高強高性能混凝土

1、高強高性能混凝土High Strength/Performance Concrete第三章 混凝土3.10.1 高強混凝土樓高441.8米，共100層；混凝土強度：C80；地下室底板最厚達45米；核心筒混凝土剪力墻最厚19米；外框鋼管柱最大截 面 尺 寸 達3927米。樓高450m；混凝土強度：C70，C80，C90；樓高：601米高度為95m的第26層以下墻壁C 8 0碎石最大粒徑為20mm; 高度為452m的第126層以下墻壁C80，碎石最大粒徑14mm; 高度為570m的第154層以下墻壁C60，高強混凝土是為適應(yīng)工程技術(shù)發(fā)展與要求而產(chǎn)生的，是混凝土技術(shù)進步的結(jié)果。在大跨度和高聳建筑結(jié)構(gòu)

2、等工程中應(yīng)用高強混凝土具有顯著優(yōu)越性l基本概念 高強混凝土和高性能混凝土的定義l混凝土高強和高性能化的技術(shù)途徑 原材料選擇、配合比、施工工藝和養(yǎng)護等l高強高性能混凝土性能特點 高抗壓強度、高耐久性、高流動性、脆性較大等內(nèi) 容3.10.1 高強混凝土概 述l定義：強度等級達到或超過C60的混凝土稱為高強混凝土l新拌混凝土黏度較大，保水性好，流動性按需調(diào)配l高強混凝土的早期強度、彈性模量、密實性、耐久性等都有所提高和改善l高強混凝土的拉壓比和徐變較小，脆性較大13.10.1 高強混凝土高強混凝土的強度3.10.1 高強混凝土軸向應(yīng)變（mm)應(yīng)力MPa普通混凝土高強混凝土0.006120高強混凝土的

3、應(yīng)力應(yīng)變曲線3.10.1 高強混凝土普通混凝土的受壓破壞3.10.1 高強混凝土高強混凝土的受壓破壞3.10.1 高強混凝土受壓狀態(tài)下的斷裂能NSC HSC曲線下的面積面積 0.11m2 0.23m2試件面積 0.00735m2 0.00735m2 試件長度試件長度 200mm 200mm壓狀態(tài)下的斷裂能壓狀態(tài)下的斷裂能 0.17Nmm 0.36Nmm 3.10.1 高強混凝土 強 度 35MPa 105MPa 混凝土高強化的技術(shù)途徑與措施l技術(shù)途徑？：膠結(jié)材料本身的高強化高強度的骨料；強化膠結(jié)材料與骨料的界面結(jié)合力l措施？：合理選擇原材料；合理選擇混凝土配合比設(shè)計參數(shù)；合理的施工工藝23.1

4、0.1 高強混凝土原材料基本要求1. 水泥：強度等級不低于42.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥2. 細(xì)骨料：細(xì)度模數(shù)大于2.6的偏粗中砂3. 粗骨料：高強度的硬質(zhì)骨料，Dmax25mm4. 外加劑：非引氣、坍落度損失小的高效減水劑5. 摻合料：硅灰、超細(xì)礦渣、超細(xì)粉煤灰等33.10.1 高強混凝土配合比設(shè)計要點1. 水膠比：宜控制在0.380.03以下；2. 膠結(jié)材料用量：水泥用量550kg/m3，膠結(jié)材料總量600kg/m3 ；3. 砂率：宜通過試驗確定最優(yōu)砂率；4. 外加劑：根據(jù)試驗確定外加劑品種和合理摻量 確定高強混凝土設(shè)計配合比后，還應(yīng)針對該配合比重復(fù)進行610次的試拌、測試和調(diào)整等試

5、驗進行驗證，最終確定可施工應(yīng)用的混凝土配合比！3.10.1 高強混凝土4施工工藝1. 強剪切力作用下的機械攪拌2. 高頻機械振搗，提高密實性3. 加壓成型4. 離心成型5. 加強養(yǎng)護，延長濕養(yǎng)護時間（14d）3.10.1 高強混凝土5 1995年11月，北京財稅大樓原設(shè)計框架及墻體采用C60，經(jīng)協(xié)商將首層4根柱子改為C100。u 原材料： 水泥：冀東52.5普硅 硅粉：天津鐵合金廠 砂子：FM=3.1 石子： 520mm碎石 高效減水劑DFS-2 水膠比：0.23u 性能 和易性良好：拌合物坍落度20.5cm(2h基本無損失)、無離析泌水、泵送順利(泵壓1820MPa) 現(xiàn)場制作15cm立方試

