何谓高性能混凝土

/
≤4.0 ≤3.0 ≤0.02 ≥350 ≥85； ≥90； ≥95 ≤1.0 ≥85 ≥90 ≥95
≤14
≤4.0 ≤3.0 ≤0.02 350～500 ≥ 100 ≤1.0 ≥95
6
7
8
◇ 原材料性能特点 砂 子
项目 品种 ＜C30 ： ≤5.0 C30～C5： ≤3.0 ＞C50： ＜2.0 ＜1.0；＜0.5；0.5 普通混凝土 高性能混凝土 不宜使用山砂。不得使用海砂。优先 使用非碱活性骨料 ＜C30 ： ≤3.0 C30～C45： ≤2.5 ≥C50： ≤2.0 ≤0.5
◇ 配合比特点
粉煤灰的 火山灰效应
◇ 配合比特点
微粒填充效应
◇ 配合比特点
混凝土温度随水泥用量增加而上升
◇ 配合比特点
水泥放热量随矿物掺和料掺量的增加而降低
30
300
25
250
20
200
dQ/dt(J/gh)
15
150
10
5
配合比1 配合比2 配合比3
100
50
0 0 12 24 36 48 60 72 84 96
◇ 高耐久性（如抗冻融循环、抗碳化和抗化学侵蚀） ◇ 高抗渗性 ◇ 低水胶比
1、何谓高性能混凝土？
高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大 幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技
术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，
针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：
耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济
1、 何谓高性能混凝土？ 2、 高性能混凝土的性能特点
1、何谓高性能混凝土？
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。 1990年5月，在美国马里兰州Gaithers-burg 城由 NIST 和 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。
◇ 配合比特点
引气剂的作用
• 明显提高混凝土的抗冻性， 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。 • 改善混凝土的匀质性和工作性能，尤其是明显 提高可泵性。
◇ 拌和物性能特点 不同混凝土拌和物性能要求比较
序号 1 2 3 项目
4 5 6 7 8 8
◇高的强度和高早期强度
◇工程经济性
◇高耐久性
1、何谓高性能混凝土？
• 1992年日本的小泽一雅和冈村甫认为： ◇高工作性（高的流动性、黏聚性与可浇筑性）
◇低温升
◇低干缩率
◇高抗渗性
◇足够的强度
1、何谓高性能混凝土？
• 1992年日本Sarkar S L提出：
◇ 较高的力学性能（如抗压、抗折、抗拉 强度）
2 3 4 5 6 7
≤300m2/kg（硅酸盐水泥） ≤350m2/kg（硅酸盐水泥、抗 硫酸盐硅酸盐水泥） ≤10.0%（普通硅酸盐水 泥 ≤1.5% / / ≤10.0%（普通硅酸盐水泥） ≤1.0% ≤0.80% ≤8%，氯盐环境下≤10%
8
氯离子含量
/
≤0.10%（钢筋混凝土） ≤0.06%（预应力混凝土）
• 改善混凝土施工工作性能。
◇ 配合比特点
减水剂种类
类型 普通减水剂 高效减水剂 高性能减水剂 系列 木质磺酸钙 萘系，密胺系， 氨基磺酸系 聚羧酸系 减水率 5%~12% 15%~30% 25%~45%
◇ 配合比特点
聚羧酸系减水剂优点
• • • • • • 掺量少(0.15~0.3%)， 减水率高(25~45%)。 混凝土工作性好，坍落度损失小。 混凝土收缩小。 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。
◇ 配合比特点
矿物掺合料的贡献
2. 滚珠效应—玻璃球体减小水泥颗粒之间的摩擦阻力，改 善混凝土的和易性。
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。 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。
坍落度/维勃度 坍落度保持性 流动度/扩展度 含气量 泌水率 温度 匀质性 湿容重 凝结时间
