高性能混凝土培训.ppt

1、 郑西铁路客运专线高性能混凝土知识培训第一部分：客运专线高性能混凝土基本理论知识与配制技术第二部分：客运专线高性能混凝土相关技术标准第三部分：客运专线高性能混凝土施工和耐久性检验要点第四部分：讨论郑西铁路客运专线高性能混凝土知识培训内容之一客运专线高性能混凝土基本理论知识与配制技术铁道科学研究院铁道建筑研究所三门峡2006年5月20日主要内容1、引言2、高性能混凝土的发展与应用现状3、高性能混凝土的组成与结构4、客运专线高性能混凝土的配制技术混凝土混凝土定义：是一种将具有胶结性质的材料和骨料定义：是一种将具有胶结性质的材料和骨料或集料（如石、砂）以及填料（粉细颗粒）或集料（如石、砂）以及填料（

2、粉细颗粒）混合并浇注成型后，经凝固硬化而粘结成为混合并浇注成型后，经凝固硬化而粘结成为整体的一系列建筑材料。整体的一系列建筑材料。水泥混凝土 Cement concrete 沥青混凝土 Asphalt Concrete 聚合物混凝土 Polymer Concrete 硫磺混凝土1、引言With cement as cementitious materials and the most widely used materials in modern civil and architectural constructions以水泥为胶结材，在现代土木建筑工程中最为以水泥为胶结材，在现代土木建筑工程

3、中最为广泛应用的一类建筑材料。广泛应用的一类建筑材料。水泥混凝土水泥混凝土混凝土混凝土Cement Concrete-Concrete 20世纪世纪8080年代，美国国家材料委员会提年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。19901990年年5 5月，在美国马里兰州月，在美国马里兰州Gaithers-burg 城由城由 NIST 和和 ACI 主办了第一次关于主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会议首次提出关于高性的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的

4、定义。能混凝土的定义。定义定义 高性能混凝土高性能混凝土具有所要求的性能和匀质性的具有所要求的性能和匀质性的混凝土。例如易于浇注和压实而不离析、高长期力学混凝土。例如易于浇注和压实而不离析、高长期力学性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中使用性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中使用寿命长。寿命长。采用传统的组分、普通的搅拌、浇注与养护操作，采用传统的组分、普通的搅拌、浇注与养护操作，是不可能日常生产这种混凝土的。是不可能日常生产这种混凝土的。高性能混凝土国际研讨会高性能混凝土国际研讨会（1990）高性能混凝土的特性，是针对一定的应用高性能混凝土的特性，是针对一定的应用和环境所要求的。

5、例如：和环境所要求的。例如：易于浇注易于浇注 早期强度早期强度 渗透性渗透性 水化热水化热 体积稳定性体积稳定性 可捣实、不离析可捣实、不离析长期力学性质长期力学性质密度密度 韧性韧性在在服服务务环环境境中中运运行行寿命长久寿命长久 高性能混凝土的许多特性是相互关联的，高性能混凝土的许多特性是相互关联的，改变其中一个常牵扯到一或多个其他特性发生变改变其中一个常牵扯到一或多个其他特性发生变化。因此，如果对某一应用提供的混凝土有若干化。因此，如果对某一应用提供的混凝土有若干特性必须同时满足，则必须将其中每一项都在合特性必须同时满足，则必须将其中每一项都在合同书上规定清楚。同书上规定清楚。美国混凝土

6、学会美国混凝土学会 1998 高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，高性能混凝土为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、求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。性。吴中伟吴中伟 国内高性能混凝土的定义国内高性能混凝土的定义高性能混凝土高性能混凝土(high perfor

7、mance concrete)以耐久性为基本要求并用常规材料和常规工艺制造的水泥基混凝土。这种混凝土在配比上的特点是掺加合格的矿物掺和料和高效减水剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量，并在制作上通过严格的质量控制，使其达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性。混凝土结构耐久性设计与施工指南混凝土结构耐久性设计与施工指南（CECS2004-01）客运专线高性能混凝土1、较严格的原材料品质要求2、混凝土强度等级无具体要求3、流动度根据施工要求确定4、均有含气量要求5、电通量、抗裂性、抗碱骨料反应作为基本耐久性指标6、根据环境作用等级和结构部位要求抗腐蚀、抗冻、抗渗性能等耐久性指标尚有一些未体现

