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2高性能混凝土培训081122

第一部分：

混凝土

1、混凝土概念？

由胶结材（无机的、有机的或无机有机复合的）+颗粒状集料+拌合水+化学外加剂（必要时）或矿物掺合料组分的混合料经水合硬化后形成的具有堆聚结构的复合材料称为混凝土。

混凝土中的气孔

序号

空隙或缺陷类型

形成的主要原因

典型尺寸

在混凝土可能

占有的体积（％）

开孔性

大孔洞和缺陷

气孔

1）自然吸入

2）引入的

毛细孔

水平裂缝

内泌水孔隙

微型

1）温度的

2）收缩的

凝胶孔

漏震或震捣不密实

搅拌、浇灌、震捣时不可避免的

掺专用外加剂等人工引入的

水份蒸发形成的

内离析、分层

钢筋或集料颗粒间离析

温度梯度

湿度梯度

水化和化学收缩等

1~50cm

0.1~5mm

5~25μm

1~50μm

0.1~1mm

0.01~0.1mm

1~20mm

1~5mm

30~3000Å

0~5

1~3

3~10

10~15

1~2

0.1~1

0~1

0~0.1

0.5~1.0

开放的

大部分闭孔

大部分开孔

开放的

大部分是闭孔的

2.混凝土原材料

3.混凝土拌和物性能

•坍落度

•经时坍损

•含气量

•泌水率

•凝结时间

•匀质性

•湿容重

•温度

4.混凝土材料的力学性能

◇抗压强度

◇抗折强度

◇轴心抗压强度

◇抗拉强度

◇劈拉强度

◇抗弯强度

◇弹性模量

◇抗剪强度

◇疲劳抗压强度

5.混凝土的耐久性能

混凝土材料的耐久性是其抵抗大气作用、化学侵蚀、磨损或其它劣化过程而维持其原有形状、质量和使用性能的能力。

混凝土性能的劣化过程可以是物理作用或化学作用，但在实际工程中更多的是多种因素共同作用的结果。

第二部分：

高性能混凝土及其性能特点

1、高性能混凝土是上个世纪80年代末90年代初才出现的，不同的国家不同的学者在不同的时期根据不同的需要提出了各自不同的高性能混凝土的定义和解释，我国综合了各种不同的理论把高性能混凝土定义为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，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：

耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。

为此高性能混凝土在配制上的特点是水胶比，选用优质原材料，并且除了水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

