高性能混凝土

京沪高速铁路双线整孔简支箱梁高性能混凝土设计及施工技术

前言

高性能混凝土作为最大宗的建筑材料用于工程建设迄今已有150年之久。纵观混凝土技术的发展进程，可以看出，混凝土技术的发展途径主要遵循了复合化、高强化、高性能化三大技术路线。进入20世纪90年代，一些有远见卓识的建筑师在提出混凝土强度指标的同时，也相应提出了混凝土的耐久性指标。因此，以耐久性为目标，兼顾高强度、高工作性和高耐久性的高性能混凝土便应运而生。

所谓高性能混凝土应具备以下性能：

（1）高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。

（2）高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌合物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。

（3）高性能混凝土的使用寿命要长，对于一些特殊工程的特殊部位，控制结构设计的并不是混凝土的强度本身，而是其耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。

（4）高性能混凝土应具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构使用年限，降低工程造价。

高性能混凝土与普通混凝土相比具有以下明显优点：

1、强度更高，因而混凝土结构的尺寸可以更小，这就使得结构自重得以减轻,使用面积增加,材料用料减少。

2、弹性模量更高，因而混凝土结构变形更小，刚度增大，稳定性更好；

3、耐久性、抗渗性好，因而混凝土结构的维修和重建费用减少，使用寿命大幅度延长，这些优点基本满足混凝土结构耐久性的要求。

综合以上论点，对高性能混凝土可以提出以下定义：

高性能混凝土是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，它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能有重点予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济

性。为此，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

高性能混凝土不仅是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境等方面都具有重要意义，是一种环保型、节约型的新型材料，可称为“绿色混凝土”,它将为建筑工程自动化准备了条件。

高性能混凝土质量控制目标

高性能混凝土质量控制目标：质量均匀、体积稳定、耐久、满足设计强度而且经济。

质量均匀——混凝土中各组分分布均匀，包括集料和气孔的分布均匀、基相中胶凝材料的均匀；

体积稳定——收缩、徐变要小，温度变形系数要小，不产生不均匀的变形，无非荷载作用的有害裂缝；

耐久——高密实、低渗透性，对环境中侵蚀性介质有足够的抵抗力；

经济——尽可能低的成本。

高性能混凝土拌和物质量控制

流动性——坍落度控制在160～200mm，坍落流动度在400～500mm（不振捣的拌和物坍落度为240～270mm，坍落流动度为550～700mm）；

体积稳定性——不离析、不泌水，含气量在2～4%,有稳定的表现密度；

温度应力——浇注的混凝土内外温度差不高于15℃，浇筑时拌和物温度夏季不高于30℃，冬季不低于12℃。

为达到上述目标可从三方面进行质量控制，即质量合格的原材料、合理而经济的配合比、先进而严格的施工技术与管理。三者关系如图所示：

混凝土质量控制包括三个阶段：

水泥: 强度、体积安定性、碱含量

砂: 级配、含污量、粗细程度

原材料选择和检测石: 级配、含污量、粒径、粒形(针、片状颗粒)

细掺料: 需水量、烧失量、细度、胶砂强度比

外加剂: 减水率、与水泥的相容性、碱含量

流动性

施工前控制流变性检测抗堵塞性

充填性含气量坍落流动度配合比选择表观密度控制因素强度

强度检测、抗冻性和抗渗性检测抗渗性

工艺确定加料顺序、搅拌时间、运输、浇筑、振捣、养护方法

原材料管理砂石含水量

计量控制坍落度

生产控制流变性控制控制因素表观密度

强度控制强度

温度控制温度

验收控制外观、几何尺寸、强度、弹性模量、耐久性

第一章、高性能混凝土施工前控制

一、原材料选择

高性能混凝土必须使用外加剂和矿物细掺料,因此它的组成原材料为水泥、矿物掺和料、细骨料、粗骨料、水、高效外加剂。

水泥

配制高性能混凝土时水泥宜选用强度高且同时具有良好的流变性能,并与目前大宗使用的高效减水剂有很好的相容性。

但在我国目前的技术水平下,采用提高C3A含量和比表面积的措施提高水泥的强度等级，其后果必然造成水泥水化热大、需水量大、与高效减水剂相容性差、不易保存等问题。高性能混凝土所用水泥的流变性质，只有在使用超塑化剂时才能反映出来。

水泥中碱含量影响熟料矿物的结构形成和水泥水化的性质，使水泥的流变性能变差，后期强度降低。

水泥的粗细颗粒级配恰当，则可得到良好的流变性能。增加水泥的比表面积虽然提高了

强度，可需水量增大，必将加剧混凝土的坍落度损失。

硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥均可配制高性能混凝土。硅酸盐水泥（P·Ⅰ和P·Ⅱ），PⅠ无任何掺加的矿物混合材料，PⅡ允许有不超过5%的活性矿物混合材料。普通硅酸盐水泥（P·O），允许以5%～15%的矿物混合材料等量取代熟料。

42.5普通硅酸盐水泥的技术指标

矿物掺和料

高性能混凝土应选用品质稳定矿物掺和料，其品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰。

使用矿物掺和料首先是为了混凝土的耐久性需要，而不是单纯地出于降低混凝土成本。认为强度高的混凝土需要减少其矿物掺和料的用量,这其实是一种误解。

低水胶比的矿物掺和料混凝土，其优良性能往往受到现行标准试验方法的掩盖而不能体现。例如粉煤灰混凝土的强度发展较慢，对温度和湿度比较敏感，对它采用与普通水泥混凝土相同的标准试验方法成型、养护并检测其强度、抗冻和抗盐冻的性能往往会给出不符合实