高性能混凝土材料

高性能混凝土材料班級：建材五班學(xué)號：B11030519姓名：王得讓指導(dǎo)教師：王雷摘要高性能混凝土是一種是以耐久性為主要指標同時具備高強、高早強、高施工性等優(yōu)異性能的新型混凝土。應(yīng)該通過制備的科學(xué)性以及提高澆筑、搗實等施工方法和工藝來提高混凝土的高施工性、高強度和體積穩(wěn)定性從而提高道路橋梁的使用壽命和整體經(jīng)濟效益。Thehighperformanceconcreteisbasedondurabilityasthemainindicators,alongwithhighstrength,highearlystrength,highworkabilityandexcellentperformanceofnewconcrete.Throughthepreparationofthescientificandimprovethecasting,totracetheactualconstructionmethodsandprocesstoimproveconcreteconstruction,highstrengthandvolumestability,therebyenhancingthelifeandtheoveralleconomicbenefitsofroadsandbridges.關(guān)鍵字：高強、高性能混凝土高性能混凝土的定義高性能混凝土(HighPerformanceConcrete,簡稱HPC)是在高強度混凝土(HighStrengthConcrete,簡稱HSC)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。在不同國家，甚至是同一國家的不同應(yīng)用部門，對高性能混凝土的定義都有差別。美國和加拿大的學(xué)者認為高性能混凝土應(yīng)該是高耐久性的，而不僅僅是高強度；除了強度之外，高耐久性還應(yīng)包括高的體積穩(wěn)定性、低滲透性和高工作性。日本學(xué)者更重視混凝土的工作性，認為高流態(tài)、免振自密實混凝土就是高性能混凝土。英國和北美學(xué)者則更重視混凝土的強度。綜合分析各種觀點，我國學(xué)者提出：高性能混凝土是在大幅度提高常規(guī)混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代(先進的預(yù)拌)混凝土技術(shù)，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水、集料外，必須摻加足夠數(shù)量的活性細摻料和高效外加劑的一種新型高技術(shù)混凝土。高性能混凝土應(yīng)具有幾種性能：耐久性、工作性及各種力學(xué)性能。但目前，高性能混凝土的概念又有了新的變化，清華大學(xué)馮乃謙教授提出普通混凝土也可能高性能化，其研究成果在工程實際中也得到了應(yīng)用。因此，高性能混凝土并不一定強調(diào)高強，還包括普通混凝土的高性能化。高性能混凝土產(chǎn)生的背景傳統(tǒng)的混凝土雖然已有近200年的歷史，也經(jīng)歷了幾次大的飛躍，但今天卻面臨著前所未有的嚴峻挑戰(zhàn)：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)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結(jié)構(gòu)，如高層建筑、跨海大橋、海底隧道、海上采油平臺、核反應(yīng)堆、有毒有害廢物處置工程等的建造需要在不斷增加。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。進入20世紀70年代以來,不少工業(yè)發(fā)達國家正面臨一些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別是早年修建的橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施老化問題，需要投入巨資進行維修或更新。1987年美國國家材料咨詢局的一份政府報告指出：在美國當時的57.5萬座橋梁中,大約有25.3萬座處于不同程度的破壞狀態(tài)，有的使用期不到20年，而且受損的橋梁每年還增加3.5萬座。1991年在提交美國國會的報告“國家公路和橋梁現(xiàn)狀”中指出，為修復(fù)或更換現(xiàn)存有缺陷橋梁的費用需投資910億美元;如拖延修復(fù)進程，費用將增至1310億美元。美國現(xiàn)存的全部混凝土工程的價值約6萬億美元，每年用于維修的費用高達300億美元在加拿大，為修復(fù)劣化損壞的全部基礎(chǔ)設(shè)施工程估計要耗費5000億美元。在英國，調(diào)查統(tǒng)計了271個工程劣化破壞實例，其中碳化銹蝕占17%，環(huán)境氯鹽銹蝕占33%，內(nèi)部氯鹽銹蝕占5%，混凝土凍蝕10%，混凝土磨蝕10%，混凝土堿一骨料反應(yīng)破壞9%，硫酸鹽化學(xué)腐蝕4%，其他各種不常發(fā)生的腐蝕破壞7%。我國結(jié)構(gòu)工程中混凝土耐久性問題也非常嚴重。