8、的指标如绝热温升、徐变、收缩等 19871987年年美美国国材材料料顾顾问问委委员员会会提提交交的的一一篇篇报报告告引引起起了了轰轰动动：约约25.325.3万万座座桥桥梁梁的的混混凝凝土土桥桥面面板板，其其中中部部分分使使用用不不到到2020年年，就就已已不不同同程程度度地地破破坏坏，且且每每年年还还将将新新增增3.53.5万座。万座。由由于于混混凝凝土土桥桥面面板板开开裂裂普普遍遍，因因此此转转向向使使用用高高强强混混凝凝土土，但但是是看看来来这这无无济济于于事事。根根据据国国家家公公路路合合作作研研究究计计划划19951995年年检检查查的的结结果果表表明明：1010万万座座混混凝凝土土

9、桥桥面面板板是是在在混混凝凝土土浇浇筑筑后后一一个个月月内内就就出出现现间间隔隔13米米的的贯贯穿穿性性裂缝。裂缝。2、高性能混凝土的发展与应用现状、高性能混凝土的发展与应用现状 不是强度，而是混凝土的坚固性（没有不是强度，而是混凝土的坚固性（没有裂缝）对其运行条件下保证混凝土的水密性裂缝）对其运行条件下保证混凝土的水密性和耐久性起关键的作用。和耐久性起关键的作用。P.K.Mehta 耐久性耐久性影响未来的关键问题影响未来的关键问题混凝土结构劣化破坏分类 1、磨蚀：机械磨耗、冲刷磨损、气蚀 2、物理作用：干湿交替、水的渗透、冻融、盐的结晶 3、化学作用：化学介质侵蚀（水解、软水、置换、硫酸盐）

10、、AAR、CaO和MgO水化 4、钢筋锈蚀：碳化引起、Cl-引起近代混凝土技术铁路工程混凝土结构耐久性设计暂规混凝土结构所处环境类别分为5种环境类别、17种环境作用等级。(1)碳化环境(2)氯盐环境(3)化学侵蚀环境(4)冻融破坏环境(5)磨蚀环境。混凝土结构劣化破坏原因分类一个不透水，但存在非一个不透水，但存在非连续微裂缝，且多孔的连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构环境作用（第一阶段）环境作用（第一阶段）（无可见损伤）（无可见损伤）1.1.侵蚀作用侵蚀作用（冷热循环、干湿循环）（冷热循环、干湿循环）2.2.荷载作用荷载作用（循环荷载、冲击荷载（循环荷载、冲击荷载）由于微裂缝和孔

11、隙由于微裂缝和孔隙连通起来，不透水性逐连通起来，不透水性逐渐丧失渐丧失环境作用（第二阶段）环境作用（第二阶段）（损伤的开始与扩展）（损伤的开始与扩展）水的渗入水的渗入O O2 2、COCO2 2渗入渗入酸性离子（酸性离子（ClCl-,-,SOSO4 4-)渗入渗入A：以下原因使孔隙内静水以下原因使孔隙内静水压增大、混凝土膨胀：钢筋压增大、混凝土膨胀：钢筋锈蚀、碱锈蚀、碱-骨料反应、水结骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀冰、硫酸盐侵蚀B：混凝土强度与刚度降低混凝土强度与刚度降低开裂、剥落与整体性丧失开裂、剥落与整体性丧失混凝土受环境作用产生劣化的混凝土受环境作用产生劣化的“整体性整体性”模型模型 以耐

12、久性为基本要求的高性能混凝土并不能避免环境对混凝土结构的破坏作用。但是，高性能混凝土可以延长混凝土结构的使用寿命。有关混凝土结构使用寿命的设计理论也越来越被人们关注。1 香港青马大桥 设计使用寿命120年，要求所用混凝土满足如下要求：q Cl扩散系数小于910-13m2/s(1300库仑)q 混凝土28天立方体试件配比强度50MPaq 普通水泥/2535%粉煤灰/6575%矿渣q 水泥用量350550kg/m3q 水胶比0.4q 胶结料中最大氯离子含量0.06%q 碱含量（折合Na2O）3kg/m3现代高性能混凝土的应用实例 2 英吉利利海峡隧道 设计使用寿命120年，要求混凝土满足如下要求：