2、高性能混凝土的性能特点

◇原材料的性能特点（略）

◇配合比特点

高性能混凝土配制技术要点

•选用优质的水泥和砂石料

•掺加优质化学外加剂---减水剂，引气剂（聚羧酸减水剂）

•掺加矿物掺合料---粉煤灰，矿渣粉

•低水胶比

•限制胶凝材料总量和水泥用量

◇拌和物性能特点

不同混凝土拌和物性能比较

序号

项目

普通混凝土

高性能混凝土

坍落度/维勃度

0~220

坍落度保持度

一般

好

流动度/扩展度

一般

好

含气量

1%~2%

2%~7%

泌水率

＜3%

温度

5℃~30℃

匀质性

好

湿容重

2200~2450

凝结时间

◇力学性能特点

不同混凝土力学性能比较

序号

项目

普通混凝土

高性能混凝土

早期抗压强度

高

低

后期抗压强度

低

高

抗折强度

低

高

轴心抗压强度

抗拉强度

低

高

劈拉强度

低

高

抗弯强度

低

高

弹性模量

疲劳抗压强度

◇耐久性能特点

不同混凝土耐久性能要求比较

序号

项目

普通混凝土

高性能混凝土

抗碳化性能

一般

好

抗渗性能

P6～P20

P20以上

抗氯离子渗透性能

1000库仑以下

抗冻性能

冻融次数

200次以下

200次至

300次

气泡间距系数

宜<250微米

抗碱—骨料反应性

一般

3kg/m3以下

耐腐蚀性能

一般

好

抗裂性能

内外温差

大

小

收缩

大

小

护筋性

氯离子含量≤0.10%或0.06%，好

西部地区还要考虑耐磨性

高性能混凝土的负面作用

1、水胶比小于0.4时，自收缩率增大，增加了开裂趋势。

2、一些超细掺和料，如磨细矿渣（30%），尤其是硅灰可使混凝土早期收缩增加，增加了混凝土的开裂倾向。

3、高性能混凝土对养护期间的温度和湿度控制要求更加严格，增加了施工难度和成本。

第三部分：

混凝土结构耐久性的几个问题

1、何谓混凝土结构的耐久性？

混凝土结构耐久性系指由混凝土浇注成型的结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种作用下能够长期维持其应有性能的能力。

在结构设计中，结构耐久性又常被定义为在预定作用和预期的维修与使用条件下，结构及其部件能在预定的期限内维持其所需的最低性能要求的能力。

劣化：

材料性能劣化主要表现在钢筋混凝土保护层不同程度地剥落，钢筋锈蚀失去强度，我们常见的现象混凝土腐烂了，另外一种钢筋锈蚀后不易发现，大多是混凝土碳化引起的，由于钢筋加工安装不够规范，造成钢筋保护层达不到要求，混凝土在遇到水后，溶解了内部的氢氧化钙然后与侵入的CO2反应生成碳酸钙，降低了混凝土保护层的碱度，碱度降低，钢筋就容易锈蚀，所以混凝土碳化也是造成钢筋劣化的一个主要原因，而碳化几乎是不可避免的，尤其是露天混凝土，由于经常会下雨，就会发生碳化反应，所以要有足够的钢筋的保护层厚度才能防止钢筋锈蚀劣化，有关资料介绍一般大于3.5cm都没影响。

