高性能混凝土論文

超高高性能混凝土在抗震支吊架的研究高性能混凝土的施工控制引言：高性能混凝土是20世紀(jì)80年代末90年代初，一些發(fā)達(dá)國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設(shè)計指標(biāo)，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年以上的使用壽命。區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，咼性能混凝土由于具有咼耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，被認(rèn)為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。目前正在施工的武漢到廣州客運(yùn)專線烏龍泉至花都段（設(shè)計時速350km/h）其主體結(jié)構(gòu)就是采用的是高性能混凝土。本文根據(jù)參加該段客運(yùn)專線施工的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，談?wù)劯咝阅芑炷恋氖┕た刂?。關(guān)鍵詞:高性能混凝土；施工控制一、什么是高性能混凝土高性能混凝土到目前為止還沒有統(tǒng)一的定義，一般認(rèn)為高性能混凝土是指用常規(guī)的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥、砂石等做原材料，使用常規(guī)制作工藝，主要依靠高效減水劑和活性礦物摻合料配制的水泥混凝土。高性能混凝土與普通混凝土相比有以下三個特點(diǎn)：高工作度，這是工業(yè)化泵送施工的條件，一般坍落度應(yīng)達(dá)到20土2cm，而且不產(chǎn)生過多的泌水。良好的物理力學(xué)性能，高性能混凝土應(yīng)具有較高的強(qiáng)度和體積穩(wěn)定性。長期的耐久性，這是高性能混凝土最重要的性能指標(biāo)。高性能混凝土應(yīng)具有上百年而不是普通混凝土40?50年的使用壽命。二、 高性能混凝土實(shí)現(xiàn)的技術(shù)要點(diǎn)低的水膠比，在保證工作度的情況下盡可能減少水的用量。使用高效減水劑以保證在水膠比比較低，膠結(jié)材料用量不多的情況下大的工作度。選擇高質(zhì)量的骨料，高性能混凝土對骨料的顆粒級配和粒徑有著更嚴(yán)格的要求，要求細(xì)骨料應(yīng)選用潔凈的砂子，粗骨料應(yīng)是高強(qiáng)、低吸水性的碎石。摻入活性礦物材料。摻入活性礦物材料可以帶來很多益處：①改善新拌混凝土的工作度。②降低混凝土硬化初期的水化熱，減少了溫度裂縫。③活性礦物材料與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2起火山灰反2應(yīng)，使硬化水泥漿內(nèi)的空隙細(xì)化，提高水泥漿和水泥漿—骨料界面的強(qiáng)度，提高混凝土的抗?jié)B性，有利于混凝土在酸性環(huán)境下的耐久性。三、 高性能混凝土原材料的選擇水泥：從化學(xué)成分來分一般分為硅酸鹽系水泥、鋁酸鹽系水泥、硫酸鹽系水泥或硫鋁酸鹽系四種。我們一般常用的硅酸鹽系水泥又分為六種：硅酸鹽水泥(P.I、P.II),普通硅酸鹽水泥(P.O),礦渣水泥(P.S),火山灰水泥(P.P),粉煤灰水泥(P.F),復(fù)合水泥(P.C)。(1)硅酸鹽水泥，有P.I和P.II兩個編號，其中P.I不摻加任何的礦物混合材料，P.II允許有不超過5%的活性礦物混合材料；（2）普通硅酸鹽水泥，允許以5%?15%的礦物混合材料等量取代硅酸鹽熟料；（3）礦渣硅酸鹽水泥，允許以20%?70%的?；郀t礦渣作為礦物混合材料等量取代硅酸鹽熟料。