高速能混凝土运用技术

1、 第一章 水 泥 第一节 水泥的类别和性能 一、我国水泥的类别 水泥是混凝土中，也是高性能混凝土中最重要的一种胶凝材料，它的选择直接影响混凝土的性能和成本。我国水泥种类很多，按照不同的划分方法可分为不同的类型(见表11)。 随着水泥生产技术的发展，如生料的均化和原料预均化技术的发展，烘干兼粉磨设备的不断改进，水泥新型干法窑(悬浮预热器窑和窑外分解窑)不但大大第3页降低了熟料的能耗，产量大幅提高，而且熟料质量完全可与湿法生产的熟料相媲美，已成为当前世界各国水泥工业主要发展的窑型。目前，我国大型水泥厂一般均为新型干法窑。 二、水泥品种 配制高性能混凝土主要选用硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，特殊情况下

2、，还可选用其他几种类型的水泥。在高性能混凝土中，如果选用含有各种混合材的水泥，必须弄清楚水泥中矿物混合材的品种、细度和掺量，在进行高性能混凝土配合比设计时必须扣除水泥中混合材掺量，并在大量试配基础上确定各组分的用量。 1硅酸盐水泥 凡是由硅酸盐水泥熟料、o5石灰石或高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料，称为硅酸盐水泥。硅酸盐水泥分为两种类型，不掺混合材料的称为I型硅酸盐水泥，代号PI，在硅酸盐水泥粉磨时掺加不超过水泥质量5石灰石或粒化高炉矿渣混合材料的称为n型硅酸盐水泥，代号P，广泛用于各种混凝土或钢筋混凝土工程。 2普通硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、6一15混合材料、适量石膏磨细制成

3、的水硬性胶凝材料，称为普通硅酸盐水泥(简称普通水泥)，代号PO。按照国家标准(GBl75)，普通水泥中掺活性混合材料时，最大掺量不得超过15，其中允许用不超过水泥质量5的窑灰或不超过水泥质量10的非活性混合材料来代替；掺非活性混合材料时，最大掺量不得超过水泥质量10。普通水泥广泛用于各种混凝土或钢筋混凝土工程。 3矿渣硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、粒化高炉矿渣和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为矿渣硅酸盐水泥(简称矿渣水泥)，代号PS。水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量分数计为20一70，允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8，替代后水泥

4、中粒化高炉矿渣不得少于20。该水泥具有水化热较低、耐蚀性和耐热性较好等特点；但泌水性和干缩性较大，抗冻性较差，早期强度较低(但后期强度增进率较快)。矿渣硅酸盐水泥可用于地面、地下、水中各种混凝土工程中。 火山灰质硅酸盐水泥 凡由硅酸盐水泥熟料、火山灰质混合材和适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料称为火山灰质硅酸盐水泥(简称火山灰水泥)，代号PP。按照国家标准GB 第二章 矿物外加剂 在混凝土中加入矿物外加剂一般可达到下列目的：减少水泥用量，有的还可以改善混凝土的工作性；降低水化热；增进后期强度；改善混凝土的内部结构，提高抗渗性和抗腐蚀能力；抑制碱集料反应等。 在高性能混凝土中所用的各种超磨细的矿物

5、原料与以前用于水泥混合材的矿物原料在作用和性能上有显著不同。当矿渣与熟料混磨时，由于矿渣比熟料难磨，熟料磨到一定细度后，矿渣仍不够细(当前生产的矿渣硅酸盐水泥中矿渣细度为250mzk8左右)，以致矿渣水泥的保水性差、早期强度低，其混凝土的耐久性不好。表21为用硅酸盐水泥熟料加入4二水石膏磨至比表面积为305mzkg的硅酸盐水泥(P1)，在其中分别掺入40比表面积为310mzkg的矿渣和比表面积为700m2k2的磨细矿渣等量取代硅酸盐水泥，配成矿渣硅酸盐水泥(SP和SC)的胶砂强度试验结果。 从表中的试验结果可以看出，掺人普通细度矿渣的SP水泥各龄期强度(ad，7d，28d)都低于硅酸盐水泥强度

