高性能混凝土学习资料.docx

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高性能混凝土学习资料

中铁十一局京石铁路客运专线

二公司项目经理部

中心试验室

高性能混凝土学习资料

2010-4-7

目录

第1部分结构耐久性设计

2

1铁路混凝土结构耐久性设计的内容2

2设计使用年限级别2

3混凝土耐久性指标4

第2部分高性能混凝土原材料8

1水泥8

2矿物掺和料8

3外加剂11

4细骨料12

5粗骨料13

6拌合用水14

第3部分高性能混凝土的耐久性16

1需考虑的因素16

2配合比参数的选择16

3测算与试拌20

4配合比参数调整20

5硬化混凝土参数测试20

6主要试验方法介绍21

1混凝土抗裂性对比试验21

2混凝土电通量试验方法21

3混凝土抗冻性试验方法22

4抗硫酸盐侵蚀试验方法23

5矿物掺和料及外加剂抑制碱骨料反应有效性试验方法23

第4部分实体混凝土的质量要求及检查办法24

1表面裂缝24

2钢筋保护层厚度24

3其他25

第1部分结构耐久性设计

《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》（铁建设[2005]157号）

1铁路混凝土结构耐久性设计的内容

铁路混凝土结构耐久性设计应包括以下内容：

（1）结构及主要可更换部件的设计使用年限；

（2）结构所处的环境类别及其作用等级；

（3）结构耐久性要求的混凝土原材料品质、配合比参数限值以及耐久性指标要求；

（4）结构耐久性要求的构造措施（包括钢筋的混凝土保护层厚度）；

（5）与结构耐久性有关的主要施工控制要求；

（6）严重腐蚀环境条件下采取的附加防腐蚀措施；

（7）与结构耐久性有关的跟踪检测要求；

（8）与结构耐久性有关的养护维修要求。

2设计使用年限级别

表1设计使用年限级别

设计使用年限级别

设计使用年限

一

100年

二

60年

三

30年

3、环境类别及作用等级

（1）碳化环境

环境作用等级

环境条件特征

T1

室内年平均相对湿度＜60%

长期在水下（不包括海水）或土中

T2

室内年平均相对湿度≥60%

室外环境

T3

水位变动区

干湿交替

表2碳化环境

（2）氯盐环境

表3氯盐环境

环境作用等级

环境条件特征

L1

长期在海水水下区

离平均水位15m以上的海上大气区

离涨潮岸线100m～300m的陆上近海区

L2

离平均水位15m以内的海上大气区

离涨潮岸线100m以内的陆上近海区

海水潮汐区或浪溅区（非炎热地区）

L3

海水潮汐区或浪溅区（南方炎热地区）

盐渍土地区露出地表的毛细吸附区

遭受氯盐冷冻液和氯盐化冰盐侵蚀部位

（3）化学侵蚀环境

表4化学侵蚀环境

化学侵蚀类型

环境作用等级

H1

H2

H3

H4

硫酸盐侵蚀

环境水中硫酸盐含量mg/L

≥200≤600

＞600

≤3000

＞3000

≤6000

＞6000

强透水性环境土中硫酸盐含量mg/kg

≥2000

≤3000

＞3000

≤12000

＞12000

≤24000

＞24000

弱透水性环境土中硫酸盐含量，mg/kg

≥3000

≤12000

＞12000

≤24000

＞24000

/

盐类结晶侵蚀

环境土中硫酸盐含量，mg/k

/

≥2000

≤3000

＞3000

≤12000

＞12000

酸性侵蚀

环境水中pH值

≤6.5

≥5.5

＜5.5

≥4.5

＜4.5

≥4.0

/

二氧化碳侵蚀

环境水中侵蚀性CO2含量，mg/L

≥15

≤40

＞40

≤100

＞100

