高性能混凝土及耐久性施工

1、第十八章 高性能混凝土及耐久性施工 第一節(jié) 概 述 要建立健全的各級質(zhì)量保證體系，要以“調(diào)整地位、驗評分離、充實 內(nèi)容，嚴格程序、 強化控制、明確職責”的指導思想，搞好工程質(zhì)量。試驗工作是質(zhì)量 體系的重要環(huán)節(jié)之一，對推動技術進步、保證工程質(zhì)量、降低工程成本都起著重要作用。武 廣客運專線鐵路要求橋 梁、隧道等主體結(jié)構采用高性能耐久性混凝土，使用壽命為 100 年。 下面是根據(jù)高性能混凝 土的特點我們總結(jié)一下高性能耐久性混凝土配合比設計和施工檢測 控制。一、高性能混凝土特點 高性能混凝土是指采用普通原材料、 常規(guī)施工工藝， 通過摻加外加劑 和摻合料配制而成 的具有高工作性、高強度、高耐久性的綜合性

2、能優(yōu)良的混凝土。 目前，高性能混凝土在客運專用線的工程實踐中已較廣泛采用， 高性 能混凝土特點具有以下特點： 1拌合料呈高塑或流態(tài)、可泵送、不離析，便于澆筑密實； 2在凝結(jié)硬化過程中和硬化后的體積穩(wěn)定，水化熱低，不產(chǎn)生微細 裂縫，徐變??；3有很高的抗?jié)B性。 其中高工作性是高性能政必須具備的首要條件， 即高流動性、高 抗分離性、高間隙通過性、高填充性、高密實性、高穩(wěn)定性；并同時 具備低成本的技術經(jīng)濟合理性。 高性能混凝土具有豐富的技術內(nèi)容，基本特征是按耐久性進行設計， 保證拌和物易于澆筑和密實成型， 不發(fā)生或盡量少發(fā)生由溫度和收縮產(chǎn)生的裂縫， 硬化 后有足夠的強度，內(nèi)部孔隙結(jié)構合理而有低滲透性和

3、高抗化學侵蝕。隨著工程建設的需要 , 高性能混凝土的使頻率越來越高 ,對其進行嚴格質(zhì)量控制的重要性也越來越強。二、高性能混凝土的研究設計內(nèi)容高性能混凝土配合比設計， 高性能混凝土及耐久性， 高性能外加劑（聚 羧酸系減水劑）在客運專線工程中的應用， 高性能混凝土施工溫度控制， 高性能混凝 土外觀質(zhì)量缺陷原因分析及預防措施， 客運專線用高性能混凝土攪拌站， 高性能混凝土的應 用及生產(chǎn)質(zhì)量控制等。第二節(jié) 高性能混凝土配合比設計 高性能混凝土配合比是保證高性能混凝土質(zhì)量的關鍵， 所有高性能混 凝土的配制全部運用正交試驗法進行配合比的優(yōu)化設計試驗。 依據(jù)原材料性質(zhì)配制多個 配合比，對每個配合比 坍落度、

4、含氣量、泌水率、強度、彈性模量等進行試驗。從中選出能 滿足設計要求的最佳配 合比，進行抗?jié)B性、抗氯離子滲透性能、抗堿骨料反應、抗凍性、 抗裂性、抗鋼筋銹蝕等 檢驗，確定最終的混凝土配合比。 一、高性能混凝土配合比設計步驟 京廣高鐵（武廣段）工程總結(jié)5541確定初步理論配合比設計參數(shù)（1）配制強度配制強度 fcu,0, 應根據(jù)混凝土設計強度等級 fcu,0 和施工單位的 混凝土強度標準差（T，按國家現(xiàn)行普通混凝土配合比設計規(guī)程（JGJ55中有關混凝 土的施工配制強度計算公式確定：1.645（T ,0 ,> + cu cu k f f當施工單位無近期同一品種混凝土的資料時，混凝土強度標準差a

