毕业论文--高性能混凝土

大 学毕 业 论 文高 性 能 混 凝 土姓学名院所 学 专 业学 号指 导 教 师大 学 学 院20年 月目 录摘 要 . 4关 键 词 : 41 高 性 能 混 凝 土 的 定 义 . 52 高 性 能 混 凝 土 产 生 的 背 景 . 53 高 性 能 混 凝 土 的 特 性 . 63.2 具 有 良 好 的 工 作 性 . 73.3 使 用 寿 命 长 . 73.4 具 有 较 高 的 体 积 稳 定 性 . 73.5 具 有 良 好 的 耐 火 性 . 84 高 性 能 混 凝 土 的 技 术 路 线 . 85 高 性 能 混 凝 土 的 配 备 . 95.1 水 泥 及 其 用 量 . 95.2 矿 物 掺 合 料 . 105.3 用 水 量 . 105.4 集 料 及 其 用 量 . 105.5 外 加 剂 . 115.6 高 性 能 混 凝 土 的 配 备 原 则 . 12136 高 强 混 凝 土 应 用 的 施 工 工 艺 . 136.1 采 用 拌 合 性 能 好 的 搅 拌 设 备 搅 拌 136.2 原 材 料 的 计 量 应 尽 量 准 确 146.3 运 送 应 用 罐 车 和 泵 . 146.4 浇 筑 后 湿 养 护 146.5 现 公 路 桥 梁 高 性 能 混 凝 土 的 技 术 途 径 147 高 性 能 混 凝 土 的 施 工 技 术 157.1 高 性 能 混 凝 土 施 工 前 准 备 . 157.2 高 性 能 混 凝 土 配 合 比 157.3 高 性 能 混 凝 土 搅 拌 167.4 高 性 能 混 凝 土 运 输 167.5 高 性 能 混 凝 土 浇 筑 177.6 高 性 能 混 凝 土 振 捣 . 187.7 高 性 能 混 凝 土 养 护 198 保 证 高 性 能 混 凝 土 施 工 质 量 的 具 体 对 策 . 208.2 高 性 能 混 凝 土 的 科 学 合 理 浇 筑 . 218.3 保 证 水 化 反 应 的 正 常 进 行 . 219 高 性 能 混 凝 土 在 建 筑 工 程 中 的 应 用 219.1 高 性 能 混 凝 土 在 桥 梁 中 的 应 用 . 219.2 高 性 能 混 凝 土 在 公 路 中 的 应 用 . 2210 高 性 能 混 凝 土 发 展 中 所 面 临 的 问 题 . 2210.1 能 不 能 对 高 性 能 混 凝 土 下 一 个 完 整 的 定 义 . 2210.2 高 性 能 混 凝 土 是 否 一 定 要 高 强 . 2310.3 高 性 能 混 凝 土 是 否 一 定 要 高 工 作 性 . 2321112131410.4 高 性 能 混 凝 土 的 开 裂 问 题 . 23高 性 能 混 凝 土 的 的 发 展 趋 势 . 24结 束 语 . 25参 考 文 献 . 26致 谢 . 273摘 要高 性 能 混 凝 土 是 一 种 是 以 耐 久 性 为 主 要 指 标 ,同 时 具 备 高 强 、 高 早 强 、 高 施工 性 等 优 异 性 能 的 新 型 混 凝 土 。 应 该 通 过 制 备 的 科 学 性 以 及 提 高 浇 筑 、 捣 实 等 施工 方 法 和 工 艺 来 提 高 混 凝 土 的 高 施 工 性 、 高 强 度 和 体 积 稳 定 性 ,从 而 提 高 道 路 桥梁 的 使 用 寿 命 和 整 体 经 济 效 益 。The high-performance concrete is based on durability as the main indicators,along with high strength, high early strength, high workability and excellentperformance of new concrete. Through the preparation of the scientific and improvethe casting, to trace the actual construction methods and process to improve concreteconstruction, high strength and volume stability, thereby enhancing the life and theoverall economic benefits of roads and bridges.关 键 词 :高 性 能 混 凝 土 ;高 抗 渗 能 力 ;施 工 应 用 ;道 路 桥 梁 ;41 高 性 能 混 凝 土 的 定 义高 性 能 混 凝 土 （ High Performance Concrete， 简 称 HPC） 是 在 高 强 度混 凝 土 （ High Strength Concrete， 简 称 HSC） 的 基 础 上 发 展 起 来 的 。 在 不 同国 家 ， 甚 至 是 同 一 国 家 的 不 同 应 用 部 门 ， 对 高 性 能 混 凝 土 的 定 义 都 有 差 别 。 