高性能混凝土幻灯

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• 国内
• 2000年建设部委托中国土木工程学会与清华大学土木系就建 筑物耐久性与使用年限的课题进行研究。 • 2001年、2002年两次学术会议上并在会后广泛征求意见并多 次修改，2003年6月对《混凝土结构耐久性设计与施工指南》 进行审查和鉴定并获得通过。该《指南》作为中国土木工程 学会技术标准。
• 铁道部也同期进行研究，(2001年6月29日开工修建的青藏线--50年耐久性混凝土）并于2005年开始在铁路系统大面积推 广高性能混凝土。
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• 高性能混凝土 以耐久性为基本要求并用常规材料和常规工艺 制造的水泥基混凝土。 • 这种混凝土在配比上的特点是掺加合格的矿物掺和 料和高效减水剂，取用较低的水胶比和较少的水泥 用量，并在制作上通过严格的质量控制，使其达到 良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性。
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万神殿内景
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古罗马圆形剧场
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当代也有历时100多年的波特兰水泥混凝土 建筑物
• • • • ● ● ● ● 物 英国南安普墩海港工程 美国西雅图海滨海上水泥船 大连、厦门的混凝土炮台 沿海、沿江商埠大量保存的混凝土建筑
2005年中国土木工程学会标准: 混凝土结构耐久性设计与施工指南 （CECS2004-01）
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混凝土高性能化的途径和方法
a 降低水胶比：可大量减少水泥石的孔隙。


水泥完全水化时结合水量占水泥质量的0.227。 水泥完全水化而无毛细孔时水胶比为0.379。 水泥完全水化并具有最低毛细孔孔隙率时的水胶比 为0.437。 在无外加剂掺入的情况下，水灰比大于0.5时混凝土 才具有可施工的流动性。 水胶比越大，水化越充分，凝胶量越大，硬化后 收缩越大。
铁路客运专线高性能 混凝土
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总目录
一、混凝土发展历史及相关问题 二、客运专线高性能混凝土相关技术标准 三、客运专线高性能混凝土质量控制要求 四、客运专线高性能混凝土的配制技术 五、高性能混凝土施工控制及质量检验 六、高性能混凝土尚存问题及改善途径 七、其它
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★ 据统计：在正常工作条件下，混凝土结构从建成 到拆除重建的周期平均为40～50年。 2017年7月18日4时18分
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正常情况下，混凝土建筑40—50年毁坏 非正常情况-------– 日本沿海港湾建筑、桥梁——10年开裂、 剥落、钢筋锈蚀外露 – 中国——安徽佛子岭水库(年亏1700万) – 北京西直门桥
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大掺量粉煤灰混凝土强度发展规律
水泥 150 kg/m3; 粉煤灰200 kg/m3； 水胶比 0.29 混凝土抗压强度： 3天 22MPa （试件） 7天 34MPa 28天 52MPa 90天 70MPa 365天 100MPa
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(3.) 矿物掺合料
粉煤灰（FA）：发电厂煤粉燃烧后的未燃尽无机残渣。
磨细矿渣粉（BFS）：主要成份为CaO、Al2O3和SiO2等。
来自于铁矿石炼铁高炉。
硅粉（SF）：硅和含硅合金时所产生的副产品。(一般掺
5%~~10%, 价高, 国内用于C80及以上混凝土)
偏高岭土粉（MK）：黏土经煅烧生成的无定形铝硅酸盐。
杭州湾大桥C40承台海工HPC配合比
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这些建筑物耐久的共同特点：
• ● 采用符合现代耐久要求的胶凝材料(培烧 粘土.石灰.石膏.火山灰. 糯米汁.羊桃藤汁等) • ● 复合使用有机外加剂（动物油脂~牛油. 桐油.乳液.动物血~牛.猪血等 ） • ● 低水灰比 • ● 工作性好，易于施工 • ● 匀质性好 • ● 具有合理的孔结构和密实度 • ● 采用严格的施工工艺
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一.混凝土发展历史及相关问题：
混凝土(定义---类别—水泥,沥青,聚合物,硫磺)
5000年前，甘肃省秦安县大地湾地区（草筋墙.炕） 2000年前，古罗马（地下水道.剧场、万神庙等）
建筑发展：
宋代明代安徽和州城墙、南京城墙、河堤、桥等 1824年，英国工人烧制出“波特兰水泥”——硅酸 盐水泥原型(石灰石.粘土混合锻烧~~生成硅酸二钙. 硅酸三钙) 上天、入地、下水
近代误区：片面追求强度——力学性能
2017年7月18日4时18分 中铁一局郑西客运专线中心试验室
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1.近代误区—后遗症
