高强混凝土施工工艺（PPT格式） .ppt

第七节 高强混凝土施工工艺 一、高强度混凝土概述 随着高层建筑的发展，高强混凝土的应用也越来越广泛。它是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上，采用现代混凝土技术，选用优质原材料，在妥善的质量控制下制成的，除了对水泥、骨料和水的质量进行有效的控制外，配置高强混凝土还必须采用低水胶比和掺加足量的矿物细掺料与高效外加剂，以保证混凝土的耐久性、工作性、各种力学性能、实用性、体积稳定性和经济合理性。 提高混凝土的性能是当今混凝土技术发展的主要方向之一。随着混凝土结构物的大型化、高层化及使用机械的大型化，对混凝土的性能也提出了更高的要求。,1.高强混凝土的定义 高强混凝土的概念，并没有一个确切的定义，在不同的历史发展阶段，高强混凝土的涵义是不同的。由于各国之间的混凝土技术发展不平衡，其高强混凝土的定义也不尽相同；即使在同一个国家，因各个地区的高强混凝土发展程度不同，其定义也随之改变。在我国以前高强混凝土一般是指强度等级在c45级以上的混凝土，但随着科学技术的进步，当今高强混凝土是指强度等级在c60级以上的混凝土。,2.高强混凝土的四大优越性 （1）在一般情况下，混凝土强度等级从c30提高到c60，对受压构件可节省混凝土30%40%，受弯构件可节省混凝土10%20%； （2）虽然高强混凝土比普通混凝土成本要高一些，但由于结构自重减轻，这对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要意义。再者，由于梁柱截面缩小，不但在建筑上改变了肥梁胖柱的不美观的问题，而且可增加使用面积； （3）由于高强混凝土的密实性能好，抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土，因此，国外高强混凝土除高层和大跨度工程外，还大量用于海洋和港口工程，它们耐海水侵蚀和海浪冲刷的能力大大优于普通混凝土，可以提高工程使用寿命； （4）高强混凝土变形小，从而使构件的刚度得以提高，大大改善了建筑物的变形性能。,二、高强度混凝土的原材料 高强度混凝土所用的原材料主要包括水泥、砂石骨料、化学外加剂、矿物掺合料和水等。 1.水泥 水泥是高强混凝土中的主要凝结材料，也是决定混凝土强度高低的首要因素，因此，在选择水泥时，必须根据高强混凝土的使用要求。主要考虑如下技术条件：水泥品种和水泥标号；在正常养护条件下，水泥早期和后期强度的发展规律；在混凝土的使用环境中，水泥的稳定性；水泥的其他特殊要求，如水化热的限制、凝结时间、耐久性等。,（1）水泥的品种和标号 配制 c60 等级及以上的高强混凝土，应至少采用42.5mpa的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。宜选用52.2mpa或更高标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。并且这些水泥都必须达到强度满足、质量稳定、需水量低、流动性好、活性较高的要求。 （2）水泥的矿物成分 水泥熟料的矿物成分和细度是影响高强度混凝土早期强度和后期强度的主要因素。对硅酸盐系列来讲，其熟料中的主要矿物成分为c3s、c2s、c3a和c4af 。c3s对早期和后期强度发展都有利；c2s的水化速度较慢，但对后期强度起相当大的作用；c3a的水化速度最快，主要影响混凝土的早期强度；c4af的水化速度虽较快，但早期和后期的强度都较低。,二、中暑的原因分析,人体适宜的外界温度是20-25c,相对湿度为40%-60%，通过以下方式散热： 辐射是散热最好途径。气温15-25c时，辐射散热约占60%，散热最多部位是头部（约50%），其次为手及足部。温度33c时，辐射散热降至零。 b. 传导与对流通过对流,接触和靠近皮肤的冷空气变暖,变热的热物质分子 离开,而较冷的物质分子则取而代之,逐渐又变热,如此反复进行。水传 导较空气快240倍。 c. 蒸发每蒸发1g水,可散发2.4kj(0.58kcal)的热量。,1.人的散热的方式,2.中暑的分类,a.