shè)計第37頁/共89頁水膠比低水膠比是高性能混凝土的配制特點(diǎn)之一。為保證混凝土具有足夠的抗?jié)B性和耐久性，無論設(shè)計強(qiáng)度是多少，配制高性能混凝土的水膠比一般都不大于0.40。砼強(qiáng)度等級C50C60C70C80C90C100水膠比0.37~0.330.34~0.300.31~0.270.28~0.240.25~0.210.23~0.19水膠比的選擇高性能混凝土配合比設(shè)計第38頁/共89頁漿集比水泥漿和集料的比例為漿集比。美國Mehta和Aitcin認(rèn)為，采用適宜的集料時，固定漿集體積比35：65可以很好地解決強(qiáng)度、工作性和尺寸穩(wěn)定性(彈性模量、干縮和徐變)之間的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。根據(jù)經(jīng)驗，高性能混凝土中膠凝材料總用量不能低于300kg/m3，不應(yīng)超過550kg/m3。水泥用量應(yīng)盡量減少，而以干縮小的礦物細(xì)摻料部分取代之，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，降低造價。根據(jù)國內(nèi)外有關(guān)研究報告和工程實踐資料，建議配制C50~C70的高性能混凝土，可單獨(dú)摻加15%~30%的優(yōu)質(zhì)粉煤灰或20%~50%礦渣代替水泥；配制C80以上的混凝土，可用5%~10%的硅灰和15%~35%的優(yōu)質(zhì)粉煤灰或礦渣混合摻入。高性能混凝土配合比設(shè)計第39頁/共89頁砂率砂率的選擇

在水泥漿量一定的情況下，砂率在混凝土中主要影響工作性。砂率不宜超過0.46，超過此值后，混凝土坍落度損失較多。石子級配越差，則要求的砂率越大，越要求使用粗的砂。摻入密度小的輔助膠凝材料時，可減小砂率。高性能混凝土配合比設(shè)計第40頁/共89頁減水劑用量高性能混凝土的高強(qiáng)度、高耐久性是以低水膠比和低用水量為保證的，高效減水劑是實現(xiàn)大流動性的唯一途徑。高效減水劑的摻量要根據(jù)混凝土坍落度來確定。一般情況下，用量越大，坍落度增加越高，但超過一定量后效果不再顯著，也不經(jīng)濟(jì)。高效減水劑均有其最佳摻量，大多數(shù)在1%~2%之間，以此為參照可以確定高效減水劑摻量。高性能混凝土配合比設(shè)計第41頁/共89頁（1）確定混凝土的配制強(qiáng)度（2）估計拌合水量強(qiáng)度等級平均強(qiáng)度/MPa最大用水量/(kg/m3)A60160B75150C90140D105130E120120不同強(qiáng)度等級的高性能混凝土最大用水量高性能混凝土配合比設(shè)計第42頁/共89頁（3）計算漿體體積組成固定漿體和集料的體積比為35:65，可以很好地解決強(qiáng)度、工作性和體積穩(wěn)定性之間的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。用漿體0.35m3，減去上一步估計用水量和0.02m3的含氣量，按礦物摻合料的摻量計算漿體中各組分的體積含量。強(qiáng)度等級水空氣膠凝材料總量PCPC+FA（BFS）PC+FA（BFS）+CSFA0.160.020.170.170.1275+0.04250.1275+0.0255+0.0170B0.150.020.180.180.1350+0.04500.1350+0.0270+0.0180C0.140.020.190.190.1425+0.04750.1425+0.0285+0.0190D0.130.020.20——0.1500+0.05000.1500+0.0300+0.0200E0.120.020.22——0.1575+0.05250.1575+0.0315+0.02100.35m3漿體中各組分體積含量高性能混凝土配合比設(shè)計第43頁/共89頁（4）估計集料用量集料的總體積為0.65m3，粗細(xì)集料的體積比可以由下表查出。強(qiáng)度等級平均強(qiáng)度/MPa粗集料體積/%細(xì)集料體積/%A606040B756139C906238D1056337E1206436粗細(xì)集料的體積比高性能混凝土配合比設(shè)計第44頁/共89頁（5）估算混凝土中各材料的用量常用原材料的密度為：硅酸鹽水泥3.14g/cm3，粉煤灰和磨細(xì)礦渣2.5g/cm3，天然砂2.65g/cm3，普通礫石或碎石2.7g/cm3。根據(jù)材料所占體積，計算材料用量。（6）試配和調(diào)整該方法用到很多假設(shè)，因此必須用現(xiàn)場使用的原材料經(jīng)多次試配，逐漸調(diào)整。增大坍落度增加高效減水劑摻量離析、泌水增大砂率、減小砂的細(xì)度模數(shù)增加高效減水劑不起作用更換水泥混凝土28d強(qiáng)度較低減少用水量高性能混凝土配合比設(shè)計第45頁/共89頁