（4）火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥，允許有20%?50%的火山灰質(zhì)材料作為礦物混合材料等量取代熟料；（5）粉煤灰硅酸鹽水泥，允許有20%~40%的粉煤灰等量作為礦物混合材料取代熟料；（6）復(fù)合硅酸鹽水泥，用兩種以上礦物混合料以總量20%?40%取代硅酸熟料。在配置高性能混凝土配合比時，我們一般選用普通硅酸鹽水泥,這是因?yàn)楫?dāng)用戶使用加有上述礦物混合材料的混合水泥時，往往不清楚所加入的礦物混合材料質(zhì)量與摻和工藝，而且由于礦渣硬度比熟料大，共同磨細(xì)時，水泥中的礦渣顆粒太粗，礦渣的潛在活性不能充分發(fā)揮；所以為了有效控制混凝土的質(zhì)量并發(fā)揮礦料的作用，在配置耐久性混凝土?xí)r宜采用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽，同時將礦料以摻和料的形式作為配制混凝土?xí)r的單獨(dú)組分加入混凝土拌和料中。由于水泥熟料中的主要成份硅酸三鈣（CS）、硅酸二鈣（CS）、鋁酸三32鈣（CA）、鐵鋁酸四鈣（CAF）在不同廠家中不同品牌水泥的同一種34水泥含量不同，與水發(fā)生作用后反應(yīng)的效果不同，其硬化后的早期強(qiáng)度、后期強(qiáng)度增長率、抗裂性以及抗化學(xué)腐蝕的性能都會有較大差別，應(yīng)盡可能選擇那種水化速度較慢，水化發(fā)熱量較小的水泥。同時選擇水泥時不能以強(qiáng)度作為唯一指標(biāo)，不能以為強(qiáng)度高的水泥就一定好。在目前生產(chǎn)工藝條件下，提高水泥強(qiáng)度（尤其是早期強(qiáng)度）主要依靠增加水泥中的CA、CS的含量并提高水泥的比表面積來實(shí)現(xiàn)，而比表33面積過高將導(dǎo)致水化速度過快，水化熱大，混凝土收縮大，抗裂性下降，混凝土的微結(jié)構(gòu)不良，抗腐蝕性差，從而導(dǎo)致了混凝土的耐久性差。水泥含堿量的控制。對水泥含堿量的控制，以往主要是從控制堿骨料反應(yīng)的角度去考慮，但施工實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，不管是否有活性骨料存在，堿的影響首先表現(xiàn)為增加混凝土的開裂傾向，但是含堿量太低又會使坍落度混凝土的泌水性增加，所以現(xiàn)行規(guī)范規(guī)定，當(dāng)使用較大摻量的礦物摻和料時，現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)控制上限為0.8%。骨料：一般指標(biāo)的控制。要求細(xì)骨料應(yīng)選用潔凈的砂子，最好是圓形顆粒的天然河砂，砂子的細(xì)度模數(shù)在3.0左右（中粗砂）。粗骨料應(yīng)是高強(qiáng)、低吸水性的碎石，其顆粒最大粒徑不宜超過15~20mm,如混凝土強(qiáng)度等級不是很高可放寬到25mm。盡量排除片狀、針狀石子。由于骨料中的有害物含量對混凝土的耐久性影響較大，一般需要嚴(yán)格控制，以我們最常用的C30混凝土來說，原標(biāo)準(zhǔn)中細(xì)骨料含泥量為W3.0,泥塊含量為W1.0,云母含量為W1.0,輕物質(zhì)含量W1.0,而新標(biāo)準(zhǔn)中則分別為含泥量為W2.5,泥塊含量為W0.5,云母含量為W0.5,輕物質(zhì)含量W0.5；粗骨料在原標(biāo)準(zhǔn)中含泥量為W1.0,泥塊含量為W0.25,針片狀顆?？偤縒10,硫化物及硫酸鹽含量W1.0,而新標(biāo)準(zhǔn)中則分別為含泥量為W1.0,泥塊含量為W0.25，針片狀顆?？偤縒10,硫化物及硫酸鹽含量W0.5,標(biāo)準(zhǔn)均比以前有所提高。骨料的級配和粒形的控制。這里需要強(qiáng)調(diào)的就是骨料的級配和粒形。我國混凝土質(zhì)量不如歐美等發(fā)達(dá)國家的重要原因之一，在于對骨粒粒形和級配的不夠重視和骨料的質(zhì)量較差。