5、值可按表 1 取用。表 1 混凝土強度標準差 a 值生產(chǎn)單位 混凝土等級C20 C20- C40 >C40預制混凝土構件廠 3.0 MPa 4.0 MPa 5.0 MPa 現(xiàn)場混凝土集中攪拌站 3.5 MPa 4.5 MPa 5.5 MPa 但應注意，在進行水下混凝土配合比設計時， 其配制強度應較普通 混凝土的配制強度提高10%- 20%水泥用量不宜小于350kg/m3 ;當摻用外加劑，摻合 料時，水泥用量可減少，但不得小于 350kg/m3。（ 2）水膠比 W0/J按國家現(xiàn)行普通混凝土配合比設計規(guī)程（JGJ55）中有關混凝土的 水膠比計算公式計算，按耐久性設計要求確定。 當按計算所得水

6、膠比例大于按耐久性 設計要求確定的水膠比值時，取耐久性設計要求確定的水膠比值。（ 3）用水量 W0可參考行業(yè)標準普通混凝土配合比設計規(guī)程（JGJ55）選取，通過試驗據(jù)混凝土拌合物流動性、黏聚性和泌水性確定。（ 4）砂率 SP可參考行業(yè)標準普通混凝土配合比設計規(guī)程（JGJ55）選用。二、配合比設計計算 進行高性能混凝土配合設計計算時， 所用骨料均以干燥狀態(tài)骨料為基 準（所謂干燥狀態(tài)骨料系指含水率小于 0.5%的細骨料或含水率小于 0.2%的粗骨料） , 所用細骨料均以過 10mm圓孔篩的細骨料為基準 . 混凝土配合比設計計算步驟和方法可參照行 業(yè)標準普通混凝土配合比設計規(guī)程（JGJ55）執(zhí)行。高

7、性能混凝土配合比由于設計影響因數(shù)眾多、 試驗周期長、 試驗任務 繁重，早期配合比設計宜采用正交試驗設計，合理安排配合比組數(shù)，達到事半功倍。三、高性能混凝土配合比設計參數(shù) 高性能混凝土配合比設計參數(shù)主要包括混凝土的強度等級、 耐久性設 計參數(shù)、最大水膠 比和最小膠凝材料用量、混凝土含氣量、混凝土電通量 q 混凝土的 抗凍性、混凝土中的堿含量等。京廣高鐵（武廣段）工程總結(jié)555采用設計規(guī)定混凝土的強度等級和耐久性設計參數(shù)， 最大水膠比和最 小膠凝材料用量應符合鐵道部 140 號文變更規(guī)定，混凝土含氣量、混凝土電通量 q 應 符合相關規(guī)定，混凝土的抗凍性凍融破壞環(huán)境下的混凝土結(jié)構， 混凝土的抗凍性應

8、符合相關規(guī)定?；炷林械膲A含量 應符合設計要求。四、高性能混凝土配合比選定試驗的檢測項目 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準 規(guī)定混凝土配合比選定試 驗的檢測項目應符合下表的規(guī)定。表 15 混凝土配合比選定試驗的檢測項目序號 檢測項目 試驗方法1 坍落度2 泌水率3 含氣量 普通混凝土拌和物性能試驗方法標準 ( GB/T50080)4 抗裂性 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準附錄 C5 抗壓強度 普通混凝土力學性能試驗方法標準 ( GB/T50081)6 電通量 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收補充標準附錄 H 必檢7 彈性模量 普通混凝土力學性能試驗方法標準( GB/T50081)8 抗凍性 普

9、通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法 ( GBJ82)9 耐磨性 水泥膠砂耐磨性試驗方法 ( JC/T421)10 抗?jié)B性 普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法 (GBJ82) 根據(jù)結(jié)構所處環(huán)境類別、設計要求等進行試第三節(jié) 高性能混凝土及耐久性設計 混凝土受到來自土壤、 水和空氣中有害介質(zhì)的侵蝕或混凝土本身組成 材料有害成分的化 學及物理作用，往往會產(chǎn)生開裂、溶蝕、剝落、膨脹、松軟及強度等 級下降等現(xiàn)象，嚴重的還會出現(xiàn)結(jié)構破壞或倒塌。 由于多種錯綜復雜的原因?qū)е鹿こ藤|(zhì)量耐 久性差給國家造成的損 失難以估量，因此混凝土結(jié)構的耐久性和安全性已受到越來越受到廣 泛關注。 提高混凝土 結(jié)構耐久性對于當前