美 国和 加 拿 大 的 学 者 认 为 高 性 能 混 凝 土 应 该 是 高 耐 久 性 的 ， 而 不 仅 仅 是 高 强 度 ； 除 了强 度 之 外 ， 高 耐 久 性 还 应 包 括 高 的 体 积 稳 定 性 、 低 渗 透 性 和 高 工 作 性 。 日 本 学 者更 重 视 混 凝 土 的 工 作 性 ， 认 为 高 流 态 、 免 振 自 密 实 混 凝 土 就 是 高 性 能 混 凝 土 。 英国 和 北 美 学 者 则 更 重 视 混 凝 土 的 强 度 。综 合 分 析 各 种 观 点 ， 我 国 学 者 提 出 ： “高 性 能 混 凝 土 是 在 大 幅 度 提 高 常 规 混凝 土 性 能 的 基 础 上 采 用 现 代 （ 先 进 的 预 拌 ） 混 凝 土 技 术 ， 选 用 优 质 原 材 料 ， 除 水泥 、 水 、 集 料 外 ， 必 须 掺 加 足 够 数 量 的 活 性 细 掺 料 和 高 效 外 加 剂 的 一 种 新 型 高 技术 混 凝 土 。 ”高 性 能 混 凝 土 应 具 有 几 种 性 能 ： 耐 久 性 、 工 作 性 及 各 种 力 学 性 能 。但 目 前 ， 高 性 能 混 凝 土 的 概 念 又 有 了 新 的 变 化 ， 清 华 大 学 冯 乃 谦 教 授 提 出 普 通 混凝 土 也 可 能 高 性 能 化 ， 其 研 究 成 果 在 工 程 实 际 中 也 得 到 了 应 用 。 因 此 ， 高 性 能 混凝 土 并 不 一 定 强 调 高 强 ， 还 包 括 普 通 混 凝 土 的 高 性 能 化 。2 高 性 能 混 凝 土 产 生 的 背 景传 统 的 混 凝 土 虽 然 已 有 近 200 年 的 历 史 ， 也 经 历 了 几 次 大 的 飞 跃 ， 但 今 天 却面 临 着 前 所 未 有 的 严 峻 挑 战 ：(1)随 着 现 代 科 学 技 术 和 生 产 的 发 展 ， 各 种 超 长 、 超 高 、 超 大 型 混 凝 土 构 筑物 ， 以 及 在 严 酷 环 境 下 使 用 的 重 大 混 凝 土 结 构 ， 如 高 层 建 筑 、 跨 海 大 桥 、 海 底 隧道 、 海 上 采 油 平 台 、 核 反 应 堆 、 有 毒 有 害 废 物 处 置 工 程 等 的 建 造 需 要 在 不 断 增 加 。这 些 混 凝 土 工 程 施 工 难 度 大 ， 使 用 环 境 恶 劣 、 维 修 困 难 ， 因 此 要 求 混 凝 土 不 但 施工 性 能 要 好 ， 尽 量 在 浇 筑 时 不 产 生 缺 陷 ， 更 要 耐 久 性 好 ， 使 用 寿 命 长 。(2)进 入 20 世 纪 70 年 代 以 来 ， 不 少 工 业 发 达 国 家 正 面 临 一 些 钢 筋 混 凝 土结 构 ， 特 别 是 早 年 修 建 的 桥 梁 等 基 础 设 施 老 化 问 题 ， 需 要 投 入 巨 资 进 行 维 修 或 更新 。 1987 年 美 国 国 家 材 料 咨 询 局 的 一 份 政 府 报 告 指 出 ： 在 美 国 当 时 的 57 5 万座 桥 梁 中 ， 大 约 有 25 3 万 座 处 于 不 同 程 度 的 破 坏 状 态 ， 有 的 使 用 期 不 到 20 年 ，而 且 受 损 的 桥 梁 每 年 还 增 加 3 5 万 座 。 1991 年 在 提 交 美 国 国 会 的 报 告 “国 家 公路 和 桥 梁 现 状 ”中 指 出 ， 为 修 复 或 更 换 现 存 有 缺 陷 桥 梁 的 费 用 需 投 资 910 亿 美 元 ；如 拖 延 修 复 进 程 ， 费 用 将 增 至 1 310 亿 美 元 。 美 国 现 存 的 全 部 混 凝 土 工 程 的 价 值约 6 万 亿 美 元 ， 每 年 用 于 维 修 的 费 用 高 达 300 亿 美 元 。5在 加 拿 大 ， 为 修 复 劣 化 损 坏 的 全 部 基 础 设 施 工 程 估 计 要 耗 费 5 000 亿 美 元 。在 英 国 ， 调 查 统 计 了 271 个 工 程 劣 化 破 坏 实 例 ， 其 中 碳 化 锈 蚀 占 17 ， 环 境 氯盐 锈 蚀 占 33 ， 内 部 氯 盐 锈 蚀 占 5 ， 混 凝 土 冻 蚀 10 ， 混 凝 土 磨 蚀 10 ， 混凝 土 碱 骨 料 反 应 破 坏 9 ， 硫 酸 盐 化 学 腐 蚀 4 ， 其 他 各 种 不 常 发 生 的 腐 蚀 破坏 7 。我 国 结 构 工 程 中 混 凝 土 耐 久 性 问 题 也 非 常 严 重 。 建 设 部 于 20 世 纪 90 年 代组 织 了 对 国 内 混 凝 土 结 构 的 调 查 ， 发 现 大 多 数 工 业 建 筑 及 露 天 构 筑 物 在 使 用25 30 年 后 即 需 大 修 ， 处 于 有 害 介 质 中 的 建 筑 物 使 用 寿 命 仅 15 20 年 ， 民 用 建筑 及 公 共 建 筑 使 用 及 维 护 条 件 较 好 ， 一 般 可 维 持 50 年 。相 对 于 房 屋 建 筑 来 说 ， 处 于 露 天 环 境 下 的 桥 梁 耐 久 性 与 病 害 状 况 更 为 严 重 。