高性能混凝土培訓講義(編輯修改稿)

　

【文章內容簡介】 混凝土的彈性模量，又稱靜力受壓彈性模量。混凝土的抗滲性是指混凝土抵抗氣體、液體或離子等各種外部介質入侵的能力。它是反映混凝土材料本身性質的一個參數，與流經混凝土的介質無關。依據試驗原理的不同，混凝土的抗滲性試驗方法可大致分為三類：滲透系數法、離子擴散系數法和電參數法?；炷恋目箖鲂允侵富炷恋挚箖鋈谄茐牡哪芰?。它可間接反映混凝土抵抗環境水侵入和抵抗凍晶壓力的能力?；炷恋目固蓟允侵富炷恋挚固蓟哪芰?。碳化是指大氣中的二氧化碳通過混凝土孔隙溶解于毛細管中的液相，并與水泥水化產生的堿性物質發生反應，生成中性的碳酸鈣，從而降低混凝土的堿度，使混凝土發生“中性化”的現象?；炷恋淖o筋性是指作為鋼筋混凝土結構的保護層，混凝土保護鋼筋免受腐蝕以保持其物理力學性能的能力，包括抗碳化性和抗氯離子侵入性等。混凝土的耐腐蝕性是指混凝土抵抗外部有害離子侵入并與混凝土中的組分發生化學反應而使混凝土發生劣化破壞的能力。混凝土的抗堿骨料反應性是指混凝土抵抗堿骨料反應破壞的能力。堿骨料反應是指混凝土中來自水泥、摻和料、外加劑以及水中的可溶性堿溶于混凝土孔隙中，與骨料中的活性物質發生反應，生成可吸水腫脹的凝膠或體積膨脹的晶體，從而導致混凝土產生體積膨脹、開裂甚至破壞的現象?；炷恋氖湛s性能是指在規定的溫、濕度條件下，混凝土不受外力作用產生的變形性能?；炷恋男熳冃阅苁侵冈谝欢ōh境條件下，混凝土在長期恒定軸向壓力作用下的變形性能?；炷恋牟煌阅芫鶎炷两Y構的耐久性產生一定影響。不過，影響混凝土結構耐久性最重要的混凝土性能還是混凝土的耐久性。這是因為在一般情況下，任何可能對混凝土結構耐久性造成影響的環境作用首先是與混凝土直接接觸的。大氣中的水、氣及溶于水汽中的其它有害物質首先是經過擴散、滲透或吸收等途徑通過結構表面的混凝土傳入內部的。顯然，混凝土本身的質量好壞，尤其是混凝土本身的耐久性好壞決定著混凝土結構的耐久性。國內外的大量研究表明，降低水膠比，提高密實度，混凝土抵抗水分、氣體（氧氣或二氧化碳）及氯離子、硫酸根離子、鎂離子等擴散的能力要比傳統混凝土高1～2個數量級，極大地延緩了碳化和氯離子、硫酸根離子的侵蝕過程，而且由于氧氣、水分供應受阻，鋼筋銹蝕的速度亦得以阻滯。可見，混凝土的密實度是判定混凝土抵抗環境中各種有害離子侵入性能的重要指標。傳統上，混凝土密實性是采用混凝土抗高壓水滲透的能力——抗滲標號來表示的。實踐證明，抗滲標號比較適合于判定低強度等級混凝土的密實性，但卻難以區分現代混凝土的密實性，因為強度等級超過C30的混凝土，抗滲等級幾乎均能達到P20及以上的水平，單靠抗滲標號已難以區分混凝土抵抗外界水、氣及溶于水汽中的其它有害物質侵入混凝土內部的能力大小。實際工程中（除深水工程外）混凝土承受高水壓的情況較少。因此，參照《混凝土結構耐久性設計與施工指南》（CCES012004）的做法，《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定》沒有將抗滲標號納入混凝土的耐久性指標，而是采用國內外現在最常用的以美國ASTM C1202快速電通量測定方法為基礎的標準試驗方法，相對評價混凝土密實性或抗侵入性，從而間接評價混凝土的耐久性。國內外大量的試驗研究數據和工程實例表明，摻加適量礦物摻和料且具有良好抗侵入性的C30以下混凝土的電通量值一般小于2000C，C45以下混凝土的電通量值一般小于1500C，C50混凝土的電通量值一般小于1000C。4．施工質量施工質量好壞是決定混凝土結構耐久性的最后一關。所有保證混凝土質量的技術措施均需要通過正確施工得以實現。與普通混凝土相比，高性能混凝土施工雖然沒有什么特別之處，但特別強調精細、到位以及加強過程控制。混凝土施工前，應根據設計和施工工藝要求提前開展混凝土配合比選擇試驗，并針對混凝土結構的特點和施工環境、使用環境條件特點，制定施工全過程的質量控制與質量保證措施。重要混凝土結構應進行混凝土試澆筑，驗證并完善混凝土的施工工藝。（二）高性能混凝土的性能高性能混凝土具有如下性能：1．高性能混凝土具有一定的強度和高抗滲能力，但不一定具有高強度，中、低強度亦可。2．