热痉挛 人在高温环境中，身体会大量出汗，丢失大量盐分，使血液中的钠含量过低，引起肌肉痉挛. b.热衰竭 由于水盐的大量丢失,使得有效循环血量明显减少,发生低血容量休克.集体为了散热,心输出量大大增加,使得心血管系统的负荷加重,导致心血管功能不全或周围循环衰竭. c.日射病： 在烈日的曝晒下，强烈的日光穿透头部皮肤及颅骨引起脑细胞受损，进而造成脑组织的充血、水肿；由于受到伤害的主要是头部，所以，最开始出现的不适就是剧烈头痛、恶心呕吐、烦躁不安，继而可出现昏迷及抽搐。 d.热射病 是指因高温引起的人体体温调节功能失调，体内热量过度积蓄，从而引发神经器官受损。在中暑的分级中就是重症中暑。该病通常发生在夏季高温同时伴有高湿的天气。这是因为持续闷热会使人的皮肤散热功能下降，而且红外线和紫外线可穿透皮肤直达肌内深层，体内热量不能发散，此时热量集聚在脏器及肌肉组织，引起皮肤干燥、肌肉温度升高、导致汗出不来，进而伤害到中枢神经。继而影响全身各器官组织的功能，患者出现局部肌肉痉挛、高热、无汗、口干、昏迷、血压升高、咳嗽、哮喘、呼吸困难、甚至呼吸衰竭等现象，是中暑最严重的一种类型。,（3）水泥的用量 高强混凝土的水泥用量主要与水泥的品种、细度、标号、质量有关，另外还与混凝土的坍落度大小、混凝土强度等级、外加剂种类、骨料的级配与形状、矿物掺合料等密切相关，一般在500kg/m3左右，最多不超过550 kg/m3。当采用高效减水剂高强混凝土时，如果水泥用量超过450kg/m3，对混凝土强度增长的作用并不显著。混凝土中掺加水泥过多，不仅使其产生大量的水化热和较大的温度应力，而且还会使高强混凝土的强度等级较低（c60c80），水泥用量宜控制在450550kg/m3；如果混凝土的强度等级大于c80，水泥用量宜控制在500550 kg/m3，另外可通过掺加硅粉等矿物料来提高混凝土强度（硅粉可充分利用水泥水化物ca（oh）2）。,2.骨料 混凝土性质与骨料的性质密切相关，骨料的强度、孔结构、颗粒形状和尺寸、骨料的弹性模量等都直接影响该混凝土的相关性质。大体上，混凝土强度上限随石料的强度成正比例提高。因此在配制高强混凝土时，对骨料的选择和要求是比较严格的。 （1） 粗骨料 粗骨料是混凝土中骨料的主要成分，一般占骨料的60%70%，其性能对高强混凝土的抗压强度及弹性模量起决定性的作用。如果粗骨料的强度不足，其他任何采取提高混凝土强度的措施都将成为空谈。目前，粗骨料多采用坚固石灰岩 （ 抗压强度 100120mpa） 和花岗岩 （ 抗压强度 120140mpa）。,1） 粗骨料强度 混凝土在其他条件相同的情况下，粗骨料的强度越高，配制的混凝土的强度也越高。粗骨料的强度可用母岩立方体抗压强度和压碎指标值表示。 立方体抗压强度，即用粗骨料的母岩制成50mm50mm50mm的立方体，在水中浸泡48小时（达饱和状态）后，测其极限抗压强度。配制高强混凝土所用的粗骨料，一般要求标准立方体的骨料抗压强度与混凝土的设计强度之比值，对于高强混凝土应大于2.0。 压碎指标值，即在规范规定的试验方法条件下，测定粗骨料抵抗压碎的能力，从而间接推测其相应的强度。在实际操作上，对经常性的工程及生产质量控制，采用压碎指标值比立方体抗压强度更为方便。粗骨料的压碎指标值可参考表7-2。,2） 粗骨料的最大粒径 在普通混凝土施工中，在施工条件允许和强度满足的前提下，粗骨料的粒径可以尽量选的大些，不仅可降低水化热和水泥用量，而且可以对提高混凝土强度有利。但是，对高强混凝土来讲，颗粒大小宜选用小粒径骨料，且粒度分布应尽可能达到密实填充，这是因为粗骨料是脆性材料，大颗粒骨料存在薄弱端，加大骨料尺寸反而降低混凝土强度，小粒径的粗骨料与水泥浆接触界面相对狭窄，过渡层更窄，其间不易形成大的缺陷，更有利于混凝土强度的提高。 国外一般认为高强混凝土粗骨料的最大粒径不宜超过10mm ，我国现行规范规定对c60及c60以上强度等级的混凝土，其粗骨料的最大粒径不宜超过31.5mm，通常取2025mm。工程试验表明，大于25mm的粗骨料不能用于配制抗压强度70mpa以上的高墙混凝土，骨料的最大粒径为1220mm时能获得最高的混凝土强度。因此，配置高强混凝土的粗骨料最大粒径一般应控制在20mm以内。,3） 异形颗粒的含量 异形颗粒的骨料主要指针、片状骨料。