更高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土演示教學(xué)

高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土高性與高強(qiáng)混凝土的概念高性與高強(qiáng)混凝土的區(qū)別高性能混凝土的配制高強(qiáng)混凝土的配制高性能與高強(qiáng)混凝土的缺陷及改進(jìn)方法高性能混凝土的發(fā)展方向結(jié)束語小組成員：胡建榮門琮方娟盧文亮阮宗波

高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土的概念

一高性能混凝土

1990年5月美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）與美國混凝土協(xié)會(huì)(ACI)首先提出高性能混凝土這個(gè)名詞，認(rèn)為高性能混凝土是同時(shí)具有某些性能的均質(zhì)混凝土，必須采用嚴(yán)格的施工工藝與優(yōu)質(zhì)原材料，配制成便于澆搗、不離析、力學(xué)性能穩(wěn)定、早期強(qiáng)度高，并具有韌性和體積穩(wěn)定性的混凝土；特別適合于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴(yán)格環(huán)境下的建筑物。

二高強(qiáng)混凝土

一般認(rèn)為，強(qiáng)度等級(jí)不低于C60的混凝土即為高強(qiáng)混凝土。由于這類混凝土有別于C60以下的普通混凝土，其原材料選擇和施工質(zhì)量控制更為嚴(yán)格，而且受壓破壞表現(xiàn)出更大脆性，因而在結(jié)構(gòu)計(jì)算和構(gòu)造方法上與普通混凝土也有所差別。通常還將強(qiáng)度大于C60的混凝土稱為超高強(qiáng)混凝土。

高性與高強(qiáng)的區(qū)別

高性能混凝土可以認(rèn)為是在高強(qiáng)混凝土基礎(chǔ)上的發(fā)展和提高，也可說是高強(qiáng)混凝土的進(jìn)一步完善。由于近些年來，在高強(qiáng)混凝土的配制中，不僅加入了超塑化劑，往往也摻人了一些活性磨細(xì)礦物摻合料，與高性能混凝土的組分材料相似，而且在有的國家早期發(fā)表的文獻(xiàn)報(bào)告中曾提到：“高性能混凝土并不需要很高的混凝土抗壓強(qiáng)度，但仍需達(dá)到55MPa(8000psi)以上”。因此，至今國內(nèi)外有些學(xué)者仍然將高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土在概念上有所混淆。在歐洲一些國家常常把高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土并提(HPC／HSC)。

高強(qiáng)混凝土僅僅是以強(qiáng)度的大小來表征或確定其何謂普通混凝土、高強(qiáng)混凝土與超高強(qiáng)混凝土，而且其強(qiáng)度指標(biāo)隨著混凝土技術(shù)的進(jìn)步而不斷有所變化和提高。而高性能混凝土則由于其技術(shù)物性的多元化，諸如良好的工作性(施工性)，體積穩(wěn)定性、耐久性、物理力學(xué)性能等等而難以用定量的性能指標(biāo)給該混凝土一個(gè)定義。

把高強(qiáng)混凝土混同于高性能混凝土，不僅僅是定義上的問題，值得探討的是：

(1)高強(qiáng)混凝土必然具有良好的耐久性。

(2)高性能混凝土必需具有高強(qiáng)度。

美國教授P.K.Mehta早在1990年就提出：“把高強(qiáng)混凝土假定為高性能混凝土，嚴(yán)格地說，這種假定是錯(cuò)誤的?！?/p>

我國已故的吳中偉院士也在1996年提出：“有人認(rèn)為混凝土高強(qiáng)度必然是高耐久性，這是不全面的，因?yàn)楦邚?qiáng)混凝土?xí)硪恍┎焕谀途眯缘囊蛩亍咝阅芑炷吝€應(yīng)包括中等強(qiáng)度混凝土，如C30混凝土。”1999年又提出：“單純的高強(qiáng)度不一定具有高性能。如果強(qiáng)調(diào)高性能混凝土必須在C50以上，大量處于嚴(yán)酷環(huán)境中的海工、水工建筑對(duì)混凝土強(qiáng)度要求并不高(C30左右)，但對(duì)耐久性要求卻很高，而高性能混凝土恰能滿足此要求。