高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物應具有較高的流動性，混凝土在成型過程中不分層、不離析，易充滿模型；泵送混凝土、自密實混凝土還具有良好的可泵性、自密實性能。 3．高性能混凝土的使用壽命要長，對于一些特殊工程的特殊部位，控制結構設計的并不是混凝土的強度，而是其耐久性。能夠使混凝土結構安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土應用的主要目的。4．高性能混凝土具有較高的體積穩定性，即混凝土在硬化早期應具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結構功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結構使用年限，降低工程造價。（三）混凝土結構耐久性與高性能混凝土的關系如前所述，盡管影響混凝土結構耐久性的因素較多，但其所采用的高性能混凝土的性能對結構的耐久性起著至關重要的作用。高性能混凝土的相對高強度，可以使混凝土結構的尺寸更小，從而使得結構自重得以減輕，使用面積增加，材料用量減少。高性能混凝土的相對高彈性模量可以使混凝土結構變形更小，剛度增大，穩定性更好。高性能混凝土的高工作性可以使混凝土能更方便地充填于各種復雜的結構體內。高性能混凝土的高耐久性可以使混凝土結構的維修和重建費用減少，使用壽命大幅度延長，這些優點基本滿足混凝土結構耐久性的要求。三 高性能混凝土技術要求（一）原材料技術要求1．水泥水泥應選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥（簡稱“普硅水泥”），混合材宜為礦渣或粉煤灰。處于嚴重化學侵蝕環境時（硫酸鹽侵蝕環境作用等級為H3或H4）應選用C3A含量不大于6%的硅酸鹽水泥或抗硫酸鹽硅酸鹽水泥（簡稱“抗硫水泥”）。水泥的質量指標應符合表31的要求。表31 水泥的技術要求序號項目硅酸鹽水泥普硅水泥抗硫水泥1抗壓強度（MPa）3d≥≥≥≥≥28d≥≥≥≥≥2抗折強度（MPa）3d≥≥≥≥≥28d≥≥≥≥≥3凝結時間（min）初凝≥45≥45≥45終凝≤390≤600≤6004安定性合格合格合格5比表面積（m2/kg）300～350－≥280680181。m方孔篩篩余（%）－≤－7不溶物（%）≤ I型≤Ⅱ型－≤8燒失量（%）≤ I型≤Ⅱ型≤≤9熟料中的C3A（%）≤8%，氯鹽環境下≤10%≤ 中抗硫≤ 高抗硫10三氧化硫（%）≤≤11氧化鎂（%）≤12游離氧化鈣（%）≤13氯離子（%）≤（鋼筋混凝土）≤（預應力混凝土）14堿含量（%）≤注：1 當骨料具有堿—硅酸反應活性時，%。2 %。2．粉煤灰粉煤灰應選用質量穩定的產品。強度等級不大于C50的鋼筋混凝土可選用國標I級或Ⅱ級粉煤灰，%；強度等級不小于C50的預應力混凝土應選用國標I級粉煤灰，%。粉煤灰的質量指標應符合表32的要求。表32 粉煤灰的技術要求序號名稱技術要求C50以下混凝土C50及以上混凝土1細度（%）≤20≤122需水量比（%）≤105≤1003燒失量（%）≤≤4氯離子含量（%）≤5含水量（%）≤（干排灰）6SO3含量（%）≤7CaO含量（%）≤10（對于硫酸鹽侵蝕環境）8游離CaO含量（%）F類粉煤灰：≤C類粉煤灰：≤9安定性（mm）（雷氏夾沸煮后增加距離）C類粉煤灰：≤注： F類粉煤灰——由無煙煤或煙煤煅燒收集的粉煤灰。C類粉煤灰——由褐煤或次煙煤煅燒收集的粉煤灰。3．礦渣粉礦渣粉應采用水淬礦渣的粉磨產品。礦渣粉的質量指標應符合表33的要求。表33 礦渣粉的技術要求序號名稱技術要求1MgO含量（%）≤142SO3含量（%）≤3燒失量（%）≤4氯離子含量（%）≤5比表面積（m2/kg）350～5006需水量比（%）≤1007含水率（%）≤8活性指數（%），28d≥954．細骨料細骨料應選用處于級配區的中粗河砂（用于預制梁時，～）。當河砂料源確有困難時，經監理和業主同意也可采用質量符合要求的人工砂。細骨料的質量指標應符合表34的要求。