高性能砼介绍

第二部分高性能砼(HPC)

一、高性能砼的概念

（一）主要特点

采用常规材料和生产工艺, 能保证混凝土结构所要求的各项力学性能, 并具有高耐久性、高工作性、高体积稳定性和良好外观的混凝土.

高性能混凝土不一定是高强混凝土.

具有实用性、经济性、技术先进性和铁路适用性.

（二）技术措施

•优质的水泥和砂石料

•掺加优质化学外加剂---减水剂,引气剂•掺加矿物掺合料---粉煤灰,矿渣粉,硅灰•低水胶比(<0.40)

•限制胶凝材料总量和水泥用量;控制砼中碱含量,氯含量

•严格的施工过程技术管理

•力学性能、工作性能、耐久性的全面检验

（三）基本原理

•全面提升砼微结构三部分的质量，增加砼的密实性，削除薄弱因素，提高砼整体耐久性和强度。

•减少水泥石的孔隙率---水化硅酸钙凝胶,氢氧化钙和钙矾石晶体,未水化颗粒,其它小颗粒,毛细孔和各种孔隙.

•粗细骨料的质量和级配更科学---骨料强度和表面状态,级配及在砼中所占比例.

•减少骨料界面层厚度，增加其密实性---富集氢氧化钙和钙矾石结晶,界面层的密实性和厚度很重要.

（四）存在问题

• 1.水胶比少于0.4时,自收缩率增大,早期弹模较高,应力松弛能力降低,增加了开裂趋势.

• 2.磨细矿渣(比表面大于4000) ,尤其是硅灰使砼早期收缩增加,弹模增大,应力松弛能力降低,增加了砼的开裂倾向.但粉煤灰使砼早期收缩减少,弹模也较低,可降低开裂的趋势.

• 3.高性能砼的水胶比较低,掺合料较多,因此对砼的温度控制和湿养护要求更加严格,增加了施工难度和成本.

二、砼原材料

（一）水泥

•宜用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥,不宜用C

A大于8%的水泥或其它早强型水泥.

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•硅酸盐水泥的比表面积应300-350m2/Kg.•当骨料具有碱-硅酸反应活性或C40及以上砼时,水泥的碱含量不宜超过0.6%.

•有抗硫酸盐侵蚀要求的砼,水泥熟料中A含量应不超过6%.

• C

3

水泥矿物成份及性能

S) 水化较快,强度高

•硅酸三钙(C

3

S) 水化慢,发热量少,后期强度高•硅酸二钙(C

2

A) 水化很快,发热量大,强度低, •铝酸三钙(C

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收缩大,耐硫酸盐侵蚀性差

AF) 耐硫酸盐侵蚀性差

•铁铝酸四钙(C

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（二）砂石料

•细骨料应选用级配合理、质地坚固、含泥量少、空隙率小的中粗砂,不宜用山砂,不得用海砂.

•粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地坚固、空隙率小的洁净碎石.

•粗细骨料的碱活性要经过检验,并符合有关技术要求.

（三）化学外加剂

1.减水剂的作用

•减少砼用水量, 降低水泥石孔隙率, 改善

结晶无序化. 界面孔结构; 界面Ca(OH)

2

过渡层减少, 水化硫铝酸钙Aft结晶尺寸减少, 界面强度提高. 因此提高砼的各项力学性能.

•改善砼施工工作性能.

•由于提高砼的密实性和强度, 改善砼的耐久性能.

2.减水剂种类

类型系列减水率普通减水剂木质磺酸钙5~12%

15~30%高效减水剂萘系,密胺系,氨

基磺酸系

高性能减水剂聚羧酸系25~45%

3.聚羧酸系减水剂优点

•掺量少(0.15~0.3%), 减水率高(25~45%).•砼工作性好,坍落度损失小.

•砼收缩小.

•碱含量很少.

•早强、缓凝、引气性可视需要复配调节.•无污染的环保产品

•但与水泥和掺和料的工作度敏感性很强

4.引气剂的作用

•明显提高砼的抗冻性, 缓减硫酸盐腐蚀和碱骨料反应产生的膨胀应力.

•有轻微减水作用, 减少表面泌水和骨料底部泌水.

•改善砼的匀质性和工作性能, 尤其是明显提高可泵性.

（四）矿物掺合料(粉煤灰,矿渣粉,硅灰)

1.火山灰效应---低碱性CSH(C/S<1.5),晶须强度高,溶解

度低,较稳定.

2.二次反应---高碱性(CSH)转化为低碱性(CSH),消耗

Ca(HO)2,结晶变小,界面过渡层变小,富集和取向性减少,提高水泥石界面强度.

3.颗粒填充作用---水泥.矿渣.硅灰末水化颗粒大小差别

大, 颗粒互相填充, 减小水泥石孔隙率, 改善次中心质和次介质的颗粒级配, 强化了中心质网络骨架.

4.削减温峰作用---水化速度慢,放热总量小.

5.提高耐久性---改善耐硫酸盐侵蚀性, 抑制碱骨料反应,

增加密实性, 提高抗渗性和氯离子渗透性.

三、砼配合比设计（一）配合比参数（二）砼拌合物性能（三）砼力学性能（四）砼的耐久性能（五）配合比设计步骤

（一）配合比参数

1.抗压强度等级：根据砼结构的环境类别和作用等级以及设计使

用年限，查限值表可知最低强度等级。该强度等级是耐久性强度等级，而设计强度等级要同时满足结构荷载要求的强度等级和耐久性强度等级，即取两者的较高强度等级。

2. 水胶比：查限值表满足最大水胶比限值要求。

3. 胶凝材料用量：查限值表满足最小用量要求，同时要符合最

大量的限值：C30及以下砼的胶凝材料总量不宜大于400 kg/m3，

C35～C40砼不宜大于450 kg/m3，C50及以上砼不宜大于500

kg/m3 。

4. 矿物掺和料掺量：掺和料的品种和掺量应根据强度等级、耐

久性要求、结构尺寸和施工方法进行选用，并符合有关规定。砼中粉煤灰掺量大于30%时，砼的水胶比不得大于0.45。预应力砼以及

处于冻融环境的砼中粉煤灰的掺量不宜大于30% 。