美國學(xué)者Virendra

K.Varma最近也撰文認(rèn)為，應(yīng)該把高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土有所區(qū)分。

從材料的”性能“的含義而論，既包括力學(xué)性能的概念，也還包括了一些非力學(xué)性能的概念，如高填充性、不離析、抗?jié)B性、抗侵蝕性、體積穩(wěn)定性等等。

因此，混凝土的技術(shù)進(jìn)步不能以高強(qiáng)為目標(biāo)，而應(yīng)是高性能，單純以高抗壓強(qiáng)度來表征混凝土的高性能是不確切的。而高性能混凝土應(yīng)根據(jù)工程建筑的要求來確定，包括不同強(qiáng)率等級(jí)的高性能混凝土，如普通強(qiáng)度的高性能混凝土、高強(qiáng)高性能混凝土。(3)

提高混凝土耐久性的技術(shù)途徑如前分析，要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細(xì)管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會(huì)導(dǎo)致?lián)v實(shí)成型工作困難，同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密，甚至出現(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強(qiáng)度降低，而且混凝土的耐久性也同時(shí)降低。目前減少孔隙率的途徑往往是摻入高效減水劑。a.

摻入高效減水劑b.

摻入高效活性礦物摻料c.

消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素d.保證混凝土的強(qiáng)度(4)

結(jié)論

高性能混凝土在配制上的特點(diǎn)是低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水和骨料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮，提高強(qiáng)度，提高耐久性。混凝土工程的超耐久化，并不意味混凝土成本一定增加，甚至還可能導(dǎo)致成本的降低。例如，應(yīng)用耐久性高的高性能混凝土，由於強(qiáng)度提高，結(jié)構(gòu)造價(jià)降低；又如摻入粉煤灰等工業(yè)廢料取代部分水泥，可以降低混凝土材料成本。高強(qiáng)混凝土的配制一．原材料

1.水泥

因選用質(zhì)量穩(wěn)定強(qiáng)度等級(jí)不低于42.5的硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。

2.骨料

細(xì)骨料的細(xì)度模數(shù)宜大于2.6，含泥量不應(yīng)大于2.0%，泥塊含量不應(yīng)大于0.5%，其他質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》的規(guī)定。

對(duì)強(qiáng)度等級(jí)為C60級(jí)的混凝土，其粗骨料的最大粒徑不應(yīng)大于31.5mm，對(duì)強(qiáng)度等級(jí)高于C60級(jí)的混凝土，其粗骨料的最大粒徑不應(yīng)大于25mm；針片狀含量不宜大于5.0%，

含泥量不應(yīng)大于0.5%，泥塊含量不宜大于0.2%，其它質(zhì)量指標(biāo)應(yīng)符合現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《普通混凝土用碎石或卵石質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)及檢驗(yàn)方法》的規(guī)定。

3.高效減水劑

高效減水劑減水效果顯著，可降低水灰比，并大為改善工作性。但是在選用減水劑時(shí)必須注意與水泥的適應(yīng)性問題。

4.活性摻合料

活性摻合料主要有?；郀t礦渣粉煤灰硅灰等。這些活性摻合料的摻入與水泥的水化產(chǎn)物發(fā)生二次水化反應(yīng)生成具有水硬性的膠凝物質(zhì)，填充在水泥石以及過渡區(qū)的空隙內(nèi)，起到強(qiáng)化過渡區(qū)改善水泥石結(jié)構(gòu)提高密實(shí)度的作用。二．配合比設(shè)計(jì)

高強(qiáng)度混凝土配合比的計(jì)算方法和步驟詳見指南《混凝土配制強(qiáng)度的確定》3

高性能與高強(qiáng)混凝土在性能上尚存在的問題及其改善的途徑配制高性能混凝土的特點(diǎn)是低水膠比并摻有足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻合料和高效減水劑，從而使混凝土具有綜合的優(yōu)異的技術(shù)特性，但由此也產(chǎn)生了兩個(gè)值得重視的性能缺陷：（1）自干燥引起的自收縮