对于中、低强度的混凝土，异形颗粒的含量要求较低，一般不超过15%25%，但对高强混凝土要求很高，一般不宜超过5%。 4） 各种杂质的含量 各种杂质的含量主要包括粘土、云母、轻物质、硫化物及硫酸盐、活性氧化硅等。粘土附着于粗骨料的表面，不仅会降低混凝土拌合物的流动性或增加用水量，而且大大降低骨料与水泥石间的界面粘结强度，从而使混凝土的强度和耐久性降低。所以，在配制高强混凝土时，要认真对粗骨料进行冲洗，严格控制含泥量在1%以内。,5） 粗骨料的坚固性 粗骨料的坚固性是反映骨料在气候、环境变化或其他物理因素作用下抵抗破坏的能力。骨料的坚固性是用硫酸钠饱和溶液法检验，即以试棒经过5次循环浸渍后，骨料的损失质量占原试棒质量的百分率。粗骨料的坚固性要求与混凝土所处的环境有关，具体标准见表7-3。,6） 颗粒级配 骨料的颗粒级配是否良好，对混凝土拌合物的工作性能和混凝土强度有着重要的影响。良好的颗粒级配可用较少的加水量制得流动性好、离析泌水少的混凝土混合物，并能在相应的施工条件下，得到均匀致密、强度较高的混凝土，达到提高混凝土强度和节约水泥用量的效果。,（2） 细骨料 高强混凝土对细骨料的要求与普通混凝土基本相同，在某些方面稍高于普通混凝土对细骨料的要求。砂中的有害物质主要有：粘土、淤泥、云母、硫化物、硫酸盐、有机质以及贝壳、煤屑等轻物质。粘土、淤泥及云母影响水泥与骨料的胶结，含量多时使混凝土的强度降低，硫化物、硫酸盐、有机物对水泥均有侵蚀作用；轻物质本身的强度较低；会影响混凝土的强度和耐久性。因此，配制高强混凝土最好用纯净的砂、有害杂质的含量不能超过规范规定的限量。,3.外加剂 配制高强混凝土掺加一定量的高效减水剂，这是改善混凝土性能不可缺少的重要措施之一。大量的工程实践证明，高效减水剂掺量虽较少，在按要求改善混凝土性能，尤其在混凝土强度增长方面，显示出十分显著的效果，已成为高强混凝土中重要的材料。 （1）高效减水剂的类型 根据我国混凝土外加剂的质量标准，高效减水剂的减水率必须大于12%。按化学成分不同，高效减水剂可分为萘系、多羧酸系、三聚氰胺系和氨基磺酸盐系四大类，目前最常用的是萘系和三聚氰胺系。 （2）高效减水剂的选择 在普通工艺的施工条件下，高强混凝土离不开高效减水剂、究竟选用哪种高效减水剂，并不是一个简单的问题，必须科学、合理、慎重地选择，才能达到预期的目的。,4.矿物掺合料 水泥的水化反应是一个漫长的过程，有的持续几十年，甚至几百年。试验证明：28天龄期时，水泥的实际利用率仅为60%70%。因此，高强混凝土中有相当一部分水泥仅起填充料的作用，混凝土中掺加过量的水泥，不仅无助于进一步提高混凝土强度，而且给工程带来巨大的浪费。在高强混凝土的配制中，若加入适量的活性掺合料，既可促进水泥水化产物的进一步转化，也可收到提高混凝土配制强度，降低工程造价、改善高强混凝土性能的效果。高强混凝土结构设计与施工指南建议采用的活性掺合料有粉煤灰、沸石粉、硅粉等。,（1）粉煤灰 粉煤灰是一种人工火山灰材料，是燃煤电厂煤粉炉烟道中收集的细颗粒粉末。粉煤灰作为一种优良的活性掺合料用于混凝土中已有多年历史，但在工程结构混凝土中的应用，在20世纪70年代以后才有较大的发展。现在，粉煤灰常常被作为混凝土的第六组成部分，用于配置高强混凝土、高流态混凝土和泵送混凝土。,（2）沸石粉 天然沸石粉是一种特殊的火山灰质材料，也是一种含有很多微孔的骨架状硅酸盐结晶矿物。天然沸石粉不仅具有一定的水硬性，而且还具有很大的内表面积，这是区别于一般火山灰质材料的特点所在。在混凝土中大量应用的是斜发沸石和丝光沸石，其化学成分与粉煤灰基本相同，其中sio2的含量为66%70%，al2o3的含量为11%13%。 我国自1978年以来，曾对“沸石在水泥水化中作用机理”、“混凝土掺加沸石粉的各项性能”做了系统研究，实践证明：用沸石粉作为混凝土的掺合料，不仅能配制出抗渗性、和易性良好的混凝土，而且还能配制高强混凝土和泵送混凝土。,（3）硅粉 硅粉是电炉生产工业硅或硅铁合金的副产品，从炉子排出的废气中过滤收集而得，是一种人工的火山灰质材料。