高性能混凝土耐久性及耐久性检测作业指导书Word文档格式.docx

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三年后，加拿大学者Aitcin又阐述了HPC与高强混凝土的不同，指出，高强混凝土就是强度高的混凝土。

这正如Birchall和Kelly能够制造含聚醋酸乙烯酯的超高强水泥基材料制品，但这种材料的耐湿性和耐久性不能令人满意；

同样Roy和Gouda通过加压技术在试验室制备出470MPa的水泥砂浆，但这种材料根本没有办法进行现场浇注，仅强调强度并不是高性能混凝土特征。

高性能混凝土在实际应用中，许多情况下强调的不是抗压强度，而是要求其它方面的性能。

例如，高弹性模量，高密实度，低渗透性或对某种侵蚀破坏的抵抗能力。

1992年日本的学者等认为：

高性能混凝土应具有高工作性（高的流动性、粘聚性与可浇筑性），低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。

在我国，吴中伟则概括地认为，高性能混凝土是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，它以耐久性作为设计的主要指标。

针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证：

耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。

蒲心诚认为，高性能混凝土应具有大流动性，高强度，高耐久性。

一、高性能混凝土的特性

与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：

1．高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。

2．高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；

泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。

3．高性能混凝土的使用寿命长，对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。

能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。

4．高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。

概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。

二、高性能混凝土的配备及应用

1．高性能混凝土的配备原则

在高性能混凝土按配合比拌制之前,必须对原材料进行检验,尤其要控制好集料,水泥和矿物掺合料的质量,主要的技术指标必须达到施工规范提出的要求。

由于高性能混凝土用水量少,水胶比低,拌合时较稠,因此在具体的操作中,应需要采用拌合性能好的搅拌设备。

配制的基本原则是:

采用低水胶比,选用优质原材料,且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂如硅灰、粉煤灰、矿渣等,并从混凝土拌和物的流动性、施工工艺方面考虑,以获得高流态、低离析、质量均匀的高强混凝土。

粉煤灰能有效地提高混凝土的抗渗性,显著改善混凝土拌合物的工作性,拌合用水采用无污染、无杂质的饮用纯净水。

另外,制备高性能混凝土时,各种原材料的计量应尽量准确。

2．高性能混凝土的应用范围

随着材料科学的不断发展,耐久性、养护的难易程度以及建设的经济性已成为工程建设的目标.高性能混凝土具有易于浇注、捣实而不离析、高超的、能长期保持的力学性能,早期强度高,韧性高和体积稳定性好,在恶劣的使用条件下寿命长、高强度、高流动性与优异的耐久性。

目前,高性能混凝土广泛用于很多离岸结构物和长大跨桥梁的建造,包括长大跨桥梁所用的拌合物。

它们主要用于主梁、墩部和墩基,硅粉混合水泥。

另外,由于高性能混凝土可以显著降低结构的重量,显著提高受弯构件刚度,在预应力结构中则可施加更高的预应力值,并可利用早强特点提高张拉。

并且,高性能混凝土还具有较强的抵抗大气环境作用和化学物质侵蚀的能力以及耐磨能力,可以广泛应用于露天工程或地下工程以及道路桥梁工程当中。

三、高性能混凝土配合比设计原则

根据混凝土受力过程及混凝土强度理论。

混凝土强度主要受混凝土中水泥石的密实度决定的，即无论是水灰比强度公式、Powers的胶空比理论，还是葛里非斯的脆性材料断裂理论都是以混凝土中水泥石为研究对象，都是从不同的角度研究混凝土的密实度对混凝土强度的影响。

配制高强混凝土的技术途径很多，例如：

采用化学外加剂、超细矿粉、机械压实、纤维增强、聚合物增强及蒸压养护等措施。

实现高强混凝土的手段，一般认为是由胶凝材料本身的高强化，增强胶凝材料与集料的界面粘结力及选择最佳集料三要素组成。

在高耐久混凝土配合比设计中主要考虑的影响因素有：

▲工作性。

良好的工作性是使混凝土质量均匀、获得高性能且安全可靠的前提。

没有良好的工作性就不可能有良好的耐久性。

高性能混凝土拌和物具有高流动性、可泵性。

同时，拌和物还应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性。

为了保证施工的质量，配制时还要考虑减小流动性损失。

影响高性能混凝土拌和物工作性的因素主要有水泥砂浆用量（包括水胶比、胶凝材料用量以及砂率）、集料级配、减水剂品种及用量等；

▲强度。

影响强度的主要因素有水胶比和矿物细掺料的用量等。

受界面的影响，粗集料粒径、砂率和浆体数量也会对强度有一定的影响；

耐久性。

高性能混凝土配制的最终目标主要是优良的耐久性，而用于承重结构，则同时强度应满足不同构件的要求。

因为大多数造成混凝土劣化的（物理的或化学的）侵蚀都是有害介质通过水的渗入而发生的，所以低渗透性是混凝土的第一道防线。

影响混凝土渗透性的主要因素是混凝土的内部结构。

因此，配制混凝土时，影响耐久性的因素是拌和物的均匀性、稳定性，以及硬化混凝土的密实度、中心质网络的形成、界面结构、尺寸稳定性和所用原材料的品质等。

根据项目的前期研究，认为，对高速铁路用高耐久混凝土的配制基本原则是是通过降低水胶比、强化水泥石与集料的界面、改善水泥水化产物、降低孔隙率、提高密实度来实现高耐久、高强度、高性能。