參考Mehta和Aitcin推薦的高性能混凝土配合比設(shè)計方法，中國建筑材料科學(xué)研究院和清華大學(xué)分別配制了礦渣硅灰高性能混凝土和粉煤灰高性能混凝土：試配強(qiáng)度按fcu.p=fcu+1.645δ計算，δ取值根據(jù)統(tǒng)計資料確定。無統(tǒng)計資料時，C50、C60混凝土試配強(qiáng)度不低于強(qiáng)度等級值的1.15倍，C70、C80混凝土試配強(qiáng)度不低于強(qiáng)度等級值的1.12倍。混凝土水膠比應(yīng)控制在0.38~0.25范圍內(nèi)，混凝土強(qiáng)度等級越高，水膠比越低。混凝土砂率宜為28%~34%，采用泵送工藝時，可為34%~44%。水泥用量不宜大于500kg/m3，膠凝材料總量不宜大于600kg/m3。礦物摻合料等量取代水泥最大用量為：粉煤灰≤30%，磨細(xì)礦渣≤50%，硅灰≤10%，磨細(xì)天然沸石≤10%，復(fù)合摻合料≤50%?；瘜W(xué)外加劑的摻量應(yīng)使混凝土達(dá)到規(guī)定水膠比和工作度，且最高摻量時，不應(yīng)對混凝土性能產(chǎn)生不利影響。高性能混凝土配合比設(shè)計第46頁/共89頁

為了獲得高質(zhì)量的混凝土，拌合物澆筑后必須在硬化初期階段在適合的環(huán)境中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。美國混凝土協(xié)會（ACI）將養(yǎng)護(hù)定義為：“水泥在水分與溫度滿足的條件下持續(xù)水化，水泥混凝土逐漸成熟和硬度發(fā)展的過程。”養(yǎng)護(hù)即為水泥（或膠凝材料）原始的水化提供適宜的溫度和濕度環(huán)境，直到新鮮水泥漿中原始充水孔為水泥水化產(chǎn)物填充到所要求的程度為止?；炷琉B(yǎng)護(hù)高性能混凝土配合比設(shè)計第47頁/共89頁自然養(yǎng)護(hù)混凝土帶模養(yǎng)護(hù)期間，應(yīng)采取帶模包裹、澆水、噴淋灑水等措施進(jìn)行保濕、潮濕養(yǎng)護(hù)，保證模板接縫處不致失水干燥。混凝土去除表面覆蓋物或拆模后，應(yīng)對混凝土采用蓄水、澆水或覆蓋灑水等措施進(jìn)行潮濕養(yǎng)護(hù)，也可在混凝土表面處于潮濕狀態(tài)時，迅速采用麻布、草簾等材料將暴露面混凝土覆蓋或包裹，再用塑料布或帆布等將麻布、草簾等保濕材料包覆。高性能混凝土配合比設(shè)計第48頁/共89頁蒸汽養(yǎng)護(hù)蒸氣養(yǎng)護(hù)又稱濕熱養(yǎng)護(hù)，是指在濕熱介質(zhì)作用下，引起混凝土一系列物理、化學(xué)、力學(xué)的變化，從而加速混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形成，獲得早強(qiáng)快硬的效果。常壓濕熱養(yǎng)護(hù)時，介質(zhì)溫度不超過100℃，相對濕度不低于90%。高性能混凝土配合比設(shè)計第49頁/共89頁高性能混凝土工程應(yīng)用第50頁/共89頁