2影响混凝土结构耐久性的主要因素

•环境条件

•建造结构用的混凝土性能

•施工过程控制

3、混凝土结构耐久性不足的主要原因

•混凝土材料的耐久性不足

•工程设计的耐久性标准过低

•工程施工进度的不适当追求

4改善混凝土结构工程耐久性的主要途径

•提高混凝土结构设计的安全设置水准

•完善混凝土结构耐久性的设计标准

•使用阶段的定期检测

•提高结构材料的耐久性

•完善工程建设的技术标准及其管理模式

•其它措施

第四部分：

高性能混凝土工程检测项目及质量控制

1.高性能混凝土与普通混凝土的比较

表1-1高性能混凝土与普通混凝土比较

混凝土种类项目

普通混凝土

高性能混凝土

理念

重视强度，对于不同混凝土，规定不同的最低强度

重视耐久性，根据环境特点，确定混凝土应具备的性能

寿命

20～50年左右

100年以上

原材料组成

水泥、砂、石、水、普通减水剂

水泥、砂、石、水、高效减水剂、矿物掺合料

原材料质量要求

原材料的品质指标主要满足强度要求

原材料的品质指标应满足工作性、强度、耐久性等要求

配合比控制指标

坍落度、力学性能

粘聚性、保水性、流动性、坍落度、扩展度、含气量、力学性能、耐久性能

生产工艺

包含搅拌、运输、灌注、振捣、养护等环节

包含施工前准备、搅拌、运输、灌注、振捣、养护、过程检验等环节

施工过程控制特点

仅对坍落度、凝结时间等进行控制

对坍落度、坍落度保留值、含气量、泌水率、凝结时间、水胶比、温度、匀质性进行全面控制

质量检测指标

强度、外观等

强度、外观、耐久性等

试验周期

28天

56天

2.铁路混凝土结构所处环境类别

2.1根据规范157号标准，分为碳化环境、氯盐环境、冻融破坏环境、化学侵蚀环境和磨蚀环境。

不同类别环境的条件特征及作用等级见表1-2～1-6。

表1-2碳化环境

作用等级代号

环境条件特征

室内年平均相对湿度＜60%

长期在水下（不包括海水）或土中

室内年平均相对湿度≥60%

室外环境

水位变动区

干湿交替

注：

当混凝土薄型结构的一侧干燥而另一侧湿润或饱水时，其干燥一侧混凝土的碳化锈蚀作用等级应按T3级考虑。

表1-3氯盐环境

作用等级代号

环境条件特征

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

水中氯离子浓度≥100mg/L,≤500mg/L

土中氯离子浓度≥150mg/kg,≤750mg/kg

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）

水中氯离子浓度>500mg/L,≤5000mg/L

土中氯离子浓度>750mg/kg,≤7500mg/kg

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

水中氯离子浓度>5000mg/L,

土中氯离子浓度>7500mg/kg

表1-4冻融破坏环境

作用等级代号

环境条件特征

微冻地区+频繁接触水

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

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

严寒和寒冷地区+氯盐环境+水位变动区

注：

严寒地区、寒冷地区和微冻地区是根据其最冷月的平均气温划分的。

严寒地区、寒冷地区和微冻地区最冷月的平均气温t分别为：

t≤-8oC,-8oC＜t＜-3oC和-3oC≤t≤2.5oC。

表1-5化学侵蚀环境

化学侵蚀类型

作用等级代号

硫酸盐侵蚀

环境水中SO42-含量（mg/L）

≥200≤600

＞600

≤3000

＞3000

≤6000

＞6000

强透水性环境土中SO42-含量（mg/kg）

≥2000

≤3000

＞3000

≤12000

＞12000

≤24000

＞24000

弱透水性环境土中SO42-含量（mg/kg）

≥3000

≤12000

＞12000

≤24000

＞24000

盐类结晶侵蚀*

环境土中SO42-含量（mg/kg）

≥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

注：

1.对于盐渍土地区的混凝土，埋入土中的混凝土遭受化学侵蚀；当环境多风干燥时，露出地表的毛细吸附区内的混凝土遭受盐类结晶型侵蚀。

2.对于一面接触含盐环境水（或土）而另一面临空且处于干燥或多风环境中的薄壁混凝土，接触含盐环境水（或土）的混凝土遭受化学侵蚀，临空面的混凝土遭受盐类结晶侵蚀。

3.当环境中存在酸雨时，按酸性环境考虑，但相应作用等级可降一级。

表1-6磨蚀环境

作用等级代号

环境条件特征

风蚀（有砂情况）

风力等级≥7级，且年累计刮风时间大于90天

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）

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

注：

以上各种环境条件下，作用等级为L3、H3、H4、D3、D4、M3级的环境为严重腐蚀环境。

3.原材料

新的信用评价办法中施工不良行为B06项规定：

未按规定对建筑材料和混凝土进行检验使用不合格材料扣3分。

混凝土检验在«铁路混凝土工程施工质量验收补充标准»6.2、6.4条混凝土施工的主控项目说得很清楚，我们在这里只说几个，材料检验从批次上我们都能满足要求，但是在过程控制中由于各种原因我们就使用了不少不合格材料

（1）水泥（适应性）

水泥出现过几次怪现象在这里要说一下，现在大多采用散装水泥，从表面上又没法判断水泥是否掺假，这就需要供应商有良好的信誉和良心（现在向莆万年青还好，是厂家直接供货），我们工地上有一些搅拌站存储能力较低，水泥随进随用，很多都没有检测就用完了，即便是存储能力大，我们检测一批最多都达到500吨，中间过程难保水泥是稳定的，如果变了品种，就很可能会因为水泥和外加剂不适应而造成混凝土严重泌水离析，既影响质量又会带来浪费（两个工地，桥墩混凝土泌水，上下颜色一黑一白，隧道也是，所以在供应商的选择上，尽量和厂家直接对话）；

据说目前国内大量水泥的掺合料F都在40%左右，为了提高早期强度，厂家会掺加氯化钙，但是水泥后期强度的增长会下降，甚至会出现倒缩，如果出现类似现象，首先检测水泥中的氯离子含量，若超标即可怀疑引入了氯化钙，通常情况下，42.5水泥的强度在46-52之间，低于46应该慎用，当水泥R28波动较大时，应对水泥厂的生产质量提出质疑，所以实际生产中最好选纯硅（P.I）水泥，可以自己加掺和料，这也是为什么157号规定首先选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的原因，节约成本，受到甲供限制…