/

镁盐侵蚀

环境水中Mg2+含量，mg/L

≥300

≤1000

＞1000

≤3000

＞3000

/

（4）冻融破坏环境

表5冻融破坏环境

环境作用等级

环境条件特征

D1

微冻地区+频繁接触水

D2

微冻地区+水位变动区

严寒和寒冷地区+频繁接触水

微冻地区+氯盐环境+频繁接触水

D3

严寒和寒冷地区+水位变动区

微冻地区+氯盐环境+水位变动区

严寒和寒冷地区+氯盐环境+频繁接触水

D4

严寒和寒冷地区+氯盐环境+水位变动区

注：

严寒：

t≤-8℃；寒冷：

-8℃＜t＜-3℃；微冻：

-3℃≤t≤2.5℃

（5）磨蚀环境

表6磨蚀环境

环境作用等级

环境条件特征

M1

风蚀（有砂情况）

风力等级≥7级，且年累计刮风时间大于90天

M2

风蚀（有砂情况）

风力等级≥9级，且年累计刮风时间大于90天

流冰冲刷

被强烈流冰撞击、磨损、冲刷（冰层水位下0.5m～冰层水位上1.0m）

M3

风蚀（有砂情况）

风力等级≥11级，且年累计刮风时间大于90天

泥砂冲刷

被大量夹杂泥砂或物体磨损、冲刷

3混凝土耐久性指标

（1）混凝土的耐久性一般包括混凝土抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱－骨料反应性等。

混凝土的耐久性指标应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。

（2）混凝土耐久性的一般要求：

A、混凝土的电通量应满足表7的规定：

表7混凝土的电通量的要求

设计使用年限级别

一（100年）

二（60年）、三（30年）

56d

电通量（C）

<2000

<2500

C30～C45

<1500

<2000

≥C50

<1000

<1500

B、混凝土的抗裂性应通对比试验；

C、钢筋的混凝土保护层厚度应满足设计的规定。

表8普通钢筋的混凝土保护层最小厚度

单位：

mm

结构类别

设计使用年限

碳化环境

氯盐环境

磨蚀环境

冻融破坏环境

化学侵蚀环境

T1

T2

T3

L1

L2

L3

M1

M2

M3

D1

D2

D3

D4

H1

H2

H3

H4

桥梁涵洞

100

35

35

45

45

50

60

35

40

45

35

45

50

60

35

45

50

60

隧道衬砌

100

35

35

40

40

45

55

35

40

45

55

30

40

45

55

路基支挡

60

20

20

30

30

40

50

25

25

35

25

30

40

50

25

30

40

50

100

30

30

40

40

45

55

30

35

40

30

40

45

55

30

40

45

55

D、混凝土的抗碱—骨料反应性能应符合下列规定：

（1）骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率或碱—碳酸盐反应岩石柱膨胀率应小于0.10%；

（2）当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%～0.20%时，混凝土的碱含量应满足要求；当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%～0.30%时，除了混凝土的碱含量应满足要求外，混凝土中还应掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和外加剂，并经试验证明抑制有效。