表34 細骨料的技術要求項目技術要求＜C30C30～C45≥C50人工砂石粉含量MB＜≤≤≤MB≥≤≤≤含泥量（%）≤≤≤泥塊含量（%）≤云母含量（%）≤輕物質含量（%）≤氯離子含量（%）＜硫化物及硫酸鹽含量（折算成SO3）（%）≤有機物含量（用比色法試驗）顏色不應深于標準色，如深于標準色，則應按水泥膠砂強度試驗方法進行強度對比試驗。細度模數≥堅固性（質量損失率）（%）≤8吸水率（%）≤2堿活性巖相法礦物組成和類型鑒定快速砂漿棒法%（%）人工砂壓碎指標值＜25%5．粗骨料粗骨料應選用二級或多級配的碎石，亦可采用分級破碎的碎卵石（預應力混凝土除外）。粗骨料的質量指標應符合表35和36的要求，且其表面目測不得有明顯的水銹現象。表35 粗骨料的壓碎指標值（%）混凝土強度等級＜C30≥C30巖石種類沉積巖 （水成巖）變質巖或深成的火成巖火成巖沉積巖 （水成巖）變質巖或深成的火成巖火成巖碎石≤16≤20≤30≤10≤12≤13碎卵石≤16≤12注： 1 沉積巖（水成巖）包括石灰巖、砂巖等；變質巖包括片麻巖、石英巖等；深成的火成巖包括花崗巖、正長巖、閃長巖和橄欖巖等；火成巖包括玄武巖和輝綠巖等。2 對于壓碎指標值不符合表45規定的粗骨料，可通過試驗，建立巖石抗壓強度與壓碎指標值的對應關系，方可使用。3 用于預制梁時，壓碎指標不應大于10%。表36 粗骨料的技術要求項目技術要求＜C30C30～C45≥C50含泥量（%）≤≤≤泥塊含量（%）≤針、片狀顆粒總含量（%）≤10≤10≤8≤5（預制梁）硫化物及硫酸鹽含量（折算成SO3）（%）≤氯離子含量（%）＜碎卵石中有機質含量（用比色法試驗）顏色不應深于標準色。當深于標準色時，應配制成混凝土進行強度對比試驗。緊密空隙率（%）≤40吸水率（%）＜2%（用于干濕交替或凍融循環下的混凝土應小于1%）巖石抗壓強度（%）（巖石抗壓強度與混凝土強度等級之比）≥ ≥（預制梁）堅固性（質量損失率）（%）≤8（混凝土結構）≤5（預應力混凝土結構）堿活性巖相法礦物組成和類型鑒定快速砂漿棒法%（%）巖石柱法%注： 施工過程在中粗骨料強度可用壓碎指標值進行控制且應符合表46的要求。6．外加劑外加劑的品名應符合《混凝土外加劑應用技術規程》的要求。混凝土中不得摻加諸如防腐蝕劑、抗裂劑等無標準不規范的產品。摻入混凝土中的外加劑的質量指標應符合表37的要求。表37 外加劑的技術要求序號項 目技術要求備注1水泥凈漿流動度（mm）≥2402硫酸鈉含量（%）≤3氯離子含量（%）≤4堿含量(Na2O+)（%）≤5減水率（%）≥206含氣量（%）≥用于配制非抗凍混凝土時≥用于配制抗凍混凝土時7坍落度保留值（mm）30min≥180用于泵送混凝土時60min≥150用于泵送混凝土時8常壓泌水率比（%）≤209壓力泌水率比（%）≤90用于泵送混凝土時10抗壓強度比（%）3d≥1307d≥12528d≥12011對鋼筋銹蝕作用無銹蝕12收縮率比（%）≤135 13相對耐久性指標（%），200次≥807．拌合用水拌合用水可直接采用飲用水。當采用其他來源的水時，應進行檢測，保證水的質量指標符合表38的要求。表38 拌合用水的技術要求項目技術要求預應力混凝土鋼筋混凝土素混凝土pH值＞＞＞不溶物（mg/L）＜2000＜2000＜5000可溶物（mg/L）＜2000＜5000＜10000氯化物（以Cl計）（mg/L）＜500＜1000＜3500硫酸鹽（以SO42計）（mg/L）＜600＜2000＜2700堿含量（以當量Na2O計）（mg/L）＜1500＜1500＜1500凝結時間差（min）≤30抗壓強度比（%）≥90注：1 拌合用水不得采用海水。當混凝土處于氯鹽環境時，拌合水氯離子含量應不大于200mg/L。對于使用鋼絲或經熱處理鋼筋的預應力混凝土，拌合水氯離子含量不得超過350mg/L。2 養護用水除不溶物、可溶物可不作要求外，其他項目應符合表4－8的規定。養護用水不得采用海水。（二）配合比技術要求1 為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中應適量摻加優質的粉煤灰、磨細礦渣粉或硅灰等礦物摻和料。不同礦物摻和料的摻量應根據混凝土的性能通過試驗確定。一般情況下，礦物摻和料摻量不宜小于