建設(shè)部于20世紀90年代組織了對國內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)工業(yè)建筑及露天構(gòu)筑物在使用25?30年后即需大修，處于有害介質(zhì)中的建筑物使用壽命僅15?20年，民用建筑及公共建筑使用及維護條件較好，一般可維持50年。相對于房屋建筑來說，處于露天環(huán)境下的橋梁耐久性與病害狀況更為嚴重。據(jù)2000年全國公路普查，到2000年底我國已有各式公路橋梁278809座，公路危橋9597座，每年實際需要維修費用38億元，而實際到位僅8億元。港口、碼頭、閘門等工程因處于海洋環(huán)境，氯離子侵蝕引發(fā)鋼筋銹蝕，導(dǎo)致構(gòu)件開裂、腐蝕情況最為嚴重。1980年交通部四航局等單位對華南地區(qū)18座碼頭調(diào)查的結(jié)果，有80%以上均發(fā)生嚴重或較嚴重的鋼筋銹蝕破壞，出現(xiàn)破壞的時間有的距建成僅5—10年?；炷磷鳛橛昧孔畲蟮娜嗽觳牧?，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以上的潔凈水，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)？昆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潔凈材料，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，如何處置費舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環(huán)境帶來威脅。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痢闭窃谶@種背景下產(chǎn)生的。簡介它以耐久性作為設(shè)計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能重點予以保證:耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。為此，高性能混凝土在配置上的特點是采用低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，且必須摻加足夠數(shù)量的摻合料(礦物細摻料)和高效外加劑。3特性自密實性高性能混凝土的用水量較低，流動性好，抗離析性高，從而具有較優(yōu)異的填充性。因此，配好恰當?shù)拇罅鲃有愿咝阅芑炷劣休^好的自密實性。體積穩(wěn)定性高性能混凝土的體積穩(wěn)定性較高，表現(xiàn)為具有高彈性模量、低收縮與徐變、低溫度變形。普通混凝土的彈性模量為20~25GPa，采用適宜的材料與配合比的高性能混凝土，其彈性?？蛇_40~50GPa。采用高彈性模量、高強度的粗集料并降低混凝土中水泥漿體的含量，選用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天齡期的十縮值低于0.04%。強度高性能混凝土的抗壓強度已超過200MPa。28d平均強度介于100~120MPa的高性能混凝土，已在工程中應(yīng)用。高性能混凝土抗拉強度與抗壓強度值比較高強混凝土有明顯增加，高性能混凝土的早期強度發(fā)展加快，而后期強度的增長率卻低于普通強度混凝土。水化熱由于高性能混凝土的水灰比較低，會較早的終止水化反應(yīng)，因此，水化熱相應(yīng)的降低。收縮和徐變高性能混凝土的總收縮量與其強度成反比，強度越高總收縮量越小。但高性能混凝土的早期收縮率，隨著早期強度的提高而增大。相對濕度和環(huán)境溫度，仍然是影響高性能混凝土收縮性能的兩個主要因素。高性能混凝土的徐變變形顯著低于普通混凝土，高性能混凝土與普通強度混凝土相比較，高性能混凝土的徐變總量（基本徐變與干燥徐變之和）有顯著減少。在徐變總量中，干燥徐變值的減少更為顯著，基本徐變僅略有一些降低。而干燥徐變與基本徐變的比值，則隨著混凝土強度的增加而降低。耐久性高性能混凝土除通常的抗凍性、抗?jié)B性明顯高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Cl-滲透率，明顯低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有較高的密實性和抗?jié)B性，因此，其抗化學(xué)腐蝕性能顯著優(yōu)于普通強度混凝土。耐火性高性能混凝土在高溫作用下，會產(chǎn)生爆裂、剝落。由于混凝土的高密實度使自由水不易很快地從毛細孔中排出，再受高溫時其內(nèi)部形成的蒸汽壓力幾乎可達到飽和蒸汽壓力。在300°C溫度下，蒸汽壓力可達8MPa，而在350°C溫度下，蒸汽壓力可達17MPa，這樣的內(nèi)部壓力可使混凝土中產(chǎn)生5MPa拉伸應(yīng)力，使混凝土發(fā)生爆炸性剝蝕和脫落。因此高性能混凝土的耐高溫性能是一個值得重視的問題。為克服這一性能缺陷，可在高性能和高強度混凝土中摻入有機纖維，在高溫下混凝土中的纖維能熔解、揮發(fā)，形成許多連通的孔隙，使高溫作用產(chǎn)生的蒸汽壓力得以釋放，從而改善高性能混凝土的耐高溫性能。