6、，而掺人磨细矿渣的SC水泥各龄期强度都显著高于硅酸盐水泥PI的强度。这说明普通细度的矿渣由于颗粒较粗，水化慢；而磨细矿渣由于颗粒较细，水化快，并发挥了磨细矿渣的填充和改善集料界面作用，所以各龄期强度都较高。将两者加以区分是必要的，美国也称这类掺合料为矿物外加剂(mineral admixture)。 国标GBT18736高强高性能混凝土用矿物外加剂明确规定：用于改善混凝土耐久性能而加入的、磨细的各种矿物掺合料又被称作矿物外加剂，其主要特征是磨细矿物材料，细度比水泥颗粒小，主要用于改善混凝土的耐久性能和工作性能。本书把高性能混凝土中加人的这类矿物材料统称为矿物外加剂。 国标GBT 18736高强

7、高性能混凝土用矿物外加剂规定了常用的矿物外第12页加剂(磨细矿渣、硅灰、粉煤灰和磨细天然沸石四类产品)的技术性能要求。这四种矿物外加剂是当前使用中量大面广的、条件较成熟的，其他种类的矿物外加剂(如煅烧煤矸石、磨细石灰石等)也有研究和应用，但实际用量相对较少。下面分别介绍这四个品种矿物外加剂的基本情况、性能及对高性能混凝土的影响。 第一节 磨细旷渣 一、磨细矿渣的来源及产量 矿渣是在炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排出时用水急冷，得到水淬矿渣，生产矿渣水泥和磨细矿渣用的都是这种粒状渣。磨细矿渣是将这种粒状高炉水淬渣干燥，再采用专门的粉磨工艺磨至规定细度，在混凝土配制时掺人的一种矿物外加剂。 我国每年

8、高炉矿渣排量约为4000万吨以上，大约有3400万吨被水泥工业利用，作为水泥混合材与水泥熟料、石膏一起粉磨，生产矿渣硅酸盐水泥，已有相当长的历史。在共同粉磨时，由于矿渣较水泥熟料难以磨细，在水泥中颗粒较粗，所以矿渣水泥中矿渣的水化活性难以得到充分发挥，给矿渣硅酸盐水泥混凝土带来一些缺点，如混凝土早期强度低、易泌水、耐久性差。 随着粉磨技术的不断发展水淬高炉矿渣开始被加工成商品磨细矿渣粉(比表面积400m2k日以上，有些甚至达到800mzk8)，并且逐渐在混凝土中得到应用，这时的磨细矿渣与前边提到的水泥混合材概念是完全不一样的。它作为辅助性胶凝材料，等量替代水泥，在混凝土拌和时直接加入馄凝土中，

9、可以改善新拌混凝土及硬化混凝土性能，使矿渣的利用价值更上一层楼。将这一大宗工业废渣转化为高附加值的磨细矿渣产品，符合环境保护和可持续发展的战略要求。在我国推广和应用磨细矿渣，正是实现这一战略目标的具体举措。目前，我国有关磨细矿渣的研究、生产和工程应用已进人新的发展阶段；水淬高炉矿渣这一大宗工业废渣已经开始转化为高附加值的磨细矿渣产品在工程中应用。 磨细矿渣所采用矿渣的化学成分应符合GBT 2031994用于水泥中的粒化高炉矿渣的要求。矿渣粉磨时分两种情况，一是单纯的磨细矿渣；二是在粉磨时可以揍人适量的石膏，根据国内外研究和使用经验，掺入适量的石膏可以提高混凝土的早期强度及其他有关性能，因此允许

10、在粉磨时掺人适量的石膏，所用石膏的性能应符合GB丁54831996石膏和硬石膏的规定，掺量以S03为控制指标，应小于4。由于矿渣较为难磨，为提高粉磨效率，在矿渣粉磨时还允许掺入不大于矿渣质量1的助磨剂，所掺助磨剂应符合JC丁667水泥粉磨第13页工成网 第三章 集 料 集料，又称骨料，是混凝土的主要组成材料之一，在混凝土中约占34。正确选择集料的品种是配制高性能混凝土的基础。集料在传统混凝土中主要起骨架作用和减少由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀所引起的体积变化，同时还作为胶凝材料的廉价填充料。在高性能混凝土中，集料用量、品种、性能等对流动性、强度和耐久性都有影响：在自流平混凝土中，良好的集