6、件，28h強度125131.6MPa 彈性模量5.48104MPa 1000次凍融循環(huán)殘余動彈模97.8% 抗?jié)BH35 28h 碳化深度為0高強混凝土的應(yīng)用實例3.10.1 高強混凝土95MPaHSC for highway E-6 & E-18 ; wear less than 10% of high quality blacktop3.10.1 高強混凝土巴黎新凱旋門巴黎新凱旋門 C:425kg/m3;SF:30kg/m3;Sl:22cm; R7d=54MPa; R28d=66MPa3.10.1 高強混凝土C:450kg/m3; SL=22cm。R3d=26MPa; R7d=53.

7、6MPa; R28d=78MPa法國法國Joigny橋橋3.10.1 高強混凝土法國法國 Sylans 高架橋高架橋水泥水泥 400kg/m3R12h=25MPaR28d=68.53.10.1 高強混凝土l高性能混凝土是具有某些性能要求的勻質(zhì)混凝土，必須采用嚴(yán)格的施工工藝，采用優(yōu)質(zhì)材料配制的、不離析、便于澆搗、力學(xué)性能穩(wěn)定、早期強度高、具有韌性和體積穩(wěn)定性等優(yōu)良性能而耐久的混凝土l高性能混凝土必須具有高抗?jié)B性，高耐久性是高性能混凝土的顯著特點l高性能混凝土的微觀結(jié)構(gòu)特征為孔隙率低且孔徑小，連通的毛細(xì)孔很少l高性能混凝土配合比的特點是：采用低水膠比和較低水泥用量，除水泥、水和骨料外，還摻加外加劑

8、與礦物摻合料作為基本組成材料3.10.2 高性能混凝土輕混凝土Light-weight Concrete第三章 混凝土概 述l定義： 表觀密度不大于1950kg/m的混凝土稱為輕混凝土 l種類： 輕骨科混凝土：用多孔輕骨料代替普通砂石骨料配制的混凝土 多孔混凝土：通過適當(dāng)方法引入大量小氣泡，表觀密度很小的混凝土 大孔混凝土：沒有細(xì)骨料，只有粗骨料，內(nèi)部具有大孔結(jié)構(gòu)的混凝土l特性： 表觀密度小、自重較輕、保溫隔熱、隔聲和抗震等性能良好3.11 輕混凝土定義與種類l定義：用輕粗骨料、輕細(xì)骨料（砂）、水泥和水配制的混凝土稱為輕骨料混凝土。l種類： 全輕混凝土：粗、細(xì)骨料都是輕骨料； 砂輕混凝土：細(xì)骨

9、料為普通砂；l按其用途 保溫輕骨料混凝土 結(jié)構(gòu)保溫輕骨料混凝土 結(jié)構(gòu)輕骨料混凝土13.11.1 輕骨料混凝土輕骨料及輕混凝土的發(fā)展l長期以來，國內(nèi)的輕骨料以粘土、粉煤灰等為原料煅燒的陶粒為主，質(zhì)輕而強度低，配制出的輕混凝土強度也不高，作為結(jié)構(gòu)工程材料的用途受到很大限制。l近年來，國外先進技術(shù)及國內(nèi)新技術(shù)，使強度較高、吸水率小的頁巖輕骨料涌現(xiàn)，為配制較高強度的輕混凝土，用于橋梁、高層建筑等結(jié)構(gòu)開辟了廣闊的應(yīng)用前景。3.11.1 輕骨料混凝土羅馬萬神殿The Pantheon Rome直徑44m，耗用凝灰?guī)r輕骨料混凝土12000t3.11.1 輕骨料混凝土1919年Selma號輕混凝土船在美國Al