据 2000 年 全 国 公 路 普 查 ， 到 2000 年 底 我 国 已 有 各 式 公 路 桥 梁 278 809 座 ， 公 路危 桥 9 597 座 ， 每 年 实 际 需 要 维 修 费 用 38 亿 元 ， 而 实 际 到 位 仅 8 亿 元 。港 口 、 码 头 、 闸 门 等 工 程 因 处 于 海 洋 环 境 ， 氯 离 子 侵 蚀 引 发 钢 筋 锈 蚀 ， 导致 构 件 开 裂 、 腐 蚀 情 况 最 为 严 重 。 1980 年 交 通 部 四 航 局 等 单 位 对 华 南 地 区 18 座码 头 调 查 的 结 果 ， 有 80 以 上 均 发 生 严 重 或 较 严 重 的 钢 筋 锈 蚀 破 坏 ， 出 现 破 坏的 时 间 有 的 距 建 成 仅 510 年 。(3)混 凝 土 作 为 用 量 最 大 的 人 造 材 料 ， 不 能 不 考 虑 它 的 使 用 对 生 态 环 境 的 影响 。 传 统 混 凝 土 的 原 材 料 都 来 自 天 然 资 源 。 每 用 1t 水 泥 ， 大 概 需 要 0 6t 以 上 的洁 净 水 ， 2t 砂 、 3t 以 上 的 石 子 ； 每 生 产 1 t 硅 酸 盐 水 泥 约 需 1 5 t 石 灰 石 和 大 量燃 煤 与 电 能 ， 并 排 放 1tCO2， 而 大 气 中 CO2 浓 度 增 加 是 造 成 地 球 温 室 效 应 的 原因 之 一 。 尽 管 与 钢 材 、 铝 材 、 塑 料 等 其 它 建 筑 材 料 相 比 ， 生 产 ?昆 凝 土 所 消 耗 的能 源 和 造 成 的 污 染 相 对 较 小 或 小 得 多 ， 混 凝 土 本 身 也 是 一 种 洁 净 材 料 ， 但 由 于 它的 用 量 庞 大 ， 过 度 开 采 矿 石 和 砂 、 石 骨 料 已 在 不 少 地 方 造 成 资 源 破 坏 并 严 重 影 响环 境 和 天 然 景 观 。 有 些 大 城 市 现 已 难 以 获 得 质 量 合 格 的 砂 石 。 另 一 方 面 ， 由 于 混凝 土 过 早 劣 化 ， 如 何 处 置 费 旧 工 程 拆 除 后 的 混 凝 土 垃 圾 也 给 环 境 带 来 威 胁 。因 此 ， 未 来 的 混 凝 土 必 须 从 根 本 上 减 少 水 泥 用 量 ， 必 须 更 多 地 利 用 各 种 工 业废 渣 作 为 其 原 材 料 ； 必 须 充 分 考 虑 废 弃 混 凝 土 的 再 生 利 用 ， 未 来 的 混 凝 土 必 须 是高 性 能 的 ， 尤 其 是 耐 久 的 。 耐 久 和 高 强 都 意 味 着 节 约 资 源 。 “高 性 能 混 凝 土 ”正是 在 这 种 背 景 下 产 生 的 。3 高 性 能 混 凝 土 的 特 性3.1 具 有 一 定 的 强 度 和 高 抗 渗 能 力高 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 。 高 性 能 混 凝 土 的 抗 压 强 度 已 超 过 200MPa。 目 前 ， 28d 平 均 强 度 介 于6100120MPa 的 高 性 能 混 凝 土 ， 已 在 工 程 中 应 用 。 高 性 能 混 凝 土 抗 拉 强 度 与抗 压 强 度 值 比 较 高 强 混 凝 土 有 明 显 增 加 ， 高 性 能 混 凝 土 的 早 期 强 度 发 展 加快 ， 而 后 期 强 度 的 增 长 率 却 低 于 普 通 强 度 混 凝 土 。3.2 具 有 良 好 的 工 作 性高 性 能 混 凝 土 具 有 良 好 的 工 作 性 ,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 ,施 工 时 能 达 到 自 流 平 ,坍 落 度 经时 损 失 小 ,具 有 良 好 的 可 泵 性 。 这 种 优 良 的 工 作 性 能 可 以 保 证 施 工 时 混 凝 土 的 质量 均 匀 ,提 高 施 工 效 率 。3.3 使 用 寿 命 长高 性 能 混 凝 土 除 通 常 的 抗 冻 性 、 抗 渗 性 明 显 高 于 普 通 混 凝 土 之 外 ， 高 性能 混 凝 土 的 Cl渗 透 率 ， 明 显 低 于 普 通 混 凝 土 。 高 性 能 混 凝 土 由 于 具 有 较 高的 密 实 性 和 抗 渗 性 ， 因 此 ， 其 抗 化 学 腐 蚀 性 能 显 著 优 于 普 通 强 度 混 凝 土 。 高性 能 混 凝 土 的 使 用 寿 命 长 ,对 于 一 些 特 护 工 程 的 特 殊 部 位 ,控 制 结 构 设 计 的 不 是 混凝 土 的 强 度 ,而 是 耐 久 性 。 能 够 使 混 凝 土 结 构 安 全 可 靠 地 工 作 100 年 以 上 ,是 高 性能 混 凝 土 应 用 的 主 要 目 的 。3.4 具 有 较 高 的 体 积 稳 定 性高 性 能 混 凝 土 的 体 积 稳 定 性 较 高 ， 即 混 凝 土 在 硬 化 早 期 应 具 有 较 低 的 水 化热 ,硬 化 过 程 中 不 开 裂 ,收 缩 徐 变 小 。 硬 化 后 期 具 有 较 小 的 收 缩 变 形 ,不 易 产 生 施 工裂缝。表 现 为 具 有 高 弹 性 模 量 、低 收 缩 与 徐 变 、低 温 度 变 形 。