1987 年美国材料顾问委员会提交的一篇报告引起 了轰动，统计表明：美国近期混凝土腐蚀损失每年 2760 亿美元（中国约 2000 亿人民币），约 25.3 万座桥 梁的混凝土桥面板，其中部分使用不到 20 年，就已不 同程度地破坏，且每年还将新增3.5万座。 由于混凝土桥面板开裂普遍，因此转向使用高强 混凝土，但是看来这无济于事。根据美国国家公路合 作研究计划 1995 年检查的结果表明： 10 万座混凝土桥 面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现间隔1~3米的贯 穿性裂缝。
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2017年7月凝土的研 究，都是在相同胶凝材料用量前提下，变化水泥 与粉煤灰掺量，而不调整混凝土水胶比；以等坍 落度评价拌合物的工作度；以检测普通水泥混凝 土的20℃养护试件进行比较研究，其结果必然是 随着粉煤灰掺量增大、水泥用量减少，混凝土的 强度发展速率和抗碳化等耐久性能指标下降。 实际上，在骨料、粉煤灰的质量改善的前提下， 变化拌合物的水胶比、适当调整混凝土拌合物的 坍落度，完全可以配制出粉煤灰掺量大、强度发 展满足工程要求，且其他性能优异的高性能混凝 土。
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为什么混凝土结构不耐久？
• • • • • • ◆ 水泥质量—过细、水化过快 （C3A） ◆ 水泥用量—过多 ◆ 水灰比—过大 ◆ 混凝土早期强度—过高 ◆ 外加剂—过乱 ◆ 施工质量—较差
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古罗马万神殿：公元128年(哈德联)大帝时期建造的 一座建筑物，它的圆形壁厚6.1m;穹顶的直径43.3m、高 21.6m，使用了12000吨轻混凝土。
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2.高性能混凝土的提出：
20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要 为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料， 包括钢材、混凝土、塑料等。 (挪威) 1990年5月，在美国马里兰州由美国国家 标准与技术研究院( NIST) 和 美国混凝土学会 (ACI )主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会议 首次提出关于高性能混凝土的定义。(美国 及 日本 学派)
方法：掺入高效减水剂
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b 改善砼中水泥石与粗骨料之间的界面结构
• • • 普通混凝土粗骨料与水泥石之间的界面上积滞着大量的 Ca(OH)2在界面上的结晶与定向排列，是混凝土强度与 改善砼中骨料与水泥石之间的界面结构，是高性能砼必
Ca(OH)2；
耐久性低下的主要原因。
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粉煤灰
粉煤灰的密度只有水泥的2/3（水泥密度一般为 3.15，粉煤灰密度一般为2.3左右），因此采用大掺量粉 煤灰混凝土，同时添加高效减水剂时，可以大幅度降低 水胶比，获得普通混凝土条件下无法达到的使用效果。
(掺粉煤灰的混凝土干燥收缩小、需水量小，但抗碳化性能较 差，90d以后，对混凝土强度的贡献和水泥相近） 相同水胶比，掺量不超过20%,对混凝土影响不大（超过20% 时对过量SO3引起的膨胀有抑制作用），温升稍微降低；30％ 粉煤灰温升降低约７℃． 掺量超过25%，粉煤灰对混凝土性能才会有比较明显的改善； 应根据粉煤灰掺量和水胶比关系来确定混凝土配合比（掺量 根据工程性质而定，大掺量粉煤灰水胶比应低于0.40）。
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扫描电镜下粉煤灰的形貌
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粉煤灰对混凝土性能的影响
1. 新拌混凝土
1）增加浆体含量、增大粘聚性、不易离析，改 善可泵性，容易振实； 2）延缓拌合物凝结时间，减小坍落度损失； 3）减小泌水速率，凝结时间延长(尤其低温季 节），需要及早覆盖养护；
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• 掺入高效活性矿物掺和料作用：
• a、* 矿物掺合料的细微颗粒（其平均粒径小於水泥粒子的平均粒径）能 填充水泥粒子间空隙，使水泥石更致密，并阻断可能形成的渗透通路。 • b、* 降低水化热和需水量 • 减少了水泥用量，从而减少了需水量、混凝土犮热量及减少不稳定物 Ca(OH)2生成量； （ 掺用30％粉煤灰的水泥比100％的硅酸盐水泥温度 约降低7度；掺用75％矿碴時，温度约降12度而且峰值推迟；掺硅灰不降 且峰值提前。) • C、 水泥石中水化物稳定性不足，水泥水化后主要化合物是硷度较高的 高硷性水 化矽酸钙、水化铝酸钙、水化硫铝酸钙。在水化物中还有数量 很大的游离石灰，强度极低，稳定性极差极易受侵蚀。要提高混凝土稳定 性须减少或消除这些稳定性低的组分（主要Ca(OH)2），特别是游离石灰。 • *活性矿物掺和料（硅灰、矿碴、粉煤灰等）中含大量Sio2及活性 AI2O3，它们能与上述物质及Ca(OH)2二次反应生成生成强度较高，稳定 性较好的水化硅酸钙(C-S-H)和 Aft(水化硫铝酸钙)；达到改善水化胶凝物 质组成，消除游离石灰目的。 • 又：掺和料除限制有害成分外，主要是检测活性和需水量(粉煤灰尚应限 制含碳量)
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