11、料粒形对增加流动度很有益：在高强混凝土中，由于水胶比小，水泥石强度提高，集料的差异对混凝土强度影响很大，必须选择自身强度高的集料，才能得到高强、超高强的混凝土；集料中如果含有蛋白石、玉髓、微晶石英等矿物成分就有可能导致碱集料反应的发生，会引起混凝土膨胀开裂，甚至破坏，极大地影响混凝土的耐久性等。本章介绍高性能混凝土用粗、细集料的性能及对高性能混凝土性能的影响(轻集料等其他集料在本丛书其他分册中介绍，本章略去)，重点突出集料碱活性的检测和判定。由于京津塘地区是我国经济高速发展地区之一，建设规模较大，工程用集料安全问题非常重要，在本章还介绍了对该地区集料进行碱活性普查以及建立安全型矿山等方面的研究

12、成果。 第一节 集料分类和性能 高性能混凝土中常用的集料有卵石、碎石和砂。卵石，又称为砾石，是自然条件作用(如水流冲刷)下形成的天然无棱角粒状材料，特点是表面光滑，与水泥石的黏结力不如碎石，但松堆空隙率较小，可减少胶凝材料用量，增加拌和物的流动性。碎石是用天然岩石经破碎筛分而得的颗粒状材料，表面粗糙，材质的均匀性较好，与水泥石的黏结性能比卵石好，在同样条件下用碎石配制的混凝土，较用卵石配制的混凝土强度略高。 一般高性能混凝土工程细集料以采用河(江)砂居多，山砂与海砂较少。按其加工方法不同，可分为天然砂和人士破碎砂两大类。河砂因长期受流水冲洗，颗粒成圆形，人工破碎砂是将天然石材破碎而成的，或加工

13、粗集料过程中产生的碎屑，在资源日渐紧张的今天，一些符合建筑用砂质量标准的尾矿砂也在工程中使用。粗细集料的一些物理和化学性能对高性能棍凝土的影响很大。第51页 一、粗集料 对粗集料的质量要求主要包括：颗粒级配、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、强度(岩石抗压强度和压碎指标值)、坚固性、有害杂质含量和碱活性。 石于级配对节约水泥和保证混凝土和易性有很大关系，关于集料粒径及级配对高强高性能混凝土强度的影响，已有许多试验研究结果。粗集料最大粒径是其公称粒径的上限。该值愈大，则集料的总表面积愈小，混凝土的用水量也愈小，水泥用量也愈小。但该值过大，使混凝土的和易性变差，易产生离析。集料粒径超过40mm后，

14、由于集料比表面积的减小和混凝土不均匀性的增大，致使混凝土集料粒径越大，混凝土强度越低。故ACl363委员会报告指出，集料最大粒径应尽量小。我国许多工程的实践经验是，配制C60一C80的混凝土，集料最大粒径应在20mm左右， 针、片状颗粒含量是评定粗集料质量的指标。凡颗粒的长度大于该颗粒所属粒级平均粒径24倍者称为针状颗粒；厚度小于平均粒径的o4倍者称为片状颗粒。一般地说，针、片状颗粒主要存在于碎石中，尤其是变质岩中的板岩经破碎后的针、片状颗粒较多，它们对混凝土拌和物和易性有明显的影响，且对高强度等级混凝土的影响更大一些。如针、片状颗粒含量增加25，高强度等级混凝土的坍落度约减少12mm，而对中

15、、低强度等级混凝土仅减少6mm。另外，针、片状颗粒的存在对混凝土的抗折强度也有一定的影响。 集料物理力学性能及矿物成分对高强高性能混凝土的影响是一个比较复杂的问题。一些试验资料表明，当采用质地较软、强度较低的石灰岩作集料时，随着混凝土水灰比的减小，混凝土强度的增幅会逐渐下降，集料强度成了制约混凝土强度增长的关键因素。在高强高性能低水灰比的混凝土中，采用致密的石灰石作集料的混凝土，其强度较卵碎石作集料的棍凝土明显增大，即集料品种对高强高性能混凝土强度影响很大。 粗集料的强度用岩石的立方体(或圆柱体)强度和压碎指标两种方法表示。一般要求岩石的抗压强度值与混凝土强度等级之比应不小于15。 采用石灰石

16、碎石、花岗岩碎石和辉绿岩碎石三种碎石进行了混凝土强度方面的试验，以确定其对混凝土强度的影响。试验用粗集料粒径均为520mm。表31是三种碎石的筛分试验结果。 利用这三种碎石进行掺硅灰和磨细矿渣以及不掺矿物外加剂的混凝土试验。混凝土配比见表32，其抗压、劈张和抗折强度的试验结果见表33。 表32试验结果表明，在水胶比为o25o26的情况，三种岩石混凝土拌和物的坍落度和坍落流动度值基本相似，说明这三种岩石对新拌混凝土工作性能 第四章 化学外加剂 原则上在普通混凝土中使用的化学外加剂都可以在高性能混凝土中使用，但是根据高性能混凝土性能要求和施工工艺，最重要的三类化学外加剂是高效减水剂、泵送剂和引气剂