國道主干線哈爾濱繞城高速東北段松花江大橋位于哈爾濱市東北部距市區(qū)5公里處的松花江主河道內(nèi)，為新建公路橋梁。大橋全長2324.92m，其中主橋長595m，引橋長1729.92m。主橋采用大跨度預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁結(jié)構(gòu)，引橋采用預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T梁結(jié)構(gòu)。

松花江大橋地處東北高緯度地區(qū)，冬季漫長嚴(yán)寒，大橋所處地區(qū)的年平均氣溫為7.8℃，月平均最高氣溫（8月）為28.2℃，月平均最低氣溫（1月）為-16.8℃，年冰凍期約120天，年降雪時間最長可達(dá)2個月。工程概況高性能混凝土工程應(yīng)用第51頁/共89頁松花江大橋施工現(xiàn)場1松花江大橋施工現(xiàn)場2高性能混凝土工程應(yīng)用第52頁/共89頁原材料及混凝土配合比

水泥采用賓州水泥廠P.O42.5水泥；摻和料采用哈三電Ⅱ級粉煤灰；細(xì)骨料為中砂，細(xì)度模數(shù)Mx=2.62；粗骨料為粒徑5～20mm連續(xù)級配；外加劑采用JFL-5型高效減水劑。構(gòu)件名稱設(shè)計強(qiáng)度水泥/kg粉煤灰/kg硅灰/kg砂子/kg石子/kg水/kg外加劑/kg水膠比引橋T梁C5547050064711571539.180.29主橋箱梁C6043011822644110712513.680.22橋梁高性能混凝土配合比設(shè)計高性能混凝土工程應(yīng)用第53頁/共89頁混凝土力學(xué)及耐久性能測試結(jié)果混凝土抗壓強(qiáng)度名稱強(qiáng)度標(biāo)號28天強(qiáng)度/MPa180天強(qiáng)度/MPa引橋T梁混凝土C5563.970.7主橋箱梁混凝土C6079.785.9構(gòu)件主橋箱梁引橋T梁回彈平均值Rm44.351.9強(qiáng)度換算值fcu72.682.4混凝土立方體試塊抗壓強(qiáng)度混凝土構(gòu)件強(qiáng)度回彈法測試結(jié)果/MPa高性能混凝土工程應(yīng)用第54頁/共89頁混凝土碳化性能試驗結(jié)果表明，混凝土碳化深度值極小，且變化規(guī)律不明顯，齡期為56天時，引橋梁混凝土碳化深度僅為1.03mm，而主橋梁混凝土碳化深度僅為0.6mm。因此，碳化作用對橋梁影響極小。高性能混凝土工程應(yīng)用第55頁/共89頁混凝土抗凍性

采用快凍法對大橋高性能混凝土試件進(jìn)行了抗凍性試驗。試驗結(jié)果表明，高性能混凝土凍融循環(huán)次數(shù)大于300次，滿足規(guī)范要求?；炷量焖賰鋈谠囼灨咝阅芑炷凉こ虘?yīng)用第56頁/共89頁混凝土氯離子擴(kuò)散引橋梁混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)主橋梁混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)

通過室內(nèi)模擬試驗，對大橋梁混凝土進(jìn)行了不同凍融損傷下的氯離子侵蝕規(guī)律研究,試驗結(jié)果表明混凝土抗氯離子滲透性良好。高性能混凝土工程應(yīng)用第57頁/共89頁混凝土電鏡掃描高性能混凝土工程應(yīng)用第58頁/共89頁