普 通 混 凝 土 的弹 性 模 量 为 2025GPa， 采 用 适 宜 的 材 料 与 配 合 比 的 高 性 能 混 凝 土 ， 其 弹 性模 可 达 4045GPa。 采 用 高 弹 性 模 量 、 高 强 度 的 粗 集 料 并 降 低 混 凝 土 中 水 泥浆 体 的 含 量 ， 选 用 合 理 的 配 合 比 配 制 的 高 性 能 混 凝 土 ， 90 天 龄 期 的 干 缩 值低 于 0.04%。高 性 能 混 凝 土 的 总 收 缩 量 与 其 强 度 成 反 比 ， 强 度 越 高 总 收 缩 量 越 小 。 但7高 性 能 混 凝 土 的 早 期 收 缩 率 ，随 着 早 期 强 度 的 提 高 而 增 大 。相 对 湿 度 和 环 境温 度 ， 任 然 是 影 响 高 性 能 混 凝 土 收 缩 性 能 的 两 个 主 要 因 素 。高 性 能 混 凝 土 的 徐 变 变 形 显 著 低 于 普 通 混 凝 土 ， 高 性 能 混 凝 土 与 普 通 强度 混 凝 土 相 比 较 ， 高 性 能 混 凝 土 的 徐 变 总 量 （ 基 本 徐 变 与 干 燥 徐 变 之 和 ） 有显 著 减 少 。 在 徐 变 总 量 中 ， 干 燥 徐 变 值 的 减 少 更 为 显 著 ， 基 本 徐 变 仅 略 有 一些 降 低 。 而 干 燥 徐 变 与 基 本 徐 变 的 比 值 ， 则 随 着 混 凝 土 强 度 的 增 加 而 降 低 。3.5 具 有 良 好 的 耐 火 性高 性 能 混 凝 土 在 高 温 作 用 下 ， 会 产 生 爆 裂 、 剥 落 。 由 于 混 凝 土 的 高 密 实度 使 自 由 水 不 易 很 快 地 从 毛 细 孔 中 排 出 ，再 受 高 温 时 其 内 部 形 成 的 蒸 汽 压 力几 乎 可 达 到 饱 和 蒸 汽 压 力 。在 300C 温 度 下 ，蒸 汽 压 力 可 达 8MPa，而 在 350C温 度 下 ， 蒸 汽 压 力 可 达 17MPa， 这 样 的 内 部 压 力 可 使 混 凝 土 中 产 生 5MPa 拉伸 应 力 ， 使 混 凝 土 发 生 爆 炸 性 剥 蚀 和 脱 落 。 因 此 高 性 能 混 凝 土 的 耐 高 温 性 能是 一 个 值 得 重 视 的 问 题 。 为 克 服 这 一 性 能 缺 陷 ， 可 在 高 性 能 和 高 强 度 混 凝 土中 掺 入 有 机 纤 维 ， 在 高 温 下 混 凝 土 中 的 纤 维 能 熔 解 、 挥 发 ， 形 成 许 多 连 通 的孔 隙 ， 使 高 温 作 用 产 生 的 蒸 汽 压 力 得 以 释 放 ， 从 而 改 善 高 性 能 混 凝 土 的 耐 高温 性 能 。4 高 性 能 混 凝 土 的 技 术 路 线高 性 能 混 凝 土 是 由 高 强 混 凝 土 发 展 而 来 的 ， 但 高 性 能 混 凝 土 对 混 凝 土 技术 性 能 的 要 求 比 高 强 混 凝 土 更 多 、更 广 乏 ，高 性 能 混 凝 土 的 发 展 一 般 可 分 为三 个 阶 段 ：（ 1） 振 动 加 压 成 型 的 的 高 强 混 凝 土 工 艺 创 新在 高 效 减 水 剂 问 世 以 前 ，为 获 得 高 强 混 凝 土 ，一 般 采 用 降 低 W/C（ 水 灰 比 ） ，强 力 振 动 加 压 成 型 。即 将 机 械 压 力 加 到 混 凝 土 上 ，挤 出 混 凝 土 中 的 空 气 和 剩余 水 分 ，减 少 孔 隙 率 。但 该 工 艺 不 适 合 现 场 施 工 ，难 以 推 广 ，只 在 混 凝 土 预制 板 、 预 制 桩 的 生 产 ， 广 泛 采 用 ， 并 与 蒸 压 养 护 共 同 使 用 。（ 2） 掺 高 效 减 水 剂 配 置 高 效 混 凝 土 第 五 组 分 创 新20 世 纪 50 年 代 末 期 出 现 高 效 减 水 剂 是 高 强 混 凝 土 进 入 一 个 新 的 发 展 阶 段。代 表 性 的 有 萘 系 、三 聚 氰 胺 系 和 改 性 木 钙 系 高 效 减 水 剂，这 三 个 系 类 均 是 目前 普 遍 使 用 的 高 效 减 水 剂 。8采 用 普 通 工 艺 ， 掺 加 高 效 减 水 剂 ， 降 低 水 灰 比 ， 可 获 得 高 流 动 性 ， 抗 压强 度 为 60100MPa 的 高 强 混 凝 土 ， 是 高 强 混 凝 土 获 得 广 泛 的 发 展 和 应 用。但是 ， 仅 用 高 效 减 水 剂 配 制 的 混 凝 土 ， 具 有 坍 落 度 损 失 较 大 的 问 题 。（ 3） 采 用 矿 物 外 加 剂 配 制 高 性 能 混 凝 土 第 六 组 分 创 新20 世 纪 80 年 代 矿 物 外 加 剂 异 军 突 起 ， 发 展 成 为 高 性 能 混 凝 土 的 第 六 组 分 ，它 与 第 五 组 分 相 得 益 彰 ， 成 为 高 性 能 混 凝 土 不 可 缺 少 的 部 分 。 目 前 ， 配 制 高性 能 混 凝 土 的 技 术 路 线 主 要 是 在 混 凝 土 中 同 时 掺 入 高 效 减 水 剂 和 矿 物 外 加剂 。