雖然我國也有關(guān)于骨料產(chǎn)品質(zhì)量的強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)，但是目前生產(chǎn)供應(yīng)的骨料很少有真正符合標(biāo)準(zhǔn)的。和水泥一樣，在骨料的質(zhì)量中，我國工程界比較看重的只是與混凝土強(qiáng)度有關(guān)的骨料強(qiáng)度和含泥量等指標(biāo)，對于骨料粒形和級配的重要性，基本上以為后者不過是多費(fèi)點(diǎn)水泥的問題，很少從耐久性的角度去重視骨料的質(zhì)量。一般天然骨料的強(qiáng)度，對于目前常用的混凝土強(qiáng)度等級（C70以下）來說其實(shí)是足夠的，而骨料的其他性能如吸水率、熱膨脹系數(shù)等對混凝土耐久性則有重要影響。吸水率大的骨料，配制的混凝土?xí)休^大的長期收縮，影響混凝土的抗裂性。與卵石相比，碎石混凝土的骨料與漿體的界面有較好的結(jié)合，抗裂性也好些。一般來說粗骨料的最大粒徑較小時，混凝土的抗?jié)B性會提高。所以當(dāng)耐久性作為主要因素考慮時，骨料的最大粒徑宜取小一些。粗骨料的級配和粒形不好，必然要加大混凝土的膠凝材料總量和用水量，不僅增加混凝土收縮，而且會增加混凝土的滲透性和有害介質(zhì)在混凝土中的擴(kuò)散系數(shù)。為了提高耐久性，必然要同時采用低水膠比和低用水量。西方發(fā)達(dá)國家混凝土的用水量都較少，先進(jìn)的混凝土技術(shù)可將用水量減少到130kg/m3以下并依然有很好的泵送性，其中的一個關(guān)鍵就是骨料的級配和粒形好，不存在粗骨料的針、片狀顆粒問題。所以配制混凝土的粗骨料都要經(jīng)過粒形和級配的嚴(yán)格選擇，在選擇供應(yīng)商時，首選采用反擊式破碎機(jī)生產(chǎn)的粗骨料，其次是錘式破碎機(jī)生產(chǎn)的粗骨料，應(yīng)盡可能拒絕采用顎式破碎機(jī)生產(chǎn)的粗骨料。粗骨料的最大粒徑的控制。為了保證混凝土澆筑的通暢，骨料的最大粒徑應(yīng)不超過鋼筋最小間距和保護(hù)層厚度的3/4，后者同時也是為了保證混凝土保護(hù)層抗?jié)B性的需要。目前在施工中為了少用水泥，往往盡可能增大石子粒徑，一些商品預(yù)拌混凝土由于大批量生產(chǎn)也極少變換石子粒徑，而設(shè)計人員在施工圖的鋼筋凈間距上又常忽略施工的實(shí)際情況和需要，于是混凝土澆筑時的鋼筋通過性就很差，造成混凝土澆筑質(zhì)量不勻，鋼筋下方形成縫隙，并在保護(hù)層外表面沿水平鋼筋或箍筋的下方位置出現(xiàn)裂縫，這些均要予以充分重視。這就要求選擇配合比時要根據(jù)施工圖的設(shè)計不同部位來確定選擇不同骨料最大允許粒徑，而不是同一強(qiáng)度等級，不論是什么施工部位均采用同一配合比。外加劑外加劑是混凝土的重要組成部分。外加劑對混凝土具有良好的改性作用，摻用外加劑是制備高性能混凝土的關(guān)鍵技術(shù)之一。在混凝土中合理摻加具有減水率高、坍落度損失小、適量引氣，質(zhì)量穩(wěn)定的外加劑產(chǎn)品能明顯改善或提高混凝土耐久性能?；炷林袚饺肷倭恳龤鈩┖?，就等于是每方混凝土中引入數(shù)千億個微小氣泡，使混凝土的抗凍融性能大大提高。有研究表明，引氣劑對混凝土的工作性和勻質(zhì)性都有所提高，引氣劑不僅能減少混凝土的用水量，降低泌水率，更重要的是混凝土引氣后，水在拌合物中的懸浮狀態(tài)更加穩(wěn)定，因而可以改善骨料底部漿體泌水、沉降等不良現(xiàn)象，適量引氣已經(jīng)是配制高性能混凝土的重要手段之一。但并不是含氣量越大越好，一般含氣量每增加1%（體積），抗壓強(qiáng)度約降低4%?5%,抗折強(qiáng)度約降低2%—3%。齡期增長后，含氣量對混凝土強(qiáng)度的影響也將增大?！惰F路混凝土工程質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)》（鐵建設(shè)【2005】160號）表3.3規(guī)定：混凝土的拌和物的入模含氣量應(yīng)滿足設(shè)計要求。