普通混凝土 √ √
高性能混凝土 √ √ √
√
√ √ √ √ √ √
◇ 拌和物性能特点 不同混凝土拌和物性能比较
序号 1 2 3 项目
4 5 6 7 8 8
坍落度/维勃度 坍落度保持性 流动度/扩展度 含气量 泌水率 温度 匀质性 湿容重 凝结时间
◇不离析，便于浇捣
◇早期强度高，力学性能稳定
◇ 具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土
1、何谓高性能混凝土？
• 1990年美国Mehta PK认为：
◇高强度
◇高耐久性（抵抗化学腐蚀）
◇高体积稳定性（高弹性模量、低干缩率、低徐变
和低温度应变）
◇高抗渗性
◇高工作性
1、何谓高性能混凝土？
• 1992年法国Malier YA认为： ◇良好的工作性
高水泥石界面强度。低碱性CSH(C/S<1.5)，晶须强度高，溶解度
低，较稳定。火山灰反应: SiO 2+xCa(OH) 2+(n-1)H 2O→xCaO· 2· 2O SiO nH SiO2+(1.5~2.0)CaO· 2 · SiO aq→(0.8~1.5)CaO· 2 · SiO aq 矿物掺合料(粉煤灰,矿渣,硅灰等)与水泥的二次水化反应最终 产物是C-S-H(1)为主的低碱性水化硅酸钙凝胶，其次是水化铝酸 钙，铁酸钙固溶体， 以及水化硫铝酸钙。
性。 吴中伟
2、高性能混凝土的性能特点
◇ 原材料的性能特点 ◇ 配合比特点 ◇ 拌和物性能特点 ◇ 力学性能特点 ◇ 耐久性能特点
◇ 原材料性能特点 水 泥
序号 1 品种 混合材 比表面积 80µm方孔筛筛余 游离氧化钙含量 碱含量 熟料中的C3A含量 项目 普通混凝土 硅酸盐水泥、普通硅酸盐 水泥、矿渣硅酸盐水泥、 粉煤灰水泥、复合水泥 矿渣、粉煤灰、石灰石、 煤矸石、磷渣 高性能混凝土 硅酸盐水泥或普通硅酸盐水 泥 矿渣或粉煤灰
序号 1 项目 抗碳化性能 普通混凝土 高性能混凝土 √ √
2 3
4 5
抗水渗性能 抗氯离子渗透性能
抗冻性能 抗碱—骨料反应性
√
√ √
√ √
√ √
6 7 8
耐腐蚀性能 抗裂性能 护筋性
√
√
√ √ √
◇ 耐久性能特点 不同混凝土耐久性能要求比较
序号 1 2 3 4 项目 抗碳化性能 抗水渗性能 抗氯离子渗透性能 抗 冻 性 能 冻融次数 气泡间距系数 普通混凝土 一般 P6～P20 / 200次以下 / 一般 一般 大 高性能混凝土 好 P20以上 1000库仑以下 200次或 300次以上 宜<250微米 3kg/m3以下 好 小
1、何谓高性能混凝土？
术语：高性能混凝土
High Performance concrete
表演、执行、性能
Performance
性质、特性
Properties
1、何谓高性能混凝土？
• NIST与ACI于1990年5月提出： ◇高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土
◇采用优质材料配制的
◇必须采用严格的施工工艺
含泥量，% 泥块含量，%
云母含量，%
轻物质含量，% 氯离子含量，% SO3含量，%
≤1.0；≤ 1.0； ＜ 0.5
≤1.0；≤ 1.0； ≤ 1.0 / ＜1.0；＜1.0； ＜ 0.5
≤0.5
≤0.5 ≤0.02 ≤0.5
有机物含量
坚固性 吸水率
合格
/ /
合格
不大于8% 不大于2%
◇ 原材料性能特点 石 子
高性能混凝土
≥20 ≥3.0
≥4.5
≥180 ≥150 ≤20 ≤90 ≥130 ≥125 ≥120 无锈蚀
坍落度保留值， 30min mm 60min 常压泌水率比，% 压力泌水率比，% 抗压强度比，% 对钢筋锈蚀作用
12
13
收缩率比，%
相对耐久性指标，%，200 次
≤135
≥80
≤135
≥80
◇ 配合比特点
◇ 原材料性能特点 粉煤灰
序号 1 项目 细度，% 普通混凝土 高性能混凝土 Ⅰ级≤12 ；Ⅱ级≤25 ；Ⅲ级≤45 ≤20；≤12
2
3 4 5 6 7 8
氯离子含量，%
需水量比，% 烧失量，%
/
Ⅰ级≤95 ；Ⅱ级≤105 ；Ⅲ级 ≤115 Ⅰ级≤5 ；Ⅱ 级≤8 ；Ⅲ级≤15
不宜大于0.02
≤105； ≤100 ≤5.0； ≤3.0
普通混凝土 0~220 一般 一般 1%~2% ＜3% /
高性能混凝土 0~220 好 好 2%~7% 0 5℃~30℃