17、。 第一节 高效减水剂 高效减水剂是制备高性能混凝土必不可少的技术措施之一，由于它的正确使用，才能使得高性能混凝土的水灰比降得很低，具有良好的工作性，以及坍落度经时损失小，以得到均匀的混凝土拌和物。 1962年， 日本花王石碱公司的服部健一博士研制成功了萘系高效减水剂；1963年，德国研制成功蜜胺高效减水剂，开始了最早的高效减水剂生产。20世纪70年代中后期，这两类高效减水剂也相继在我国开发研制成功，并投入生产应用。到20世纪70年代末80年代初，为了充分利用地方性原材料，降低生产成本，蒽系高效减水剂应运而生。而最近的5年，新品种高效减水剂快速发展，脂肪族高效减水剂、氨基磺酸盐系高效减水剂、改

18、性蜜胺类高效减水剂和聚羧酸系高效减水剂相继研制成功并投入生产，极大地丰富了我国高效减水剂的市场，满足了各种混凝土工程的需要。2003年高效减水剂的总产量达到926万吨，见表41。当前可用于制备高性能混凝土的高效减水剂主要有：萘磺酸盐甲醛缩合物(萘系高效减水剂)；三聚氰胺磺酸盐甲醛缩合物(蜜胺系高效减水剂)；氨基磺酸盐(氨基磺酸盐系高效减水剂)；(脂肪族高效减水剂)；聚羧酸盐系高效减水剂。 一、萘系高效减水剂 萘系减水剂是芳香族磺酸盐甲醛缩合物。此类减水剂主要成分为萘或萘的同第78页系物磺酸盐与甲醛的缩合物，属于阴离子表面活性剂。 萘系高效减水剂是在高温下将熔融的萘用浓硫酸磺化，选择的磺化条件是

19、尽可能多地生成萘磺酸，避免生成o萘磺酸和多萘磺酸。然后广萘磺酸用甲醛在酸性和高温条件下缩合，甲醛和萘的比例决定缩合的程度，缩合后的产物用氢氧化钠或氢氧化钙中和，如用氢氧化钙中和要通过过滤除去沉淀物，这样就得到所需的液体产品。经喷雾干燥或者离心干燥即可得到粉状的固体产品。萘系高效减水剂的结构特点是憎水性的主链为亚甲基连接的双环或多环的芳烃，亲水性的官能团则是连在芳环上的一S03M等，其结构如图41所示。 萘系高效减水剂根据其产品中NazS04含量的高低，可分为高浓型产品(Na2S04含量5)和低浓型产品(Na2S04含量5)。现场搅拌混凝土时，一般掺加粉状外加剂，Na2S04含量高低影响不大。在

20、商品混凝土中，多采用液体外加剂，低浓萘系产品在气温较低时易产生NagS04结晶，影响计量精度和使用效果。为了降低产品中的结晶程度和彻底消灭结晶现象，生产厂一般采用KOH、Ca(OH)z代替NaOH进行中和，或者增加低温抽滤的工序将NazS04除去，生产高浓萘系高效减水剂。 萘系高效减水剂在推荐掺量下的减水率一般在15一25，基本上不影响混凝土的凝结时间，引气量低(10-6、71X10-6、44XlO 6，ld的自收缩值分别占到28d自收缩的77、64、44和29。根据宫泽伸君等的实验结果，水灰比为o4时，自收缩占总收缩的40；水灰比为o3时，自收缩占50；水灰比为o17时，自收缩占100。因此

21、，在高强高性能混凝土中，自收缩比在普通混凝土中大得多，特别是早期自收缩占到很高的比例。 混凝土的自收缩已日益引起材料界与工程界的重视与关注，在矿物外加剂对高性能混凝土自收缩影响因素方面取得了大量的成果。大量矿物外加剂掺人高性能混凝土中会使混凝土产生自收缩，即使混凝土的水灰比在o4o5时，掺用硅灰也会引起混凝土的较大自收缩，在低水灰比的高性能混凝土中，硅灰引起的自收缩更为显著。矿渣细度小于400m2k8时，对减小混凝土自收缩有利，随矿渣掺量的增大，自收缩减小；当细度大于400m2k8时，矿渣活性明显提高，引起自收缩增大，这时，混凝土自收缩随其掺量的增大而增大；但当掺量大于75时，因为胶凝材料活性