表9不同环境下砼的最大碱含量

使用年限级别

一（100年）

二（60年）

三（30年）

环

境

条

件

干燥环境（砼的最大碱含量）

3.5

3.5

3.5

潮湿环境（砼的最大碱含量）

3.0

3.0

3.0

含碱环境（砼的最大碱含量）

砼必须换用非碱活性骨料

3.0

3.0

（3）氯盐环境下混凝土的电通量

设计使用年限级别

一（100年）

二（60年）、三（30年）

环境作用等级

L1

L2、L3

L1

L2、L3

电通量（56d），C

<1000

<800

<1500

<1000

表10氯盐环境下混凝土的电通量

（4）化学侵蚀环境下混凝土的电通量

表11化学侵蚀环境下混凝土的电通量

设计使用年限级别

一（100年）

二（60年）、三（30年）

环境作用等级

H1

H2、H3

H1

H2、H3

电通量（56d），C

<1200

<1000

<1500

<1000

（5）冻融破坏环境下混凝土的抗冻性

表12冻融破坏环境下混凝土的抗冻性

设计使用年限级别

一（100年）

二（60年）

三（30年）

环境作用等级

D1、D2、D3、D4

D1、D2、D3、D4

D1、D2、D3、D4

抗冻等级（56d）

≥F300

≥F250

≥F200

（6）磨蚀环境下的混凝土结构，应进行混凝土耐磨性对比试验。

（7）处于严重腐蚀环境下的混凝土结构，尚应采取必要的附加防腐蚀措施。

附加防腐蚀措施

氯盐环境：

混凝土表面浸渍、环氧涂层钢筋、钢筋阴极保护

化学侵蚀：

表面涂装、设防护面层、换填土、降低地下水位

冻融破坏：

增设钢箍、增大结构截面

磨蚀环境：

表面浸渍增强、检测、养护和维修：

（1）在铁路混凝土结构的设计使用年限内，应对结构进行养护、维修和定期检测。

检测的周期、养护和维修的内容、方法应符合《铁路桥隧建筑物大修维修规则》等相关规定。

（2）对于处于严重腐蚀环境中的混凝土结构，除了对结构进行定期常规检测外，还应对结构的环境条件、混凝土的性能以及耐久性状况进行跟踪调查和检测。

环境条件包括气象环境和工作环境。

混凝土的性能包括强度、碳化深度、电通量等。

耐久性状况包括混凝土中氯离子含量及侵入深度、混凝土中硫酸盐浓度及侵入深度、混凝土中钢筋锈蚀程度以及预应力体系（预应力索、锚具和孔管等）状况。

（3）对于处于严重腐蚀环境中的混凝土结构，宜在工程现场设置专供检测取样用的构件，构件的尺寸、材料、配筋、成型、养护以及暴露环境条件等应能代表实际结构。

必要时，可在结构的代表性部位设置传感元件以监测结构耐久性的变异发展情况。

第2部分高性能混凝土原材料

1水泥

水泥的生产：

粉磨（干、湿）和煅烧（回转窑或立窑）。

水泥的品种（6种）：

硅酸盐水泥（波特兰水泥）、普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。

（1）水泥宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混合材宜为矿渣或粉煤灰。

有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥。

不宜使用早强水泥。

（2）除国标外，应满足表13规定：

表13高性能混凝土中水泥的要求

序号

项目

技术要求

1

比表面积

≤350m2/kg（硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥）

2

80µm方孔筛筛余

≤10.0%（普通硅酸盐水泥）

3

游离氧化钙含量

≤1.0%

4

碱含量

≤0.80%

5

熟料中的铝酸三钙含量

≤8%，氯盐环境下≤10%

6

氯离子含量

不宜大于0.10%（钢筋混凝土）

≤0.06%（预应力混凝土）

注：

1、当骨料具有碱—硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%；

2、C40及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60%；

2矿物掺和料

矿物掺合料主要有三类：

（1）胶凝作用：

矿渣、钢渣、高钙粉煤灰；

（2）火山灰材料：

天然火山灰、浮石、凝灰岩、硅藻土、低钙粉煤灰、硅灰等；

（3）惰性材料：

生黏土、石灰石粉、气冷矿渣；

（1）粉煤灰

粉煤灰的产生（见图1）：

图1粉煤灰的产生

高性能混凝土中粉煤灰的技术要求见表14：

表14粉煤灰的技术要求

序号

名称

技术要求

C50以下混凝土

C50及以上砼

1

细度，%

≤20

≤12

2

氯离子含量，%

不宜大于0.02

3

需水量比，%

≤105

≤100

4

烧失量，%

≤5.0

≤3.0

5

含水量，%

≤1.0（干排灰）

6

三氧化硫含量，%

≤3.0

7

氧化钙含量，%

≤10（对于硫酸盐侵蚀环境）

（2）矿渣粉

矿渣：

化学成分与水泥熟料类似，氧化钙含量较低，氧化铝和氧化硅的含量较高。

在碱环境或硫酸盐环境下活性逐步激发。

高性能混凝土中矿渣粉的技术要求见表15：

表15矿渣粉的技术要求

序号

名称

技术要求

1

氧化镁含量，%

≤14

2

三氧化硫含量，%

≤4.0

3

烧失量，%

≤3.0

4

氯离子含量，%

≤0.02

5

比表面积，m2/kg

350～500

6

需水量比，%

≤100

7

含水率，%

≤1.0

8

活性指数，%，28d

≥95

（3）硅灰

石英在2000度条件下蒸发为气体部分氧化凝结为圆球状微珠。