高耐久的混凝土配合比设计的基本原则是：

▲掺入高效减水剂

在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔率，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。

许多研究表明：

当水灰比降低到0.38以下时，消除毛细管孔隙的目标便可以实现。

研究与应用的实践表明：

大掺量高效减水剂时混凝土在水胶比很低的条件下，仍能具有较大的流动性，可以成型密实，生产强度与耐久性良好的高强与高性能混凝土。

配制高强混凝土时，高效减水剂的掺量通常要接近或等于其饱和掺量。

超塑化剂应通过试验，根据与水泥（胶凝材料）的适应性，在萘系和多羧酸系的超塑化剂中选择，必要时复配其他成分，以保证混凝土拌和物大流动度、低坍落度损失等性能。

掺量按固体计，为胶凝材料用量的0.5%-2.0%。

▲掺入高效活性矿物掺合料

掺入活性矿物掺合料的目的在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成，活性矿物掺合料（硅灰、矿渣、粉煤灰等）中含有大量活性氧化硅及活性氧化铝，它们能和波特兰水泥水化过程中所产生的游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次反应，生成强度更高、稳定性更优的低碱性水化硅酸钙，从而达到改善水化凝胶物质的组成并消除游离石灰的目的。

▲耐久混凝土的配合比参数的优化

高耐久混凝土的配合比参数主要有水胶比、水胶比确定下的浆集比（一定水胶比下的胶凝材料总用量或用水量）、水胶比和浆集比确定下的砂石比（反映一定浆集比下的砂率或粗骨料体积）和超塑化剂用量。

这些参数不是孤立地影响混凝土的个别性能，而是相互制约的。

如为了保证高流动性就要用较大的浆集比和砂率。

高耐久混凝土配合比设计的任务是正确地选择原材料和配合比参数，使其中的矛盾得到统一，获得保证高耐久性的混凝土。

水胶比：

高强混凝土的强度与水胶比倒数之间的关系仍然近似线性，但是斜率变小。

水胶比越低，混凝土强度越高。

在用水量一定的情况下，水胶比反映的是胶凝材料用量以及其组合。

对高强混凝土来说，矿物掺合料对强度的贡献是不可替代的。

水胶比是混凝土配合比设计的关键，对高耐久混凝土，水胶比应根据混凝土的工作性与强度的要求来确定。

浆集比：

根据简化的模型来看，混凝土是一种两相材料，即由水泥浆和骨料复合的材料。

水泥浆体是骨料的胶结材，而骨料是非连续相。

可以说，混凝土的渗透性，强度，工作性，尺寸稳定性和混凝土的其他性能取决于胶结材/骨料之比和两相材料各自的质量。

水胶比确定下，胶凝材料用量就反映了水泥浆体和集料的比例，即浆集比。

浆集比主要影响混凝土的工作性，因而也影响混凝土耐久性，在一定程度上还影响强度、弹性模量和干缩率。

高耐久混凝土特点是流动性大、强度高、水胶比小，为保证混凝土具有足够的流动性，就要求有较大的胶凝材料用量。

随着浆集比的增大，混凝土的弹性模量会有所下降，混凝土的收缩也会有所增加。

从耐久性角度来看，必须有足够的浆体浓度和数量，得到良好的工作性，才能保证混凝土的耐久性。

砂率：

在水泥浆量一定的情况下，砂率对混凝土的主要影响是工作性。

HFS-HPC由于用水量很小，砂浆量要由增加砂率来补充，砂率宜较大。

据日本资料介绍，平均坍落度每提高20mm，砂率应增加1%，而强度并无明显变化。

砂率的大小与砂的粗细、级配和石子的粒径、级配有关。

当砂子的细度模数大而石子最大粒径小时，应减小石子用量。

砂率的选择可用砂浆富裕系数来计算。

计算的原则是用砂浆填充石子空隙并保证一定的富裕量。

与普通混凝土相比，HPC的配合比特点是：

低水胶比，胶凝材料用量大，浆集比大，砂率大，粗集料量小。

根据以上应用的高耐久混凝土的配合比设计原则，可以首先采用砂浆进行力学性能优化试验，采用水泥浆体进行流动性试验与流动度损失试验，提出如下的混凝土配合比具体设计步骤使混凝土获得预期的高耐久、高流动度、高强等性能。

四、原材料选用要求

1．水泥

采用品质稳定、强度等级不低于42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥（掺合料仅为粉煤灰或磨细矿碴），禁止使用其它品种水泥。

品质应符合GB175-2007规定：

水泥的比表面积不宜超过350m2/kg，碱含量不应超过0.60%，游离氧化钙含量不应超过1.5%，水泥熟料中C3A的含量不宜超过8%（强腐蚀环境下不应大于5%），C4AF含量小于7%、C3S、C2S含量宜在40%～45%之间的水泥。

2．粗骨料

选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等球形、吸水率低、空隙率小的碎石，压碎指标不应大于10%，母岩立方体抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2，含泥量小于0.5%，针、片状颗粒含量不大于5%，颗粒尽量接近等径状。

（1）粗骨料粒径宜为5～20mm，且分两级储存、运输、计量，5～10mm颗粒质量占（40±

5）%，10～20mm颗粒质量占（60±

5）%。

（2）选用粗骨料无碱活性（因条件所限不得不采用碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率为0.10～0.20%的活性骨料时，由各种原材料带入混凝土中的总碱量不应超过3.0kg/m3）。

3．细骨料

（1）细骨料应选择级配合理、质地