10、abama下水3.11.1 輕骨料混凝土 普通骨料混凝土 輕骨料混凝土3.11.1 輕骨料混凝土3.11.1 輕骨料混凝土輕骨料的種類及技術(shù)性質(zhì) 輕骨料的種類：l粒徑5mm，堆積密度1000kg/m3，為輕粗骨料；l粒徑 5mm，堆積密度1200kg/m3，為輕細(xì)骨料或輕砂l(fā)種類：工業(yè)廢料輕骨料：粉煤灰陶粒等； 天然輕骨料：浮石、火山渣等； 人工輕骨料：粘土陶粒、頁巖陶粒、膨脹珍珠巖等23.11.1 輕骨料混凝土13.11.1 輕骨料混凝土輕骨料的技術(shù)性質(zhì)l堆積密度 輕粗骨料的堆積密度有：3001000八個等級 輕細(xì)骨料的堆積密度有：5001200八個等級l筒壓強度： 將粒徑為1020烘干的輕

11、粗骨料裝入 115mm 100mm的帶底圓筒內(nèi)，上面加113mm70mm的沖壓模，取沖壓模壓入深度為20mm時的壓力值，除以承壓面積，即為輕細(xì)骨料的筒壓強度值。l顆粒級配510、1015、1520、2025、2530（mm）等5級最大粒徑：一般以累計篩余率小于10的該號篩孔尺寸來確定l吸水率 開始lh內(nèi)吸水極快，24h后幾乎不再吸水23.11.1 輕骨料混凝土11311510070輕骨料混凝土的技術(shù)性質(zhì)l表觀密度：12個密度等級。l強度等級：CL5.0CL50。l強度特點： 界面粘結(jié)牢固、三向受力、主要依賴于水泥石強度和水泥用量 軸心抗壓與立方體抗壓強度比值較高。 勻質(zhì)性較差，fc=0.76f

12、cu。 彈性模量較低：3050%l收縮與徐變較大：0.41.0mm/m；徐變大3060%。l熱工性能：密度越小，導(dǎo)熱系數(shù)越低。23.11.1 輕骨料混凝土 普通混凝土 骨料漿體界面3.11.1 輕骨料混凝土輕骨料界面砂漿輕混凝土界面顯著加強3.11.1 輕骨料混凝土l配合比設(shè)計的原理和方法與普通混凝土相同。l滿足表觀密度要求：骨料表觀密度及用量。l滿足強度要求：尚無強度計算公式，根據(jù)有關(guān)經(jīng)驗數(shù)據(jù)和圖標(biāo)確定強度與配合比的關(guān)系，然后經(jīng)試配與調(diào)整，找出最優(yōu)配合比。水泥強度和輕骨料強度l滿足和易性要求：確定用水量時，需考慮輕骨料吸水量，“附加水量（1h吸水量）”、“凈用水量”。l砂率：體積砂率細(xì)骨料松

13、散體積與骨料總體積之比，3550。l骨料用量：絕對體積法或松散體積法 絕對體積：混凝土體積等于各組成材料體積之和。 松散體積：Va+s=1.201.65m3/m3。配合比設(shè)計特點33.11.1 輕骨料混凝土輕骨料混凝土實例骨料筒 骨料表 混凝土 抗壓強度 彈模 波松比 壓強度 觀密度 干容重 7d 28d E MPa g/cm3 kg/m3 MPa GPa 14 1150 1880 62.2 80 29.3 0.223.11.1 輕骨料混凝土l施工 輕骨料吸水率較大，拌和時，輕骨料應(yīng)預(yù)先吸水。 外加劑后加法。為什么？ 防止輕骨料上浮。采取什么措施？ 加熱養(yǎng)護時，升溫不宜太快。為什么？l應(yīng)用 橋

14、梁 房屋建筑 海洋鉆井平臺施工特點與應(yīng)用43.11.1 輕骨料混凝土19872000年挪威共建成11座輕混凝土橋。其中6座懸臂橋；2座斜拉橋1座浮橋新結(jié)構(gòu)設(shè)計手冊和石油鉆井平臺建設(shè)為輕混凝土發(fā)展提供了契機3.11.1 輕骨料混凝土挪威第一座輕混凝土橋3.11.1 輕骨料混凝土NORDHORDLAND輕混凝土浮橋(主跨為斜拉橋)3.11.1 輕骨料混凝土曳引輕混凝土浮橋墩(混凝土=1900kg/m3； f=70MPa；E=2023GPa)3.11.1 輕骨料混凝土天津永定新河大橋3.11.1 輕骨料混凝土天津永定新河大橋3.11.1 輕骨料混凝土挪威海上石油鉆井平臺3.11.1 輕骨料混凝土新西