當(dāng)設(shè)計無具體要求時,含氣量應(yīng)按表3.3的規(guī)定控制。表3.3混凝土含氣量環(huán)境條件混凝土無抗凍要求混凝土有抗凍要求D1D2、D3D4含氣量（％）$2.0$4.0$5.0$5.5實(shí)踐證明用于高性能混凝土的外加劑減水率至少在18%以上,否則達(dá)不到低水膠比的技術(shù)要點(diǎn)要求。礦物摻和料摻入一定量的礦物摻和料,可以有效改善和提高混凝土工作性和耐久性。一般分為活性和非活性兩種?；钚缘挠辛；郀t礦渣、火山灰混合材料、粉煤灰、硅灰等；非活性混合料僅起填充作用,不能改善水泥性質(zhì),如石英砂、石灰石、砂巖、粘土等,我們一般常用粉煤灰及?；郀t礦渣比較多。粉煤灰。國內(nèi)外大量研究表明,為有效改善混凝土抗化學(xué)侵蝕性能（如氯化物侵蝕、堿骨料反應(yīng)、硫酸鹽侵蝕）,粉煤灰最佳替代量一般應(yīng)在20%以上?，F(xiàn)行粉煤灰的分級標(biāo)準(zhǔn)是同時將燒失量、細(xì)度和需水量比作為分級的主要標(biāo)準(zhǔn),實(shí)際上這樣不利于發(fā)揮粉煤灰的效用。粉煤灰的品質(zhì)首先注重?zé)Я亢托杷?而對細(xì)度不必過于苛求。一般來說，粉煤灰的燒失量越大，含碳量越高，混凝土的需水量就越大。用電收塵方法收取的灰越細(xì)，所含玻璃微珠越多，含碳量低，需水量小，但是產(chǎn)量很少。實(shí)際工程選用粉煤灰時，因條件限制不得不采用燒失量較大的粉煤灰時，必須經(jīng)過混凝土拌和物性能和耐久性試驗(yàn)證明可行，且C50以下混凝土用粉煤灰的燒失量不得大于8%，C50以上混凝土用粉煤灰的燒失量不得大于5%。磨細(xì)礦渣粉。單獨(dú)粉磨礦渣用于配置混凝土，可使磨細(xì)礦渣的細(xì)度至少達(dá)到和熟料相同。礦渣越細(xì)，活性越高。對于高細(xì)度的磨細(xì)礦渣，在一定的摻量范圍內(nèi)，混凝土的強(qiáng)度隨摻量的增大而提高，但是混凝土的溫升、化學(xué)收縮和自收縮也隨著礦渣的摻量增加而增加。所以礦渣的摻量要適度，一般在10?25之間。硅灰。在水灰比不變的情況下，摻入硅灰可明顯提高混凝土強(qiáng)度，但需水量隨硅灰摻量而增加。硅灰對提高混凝土抗化學(xué)腐蝕性有顯著效果。但是其高活性不僅不會降低混凝土的溫升，反而使溫升提前，不利于減少溫度變形，并且增大混凝土自收縮。硅灰的價格也比較貴，最好和其他需水量小的礦物摻合料合使用。3.4.4其他注意事項(xiàng)。其他一些礦物摻和料也具有較高的的活性，并能提高混凝土抗侵入和抗化學(xué)侵蝕的能力，但大多有較大的需水性，因此摻量有限，為了避免自收縮和溫度應(yīng)力，也不宜磨得過細(xì)。根據(jù)現(xiàn)行礦物摻和料的品質(zhì)水平情況，其氯離子含量必須控制在合理范圍內(nèi)：如粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉的氯離子含量不得大于0.02%，同時混凝土的總氯離子含量應(yīng)滿足因滿足配合比設(shè)計要求。拌合用水如果使用符合國家標(biāo)準(zhǔn)的飲用水作拌合用水可不經(jīng)檢驗(yàn)，使用其他來源的水作拌合用水時，水的品質(zhì)要經(jīng)檢驗(yàn)，符合表3.5.1標(biāo)準(zhǔn)才能用于混凝土。表3.5.1拌和用水的品質(zhì)指標(biāo)項(xiàng) 目預(yù)應(yīng)力混凝土鋼筋混凝土素混凝土PH值不溶物（mg/L）可溶物（mg/L）氯化物（以Cl-計）（mg/L）硫酸鹽（以SO”2-計）（mg/L）堿含量（以當(dāng)量NaO計）（mg/L）養(yǎng)護(hù)用水除不溶物、可溶物可不做要求外，其他項(xiàng)目應(yīng)符合表3.5.1的規(guī)定。養(yǎng)護(hù)用水不得采用海水。