（2）粉煤灰

平时施工控制烧失量和需水量比，细度不必苛求，由于F烧失量波动比较大，所以客专157号规定8%——5%，5%——3%，烧失量照比国标要求严格了，因为烧失量越大，混凝土需水量越大，坍落度损失增大，早期收缩增大，对耐久性能不利。

使用矿物外掺料主要是考虑耐久性的需要，而并非从节约成本考虑。

（3）矿渣粉

好的矿渣粉烧失量基本为零，如果烧失量高了则怀疑厂家掺入了石灰石粉，石灰石粉对水非常敏感，导致混凝土需水量增加，所以要控制采购烧失量尽可能低的产品。

（4）粗骨料

①强调了抑制碱骨料反应的重要性

什么叫碱骨料反应？

表现为混凝土体积膨胀开裂，微观结构破坏，一般出现在2-3年或更长时间；

其反应有三个条件：

有活性骨料、有足够量的碱、在有水的环境中；

活性骨料就是含有活性二氧化硅的骨料以及含有微晶白云石和粘土的骨料，含量越高，活性越强，潜在的危害越大；

种类分为碱硅酸反应、碱硅酸盐反应、碱碳酸盐反应；

碱硅酸反应膨胀来源主要是氢氧化钙和活性二氧化硅反应生成钠钙硅酸盐膨胀，碱碳酸盐反应膨胀来源主要是包裹在微晶白云石内的粘土发生膨胀；

裂缝特点是网状，受限制部位会出现贯通裂缝，裂缝表面会有透明或淡黄色凝胶析出，环境越潮湿越明显。

现在骨料的碱活性反应越来越得到各方面重视，（05年）我们有的现场粗骨料有很多种颜色，也就是说有很多种岩石，但为了少花钱，我们往往只做其中主要的一种，这其中给我们留下了隐患，我们对岩土不专业，肉眼无法判断，所以不要为了省点钱去冒这个险，当然也可以自己投入设备和人员自己做，但是岩相法的判定还是要委托岩土专业的人。

②限制了骨料的吸水率2%，吸水率高的骨料会造成混凝土的长期收缩增大，抗裂性降低；

③对粗骨料松散堆积密度（宜>1500）和紧密孔隙率（应<40%）做了限制，实际上提出了碎石加工的工艺必须是反击破或更好的设备（达到粒形尽可能方圆状）…颚式、圆锥针片状，三角状均很多，碎石很难达标，即便是反击破也不一定达标，还要及时更换牙板，筛网..（碎石如果粒形不好，针片状多，就表现出很脆，尽管界面强度很高，但是混凝土强度上不去，碎石先碎了…高标号混凝土强度主要取决于碎石，低标号…水泥砂浆，H桥C50梁强度上不去…）

④实际生产中，我们经常会遇到碎石石粉含量增加，导致混凝土工作性变差，如某个工区小碎石石粉的事情

。

（5）细骨料

试验室在设计配合比时，各方选择的材料几乎都是最好的，可是在施工过程中，由于检测的批量较大，现场原材料在不同程度上都存在失控的情况，砂石最大400方检一次，我们现场又没有能力储存那么多，就需要连续累计，这个中间如果掺加不合格料混进来，我们有时很难发现，比如砂子变细，或是产地变化导致含泥量增加，这些现象都直接导致质量下降或成本增加,所以我们现场就要求设置样品槽，材料员首先应该对照标准样品目测其质量是否合格方可决定是否收料避免给工程质量带来严重的质量隐患（如以前某个隧道工地,由于一些特殊原因,细砂不得不用的问题,1.6-2.0,成本大幅度增加,如某个工区小碎石石粉的事情）；