5 高 性 能 混 凝 土 的 配 备高 性 能 混 凝 土 的 组 成 材 料 包 括 水 泥 、 粗 细 集 料 、 多 种 矿 物 掺 合 料 、 水 和 超 塑化 剂 ， 其 组 成 和 配 比 要 比 普 通 混 凝 土 复 杂 ， 要 求 也 高 得 多 。5.1 水 泥 及 其 用 量配 制 HPC 可 以 使 用 普 通 硅 酸 盐 水 泥 、 早 强 硅 酸 盐 水 泥 、 中 热 水 泥 等 ， 其 水标 号 大 于 或 等 于 42.5R。 水 泥 矿 物 组 成 中 ， C3A 含 量 不 应 超 过 8%， 比 表 面 不 宜太 高 ， 通 常 比 表 面 在 3200cm2/g 左 右 。 试 验 结 果 证 明 ， C3A 含 量 超 过 8%， 水泥 的 流 动 度 损 失 明 显 ， 含 碱 量 及 硫 酸 盐 含 量 高 的 水 泥 更 严 重 。为 了 控 制 水 泥 水 化 放 热 量 以 及 提 高 体 积 稳 定 性 ， 配 制 HPC 时 胶 凝 材 料 （ 包括 水 泥 和 活 性 掺 合 料 ） 总 用 量 通 常 在 300550kg/m3 范 围 。 这 样 ， 在 合 适 的 配合 比 条 件 下 ， 可 以 得 到 抗 压 强 度 40120MPa 的 混 凝 土 。 为 了 适 应 HPC 的 发 展 ，最 理 想 的 办 法 是 生 产 一 种 低 水 灰 比 、 高 流 动 性 、 高 标 号 的 水 泥 ， 或 者 生 产 一 种 调节 细 度 和 颗 粒 组 成 的 水 泥 ， 与 普 通 水 泥 配 合 使 用 ， 这 样 便 能 保 证 在 水 灰 比 0.2 时 ，砂 浆 流 动 度 在 200mm 以 上 。95.2 矿 物 掺 合 料矿 物 掺 合 料 主 要 是 粉 煤 灰 、 矿 渣 、 硅 粉 等 ， 它 们 是 辅 助 胶 凝 材 料 ， 近 几 年来 在 普 通 混 凝 土 应 用 中 越 来 越 普 遍 ， 一 方 面 是 由 于 经 济 效 益 显 著 ， 另 一 方 面 是 因为 使 用 这 种 材 料 可 以 得 到 技 术 效 果 。 在 HPC 中 ， 应 用 辅 助 胶 凝 材 料 的 作 用 就 更为 突 出 。HPC 的 高 强 度 部 分 来 源 于 其 基 材 的 密 实 ， 即 使 有 一 部 分 水 泥 被 一 种 或 多 种辅 助 代 替 ， 也 对 混 凝 土 的 早 期 强 度 不 会 有 副 作 用 。 此 外 ， 化 学 活 性 较 低 的 辅 助 胶凝 材 料 代 替 部 分 水 泥 ， 从 控 制 水 化 放 热 和 流 变 性 能 的 角 度 也 是 有 益 的 。5.3 用 水 量在 拌 合 水 大 大 减 少 的 情 况 下 ， 获 得 大 的 流 动 性 ， 使 硬 化 混 凝 土 具 有 高 强 度和 高 密 实 性 。 因 此 ， 必 须 使 用 超 塑 化 剂 破 坏 水 泥 粒 子 的 絮 凝 结 构 ， 使 水 泥 粒 子 分散 。 拌 合 水 大 大 减 少 使 水 泥 粒 子 间 距 缩 小 ， 因 此 得 到 比 普 通 混 凝 土 密 实 得 多 的 水泥 石 结 构 ， 凭 借 这 种 高 密 实 度 的 结 构 ， 水 化 物 形 成 较 多 的 水 泥 石 结 构 ， 水 化 物 形成 较 多 的 化 学 键 合 就 能 获 得 非 常 高 的 抗 压 强 度 。 由 于 游 离 水 含 量 较 少 ， 自 干 燥 失水 后 使 HPC 的 水 泥 石 具 有 非 常 低 孔 隙 率 。在 配 制 HPC 时 可 以 两 种 形 式 即 水 灰 比 （ /c） 和 水 胶 比 /(c+s)两 者 掺 有掺 合 料 时 使 用 ， HPC 的 抗 压 强 度 不 仅 取 决 于 水 灰 比 ， 也 取 决 于 水 泥 石 的 密 实 度 。换 句 话 说 ， 两 个 影 响 混 凝 土 强 度 的 因 素 即 水 灰 比 和 减 小 水 化 开 始 时 粒 子 的 间 距 。5.4 集 料 及 其 用 量在 配 制 HPC 时 ， 水 泥 浆 与 集 料 的 体 积 比 是 0.35： 0.65， 除 此 之 外 ， 集 料的 种 类 对 混 凝 土 的 体 积 稳 定 性 也 有 显 著 影 响 。 例 如 ： 水 泥 浆 与 集 料 的 弹 性 模 量 或热 膨 胀 系 数 不 相 匹 配 ， 当 结 构 暴 露 在 温 度 变 化 频 繁 的 环 境 中 将 产 生 开 裂 。 同 样 ，在 一 定 的 水 泥 浆 、 集 料 比 时 ， 使 用 弹 性 模 量 低 的 集 料 将 会 使 混 凝 土 的 徐 变 增 大 。10就 长 期 尺 寸 稳 定 性 而 言 ， 通 常 认 为 混 凝 土 集 料 用 石 灰 岩 和 玄 岩 比 砂 岩 或 河 卵 石好 。 在 配 合 比 相 似 时 ， 用 花 岗 岩 和 砾 石 集 料 的 混 凝 土 比 用 辉 绿 岩 或 石 灰 岩 集 料的 混 凝 土 强 度 低 得 多 ， 这 是 由 于 水 泥 石 与 集 料 之 间 的 界 面 区 的 结 构 和 粘 结 强 度 的差 异 造 成 的 。