22、减低过多而使得混凝土自收缩减小。另外，混凝土中水泥浆体含量越大、水泥细度越大、试件尺寸越大，自收缩越大。 高性能混凝土结构致密，碳化收缩值很小，可在干缩测量时一并考虑；而其塑性收缩可采用早期保温和调整配合比等方法加以控制。因此，自收缩就成为影响高性能混凝土产生裂缝的最主要因素：早期产生较大的自收缩，弹性模量增长迅速，受约束的高性能混凝土构件容易产生较大的拉应力，导致裂缝出现。 关于高性能混凝土自收缩产生机理和自收缩模型目前都停留在推测和预测阶段，尚没有深入的理论分析与经过大量的试验研究来证实。 二、高性能混凝土的自收缩测定方法 高性能混凝土的自收缩测定不仅需要精确的量测方法，而且需要从混凝土初

23、凝即开始测定，另外还需要保证被测试体系(试件)与外界无水分交换，因此，要准确地测试混凝土的自收缩难度较大。 目前，高性能混凝土自收缩研究的方法不同，得出的结论也不完全相第八章 高性能混凝土的耐久性能 第一节 混凝土抗冻性能评价方法 近20年来，水泥基材料的耐久性问题已成为水泥基材料科学与技术研究中的热点，其对国民经济的社会效益和经济效益及对工程安全性的重要性愈来愈被人们所重视。普通混凝土耐久性试验方法在我国国家标准GB 8285中已有规定，但是高性能混凝土耐久性能比普通混凝土要求更高，在研究高性能混凝土过程中还开发了一些新的试验室方法和现场试验方法用于测评其耐久性能。 在寒冷地区，冻融环境作用

24、往往是导致混凝土破坏的主要因素之一。抗冻性还可以间接地反映混凝土抵抗环境水侵人和抵抗冰晶的能力，因此，混凝土的抗冻融性能是混凝土耐久性的一项重要指标。研究高性能混凝土的耐久性最重要的一个方面就是提高混凝土的抗冻融循环破坏能力。“九五”攻关项目“重点工程混凝土的安全性研究”中设专题研究了混凝土的抗冻性，开发了新型引气剂，对混凝土抗冻性进行定量化设计，开发应用了高抗冻和超抗冻混凝土。本章简述国内外混凝土抗冻性试验方法。 一、美国标准规定的抗冻性能试验方法 美国ASTM标准列有三种抗冻试验方法：“混凝土快速冻融试验方法”、“受冻混凝土临界膨胀量试验方法”、“商品混凝土砌块和相关混凝土构件冻融耐久性评

25、估试验方法”。 1混凝土快速冻融试验方法 美国ASTMC666“混凝土快速冻融试验方法”推荐了两种在试验室内快速测定混凝土抗冻性能的方法，规定冻融循环温度为一17844(o40 T)，25h完成一次循环。冰冻可以将试样浸没于水中(方法A)或置于空气中(方法B)，两种方法的融化都在水中进行。方法A和方法B融化所需的时间分别不得少于总循环时间的25和20。 此试验持续循环300次(或连续，或间歇)或进行到动弹性模量降到初始值的60时为止。该方法规定用DF表示耐久性系数，且DF由下式计算：第186页 耐久性系数值小于40，则混凝土被认为是不合格的，而超过60则可以认为性能良好。这两种方法常被用来评估

26、集料和混凝土的整体耐久性。方法A特别严格，因为大部分试件最终彻底水饱和并破坏。混凝土遭受水中冻融循环表现较差。该方法主要缺点是不切实际的高速冻融，因为超过3Ch的速率范围在实际条件下是很少碰到的。 2受冻混凝土临界膨胀量试验方法 ASTM C671“受冻混凝土临界膨胀量试验方法”规定，用慢冻快融制度，每2周冻融循环一次，试件冻结温度为一94C，融解温度为17C。测试混凝土在试验期间的线膨胀，以此来评价其破坏。试验一直进行到达到临界膨胀(即膨胀开始明显增加)或达到需要的循环次数。即测前后两次循环线膨胀的增大值，如试验结果超过o02，试件被认为是不抗冻的。虽然这一试验方法在冻融制度上更接近实际，但