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)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結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程造價。高性能混凝土的配備高性能混凝土的組成材料包括水泥、粗細集料、多種礦物摻合料、水和超塑化劑，其組成和配比要比普通混凝土復(fù)雜，要求也高得多。水泥及其用量配制HPC可以使用普通硅酸鹽水泥、早強硅酸鹽水泥、中熱水泥等，其水標號大于或等于42.5R。水泥礦物組成中，C3A含量不應(yīng)超過8%，比表面不宜太高，通常比表面在3200cm2/g左右。試驗結(jié)果證明，C3A含量超過8%，水泥的流動度損失明顯，含堿量及硫酸鹽含量高的水泥更嚴重。為了控制水泥水化放熱量以及提高體積穩(wěn)定性，配制HPC時膠凝材料（包括水泥和活性摻合料）總用量通常在300?550kg/m3范圍。這樣，在合適的配合比條件下，可以得到抗壓強度40~120MPa的混凝土。為了適應(yīng)HPC的發(fā)展，最理想的辦法是生產(chǎn)一種低水灰比、高流動性、高標號的水泥，或者生產(chǎn)一種調(diào)節(jié)細度和顆粒組成的水泥，與普通水泥配合使用，這樣便能保證在水灰比0.2時，砂漿流動度在200mm以上。礦物摻合料礦物摻合料主要是粉煤灰、礦渣、硅粉等，它們是輔助膠凝材料，近幾年來在普通混凝土應(yīng)用中越來越普遍，一方面是由于經(jīng)濟效益顯著，另一方面是因為使用這種材料可以得到技術(shù)效果。在HPC中，應(yīng)用輔助膠凝材料的作用就更為突出。HPC的高強度部分來源于其基材的密實，即使有一部分水泥被一種或多種輔助代替，也對混凝土的早期強度不會有副作用。此外，化學(xué)活性較低的輔助膠凝材料代替部分水泥，從控制水化放熱和流變性能的角度也是有益的。用水量在拌合水大大減少的情況下，獲得大的流動性，使硬化混凝土具有高強度和高密實性。因此，必須使用超塑化劑破壞水泥粒子的絮凝結(jié)構(gòu)，使水泥粒子分散。拌合水大大減少使水泥粒子間距縮小，因此得到比普通混凝土密實得多的水泥石結(jié)構(gòu)，憑借這種高密實度的結(jié)構(gòu)，水化物形成較多的水泥石結(jié)構(gòu)，水化物形成較多的化學(xué)鍵合就能獲得非常高的抗壓強度。由于游離水含量較少，自干燥失水后使HPC的水泥石具有非常低孔隙率。在配制HPC時可以兩種形式即水灰比3/c和水膠比3/（c+s）兩者摻有摻合料時使用，HPC的抗壓強度不僅取決于水灰比，也取決于水泥石的密實度。換句話說，兩個影響混凝土強度的因素即水灰比和減小水化開始時粒子的間距。集料及其用量在配制HPC時，水泥漿與集料的體積比是0.35：0.65，除此之外，集料的種類對混凝土的體積穩(wěn)定性也有顯著影響。例如：水泥漿與集料的彈性模量或熱膨脹系數(shù)不相匹配，當結(jié)構(gòu)暴露在溫度變化頻繁的環(huán)境中將產(chǎn)生開裂。同樣，在一定的水泥漿、集料比時，使用彈性模量低的集料將會使混凝土的徐變增大。就長期尺寸穩(wěn)定性而言，通常認為混凝土集料用石灰?guī)r和玄巖比砂巖或河卵石好。在配合比相似時，，用花崗巖和礫石集料的混凝土比用輝綠巖或石灰?guī)r集料的混凝土強度低得多，這是由于水泥石與集料之間的界面區(qū)的結(jié)構(gòu)和粘結(jié)強度的差異造成的。除集料的材質(zhì)外，使用級配良好，潔凈集料（沒有泥土及脆弱顆粒）是必要的。作為細集料（小于5mm）通常采用中高細度模數(shù)（即2.5?3.0）的天然砂為好。在顆粒尺寸相同時，作為粗集料用破碎的致密石灰石或深層的巖漿巖（如花崗巖、正長巖、閃長巖和輝綠巖）通常以得到滿意的結(jié)果。粗集料的最大粒徑對HPC來說以10~15mm為最佳，超過25mm時，對混凝土強度和抗?jié)B性不利。由于HPC的集料與水泥石界面較強，集料確實是混凝土強度的制約因素，而在普通混凝土中幾乎不考慮這個問題。若采用水泥熟料球作為人造集料配制HPC，可能得到高強度和高彈性模量，其原因是產(chǎn)生致密和牢固的集料一水泥界面區(qū)。外加劑配制HPC不可缺少的是超塑化劑，而普通減水劑達不到HPC減水率和提高工作度的要求。超塑化劑或高效減水劑是陰離子型高分子表面活性劑。通常是萘磺酸鹽甲醛聚合物和三聚氤胺磺酸鹽甲醛聚合物。這兩個系列的超塑化劑很難說哪個好一些。三聚氤胺系超塑化劑減水率略差一些，但坍落度損失快，緩凝比萘系小得多，更適合與引氣劑復(fù)合使用。超塑化劑的摻量為水泥重量的1%?2%，對于不同等級的混凝土，隨著強度的增高其摻量增大。市售的超塑化劑產(chǎn)品很多，產(chǎn)品選擇通過試驗來確定，因為超塑化劑與水泥和摻合料之間存在相容性問題.超塑化劑對水泥漿有強烈的分散作用，但是這種作用持續(xù)時間不長，因此用超塑化劑配制大流動性混凝土存在坍落度隨時間損失的問題，解決坍落度損失可采用后摻法，即一部分超塑化劑在混凝土拌合物運達施工現(xiàn)場后再加入，然后經(jīng)攪拌進行混凝土泵送。后摻法雖然有效地解決了坍落度損失問題，但增加了二次攪拌工藝。因此，后摻法并不是