青島膠州灣海底隧道為城市快速道路隧道，是我國的第二條跨海隧道，北起團(tuán)島，穿越膠州灣灣口海域，在薛家島出洞，青島膠州灣海底隧道總長7870m，其中海域段3950m，陸域段2220m，此外在團(tuán)島另有陸上接線隧道長約1700m。隧道采用雙洞外加服務(wù)隧道，礦山法施工，工期為3~4年，工程總投資30多億元。根據(jù)專家評審和設(shè)計要求，膠州灣海底隧道使用壽命應(yīng)在100年以上。針對指揮部的要求和海底隧道工程的特點(diǎn)，全面進(jìn)行了二次襯砌混凝土配合比優(yōu)化、物理力學(xué)性能和耐久性能的研究工作。工程概況高性能混凝土工程應(yīng)用第59頁/共89頁高性能混凝土工程應(yīng)用第60頁/共89頁材料要求水泥52.5硅酸鹽水泥，細(xì)度≤/kg，C含量≤8％，游離氧化鈣≤1.5％，水溶性氯離子含量≤0.02％，含堿量≤0.6%。磨細(xì)礦粉應(yīng)為100%水淬高爐礦渣制得的S95或S105級礦粉，比表面積應(yīng)控制在350/kg，三氧化硫含量≤3％，水溶性氯離子含量≤0.02％，可溶性堿含量≤0.45％。粉煤灰I級粉煤灰，細(xì)度≤12％，燒失量≤4％，需水量比≤95％，三氧化硫含量≤3％，水溶性氯離子含量≤0.02％，可溶性堿含量（按Na2O+0.658K2O計算）≤0.30％。砂細(xì)度模數(shù)2.4-3.0的河砂，含泥及泥塊量≤2％，云母及輕物質(zhì)含量≤1.0％，水溶性氯離子含量≤0.01%，無潛在的堿活性。石子5-25mm連續(xù)級配的碎石，吸水率≤2%，空隙率宜≤40%，壓碎指標(biāo)宜≤7%，針片狀顆?？偤恳恕?%，含泥及泥塊量≤1.5%，水溶性氯離子含量≤0.01%，無潛在的堿活性。水氯離子含量≤200mg/L；硫酸鹽含量按SO42-計≤0.22%。減水劑水溶性氯離子含量≤0.2%，與水泥和摻合料有良好的相容性。原材料高性能混凝土工程應(yīng)用第61頁/共89頁項目指標(biāo)混凝土性能強(qiáng)度3d≥21MPa28d≥58MPa抗?jié)B等級≥S12水膠比≤0.3428d氯離子擴(kuò)散系數(shù)≤4×10-8cm2/s水溶性氯離子含量≤0.35kg/m3堿含量≤3kg/m3配合比Kg/m3水泥磨細(xì)礦粉粉煤灰砂石水減水劑250145757301095150-1555.2-6.0混凝土配合比及性能高性能混凝土工程應(yīng)用第62頁/共89頁