15、蘭一座輕混凝土構(gòu)件建造的體育場3.11.1 輕骨料混凝土3.11.1 輕骨料混凝土湖北宜昌一棟30層的住宅樓多孔混凝土l多孔混凝土：含有大量均勻分布的封閉氣泡的無骨料或無輕骨料的混凝土l種類：加氣混凝土、泡沫混凝土l加氣混凝土 組成：鈣質(zhì)材料、硅質(zhì)材料、水、加氣劑 鋁粉的作用：在堿性條件下氧化，還原水中的H+離子為氫氣。 蒸壓養(yǎng)護下，形成硅酸鈣水化物l泡沫混凝土 組成：水泥、水、（砂）、泡沫劑。 泡沫劑：松香皂、水解蛋白。3.11.2 多孔和大孔混凝土1大孔混凝土l大孔混凝土：由粒徑相近的粗骨料、水泥和水配制而成的一種輕混凝土，又稱無砂混凝土。l大孔混凝土的表觀密度為10001500 kg/m

16、3，抗壓強度在3.510MPa之間。l導(dǎo)熱系數(shù)小，保溫性好、吸濕性較小、透水性好等特點l可用于現(xiàn)澆墻板，用于制作小型空心砌塊和各種板材，也可制成濾水管、濾水板、透水混凝土等，廣泛用于市政工程。3.11.2 多孔和大孔混凝土23.12 其他混凝土第三章 混凝土l預(yù)拌和泵送混凝土工廠化生產(chǎn)，機械化輸送與灌注l特殊功能混凝土 通過原材料與配合比選擇，使混凝土具有較好的防水、耐熱和耐酸等特殊功能l特定用途的混凝土通過原材料和配合比選擇，配制的混凝土用于特定的工程或環(huán)境，如：道路、水下、大體積等l聚合物混凝土由聚合物或水泥聚合物復(fù)合膠凝材料配制的混凝土特 點l原材料 水泥 硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥等

17、骨料 最大粒徑與管徑之比，連續(xù)級配 外加劑 泵送劑、減水劑、礦物粉末等l配合比 水灰比0.6； 水泥用量300kg/m3； 砂率 3845； 引氣劑 含氣量4l施工性能 可泵性：大流動性，在泵壓下，連續(xù)穩(wěn)定，不離析 足夠的稠度和適中的漿體，良好的保水性和粘聚性泵送混凝土 Pumping Concrete泵送混凝土 Pumping Concrete泵送混凝土 Pumping Concrete噴射混凝土組成材料l骨 料 細(xì)骨料 = 骨料總量的60 - 70% 粗骨料 = 30-40%l水泥：硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥，320450kg/m3l硅灰：水泥質(zhì)量的5% - 15%l水灰比： W/C =

18、0.33 - 0.45l減水劑：高效減水劑l速凝劑 硅酸鹽，如水玻璃 鋁酸鹽，如鋁酸鈉， 用量占膠凝材料的2 - 5%噴射混凝土 shotcrete1噴射混凝土應(yīng)用l地基密封 防治腐蝕和風(fēng)化 阻止?jié)B進和滲出l挖掘支擋體系的成分 主支擋 錨桿 / 噴射混凝土體系 錨桿 / 噴射混凝土 / 網(wǎng)架體系l表面修飾 實用、功能和藝術(shù)的考慮，并不形成混凝土。l修補2噴射混凝土 shotcrete干拌施工工藝 干法干法 干材料在攪拌站混合，然后用壓縮空氣輸送到噴嘴，在噴嘴處，水、液態(tài)外加劑和速凝劑導(dǎo)入，然后在0.60.7MPa的空氣壓力下立即噴出噴射混凝土 shotcrete濕拌施工工藝 濕法 除速凝劑外，所有的材料在攪拌站混合，然后用混凝土泵輸送到噴嘴，在噴嘴處在與速凝劑一起，在0.60.7MPa壓縮空氣下，立即噴出噴射混凝土 shotcrete典型的濕工藝施工噴射混凝土 shotcrete擋土墻加固噴射混凝土 shotcrete噴射混凝土施工前的掛網(wǎng)噴射施工噴射混凝土表面裝飾藝術(shù)處理噴射混凝土噴射混凝土Shotcrete噴射混凝土Shotcrete第三章 混凝土l原材料種類與要求：水泥、骨料、外加劑、水l