近年來，國外許多學(xué)者發(fā)現(xiàn)高強(qiáng)混凝土、高性能混凝土存在早期收縮開裂的問題。其原因是由于在低水灰比或水膠比并摻入較多的具有相當(dāng)活性的礦物細(xì)摻合料的混凝土中會(huì)產(chǎn)生自干燥從而引起混凝土的自收縮，使混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)受到損傷而產(chǎn)生微裂縫。此外，較大量的活性礦物細(xì)摻合料的摻入，也會(huì)使混凝土產(chǎn)生自收縮，特別是硅灰的摻入。其原因主要是由于硅灰具有較高的火山灰活性，而增加了化學(xué)減縮。在水泥水化初期生成較高含量的凝膠孔的孔結(jié)構(gòu)體系的水泥石也會(huì)產(chǎn)生高度的自干燥而引起較嚴(yán)重的自收縮。再者，由于硅灰的表面積較大、活性強(qiáng)，會(huì)導(dǎo)致灰與攪拌水很快結(jié)合，加速了水泥石中孔隙空間的缺水與內(nèi)部相對(duì)濕度的降低而增大了自干燥。國內(nèi)外學(xué)者曾提出一些技術(shù)措施如：摻入一定量的膨脹劑；以部分粉煤灰等量取代水泥；配以高彈性模量的纖維：選用高C2S和低C3A、C4AF的硅酸鹽水泥等等，對(duì)降低混凝土的自收縮都有一定的效果。最近，國外學(xué)者提出了采用圍水養(yǎng)護(hù)即在混凝土澆注后仍處于塑性狀態(tài)時(shí)，盡快地立即進(jìn)行水霧養(yǎng)護(hù)，對(duì)減少或防止混凝土的自收縮具有較明顯的效果。另一技術(shù)措施是在混凝土中加入部分含水飽和的輕集料替代普通集料，含水飽和輕集料在混凝土中形成蓄水池，在混凝土內(nèi)部供水起內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用。但此方法需根據(jù)混凝土強(qiáng)度要求而采用。（2）脆性脆性可以描述為混凝土無法防止的不穩(wěn)定裂縫的擴(kuò)展與增長。眾多的試驗(yàn)已表明，混凝土的強(qiáng)度愈高，其應(yīng)力——應(yīng)變曲線過峰值后的下降段曲線愈陡斜，這意味著該混凝土的脆性愈大。因此，高強(qiáng)混凝土的脆性已引起廣泛的重視，而高強(qiáng)的高性能混凝土也同樣呈較大的脆性。在高強(qiáng)度混凝土中的脆性破壞，其裂縫往往貫穿粗集料。由于高性能混凝土能提高集料與硬性水泥漿體的粘結(jié)，即改善了界面過渡區(qū)，也使脆性有所增大。中等強(qiáng)度的高性能混凝土，雖然脆性比高強(qiáng)混凝土有所降低，但是其脆性仍然是個(gè)問題?；炷链嘈缘脑龃髸?huì)給工程結(jié)構(gòu)特別是有抗震要求的工程結(jié)構(gòu)帶來很大的危害。在高性能混凝土中摻加纖維是一種有效的措施。國外已有學(xué)者提出HPFRC（纖維增強(qiáng)高性能混凝土），而且將之與纖維增強(qiáng)傳統(tǒng)混凝土和基材（未摻纖維的傳統(tǒng)混凝土）進(jìn)行拉伸應(yīng)力——應(yīng)變的對(duì)比。纖維增強(qiáng)傳統(tǒng)混凝土比無纖維增強(qiáng)的基材僅僅是提高了延性，而纖維增強(qiáng)高性能混凝土與無纖維增強(qiáng)的基材相比，在HPFRC的拉伸應(yīng)力——應(yīng)變曲線中有三個(gè)特征是值得重視的：a.彈性極限顯著提高了。強(qiáng)性極限反映宏觀裂縫出現(xiàn)的起點(diǎn)。b.呈現(xiàn)出有一明顯的應(yīng)變強(qiáng)化段。應(yīng)變強(qiáng)化段是反映宏觀裂縫出現(xiàn)后，裂縫分散數(shù)量的增加，但這些裂縫的寬度很小。c.峰值后出現(xiàn)應(yīng)變軟化段。應(yīng)變軟化段反映了裂縫數(shù)量雖保持不變，但裂縫寬度增大了，最后導(dǎo)致纖維被拔出或斷裂而破壞。因此，纖維增強(qiáng)高性能混凝土不僅大大提高了拉伸應(yīng)力而且顯著改善了高性能混凝土的脆性。高性能混凝土的發(fā)展方向——綠色高性能混凝土