/ 2200~2450 /
好 2200~2450 /
测5s和3min的坍扩度
L
型 流 动 仪 测 定
◇ 力学性能特点
不同混凝土力学性能要求比较
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 8 项目 抗压强度 抗拉强度 轴心抗压强度 抗拉强度 劈拉强度 抗弯强度 弹性摸量 抗剪强度 疲劳抗压强度 普通混凝土 √ √ √ √ √ 高性能混凝土 √ √ √ √ √ √ √ √ √
含水量，%
SO3含量，% CaO含量，% 游离CaO含量，%
≤1.0（干排灰）
≤3.0 / /
≤1.0（干排灰）
≤3.0 ≤10（对于硫酸盐侵蚀 环境） ≤1.0；4.0%
◇ 原材料性能特点 矿渣粉
序号
1 2 3 4 5 名称 普通混凝土 高性能混凝土
MgO含量，%
SO3含量，% 烧失量，% 氯离子含量，% 比表面积，m2/kg 流动度比，% 含水率，% 活性指数，%， 28d
＜C30: ≤25 ≥C30: ≤12
≤0.5 ≤0.02 合格
＜C30 : ≤10 C30～C45 : ≤10 ≥C50 : ≤8
≤0.5 ≤0.02 合格
4 5 6
◇ 原材料性能特点
不同混凝土用外加剂比较
序号 项 目 普通混凝土 —— —— —— —— 高性能混凝土
1 2 3
4
水泥净浆流动度，mm 硫酸钠含量，% 氯离子含量，%
序号 1 2 3 4 5 5 项目 级配 堆积密度 吸水率 紧密空隙率 坚固性 岩石抗压强度 与混凝土强度 等级之比 普通混凝土 连续级配 / / / ≤8%、≤ 5%（冻） ≤12%、≤ 8% 不应小于1.5 高性能混凝土 二级或多级级配 大于1500kg/m3 小于2%（1%） 小于40% ≤8%（钢筋砼） ≤ 5% 不应小于1.5 不应小于2.0
高性能混凝土配制技术要点
• 选用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
• 低水胶比(<0.40；0.45)
• 限制胶凝材料总量和水泥用量
◇ 配合比特点
矿物掺合料的贡献
1. 火山灰效应—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
◇ 原材料性能特点 石 子
序号 1 2 3
项目
普通混凝土
＜C30: ≤2.0 ≥C30: ≤1.0 ≤0.25
高性能混凝土
＜C30 : ≤1.0 C30～C45 :≤1.0 ≥C50: ≤0.5 ≤0.25
含泥量，% 泥块含量，% 针、片颗粒含量，% 硫化物及硫酸盐含量 （折算成SO3），% 氯离子含量，% 碎卵石中有机质含量
◇ 力学性能特点 不同混凝土力学性能比较
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 项目 早期抗压强度 后期抗Fra Baidu bibliotek强度 抗拉强度 轴心抗压强度 抗拉强度 劈拉强度 抗弯强度 弹性摸量 普通混凝土 高 低 低 / 低 低 低 / 高性能混凝土 低 高 高 / 高 高 高 /
9
疲劳抗压强度
/
/
◇ 耐久性能特点 不同混凝土耐久性能要求比较
碱含量， (Na2O+0.658K2O),%
≥240 ≤10.0 ≤0.2 ≤10.0
◇ 原材料性能特点
接上表
序号
5 6 7 8 9 10 11
项
减水率，% 含气量，%
目
普通混凝土
≥12 ≤3.0 ≥3.0（仅对引气剂） ≥150 ≥120 ≤90 ≤90 3d ≥130 ≥125 ≥120 无锈蚀 7d 28d
M — 系数，普硅0.43+0.0018W；
◇ 配合比特点
减水剂的作用
• 减少混凝土用水量, 降低水泥石孔隙率， 改善孔结构；
界面Ca(OH) 2结晶无序化。 界面过渡层减少， 水化硫
铝酸钙Aft结晶尺寸减少，界面强度提高， 因此提高混
凝土的各项力学性能。
• 由于提高混凝土的密实性和强度, 改善混凝土的耐久性 能。
0
108
Time(h)
水泥水化热和水泥速率试验结果
Q(t)(J/g)
◇ 配合比特点
混凝土水化温升公式
T(t) = WQ(1-e -mt) /CB
T(t)—随时间变化的绝热温升温度
W— Q — B — C — 水泥用量，kg/M3 单位水泥发热量，kJ/kg 混凝土表观密度，2400kg/m3 比热，(0.92~1.0)×103，J/kg.c 矿渣水泥0.55+0.001W