客專鐵路高性能混凝土技術.ppt

1、客運專線鐵路高性能混凝土技術 高 禮 雄 博士 石家莊鐵道鐵學院,主要內容,一、為什么要采用高性能混凝土 二、如何實現(xiàn)混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代價如何 四、有關高性能混凝土的幾個問題 五、鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作 六、工程應用實例, 據統(tǒng)計：在正常工作條件下，混凝土結構從建成到拆除重建的周期平均為4050年。, 開裂的鐵路橋梁和涵洞,石家莊百孔橋大橋鹽的腐蝕,青藏公路橋梁墩柱凍融剝蝕, 混凝土結構凍融剝蝕和硫酸鹽侵蝕破壞,羅馬的萬神殿,古羅馬萬神殿：公元128年Hadrin大帝時期建造的一座建筑物，它的圓形壁厚6.1m；穹頂?shù)闹睆?3.3m、高21.6m，使用了12

2、000噸輕混凝土。,萬神殿內景,古羅馬圓形劇場,古羅馬加爾輸水道（BC63-13年）, 英國南安普墩海港工程 美國西雅圖海濱海上水泥船 旅順、廈門的混凝土炮臺 沿海、沿江商埠大量保存的 混凝土建筑物,歷時100多年的波特蘭水泥混凝土建筑物, 采用符合耐久要求的膠凝材料 低水灰比 工作性好，易于施工 復合使用有機外加劑（動物油 脂、乳液、動物血、糯米汁） 勻質性好 具有合理的孔結構和密實度 采用嚴格的施工工藝,這些建筑物耐久的共同特點,水泥質量過細、水化過快(C3A) 水泥用量過多 水灰比過大 混凝土早期強度過高 外加劑過亂 施工質量較差,為什么現(xiàn)代混凝土結構不耐久？,主要內容,一、為什么要采用

3、高性能混凝土 二、如何實現(xiàn)混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代價如何 四、有關高性能混凝土的幾個問題 五、鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作 六、工程應用實例,如何實現(xiàn)混凝土的高性能化？,按耐久性 設 計 混凝土結構,從強度等級 設 計 混凝土結構,混凝土結構耐久性：在預定作用和預期的維護與使用條件下，結構及其部件能在預定的設計年限內維持其所需的最低性能要求的能力。 耐久性設計：現(xiàn)在根據結構的設計使用年限級別和環(huán)境類別及作用等級對結構進行的一種設計方法。 強度等級設計：過去按照結構強度等級對結構進行的一種設計方法。,何謂混凝土結構的耐久性設計？,何謂混凝土結構的耐久性設計？,環(huán)境條件：

4、碳化環(huán)境、氯鹽環(huán)境、 化學侵蝕環(huán)境、凍融破壞環(huán)境、磨蝕環(huán)境,使用年限 100年 60年 30年,何謂混凝土結構的耐久性設計？,何謂混凝土結構的耐久性設計？,何謂混凝土結構的耐久性設計？,混凝土的耐久性包括：抗裂性、護筋性、耐蝕性、抗凍性、耐磨性及抗堿-骨料反應性等。 混凝土耐久性指標包括：電通量、抗?jié)B等級、含氣量 、抗凍等級、耐蝕系數(shù)及有害離子含量等。,何謂混凝土結構的耐久性設計？,表1 正常環(huán)境下混凝土的電通量,混凝土材料耐久性指標的一般規(guī)定：,何謂混凝土結構的耐久性設計？,表2 氯鹽環(huán)境下混凝土的電通量,表3 化學侵蝕環(huán)境下混凝土的電通量,何謂混凝土結構的耐久性設計？,同時，對有害離子含量

5、進行規(guī)定（如堿含量、Cl-含量、C3A含量、SO3含量、泥塊含量、含泥量等）。 （具體內容參見鐵建設2005157號鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規(guī)定和鐵建設2005160號鐵路混凝土工程施工質量驗收補充標準）,表4 凍融破壞環(huán)境下混凝土的抗凍等級,實現(xiàn)混凝土高性能化的技術途徑,一方面使混凝土具有較好的抗裂性和一定的密實性，阻擋和延緩外部各種有害物質侵入混凝土內部 ； 另一方面使混凝土含有一定的含氣量，同時降低其自身有害離子的引入量。,1、嚴格控制原材料品質； 2、認真制定混凝土配合比； 3、合理控制拌和物性能； 4、切實作好施工前準備操作； 5、強化混凝土施工； 6、強化施工過程質量檢驗 。,