除 集 料 的 材 质 外 ， 使 用 级 配 良 好 ， 洁 净 集 料 （ 没 有 泥 土 及 脆 弱 颗 粒 ） 是 必要 的 。 作 为 细 集 料 （ 小 于 5mm） 通 常 采 用 中 高 细 度 模 数 （ 即 2.53.0） 的 天 然 砂为 好 。 在 颗 粒 尺 寸 相 同 时 ， 作 为 粗 集 料 用 破 碎 的 致 密 石 灰 石 或 深 层 的 岩 浆 岩 （ 如花 岗 岩 、 正 长 岩 、 闪 长 岩 和 辉 绿 岩 ） 通 常 以 得 到 满 意 的 结 果 。粗 集 料 的 最 大 粒 径 对 HPC 来 说 以 1015mm 为 最 佳 ， 超 过 25mm 时 ， 对混 凝 土 强 度 和 抗 渗 性 不 利 。 由 于 HPC 的 集 料 与 水 泥 石 界 面 较 强 ， 集 料 确 实 是 混凝 土 强 度 的 制 约 因 素 ， 而 在 普 通 混 凝 土 中 几 乎 不 考 虑 这 个 问 题 。 若 采 用 水 泥 熟 料球 作 为 人 造 集 料 配 制 HPC， 可 能 得 到 高 强 度 和 高 弹 性 模 量 ， 其 原 因 是 产 生 致 密和 牢 固 的 集 料 水 泥 界 面 区 。根 据 集 料 总 体 积 （ 0.65m3） ，按假定 A 等 级 混 凝 土 的 细 粗 集 料 体 积 比 为 2：3， 则 得 细 粗 集 料 体 积 分 别 为 0.26m3 和 0.39m3。 对 于 其 它 等 级 的 混 凝 土 （ 从 B至 E） ， 随 着 强 度 的 提 高 ， 水 泥 用 量 增 大 ， 故 可 以 假 定 细 粗 集 料 的 体 积 相 应 小 一些 。 例 如 ： B 等 级 用 1.95： 3.05， C 级 1.90： 3.10， D 级 1.85： 3.15， E 级 1.80：3.20。5.5 外 加 剂配 制 HPC 不 可 缺 少 的 是 超 塑 化 剂 ， 而 普 通 减 水 剂 达 不 到 HPC 减 水 率 和 提高 工 作 度 的 要 求 。 超 塑 化 剂 或 高 效 减 水 剂 是 阴 离 子 型 高 分 子 表 面 活 性 剂 。 通 常 是萘 磺 酸 盐 甲 醛 聚 合 物 和 三 聚 氰 胺 磺 酸 盐 甲 醛 聚 合 物 。 这 两 个 系 列 的 超 塑 化 剂 很 难说 哪 个 好 一 些 。 三 聚 氰 胺 系 超 塑 化 剂 减 水 率 略 差 一 些 ， 但 坍 落 度 损 失 快 ， 缓 凝 比萘 系 小 得 多 ， 更 适 合 与 引 气 剂 复 合 使 用 。超 塑 化 剂 的 掺 量 为 水 泥 重 量 的 1%2%， 对 于 不 同 等 级 的 混 凝 土 ， 随 着 强度 的 增 高 其 掺 量 增 大 。 市 售 的 超 塑 化 剂 产 品 很 多 ， 产 品 选 择 通 过 试 验 来 确 定 ， 因为 超 塑 化 剂 与 水 泥 和 掺 合 料 之 间 存 在 相 容 性 问 题 .11超塑化剂对水泥浆有强烈的分散作用，但是这种作用持 续 时 间 不 长 ， 因 此 用 超 塑 化 剂 配 制 大 流 动 性 混 凝 土 存 在 坍落 度 随 时 间 损 失 的 问 题 ， 解 决 坍 落 度 损 失 可 采 用 后 掺 法 ， 即一 部 分 超 塑 化 剂 在 混 凝 土 拌 合 物 运 达 施 工 现 场 后 再 加 入 ， 然后 经 搅 拌 进 行 混 凝 土 泵 送 。 后 掺 法 虽 然 有 效 地 解 决 了 坍 落 度损 失 问 题 ， 但 增 加 了 二 次 搅 拌 工 艺 。 因 此 ， 后 掺 法 并 不 是 最好 的 方 法 。 解 决 坍 落 度 损 失 的 另 一 种 方 法 是 将 超 塑 化 剂 与 缓凝 剂 （ 或 缓 凝 减 水 剂 ） 组 成 复 合 外 加 剂 。 这 样 配 制 的 可 满 足新 拌 搅 运 输 、 泵 送 、 浇 注 工 艺 过 程 的 要 求 。5.6 高 性 能 混 凝 土 的 配 备 原 则12在 高 性 能 混 凝 土 按 配 合 比 拌 制 之 前 ,必 须 对 原 材 料 进 行检 验 ,尤 其 要 控 制 好 集 料 ,水 泥 和 矿 物 掺 合 料 的 质 量 ,主 要 的 技术 指 标 必 须 达 到 施 工 规 范 提 出 的 要 求 。 由 于 高 性 能 混 凝 土 用水量少 ,水 胶 比 低 ,拌 合 时 较 稠 ,因 此 在 具 体 的 操 作 中 ,应需要采 用 拌 合 性 能 好 的 搅 拌 设 备 。 配 制 的 基 本 原 则 是 :采 用 低 水 胶比 ,选 用 优 质 原 材 料 ,且 必 须 掺 加 足 够 数 量 的 矿 物 细 掺 料 和 高效 外 加 剂 如 硅 灰 、 粉 煤 灰 、 矿 渣 等 ,并 从 混 凝 土 拌 和 物 的 流 动性 、 施 工 工 艺 方 面 考 虑 ,以 获 得 高 流 态 、 低 离 析 、 质 量 均 匀 的高 强 混 凝 土 。 粉 煤 灰 能 有 效 地 提 高 混 凝 土 的 抗 渗 性 ,显 著 改 善混 凝 土 拌 合 物 的 工 作 性 ,拌 合 用 水 采 用 无 污 染 、 无 杂 质 的 饮 用纯 净 水 。 