四、高性能混凝土的施工過程控制高性能混凝土質(zhì)量控制的關(guān)鍵在于保證原材料和拌合物質(zhì)量的穩(wěn)定。應(yīng)充分考慮施工過程中可能出現(xiàn)的各種情況，制定充分的預(yù)防措施，合理設(shè)置原材料和拌合物的質(zhì)量是否穩(wěn)定的控制點(diǎn)，杜絕在施工過程中間隨意更改既定施工方案和施工條件已經(jīng)變化而施工措施一成不變的現(xiàn)象發(fā)生。下面強(qiáng)調(diào)一下幾個要點(diǎn)：耐久性混凝土盡可能的采用大型攪拌站集中拌制，由于采用電子計量系統(tǒng)對各種原材料進(jìn)行計量，整套設(shè)備自動化程度較高，受操縱人員人為影響較小，對混凝土配合比的要求執(zhí)行的比較好，這樣攪拌出的混凝土質(zhì)量比較均勻，質(zhì)量也相對穩(wěn)定，混凝土的耐久性相對較好。原材料每盤稱量偏差如下：水泥、礦物摻和料±1%，粗細(xì)骨料±2%，外加劑、拌和用水±1%。加強(qiáng)對混凝土拌和物的檢測控制。以往對混凝土拌和物出機(jī)及現(xiàn)場的指標(biāo)一般只測混凝土坍落度，看混凝土的和易性和泌水情況。而現(xiàn)在卻要還要加測出機(jī)溫度、含氣量、入模溫度、壓力泌水率等指標(biāo)而且頻率比較大（每拌制50m3混凝土或每工作班至少測一次，溫度則要求每工作班至少測3次），這就要求試驗(yàn)人員要配備的比普通混凝土施工的要多。骨料的級配粒徑控制。細(xì)骨料應(yīng)選用潔凈的砂子，最好是圓形顆粒的天然河砂，級配顆粒應(yīng)符合II區(qū)標(biāo)準(zhǔn)。粗骨料要按粒徑分倉堆放，嚴(yán)格按試驗(yàn)試配結(jié)果比例進(jìn)行二次或三次級配，禁止按一種比例一成不變的對粗骨料進(jìn)行級配。任何新選料源或連續(xù)使用同料源、同品種、同規(guī)格的粗細(xì)骨料達(dá)一年時，要進(jìn)行全面檢測?？刂苹炷恋母鞣N溫度?？刂苹炷恋母鞣N溫度主要是為了防止溫差過大引起混凝土混凝土產(chǎn)生裂縫?；炷翜囟瓤刂频脑瓌t是：（1）升溫不要太早和太高；（2）降溫不要太快；（3）混凝土中心和表面之間，新老混凝土混凝土之間以及混凝土混凝土表面和大氣之間的溫差不要太大。溫度控制的方法的制度要根據(jù)氣溫（季節(jié)），混凝土內(nèi)部溫度、構(gòu)件尺寸、約束尺寸、約束情況、混凝土配合比等具體條件來確定。夏季施工應(yīng)該注意事項(xiàng)。在高溫下拌合、澆筑和養(yǎng)護(hù)會損害混凝土的質(zhì)量和耐久性，過熱會使坍落度損失過快，拌合物用水量增大。因此，炎熱天氣施工對混凝土施工最高溫度和澆筑作業(yè)應(yīng)有限制（入模溫度不宜高于氣溫且不宜超過30°C）。降溫主要措施有：⑴用冷水或冰水做拌和水；⑵冷卻水泥溫度；⑶用冷卻水噴灑、浸泡或冷風(fēng)降低骨料溫度；⑷對攪拌和運(yùn)輸設(shè)備進(jìn)行遮陰、隔熱處理；⑸夜間澆筑。冬季施工應(yīng)注意事項(xiàng).規(guī)定冬季攪拌混凝土應(yīng)具有一定的出機(jī)溫度（出機(jī)溫度不宜低于10C，入模溫度不低于5C）,主要是避免混凝土早期受凍。當(dāng)施工現(xiàn)場存在機(jī)械運(yùn)輸困難，運(yùn)距較長等問題時，應(yīng)適當(dāng)提高混凝土的出機(jī)溫度，以保證混凝土在運(yùn)輸過程中不致被凍壞。為使混凝土達(dá)到必要的出機(jī)溫度，通常需要對拌和水或骨料進(jìn)行預(yù)熱，或兩者都加熱。加熱拌和水是最有效的辦法，不但容易做到，而且加熱水所消耗的能量僅是同質(zhì)量骨料的1/4。但拌和水的加熱程度要適當(dāng)，且應(yīng)保證每盤混凝土之間溫度相差不太懸殊。為避免發(fā)生速凝或假凝現(xiàn)象，太熱的水不要直接與水泥或外加劑接觸。為此，可采用加熱水與骨料先拌和的攪拌工藝。新舊混凝土澆注面的溫度控制。新澆混凝土與鄰接的已硬化的混凝土或巖土介質(zhì)間