颗粒细小，形状浑圆而且活性高。

贮存和运输比较困难。

高性能混凝土中矿渣粉的技术要求见表16：

表16硅灰的技术要求

序号

名称

技术要求

1

烧失量，%

≤6

2

氯离子含量，%

不宜大于0.02

3

二氧化硅含量，%

≥85

4

比表面积，m2/kg

≥18000

5

需水量比，%

≤125

6

含水率，%

≤3.0

7

活性指数，%，28d

≥85

3外加剂

用于高性能混凝土中的外加剂包括：

减水剂（塑化剂、流化剂）

灌浆剂

其他：

速凝剂、膨胀剂等

防冻剂

抗裂剂

防腐剂

用于高性能混凝土中的减水剂的技术指标见表17：

表17减水剂的技术指标

序号

项目

指标

备注

1

水泥净浆流动度，mm

≥240

2

硫酸钠含量，%

≤10.0

3

氯离子含量，%

≤0.2

4

碱含量（Na2O+0.658K2O）,%

≤10.0

5

减水率，%

≥20

新标准≥25

6

含气量，%

≥3.0

用于配制非抗冻混凝土时

≥4.5

用于配制抗冻混凝土时

7

坍落度保留值，mm

30min

≥180

用于泵送混凝土时

60min

≥150

用于泵送混凝土时

8

常压泌水率比，%

≤20

9

压力泌水率比，%

≤90

用于泵送混凝土时

10

抗压强度比，%

3d

≥130

7d

≥125

28d

≥120

11

对钢筋锈蚀作用

无锈蚀

12

收缩率比，%

≤135

13

相对耐久性指标，%，200次

≥80

4细骨料

（1）细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂，也可选用专门机组生产的人工砂。

不宜使用山砂。

不得使用海砂。

（2）坚固性：

不大于8%；吸水率：

不大于2%；优先使用非碱活性骨料。

表18砂的质量指标

项目

质量指标

＜C30

C30～C45

≥C50

含泥量，%

≤3.0

≤2.5

≤2.0

泥块含量，%

≤0.5

云母含量，%

≤0.5

轻物质含量，%

≤0.5

氯离子含量，%

＜0.02

三氧化硫含量%

≤0.5

有机物含量（用比色法试验）

颜色不应深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95。

采用人工砂或混合砂时，压碎指标值应小于25%，石粉含量应符合表19规定：

表19石粉含量指标

混凝土强度等级

＜C30

C30～C45

≥C50

石粉含量（%）

MB＜1.40

≤10.0

≤7.0

≤5.0

MB≥1.40

≤5.0

≤3.0

≤2.0

5粗骨料

（1）粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。

优先采用非活性骨料；

（2）最大粒径：

保护层厚度的2/3，钢筋最小间距的3/4。

C50以上时，不应大于25mm；

（3）骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于1500kg/m3，紧密空隙率宜小于40%，吸水率应小于2%（用于干湿交替或冻融循环下的混凝土应小于1%）；

（4）粗骨料为碎石时，碎石的强度用岩石抗压强度表示，且岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。

施工过程中碎石的强度可用压碎指标值进行控制，且应符合表20的规定：

表20碎石压碎值指标

混凝土

强度等级

＜C30

≥C30

岩石种类

水成

岩

变质岩或

深成的火

成岩

火成岩

水成

岩

变质岩或

深成的火

成岩

火成

岩

碎石

≤16

≤20

≤30

≤10

≤12

≤13

卵石

≤16

≤12

表21

结构类型

混凝土结构

预应力混凝土结构

质量损失率，%

≤8

≤5

表22碎石的质量指标

项目强度等级

＜C30

C30～C45

≥C50

含泥量，%

≤1.0

≤1.0

≤0.5

泥块含量，%

≤0.25

针、片状颗粒总含量，%

≤10

≤10

≤8

硫化物及硫酸盐含量

（折算成SO3），%

≤0.5

氯离子含量，%

＜0.02

碎卵石中有机质含量

（用比色法试验）

颜色不应深于标准色。

当深于标准色时，应配制成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应小于0.95。

6拌合用水

（1）拌合用水可采用饮用水。

当采用其他来源的水时，水的品质应符合表23的要求；

表23拌合用水的质量指标

项目

预应力混凝土

钢筋混凝土

素混凝土

pH值

＞4.5

＞4.5

＞4.5

不溶物，mg/L

＜2000

＜2000

＜5000

可溶物，mg/L

＜2000

＜5000

＜10000

氯化物（以Cl-计），mg/L

＜500

＜1000

＜3500

硫酸盐（以SO42-计），mg/L

＜600

＜2000

＜2700

碱含量（以当量Na2O计），mg/L

＜1500

＜1500

＜1500

（2）用拌合用水和蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）进行水泥净浆试验所得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不得大于30min，其初凝和终凝时间尚应符合水泥国家标准的规定；