（7）外加剂

含气量≥3%，与国标相反，日本的标准，160号规定每拌制50方混凝土或每一工作班至少做一次含气量试验，在信用评价日常检查4项规定未做含气量试验扣1分；

相对耐久性指标，200次，检验含气量质量、保证耐久性需要，而非南北气温需要；

借机会说一下几种其它的外加剂：

防冻剂，国家有标准，但是很少能达到预期要求的，只有采用盐水，其它效果都不明显，应该谨慎使用，冬季施工应该从提高早期强度和加强保温措施考虑；抗裂剂、防腐剂，均没有国家标准，都是杜撰名称，尽管这样设计院还是设计进去了，不知道是什么原因，配置耐久性混凝土，从这两个外加剂是不能解决根本问题的，它们的实质就是普通减水剂；还有向莆一些大桥上设计上要求用混凝土密实剂，什么叫密实剂？

混凝土是靠砂子填充碎石空隙、水泥填充砂子空隙、掺合料填充水泥空隙、真空气泡填充剩余空隙，来达到混凝土的密实，密实剂？

4.配合比技术要求

（1）为保证混凝土的耐久性指标，混凝土应适量掺加优质的粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等矿物掺和料。

不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。

一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。

当混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不宜大于0.45。

预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土的粉煤灰的掺量不宜大于30%。

（2）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。

（3）不同环境条件下钢筋混凝土结构的混凝土的水胶比、胶凝材料用量应满足表1-15的规定。

表1-15钢筋混凝土及预应力钢筋混凝土最低强度等级、最大水胶比和最小胶凝材料用量（kg/m3）

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

C30,0.55,280

C25,0.60,260

C25,0.65,260

C35,0.50,300

C30,0.55,280

C25,0.60,260

C40,0.45,320

C35,0.50,300

氯盐环境

C40,0.45,320

C35,0.50,300

C45,0.40,340

C40,0.45,320

C50,0.36,360

C45,0.40,340

化学侵蚀

环境

C35,0.50,300

C30,0.55,280

C30,0.60,260

C40,0.45,320

C35,0.50,300

C45,0.40,340

C40,0.45,320

C50,0.36,360

C45,0.40,340

冻融破坏

环境

C35,0.50,300

C35,0.55,280

C30,0.60,260

C40,0.45,320

C35,0.50,300

C45,0.4,340

C40,0.45,320

C50,0.36,360

C45,0.4,340

磨蚀环境

C35,0.50,300

C30,0.55,280

C30,0.60,260

C40,0.45,320

C35,0.45,300

C30,0.5,300

C45,0.4,340

C40,0.45,320

（4）当化学侵蚀介质为硫酸盐时，除了配合比参数应满足相关规定外，混凝土的胶凝材料的抗蚀系数不得小于0.8。

（5）不同环境条件下素混凝土结构的混凝土的水胶比、胶凝材料用量应满足表1-17的规定。

表1-17素混凝土的最低强度等级、最大水胶比和最小胶凝材料用量（kg/m3）

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

C30,

0.60

280

C25,

0.65

260

C25,

0.65

260

氯盐环境

L1，L2，L3

C30,

0.60

280

C25,

0.65

260

C25,

0.65

260

化学侵蚀

环境

C35,

0.50

300

C30,

0.55

280

C30,

0.60

260

C35,

0.50

300

C35,

0.50

300

冻融破坏

环境

C35,

0.50

300

C30,

0.55

280

C30,

0.60

260

C35,

0.50

300

C35,

0.50

300

磨蚀环境

C30,

0.55

280

C25,

0.60

260

C25,

0.65

260

C35,

0.50

300

C30,

0.55

280

C30,

0.60

260

C35,

0.50

300

C35,

0.50

300

注：

“*”表示不宜使用素混凝土。

（6）钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量（包括水泥、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、水、外加剂等所含氯离子含量之和）不应超过胶凝材料总量的0.10%，预应力混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06％。

（7）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表1-18的规定；当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.20～0.30%时，除了混凝土的碱含量应满足表1-18的规定外，还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺和料和外加剂，并经试验证明抑制有效。

表1-18混凝土最大碱含量（kg/m3）

设计使用年限级别

一（100年）

二（60年）

三（30年）

环境条件

干燥环境

3.5

潮湿环境

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