活性sio2是硅粉的主要组成，其颗粒极细，活性较强，掺入到水泥混凝土中，可以得到三方面的增强作用：sio2与水泥水化物ca（oh）2迅速进行二次水化反应，生成水化硅酸钙凝结，这些凝胶不仅可沉积在硅粉巨大的表面上，也可伸入到细小的孔隙中，使水泥石密实化；二次水化反应使混凝土中的游离ca（oh）2减少，原片状晶体尺寸缩小，在混凝土中的分散度提高；由于ca（oh）2被大量消耗，界面结构得到明显改善。,5.拌合水 配制高强混凝土的用水，一般用饮用水即可，不得使用污水、工业废水、ph值小于4的酸性水、硫酸盐含量（按so4计）大于1%的水以及海水。且水中不得含有影响水泥正常凝结与硬化的有害杂质。,三、高强混凝土的配合比设计 高强混凝土配合比设计是根据工程对混凝土提出的强度要求，各种材料的技术性能及施工现场的条件，合理选择原材料和确定高强混凝土各组成材料用量之间的比例关系。由此看来，它与普通混凝土的配合比设计基本相同，只不过是对水泥及骨料提出了更高的要求。,1.配制高强混凝土的主要技术途径 在我国目前施工技术和施工条件下，配制高强混凝土的主要技术途径有以下几个方面： （1）用高标号水泥配制高强混凝土 配制高强混凝土宜选用标号不低于42.5号的硅酸盐水泥。对c60 混凝土，必要时也可用32.5号和42.5号硅酸盐水泥混合配制。目前，我国生产的高标号水泥一般是指42.5号、52.5号硅酸盐水泥，适用于配制c60强度等级的混凝土，如果配制更高等级的混凝土，必须采取其他相应的技术措施。,（2）在拌制混凝土中掺加高效减水剂 单纯采用高标号水泥配制高强混凝土，由于水泥用量多，水灰比要求小，流动性不好，给施工带来很大困难，也难于保证混凝土的质量。在拌制混凝土中掺加0.5%1.8%的高效减水剂，不仅可以大幅度提高混凝土强度，而且将大大增加混凝土拌合料的流动性。国内外实践表明，配制c60以上的高强混凝土，掺加高效减水剂是一项重要的技术措施。,（3）掺加优质、适宜的活性矿物掺合料 由于优质粉煤灰、f矿粉和硅粉中含有大量的活性sio2和活性al2o3，它们能与ca（oh）2进行二次水化反应，起到提高强度、改善结构的作用，所以掺加优质、适量的活性矿物掺合料，也是配制高强混凝土的重要技术途径。工程实践证明，掺加级粉煤灰或f矿粉，再配上高效减水剂，可以配制成c80的高强混凝土；掺加一定量的硅粉，再配上高效减水剂，可以配制成c100以上的超高强混凝土。,2.高强混凝土配合比设计的步骤 （1）配合比设计的步骤 1）确定水灰比 高强混凝土水灰比的确定，可以根据普通混凝土的方法，计算混凝土的试配强度，然后再以试配强度计算水灰比。, 计算法 由于原材料的性质不同，其关系式也不相同。同济大学提出的关系式为 a 对于用卵石配制的高强混凝土： f28 0.296 fk （c/w0.71） （7-1） b 对于用碎石配制的高强混凝土： f28 0.304 fk （c/w0.62） （7-2） 式中：f28 高强混凝土的设计强度（mpa）； fk 水泥标号（mpa）； c/w 混凝土的灰水比。, 查表法 查表法是简捷、快速确定水灰比的方法，对于一般的高强混凝土工程是完全可以的，但对于重要或大型高强混凝土工程仅供参考，见表7-6。,6）确定初步配 7）试配和调整,（2）配合比设计参考的原则 1） 配合比设计必须满足混凝土的强度要求及施工要求，混凝土强度的保证率不得小于95%。如无统计数据，可按实际强度的平均值达到设计要求的1.15倍进行配合比设计； 2）对于c60c70的混凝土水灰比宜小于0.35，对于c80的混凝土水灰比宜小于0.30，对于c100的混凝土水灰比宜小于0.26，对大于c100的混凝土水灰比宜取0.22左右； 3）高强混凝土必须选用高标号优质水泥，当混凝土强度等级为c60时，宜取用450500kg/m3；当强度等级为c70c80时，宜取用450550 kg/m3；大于c80的混凝土也不宜超过550/ m3； 4）配置高强混凝土时，应选择高强度，低吸水率的碎石，最大粒径不宜超过20mm； 5）为提高混凝土的强度，改善混凝土拌合料的工作性，必须掺加适量的高效减水剂。 6）除泵送高强混凝土外，配制高强混凝土的砂率尽量要低，一般以控制在0.280.32为宜, 泵送时砂率一般在0.320.40范围内； 7）若掺加粉煤灰等活性矿物质材料时，要采用超量取代法计算高强混凝土的