（3）用拌合用水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度不得低于用蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）拌制的对应砂浆或混凝土抗压强度的90%；

（4）拌合用水不得采用海水。

当混凝土处于氯盐环境时，拌合水氯离子含量应不大于200mg/L。

对于使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，拌合水氯离子含量不得超过350mg/L。

第3部分高性能混凝土的耐久性

高性能混凝土的耐久性主要包括抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性、抗碱－骨料反应性。

1需考虑的因素

配置高性能混凝土需要考虑以下因素：

（1）结构部位

（2）施工方法

（3）环境条件

（4）材料性能

（5）设计要求

2配合比参数的选择

（1）C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3；

（2）混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物掺合料。

混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不得大于0.45。

预应力混凝土以及处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30%；

（3）混凝土中应掺加适量符合本技术条件要求的混凝土外加剂，优先选用多功能复合外加剂；

（4）混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应满足设计要求，当设计无要求时，钢筋混凝土及预应力混凝土应满足相应的要求；素混凝土应满足相应的要求；

表24混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量

环境类别

环境作用等级

使用年限级别

一（100年）

二（60年）

三（30年）

碳化环境

T1

0.55，280

0.60，260

0.65，260

T2

0.50，300

0.55，280

0.60，260

T3

0.45，320

0.50，300

0.50，300

氯盐环境

L1

0.45，320

0.50，300

0.50，300

L2

0.40，340

0.45，320

0.45，320

L3

0.36，360

0.40，340

0.40，340

化学侵蚀环境

H1

0.50，300

0.55，280

0.60，260

H2

0.45，320

0.50，300

0.50，300

H3

0.40，340

0.45，320

0.45，320

H4

0.36，360

0.40，340

0.40，340

冻融破坏环境

D1

0.50，300

0.55，280

0.60，260

D2

0.45，320

0.50，300

0.50，300

D3

0.40，340

0.45，320

0.45，320

D4

0.36，360

0.40，340

0.40，340

磨蚀环境

M1

0.50，300

0.55，280

0.60，260

M2

0.45，320

0.50，300

0.50，300

M3

0.40，340

0.45，320

0.45，320

表25素混凝土的选择

环境类别

环境作用等级

设计使用年限级别

一（100年）

二（60年）

三（30年）

碳化环境

T1、T2、T3

0.60，280

0.65，260

0.65，260

氯盐环境

L1、L2、L3

0.60，280

0.65，260

0.65，260

化学侵蚀环境

H1

0.50，300

0.55，280

0.60，260

H2

不宜采用素砼

0.50，300

0.50，300

H3

不宜采用素砼

不宜采用素砼

不宜采用素砼

H4

不宜采用素砼

不宜采用素砼

不宜采用素砼

冻融破坏环境

D1

0.50，300

0.55，280

0.60，260

D2

不宜采用素砼

0.50，300

0.50，300

D3

不宜采用素砼

不宜采用素砼

不宜采用素砼

D4

不宜采用素砼

不宜采用素砼

不宜采用素砼

磨蚀环境

M1

0.55，280

0.60，260

0.65，260

M2

0.50，300

0.55，280

0.60，260

M3

不宜采用素砼

0.50，300

1.50，300

（5）对于硫酸盐侵蚀环境中的混凝土结构，混凝土的胶凝材料组成还应满足表26的要求，胶凝材料的抗蚀系数应不小于0.80。

表26硫酸盐侵蚀环境中，胶凝材料的组成要求

环境作

用等级

水泥品种

水泥熟料中的

铝酸三钙含量，%

粉煤灰或矿渣粉的掺量，%

最小胶凝材料用量，kg/m3

H1

普通硅酸盐水泥

≤8

≥20

300

中抗硫酸盐