6、具體措施,高工作度 高強度 高耐久性 可泵送的高強混凝土 摻有礦物摻合料的混凝土,對高性能混凝土的認識誤區(qū),1）碾壓混凝土 拌合物需要足夠地干硬以支撐非常沉重的振動壓實機械不致下陷而正常地行進和工作。 2）低塑性混凝土 拌合物需要具備適當?shù)奶涠?3050mm)，使攤鋪機正常地行進和工作。 3）自密實混凝土 拌合物的流動性和粘聚性良好，在沒有外加振搗的條件下能夠成型密實。,誤區(qū)之1-工作度 Workability,高強混凝土已被證明是對早期開裂非常敏感的材料。這不僅是水化熱的結果，由于自干燥作用產生的自收縮和硫酸鹽相的化學反應，可能也是重要起因。結構混凝土或大體積混凝土意外地出現(xiàn)開裂，不能總是

7、歸因于現(xiàn)場工程師缺乏經驗，該領域里許多問題尚缺乏了解，激發(fā)全世界許多人去進一步開展研究。 Thermal Cracking in Concrete at Early Ages. E & FN SPON 1994.,誤區(qū)之2-高強混凝土與開裂,根據混凝土劣化的整體模型，不是強度，而是混凝土的堅固性（沒有裂縫）對其運行條件下保證混凝土的水密性和耐久性起關鍵的作用。 P. K. Mehta. Durability-Critical Issues for the Future. Concrete International July 1997.,裂縫-耐久性關系,一個不透水，但存在 非連續(xù)微裂縫，且多

8、 孔的鋼筋混凝土結構,由于微裂縫和孔隙 連通并延伸到表面 不透水性逐漸喪失,A：以下原因使孔隙內靜水 壓增大、混凝土膨脹：鋼筋 銹蝕、堿-骨料反應、水結 冰、硫酸鹽侵蝕 B：混凝土強度與剛度降低,環(huán)境作用（第一階段） （無可見損傷） 1. 侵蝕作用 （冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)） 2. 荷載作用 （循環(huán)荷載、沖擊荷載,環(huán)境作用（第二階段） （損傷的開始與擴展） 水的滲入、O2、CO2滲入 酸性離子（Cl- , SO42-)滲入,開裂、剝落與整體性喪,混凝土劣化的“整體性”模型,工作性能滿足施工工藝和澆注構件的需要 強度發(fā)展?jié)M足強度設計等級和施工需要 不出現(xiàn)或少出現(xiàn)可見裂縫，滿足環(huán)境條件要求的相關耐久性

9、能 具有一定的經濟性,高性能混凝土,如何實現(xiàn)結構的設計使用年限?,主要內容,一、為什么要采用高性能混凝土 二、如何實現(xiàn)混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代價如何 四、有關高性能混凝土的幾個問題 五、鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作 六、工程應用實例,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本差價比較,主要內容,一、為什么要采用高性能混凝土 二、如何實現(xiàn)混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代價如何 四、有關高性能混凝土的幾個問題 五、鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作 六、工程應用實例

10、,1、高性能混凝土容易開裂？ 2、高性能混凝土的成本必然增大？ 3、及時澆水可以預防高性能混凝土開裂？ 4、混凝土結構早期開裂就是因為養(yǎng)護不好？ 5、抗壓強度高的混凝土，其他性能亦好？ 6、高強度混凝土必須采用高強度等級的水泥？ 7、摻粉煤灰、礦渣后混凝土的pH值下降？ 8、標準和規(guī)范具有法律效力嗎？,目前對高性能混凝土認識所存在的一些爭論,主要內容,一、為什么要采用高性能混凝土 二、如何實現(xiàn)混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代價如何 四、有關高性能混凝土的幾個問題 五、鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作 六、工程應用實例,1、根據線100年設計使用年限的總體要求，對主體混凝土結構進行

11、耐久性設計。 2、應對主要建筑材料的產品品質、質量狀況等進行調研。 3、及早開展混凝土配合比試驗和耐久性檢驗工作。 4、采用高性能混凝土施工前應進行實體梁的澆注試驗。 5、制定高性能混凝土施工細則以及質量驗收標準。,鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作,6、針對不同層次人員的特點，分期分批進行高性能混凝土基本知識和施工技術培訓。 7、高度重視防水層和封端的施作。 8、嚴格控制預應力張拉的時間。 9、高度重視后張梁的孔道壓漿施工。 10 、配備相應的混凝土耐久性試驗儀器設備。,鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作,青藏鐵路混凝土耐久性試驗中心,鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作,主要內容,一、為什么要采用高性能混凝土 二、如何實現(xiàn)混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代價如何 四、有關高性能混凝土的幾個問題 五、鐵路采用高性能混凝土應重視的幾項工作 六、工程應用實例,高性能混凝土的應用青藏鐵路,杭州灣大橋 海工混凝土粉煤灰取代水泥20-40%,三峽大壩混凝土 粉煤灰取代水泥10-40% Concrete works in Three Gorge Dam: Fly ash takes pla