10、實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略， 更好地利用資源、 節(jié)約能 源和保護環(huán)境，都具有十分重要的意義。 目前，我國鐵路部門已經(jīng)在大量推廣應用以高抗氯 離子滲透性能、高工作 性和高體積穩(wěn)定性為標志的耐久性混凝土，并于 2005 年度先后出臺 了三部行業(yè)標準，即鐵路混凝土工程施工技術指南 (TZ 210-2005)、客運專線鐵路橋涵工 程施工技術指南(TZ213-2005 )以及鐵路混凝土結(jié)構耐久性設計暫行規(guī)定(鐵建設2005157 號)。一、耐久性混凝土設計的主要內(nèi)容 鐵路混凝土結(jié)構耐久性設計暫行規(guī)定 明確規(guī)定了其主要的內(nèi)容有以下 8 個方面：1結(jié)構及主要可更換部件的設計使用年限； 2結(jié)構所處的環(huán)境類別及其作用等

11、級； 3結(jié)構耐久性要求的混凝土原材料品質(zhì)、配合比參數(shù)限值以及耐久 性指標要求；京廣高鐵（武廣段）工程總結(jié)5564結(jié)構耐久性要求的構造措施（包括鋼筋的混凝土保護層厚度） ； 5與結(jié)構耐久性有關的主要施工控制要求； 6嚴重腐蝕環(huán)境條件下采取的附加防腐蝕措施； 7與結(jié)構耐久性有關的跟蹤檢測要求； 8與結(jié)構耐久性有關的養(yǎng)護維修要求。二、耐久性混凝土的原材料選擇1原材料品質(zhì)控制 基于抗裂、低水化熱、高體積穩(wěn)定性、低滲透性，并適應混凝土施工 要求，通常實現(xiàn)耐久性混凝土的關鍵技術措施主要有：選用高性能優(yōu)質(zhì)水泥、優(yōu)質(zhì)骨料 、優(yōu)質(zhì)摻合料和高性能減水劑，并利用高性能減水劑的大減水率大幅度降低混凝土的水膠 比。為節(jié)

12、約篇幅，本文只介紹原材料選擇上與普通混凝土選材不一樣的指標，具體而言： （1）基于控制水化熱和收縮的抗裂性要求以及強度、耐久性要求，選擇膠凝材料 時應注意：水泥：不宜使用早強型水泥；C3A含量w 8%（氯鹽環(huán)境w 10%;比表 面積 w 350 m2/kg（對硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥）；堿含量w 0.8%, C40級以上混凝 土堿含量w 0.6%;氯離子含量w 0.06%。粉煤灰：鐵路行業(yè)將其劃分為 C50 以下混凝土用灰和 C50 以上混凝 土用灰兩個等級。鐵路行業(yè)C50以上混凝土用灰某些技術要求要高于國家標準規(guī)定的I 級灰。具體而言，燒失量：C50以下混凝土w 5.0%, C50以上混凝土

13、w 3.0%;細度：C50以下混 凝土w 25.0%, C50 以上混凝土w 12.0%;需水量比：C50以下混凝土w 105% C50以上混凝 土w 100%對硫酸鹽環(huán)境氧化鈣含量w 10%并增加了游離氧化鈣含量和安定性兩項指標。2009 年 8 月 26 日,鐵建設2009152 號文對粉煤灰的質(zhì)量要求又進行了局部修訂, 適當放松 了燒失量指標要求,但對于C50以上混凝土用灰的需水量比應w 95%礦渣粉：其主要技術指標有燒失量w 4.0%;比表面積350500 m2/kg; 需水量比w 100%活性指數(shù)（28d）95%鐵建設2009152號文對燒失量規(guī)定修改為 < 3.0%。硅灰：由

14、于硅灰比表面積特別大，導致用水量增加，且摻加硅灰混凝 土早期自收縮大，因此對于硅灰應該謹慎使用。其主要技術指標有燒失量w 6.0%;比表 面積18 000 m2/kg ;需水量比w 125%活性指數(shù)（28d）> 85%（ 2）基于強度和耐久性要求并考慮施工性能，選擇骨料應注意： 粗骨料：上述三本行業(yè)標準，以客運專線鐵路橋涵工程施工技術指 南（ TZ 213-2005 ）規(guī)定最為嚴格。以使用于 C50 級及以上混凝土用粗集料為例，母巖 強度應為混凝土設計強度的2倍；壓碎指標值w 10%針片狀顆粒含量w 5%宜為520mm連 續(xù)級配碎石，使用510mm和1020mm兩級配配料，其質(zhì)量之比為（