13、q Cl扩散系数小于K=1.410-13m/s(1300库仑)q 水泥采用两种当地海工用的水泥，C3A含量为0.690.77%,400kg/m3q 水灰比0.350.32，坍落度100mmq 砂：由石灰石碎石与石英石组成，01mm硅质河砂、04mm和38mm两级石灰石碎石q 粗骨料：粒径512.5mm的石灰石碎石。现代高性能混凝土的应用实例 3 日本明石大桥 设计使用寿命120年，桥墩混凝土采用免振自密实混凝土，桥面及梁采用泵送高性能混凝土。要求混凝土满 足如下要求：q Cl扩散系数小于1000库仑q W/B0.35，胶凝材料用量500kg/m3，其中水泥60，其余为矿渣及粉煤灰。现代高性能混

14、凝土的应用实例现代高性能混凝土的应用实例现代高性能混凝土的应用实例现代高性能混凝土的应用实例4、长江三峡大坝现代高性能混凝土的应用实例现代高性能混凝土的应用实例现代高性能混凝土的应用实例现代高性能混凝土的应用实例长江三峡大坝（2002/11/17）东海大桥杭州湾大桥深港大桥（西部通道）珠港大桥3、高性能混凝土的组成与结构3.1 混凝土如何高性能化3.2 影响混凝土性能的因素3.3 矿物掺合料3.4 减水剂3.5 小结3.1混凝土如何高性能化（1）高性能混凝土的结构特点高性能混凝土的结构特点高性能混凝土是在与普通混凝土相对比的基础上提出的高性能混凝土是在与普通混凝土相对比的基础上提出的概念。概念

15、。相比而言：相比而言：A、孔隙率很低、孔隙率很低B、水化物中、水化物中Ca(OH)2减少、减少、CSH和和AFt增多增多C、未水化颗粒多，未水化颗粒和矿物细掺料等各级中、未水化颗粒多，未水化颗粒和矿物细掺料等各级中心质增多，各中心质间距离缩短，有利的中心质效应增心质增多，各中心质间距离缩短，有利的中心质效应增多，中心质网络骨架得到强化多，中心质网络骨架得到强化D、界面过渡层厚度小，并且孔隙率低、界面过渡层厚度小，并且孔隙率低、Ca(OH)2数量数量减少，取向程度下降减少，取向程度下降(2)混凝土高性能化的途径和方法混凝土高性能化的途径和方法A 降低水胶比降低水胶比 可大量减少水泥石的孔隙。可大

16、量减少水泥石的孔隙。在在无无外外加加剂剂掺掺入入的的情情况况下下，水水灰灰比比大大于于0.5时时混混凝凝土才具有可施工的流动性。土才具有可施工的流动性。方法：掺入高效减水剂方法：掺入高效减水剂 水灰比与水泥石结构水灰比与水泥石结构水水泥浆水泥石水泥凝胶水泥颗粒水 方法：掺入矿物质掺合料 普通混凝土粗骨料与水泥石之间的界面上积滞着大量的Ca(OH)2；Ca(OH)2在界面上的结晶与定向排列，是混凝土强度与耐久性低下的主要原因。改善砼中骨料与水泥石之间的界面结构，是高性能砼必须解决的关键技术。B 改善砼中水泥石与粗骨料之间的界面结构C 改善混凝土中水泥石的孔结构 引入封闭孔。在相同的孔隙率下，封闭孔的渗透系数最低。方法：掺入优质引气剂。优质原材料3.2 影响混凝土性能的因素影响混凝土性能的因素（1）水泥特性对混凝土影响）水泥特性对混凝土影响Cement influence on durability of concrete高含碱量、高比表面积、高C3S、高C3A、高SO3 使水泥水化热大、水化快、早期强度高、徐变小、使混凝土延伸性低。易使混凝土温度收缩、自收缩和干燥收缩使混凝土开裂。（2）