二襯C50系列混凝土現(xiàn)場實驗室結(jié)果表明：混凝土的初始坍落度均在190~240mm間，混凝土90min后的坍落度在175~210mm之間，滿足施工工作性要求；混凝土3d強(qiáng)度在25~37MPa之間，早期強(qiáng)度滿足設(shè)計和施工要求；7d和28d強(qiáng)度發(fā)展正常，滿足設(shè)計強(qiáng)度要求；28d混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)在2.4~7.6×10-13m2/s，滿足設(shè)計要求?，F(xiàn)場澆注襯砌混凝土工作性良好，澆注質(zhì)量良好，混凝土強(qiáng)度、氯離子擴(kuò)散系數(shù)、抗碳化能力、抗凍性能等基本滿足設(shè)計要求。高性能混凝土性能測試結(jié)果高性能混凝土工程應(yīng)用第63頁/共89頁高性能混凝土常見問題及對策第64頁/共89頁混凝土收縮開裂高性能混凝土具有水膠比較低、水泥用量較大以及砂率較高等特點(diǎn)，使得混凝土收縮較大，容易開裂?！笆湛s”簡單地說，就是混凝土失水造成體積縮小的現(xiàn)象。嚴(yán)格地說，它是三維的變形,但通常以線性變形表示。通常所謂收縮，是指混凝土暴露在相對濕度小于100%的空氣中產(chǎn)生“干燥收縮”的簡稱。然而由于環(huán)境的作用，混凝土還會產(chǎn)生許多其它種類的收縮變形?；炷恋氖湛s主要包括：化學(xué)減縮、干燥收縮、自收縮、溫度收縮、塑性收縮和碳化收縮。上述各種收縮，它們彼此獨(dú)立地發(fā)生或者同時出現(xiàn)。高性能混凝土常見問題及對策第65頁/共89頁高性能混凝土常見問題及對策第66頁/共89頁水化速率快的水泥，如早強(qiáng)水泥、鋁酸鹽水泥等自收縮較大。硅酸鹽水泥的礦物組成中，C3A和C4AF對自收縮的影響最大。用中熱或低熱硅酸鹽水泥制備的混凝土的自收縮值比普通硅酸鹽水泥混凝土低得多。另外，水泥的細(xì)度對自收縮值也有影響，較細(xì)的水泥在早期表現(xiàn)出較大的自收縮速度。（1）使用高C2S和低C3A或C4AF的硅酸鹽水泥抑制混凝土收縮開裂的措施高性能混凝土常見問題及對策第67頁/共89頁骨料因其彈性模量大于水泥漿體的彈性模量，故在混凝土中起限制變形的作用。一般情況下，高性能混凝土的自收縮均隨骨料體積含量的增加而減小，并且同配比的混凝土其自收縮隨骨料彈性模量的增加而減少。（2）選用高彈性模量的骨料配制高性能混凝土高性能混凝土常見問題及對策第68頁/共89頁（3）摻加纖維纖維能有效阻止混凝土塑性期裂縫的產(chǎn)生，由于纖維在混凝土內(nèi)呈現(xiàn)三維空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，起到支撐集料的作用，在一定程度上阻止了粗、細(xì)集料的沉降；同時也降低了混凝土表面的析水現(xiàn)象，有效阻止由于混凝土表面迅速失水造成塑性期較大體積收縮，從而抑制塑性期混凝土表面出現(xiàn)裂縫。塑性狀態(tài)的混凝土強(qiáng)度極低，纖維在塑性狀態(tài)的混凝土中能承受由于干縮而產(chǎn)生的拉應(yīng)力，減少并阻止塑性狀態(tài)下混凝土內(nèi)部裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展。高性能混凝土常見問題及對策第69頁/共89頁未摻纖維單摻PVA纖維單摻纖維素纖維雙摻PVA和纖維素纖維高性能混凝土常見問題及對策第70頁/共89頁高性能混凝土常見問題及對策第71頁/共89頁（4）摻加減縮劑、膨脹劑減縮劑通過減小孔隙水的表面張力而降低在干燥過程中表面應(yīng)力的產(chǎn)生，一定程度上降低了開裂面積和最大裂寬，對于早期的塑性開裂具有顯著的抑制作用。

在水分快速蒸發(fā)的條件下，膨脹劑的摻人使得開裂面積和最大裂寬均有所增加，不僅沒有抑制作用，對于抵抗早期的塑性開裂反而具有不利影響。但是，如果能夠適當(dāng)延長標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時間，摻膨脹劑的砂漿的初裂時間較基準(zhǔn)混凝土有所延長，抵抗干縮開裂的能力明顯增強(qiáng)。高性能混凝土常見問題及對策第72頁/共89頁（5）選取合適的礦物摻合料高性能混凝土常見問題及對策第73頁/共89頁（6）加強(qiáng)混凝土的早期養(yǎng)護(hù)