15、40士 5） % （60± 5） % 含泥量w 0.5%; 吸水率w 2.0%;并要求為非活性骨料；其他指標參見鐵路混凝土結(jié)構 耐久性設計暫行規(guī)定（鐵建設 2005157 號）。大量工程實踐表明粗集料應積極選擇石灰 巖、玄武巖和細?；◢従V高鐵（武廣段）工程總結(jié)巖等巖種，以滿足線膨脹系數(shù)（溫控）和混凝土彈性模量的要求。 細集料： C50 級以上混凝土用細集料優(yōu)先采用優(yōu)質(zhì)天然河砂， 細度模 數(shù)在2.63.0之間；含泥量w 1.5% ;并要求為非活性骨料；其他指標參見鐵路混凝 土結(jié)構耐久性設計暫行規(guī)定（鐵建設 2005157 號）。 （3）基于收縮、抗裂性、強度、耐久性要求以及施工性能，

16、選擇減 水劑時應注意： 減水劑質(zhì)量的好壞是實現(xiàn)耐久性混凝土的最關鍵材料， 為此鐵道部科 情司與鐵道科學研究院就我國當前能滿足鐵路客運專線工程的減水劑進行了系統(tǒng)的抽 樣檢驗，并公布了合格名 錄。因此在合格名錄范圍內(nèi)應選擇優(yōu)先選擇減水率大于 25%的聚羧酸 系，其他類減水劑的減水率也應大于 20%，適應性良好，硫酸鈉含量、堿含量、氯離子含量 合格的產(chǎn)品，其他指標 均滿足鐵路混凝土結(jié)構耐久性設計暫行規(guī)定 （鐵建設 2005157 號）的優(yōu)質(zhì)減水劑。三、耐久性混凝土的施工性能控制 摻加聚羧酸減水劑、 大量使用礦粉的低水膠比耐久性混凝土拌合物往 往比普通 C50 級純水泥混凝土黏聚性更大， 這主要是因為

17、礦粉的顆粒形狀引起的， 而原材料品質(zhì)的波動、計量 誤差、攪拌時間、骨料含水率的變化更容易引起混凝土拌合物工作性 不良。結(jié)合武廣鐵路客 運專線工程實踐建議注意以下環(huán)節(jié)和參數(shù)控制：（1）施工中合理控制混凝土拌合物性能，優(yōu)化可泵性并注意合理選 擇泵機和布管工藝 混凝土的可泵性能與混凝土黏著管道產(chǎn)生的阻力及其在管道內(nèi)流動 的速度快慢產(chǎn)生的阻力有關， 混凝土流動性過小、 黏度過大會引起摩擦阻力增大并導致 泵送壓力增大，甚至堵 管。正因為鐵路耐久性混凝土黏度較普通混凝土大， 因此應改變傳統(tǒng) 以單一坍落度指標控制 變成以坍落度、擴展度、倒坍落度流下時間等多指標控制方法。必要 時可以適量摻加助泵劑 或者潤滑劑

18、以改善新拌拌合物的工作性能。 混凝土輸送泵的電機功率是決定出口壓力和輸送方量的前提條件， 如 果既要達到出口壓 力高，又想得到輸送量大的目的，尤其在布管長度（高度）較大時， 選擇電機功率高的輸送 泵目前來看是最便捷的途徑，同時還應保證液壓泵，液壓閥，電氣元 件的可靠性。根據(jù)武廣工程實踐： 應選擇拖式 S 形擺管閥高壓泵， 最大出口泵壓應在 16MPa 以上，電機功率在 132kW 以上。還應根據(jù)輸送泵的設備能力和混凝土工作性能確定合理的泵管 布置方案。在必要的情況下可以通過工程試泵試驗來確定。（2）配合比設計時應保證混凝土最適宜的漿體含量 最適宜的漿體含量與骨料品質(zhì)特別是粗骨料的品質(zhì)密切相關， 應確保 骨料質(zhì)量的穩(wěn)定， 且經(jīng)常對其漿體體積進行微調(diào)，通常漿體體積變動1.5%左右即可以實現(xiàn)。（3）制定特殊條件下的施工措施 混凝土冬期、雨期、高溫季節(jié)應該有不同的有效的施工保證措施，才 能持續(xù)實現(xiàn)混凝土耐久性。一般而言，混凝土澆筑前溫度宜