(1)所使用的水泥必須為綠色水泥;砂石料的開采應(yīng)該以十分有序且不過分破壞環(huán)境為前提。(2)最大限度地節(jié)約水泥用量，從而減少水泥生產(chǎn)中的“副產(chǎn)品”--二氧化碳、二氧化硫、氧化氮等氣體，以保護(hù)環(huán)境。(3)更多地?fù)郊咏?jīng)過加工處理的工業(yè)廢渣，如磨細(xì)礦渣、優(yōu)質(zhì)粉煤灰、硅灰和稻殼灰等作為活性摻合料，以節(jié)約水泥，保護(hù)環(huán)境，并改善混凝土耐久性。(4)大量應(yīng)用以工業(yè)廢液，尤其是黑色紙漿廢液為原料改性制造的減水劑，以及在此基礎(chǔ)上研制的其它復(fù)合外加劑，幫助其它工業(yè)消化處理難以處治的液體排放物

。(5)集中攪拌混凝土和大力發(fā)展預(yù)拌商品混凝土，消除現(xiàn)場攪拌混凝土所產(chǎn)生的廢料、粉層和廢水，并加強(qiáng)對(duì)廢料和廢水的循環(huán)使用。(6)發(fā)揮HPC的優(yōu)勢，通過提高強(qiáng)度，減小結(jié)構(gòu)截面積或結(jié)構(gòu)體積，減少混凝土用量，從而節(jié)約水泥、砂、石的用量；通過改善施工性來減少澆注密實(shí)性能，降低噪音；通過大幅度提高混凝土耐久性，延長結(jié)構(gòu)物的使用壽命，進(jìn)一步節(jié)約維修和重建費(fèi)用，減少對(duì)自然資源無節(jié)制的使用。(7)對(duì)大量拆除廢棄的混凝土進(jìn)行循環(huán)利用，發(fā)展再生混凝土。

你可以自得，但不應(yīng)自傲；你可以自守，但不應(yīng)自卑；你可以自愛，但不應(yīng)自戀；你可以自傷，但不應(yīng)自棄。謝謝觀賞

水泥在加水?dāng)嚢栳?，?huì)産生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中爲(wèi)了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時(shí)相應(yīng)地增加用水量，這樣就會(huì)促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當(dāng)加入減水劑後，減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點(diǎn)表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處於相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時(shí)使水泥絮凝狀的絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，因而達(dá)到減水的目的。許多研究表明，當(dāng)水灰比降低到0.38以下時(shí)，消除毛細(xì)管孔隙的目標(biāo)便可以實(shí)現(xiàn)，而摻入高效減水劑，完全可以將水灰比降低到0.38以下。普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在於改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成。活性礦物摻料(矽灰、礦渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2及活性A12O3，它們能和波特蘭水泥水化過程中産生的游離石灰及高鹼性水化矽酸鈣産生二次反應(yīng)，生成強(qiáng)度更高，穩(wěn)定性更優(yōu)的低鹼性水化矽酸鈣，從而達(dá)到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的。有些超細(xì)礦物摻料，其平均粒徑小於水泥粒子的平均粒徑，能填充於水泥粒子之間的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)更爲(wèi)致密，并阻斷可能形成的滲透路。此外，還能改善集料與水泥石的界面結(jié)構(gòu)和界面區(qū)性能。這些重要的作用，對(duì)增進(jìn)混凝土的耐久性及強(qiáng)度都有本質(zhì)性的貢獻(xiàn)。back

除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外，混凝土本身的一些物理化學(xué)因素，也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴(yán)重破壞，致使混凝土失效。例如，混凝土的化學(xué)收縮和干縮過大引起的開裂，水化熱過性過高引起的溫度裂縫，硫酸鋁的延遲生成，以及混凝土的堿集料反應(yīng)等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、SO3、C1-等可以引起結(jié)構(gòu)破壞和鋼筋

蝕物質(zhì)的含量，加強(qiáng)施工控制環(huán)節(jié)，避免收縮及溫度裂縫産生，提高混凝土的耐久性。盡管強(qiáng)度與耐久性