及時采取養(yǎng)護(hù)措施可有效地減小高性能混凝土的早期收縮，為獲得良好的減縮效果，養(yǎng)護(hù)宜從混凝土初凝甚至澆筑后就開始。隨著起始養(yǎng)護(hù)齡期的推遲，養(yǎng)護(hù)的“減縮效果”下降，在初凝后h8再開始養(yǎng)護(hù)已經(jīng)收效甚微。隨著水灰比的減小，混凝土的早期收縮增加，其中溫度變形和自收縮的比重增大，養(yǎng)護(hù)的減縮作用也有所減弱，因此對起始養(yǎng)護(hù)齡期的要求也更高。低水灰比條件下，混凝土的早期收縮不能通過養(yǎng)護(hù)完全消除。無論是采用何種養(yǎng)護(hù)來控制混凝土的早期收縮，都應(yīng)保證足夠的養(yǎng)護(hù)的時間。高性能混凝土常見問題及對策第74頁/共89頁高效減水劑與水泥的相容性

外加劑的發(fā)展異常迅速，特別是高效減水劑的需求量越來越大而且對建筑業(yè)的發(fā)展起到了極大的推動。但隨著使用的普及，一些問題的相應(yīng)出現(xiàn)，比如水膠比較低時，盡管所用水泥和高效減水劑的質(zhì)量都符合國家標(biāo)準(zhǔn)，但配制的拌合物并不理想：混凝土在攪拌過程中即出現(xiàn)異常凝結(jié)；新拌混凝土坍落度經(jīng)時損失率高；混凝土泌水、分層離析現(xiàn)象嚴(yán)重；混凝土強(qiáng)度增長緩慢，甚至下降；混凝土收縮開裂加劇。這些現(xiàn)象說明水泥與高效減水劑有一個互相匹配的問題，即相容性問題。（1）相容性問題的提出高性能混凝土常見問題及對策第75頁/共89頁（2）相容性評價指標(biāo)全面表征水泥與減水劑相容性應(yīng)包括以下指標(biāo)：減水劑的飽和摻量；減水劑推薦摻量下的凈漿初始流動度；減水劑推薦摻量下的凈漿60min(30min)經(jīng)時流動度；一定減水劑摻量下凈漿的保水性。水泥與減水劑相容性良好應(yīng)包括以下特點(diǎn):飽和摻量點(diǎn)明確；飽和摻量不高；初始流動度較大；經(jīng)時流動度損失較??；

一定減水劑摻量時凈漿沒有明顯泌水。上述任何一個方面存在問題，均視為水泥與減水劑相容性不好。高性能混凝土常見問題及對策第76頁/共89頁（3）減水劑適應(yīng)性測試方法Marsh筒法

將水泥、水與減水劑在水泥凈漿攪拌機(jī)內(nèi)攪拌均勻后，倒入Marsh筒內(nèi)，下部用一小塊玻璃板控制漿體的流動(從攪拌至裝樣大約需要5min)，快速抽玻璃板的同時用秒表計時，等到漿體到達(dá)200ml容量瓶的刻度線時記錄所用時間，該時間稱為漿體的5minMarsh時間。然后將漿體放入燒杯靜置，用玻璃板覆蓋防止水分散失，60min后觀察泌水情況，而后攪拌均勻，測其Marsh時間，該時間稱為60minMarsh時間。高性能混凝土常見問題及對策第77頁/共89頁按照GB/T8077-2000《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》的規(guī)定，用小坍落度筒(截錐體上口尺寸為φ36mm，高60mm)實驗方法進(jìn)行水泥漿體流動度測定。樣品用水泥300g，水灰比為0.29，減水劑摻量均以固體含量計(0.8%)，每組漿體的流動度測量取2個測點(diǎn)，分別為拌和均勻后5和60min。微型坍落度儀法高性能混凝土常見問題及對策第78頁/共89頁目前，評價水泥與減水劑相容性通常采用水泥凈漿流動度法，但實踐表明，水泥凈漿的流變性能不能完全代表混凝土的