另 外 ,制 备 高 性 能 混 凝 土 时 ,各 种 原 材 料 的 计 量 应 尽量 准 确 。6 高 强 混 凝 土 应 用 的 施 工 工 艺6.1 采 用 拌 合 性 能 好 的 搅 拌 设 备 搅 拌由 于 高 性 能 混 凝 土 用 水 量 少 ， 水 胶 比 低 ， 拌 合 时 较 稠 ， 因 此 需 要 采 用 拌 合 性能 好 的 搅 拌 设 备 。 卧 轴 式 搅 拌 机 或 逆 流 式 搅 拌 机 能 在 较 短 时 间 内 将 其 搅 拌 均 匀 ，采 用 其 他 设 备 时 须 经 过 试 验 验 证 拌 合 物 的 均 匀 性 。136.2 原 材 料 的 计 量 应 尽 量 准 确制 备 高 性 能 混 凝 土 时 ， 各 种 原 材 料 的 计 量 应 尽 量 准 确 。 使 出 机 口 拌 合 物 的 工作 度 稳 定 ， 波 动 小 ， 除 对 堆 料 和 称 量 装 置 有 较 高 要 求 外 ， 一 个 重 要 的 控 制 因 素 是砂 石 含 水 量 ， 即 使 搅 拌 设 备 上 装 有 先 进 的 含 水 量 测 定 及 控 制 设 备 ， 操 作 人 员 仍 应密 切 注 意 正 在 搅 拌 的 混 凝 土 ， 在 其 稠 度 发 生 波 动 时 ， 及 时 加 以 调 整 。6.3 运 送 应 用 罐 车 和 泵高 性 能 混 凝 土 运 输 与 浇 筑 宜 采 用 罐 车 和 泵 送 ， 用 手 推 车 运 输 及 浇 筑 时 不 仅 操 作 困难 ， 而 且 也 无 法 进 行 外 加 剂 的 后 添 加 。6.4 浇 筑 后 湿 养 护由 于 高 性 能 混 凝 土 的 水 灰 比 小 ， 通 常 泌 水 少 或 不 泌 水 。 因 此 ， 须 在 浇 筑 后 立 即 进行 湿 养 护 ， 以 防 止 塑 性 收 缩 裂 缝 的 产 生 ， 由 于 其 胶 凝 材 料 用 量 较 大 ， 为 防 止 内 外温 度 过 大 出 现 温 度 裂 缝 ， 必 须 采 取 保 温 措 施 。6.5 现 公 路 桥 梁 高 性 能 混 凝 土 的 技 术 途 径应 以 掺 复 合 高 效 外 加 剂 ， 经 处 理 的 优 质 矿 物 掺 合 料 来 改 善 混 凝 土 内 部 的 孔 结构 、 孔 分 布 等 ， 提 高 混 凝 土 的 力 学 、 耐 久 性 、 耐 磨 性 等 一 系 列 性 能 。 简 单 地 说 ，就 是 ： 高 强 水 泥 +复 合 高 效 外 加 剂 +优 质 矿 物 掺 合 料 +优 质 骨 料 。147 高 性 能 混 凝 土 的 施 工 技 术7.1 高 性 能 混 凝 土 施 工 前 准 备(1)针 对 不 同 工 程 的 特 点 和 施 工 季 节 、 环 境 与 条 件 ， 会 同 设 计 、 施 工 、 监 理 各方 ， 共 同 制 定 施 工 全 过 程 和 各 个 施 工 环 节 的 质 量 控 制 内 容 与 质 量 保 证 措 施 ； 施 工单 位 应 提 前 完 成 全 部 原 材 料 品 质 指 标 的 检 验 及 混 凝 土 配 合 比 的 选 定 工 作 ， 并 形 成相 应 的 施 工 技 术 文 件 ， 明 确 质 量 检 验 方 法 。(2)施 工 技 术 文 件 应 包 含 的 内 容 ： 混 凝 土 原 材 料 的 质 量 要 求 及 管 理 措 施 ， 包括 水 泥 、 掺 和 料 、 专 用 复 合 外 加 剂 、 砂 、 石 等 原 材 料 品 质 的 实 际 控 制 指 标 ， 原 材料 质 量 检 验 制 度 ， 保 证 原 材 料 质 量 稳 定 的 管 理 措 施 等 ； 落 实 混 凝 土 配 合 比 设 计 所提 出 的 特 殊 要 求 的 具 体 措 施 ； 混 凝 土 搅 拌 、 运 输 、 浇 筑 、 振 捣 、 养 护 等 关 键 工 序的 施 工 质 量 要 求 及 其 实 现 措 施 ； 混 凝 土 耐 久 性 专 项 检 查 的 方 法 、 设 备 以 及 人 员 培训 的 落 实 情 况 ； 按 照 混 凝 土 验 收 标 准 的 要 求 对 施 工 试 件 的 制 作 和 养 护 所 作 出 的 明确 规 定 ； 预 应 力 结 构 和 连 接 缝 施 工 的 专 门 操 作 细 则 和 质 量 检 验 标 准 。(3)施 工 和 监 理 单 位 应 事 先 确 定 并 培 训 专 门 从 事 混 凝 土 关 键 工 序 施 工 的 操 作人 员 。(4)施 工 单 位 应 针 对 不 同 混 凝 土 结 构 的 特 点 和 施 工 季 节 、 环 境 条 件 特 点 进 行混 凝 土 试 浇 筑 ， 验 证 并 完 善 混 凝 土 的 施 工 工 艺 ， 发 现 问 题 及 时 调 整 。7.2 高 性 能 混 凝 土 配 合 比(1)混 凝 土 配 合 比 应 参 照 现 行 国 家 标 准 JGJ55-2000 进 行 设 计 。(2)设 计 混 凝 土 配 合 比 的 一 般 途 径 为 ：A.选 用 低 水 化 热 和 低 碱 含 量 的 水 泥 ， 尽 可 能 避 免 使 用 早 强 水 泥 和 高 C3A 含量 的 水 泥 ；B.选 用 球 形 粒 形 、 吸 水 率 低 、 空 隙 率 小 的 洁 净 骨 料 ；C.适 量 掺 用 优 质 粉 煤 灰 、 磨 细 矿 渣 粉 等 矿 物 掺 和 料 或 复 合 矿 物 掺 和 料 ；D.采 用 具 有 高 效 减 水 、 适 量 引 气 、 能 细 化 混 凝 土 孔 结 构 、 能 明 显 改 善 或 提 高混 凝 土 耐 久 性 能 的 专 用 复 合 外 加 剂 ， 尽 量 降 低 拌 和 水 用 量 ；E.将 混 凝 土 的 最 低 强 度 等 级 、 最 大 水 胶 比 、 最 小 水 泥 用 量 、 最 低 胶 凝 材 料 用量 和 最 大 胶 凝 材 料 用 量 限 制 在 适 宜 的 范 围 内 ；F.尽 可 能 减 少 混 凝 土 胶 凝 材 料 中 的 水 泥 用 量 。(3)混 凝 土 的 矿 物 掺 和 料 掺 量 应 根 据 设 计 和 施 工 对 混 凝 土 各 龄 期 强 度 、 弹 性 模15构 件 尺 寸 等 )， 通 过 试 验 选 定 ， 矿 物 掺 合 料 掺 量 限 值 应 满 足 下 表 的 要 求 。量 、 工 作 性 和 耐 久性 的 要 求 及 施 工 环境 条 件 特 点 (环 境气 温 、 混 凝 土 拌 和 物 温 度 、(4)专 用 复 合 外 加 剂 的 掺 量 应 符 合 生 产 厂 家 的 使 用 说 明 ， 并 经 试 验 验 证 后 确 定 。(5)对 于 可 能 遭 受 强 腐 蚀 的 混 凝 土 结 构 ， 混 凝 土 配 合 比 应 根 据 专 门 的 规 范 进 行 设计 和 论 证 。(6)由 于 混 凝 土 的 耐 久 性 指 标 检 验 周 期 较 长 ， 施 工 单 位 应 充 分 考 虑 试 验 周 期 和 可能 出 现 的 原 材 料 变 化 等 因 素 ， 提 前 进 行 配 合 比 的 选 定 工 作 。7.3 高 性 能 混 凝 土 搅 拌(1)混 凝 土 原 材 料 应 严 格 按 照 施 工 配 合 比 要 求 进 行 准 确 称 量 ， 称 量 最 大 允 许偏 差 应 符 合 下 列 规 定 (按 重 量 计 )： 胶 凝 材 料 (水 泥 、 矿 物 掺 和 料 等 )1%； 专 用 复合 外 加 剂 1%； 粗 、 细 骨 料 2%； 拌 和 用 水 1%。(2)搅 拌 混 凝 土 前 ， 应 严 格 测 定 粗 细 骨 料 的 含 水 率 ， 准 确 测 定 因 天 气 变 化 而引 起 的 粗 细 骨 料 含 水 量 变 化 ， 以 便 及 时 调 整 施 工 配 合 比 。 一 般 情 况 下 ， 含 水 量 每班 抽 测 2 次 ， 雨 天 应 随 时 抽 测 ， 并 按 测 定 结 果 及 时 调 整 混 凝 土 施 工 配 合 比 。(3)应 采 用 卧 轴 式 、 行 星 式 或 逆 流 式 强 制 搅 拌 机 搅 拌 混 凝 土 ， 采 用 电 子 计 量系 统 计 量 原 材 料 。 搅 拌 时 ， 宜 先 向 搅 拌 机 投 入 细 骨 料 、 水 泥 、 矿 物 掺 和 料 和 专 用复 合 外 加 剂 ， 搅 拌 均 匀 后 ， 再 加 入 所 需 用 水 量 ， 待 砂 浆 充 分 搅 拌 后 再 投 入 粗 骨 料 ，并 继 续 搅 拌 至 均 匀 为 止 。 上 述 每 一 阶 段 的 搅 拌 时 间 不 少 于 30s， 总 搅 拌 时 间 不 宜少 于 2min， 也 不 宜 超 过 3min。7.4 高 性 能 混 凝 土 运 输(1)混 凝 土 运 输 应 选 用 能 确 保 浇 筑 工 作 连 续 进 行 、 运 输 能 力 与 混 凝 土 搅 拌 机16序 号 混 凝 土 强 度 等级粉 煤 灰 + 磨 细矿 渣 粉 （ ）磨 细 矿 渣 粉（ ）粉 煤 灰 （ ）1 C25C45 40 35 252 C50 30 30 20的 搅 拌 能 力 相 匹 配 的 运 输 设 备 。 不 得 采 用 机 动 翻 斗 车 、 手 推 车 等 工 具 长 距 离 运 输混 凝 土 。(2)运 输 混 凝 土 过 程 中 ， 应 保 持 运 输 混 凝 土 的 道 路 平 坦 畅 通 ， 保 证 混 凝 土 在运 输 过 程 中 保 持 均 匀 性 ， 运 到 浇 筑 地 点 时 不 分 层 、 不 离 析 、 不 漏 浆 ， 并 具 有 要 求的 坍 落 度 和 含 气 量 等 工 作 性 能 。(3)运 输 混 凝 土 过 程 中 ， 应 对 运 输 设 备 采 取 保 温 隔 热 措 施 ， 防 止 局 部 混 凝 土温 度 升 高 (夏 季 )或 受 冻 (冬 季 )。 应 采 取 适 当 措 施 防 止 水 分 进 入 运 输 容 器 或 蒸 发 ，严 禁 在 运 输 混 凝 土 过 程 中 向 混 凝 土 内 加 水 。(4)应 尽 量 减 少 混 凝 土 的 转 载 次 数 和 运 输 时 间 。 从 搅 拌 机 卸 出 混 凝 土 到 混 凝土 浇 筑 完 毕 的 延 续 时 间 以 不 影 响 混 凝 土 的 各 项 性 能 为 限 。(5)若 采 用 搅 拌 罐 车 运 输 混 凝 土 ， 当