27、该方法用得较少，因为其操作过程比其他试验方法劳动量更大，耗时更多。 3混凝土砌块和相关混凝土构件冻融耐久性评估试验方法 ASTMCl26295“混凝土砌块和相关混凝土构件冻融耐久性评估试验方法”是一种采用测定混凝土受冻融后质量损失来确定混凝土耐久性的方法。该方法规定，试件冻结温度为一15C 5_28C，时间为45h，融解温度为183239C，时间为2572h。试验结果用每8至12次循环后剥蚀混凝土的干重占开始试验混凝土试件干重的分计和累计百分数表示，分计和累计百分数越大，混凝土的抗冻性越差。 二、前苏联标准规定的抗冻性试验方法 前苏联标准FOCTl006076“混凝土抗冻性试验方法”中规定了四

28、种混凝土抗冻性能的测定方法。 1普通法 该方法以规定尺寸的立方体试件(1001TlnlXl00mmXl00mm、150mmX150mmXl50mm和200mmX 200mmX 200mm)在一15一20C到1520C下所能承受的最大反复冻融循环次数作为混凝土的抗冻标号。100mmXloommX第九章 高强高性能混凝土的两个力学问题 高强高性能混凝土的力学性能试验方法与普通混凝土的相似，但是其中有两个问题需要特别予以重视，一是高强混凝土立方体抗压强度尺寸系数，二是高强混凝土的脆性问题。确定前一个问题的答案，可以方便对高性能混凝土的抗压强度试验，但解决这个问题需要大量的数据积累，第一节介绍中国建筑

29、材料科学研究院在这方面开展的一些工作。第二个问题是高强混凝土应用中常常被忽略的问题，它关系到混凝土结构的设计和安全问题，本章第二节研究在高强混凝土在高抗压强度、高抗折强度条件下的断裂脆性的变化。 第一节 高强混凝土立方体抗压强度尺q-系数 普通强度混凝土(50MPa)10cmXlocra10cm与15cmXl5cmXl5cm的立方体抗压强度尺寸换算系数为o95，但这一系数是否适合于高强混凝土，这一系数是随着强度的增加而变大还是随着强度的增加而减小，这一直是一个争论较大的问题。 对高强混凝土的尺寸系数进行研究很有必要，原因如下。 高强混凝土强度高，5cmXl5cmXl5cm立方体试块破坏荷载高，

30、当混凝土设计强度为C60时，破坏荷载约在1350kN以上；当混凝土设计强度为C80时，破坏荷载约在1800kN以上；而当混凝土设计强度为C100时，破坏荷载约为2250kN以上。明显可见，当混凝土设计强度在C60以上时，如果采用15cmXl5cruxl5em立方体试块，这时的破坏荷载均不在200吨压机(目前研究单位和工程单位常用的压力机)的最佳范围之内，影响测试结果的准确性。 高强混凝土粗集料粒径一般较小，最大粒径在20mm以内，因此非常适合采用10cmXlocmXlocm的小尺寸试件来评价。 高强混凝土在工程中的应用日益广泛，在配合比设计和工程验收时常常遇到换算的问题。 关于高强混凝土立方体

31、抗压强度尺寸系数的研究工作，20002002年国标GBJ 50081普通混凝土力学性能试验方法标准修订小组组织了近lo个单位进行了尺寸系数试验，结果见表91。从试验情况来看，每个单位得出的高强混凝土立方体抗压强度尺寸系数争论较大，没有一个公认的系数，无奈只好在修订后第254页的标准中规定：对不小于C60的混凝土，建议采用15cm的立方体标准试件；使用非标准试件时，尺寸换算系数应由试验确定。 1995年，清华大学和中国建筑材料科学研究院承担的国家自然科学基金项目高强混凝土力学性态的研究中提出高强混凝土的尺寸系数为o86。重庆建筑工程大学的蒲心诚教授和中国建筑科学研究院的韩素芳教授都对高强混凝土立

32、方体抗压强度尺寸系数进行过研究，一般认为是o98。 国外资料显示，当棍凝土强度为C60一ClIO时，混凝土强度的换算系数为O99左右。 本节介绍针对C70和C80高强混凝土进行尺寸系数试验的结果以及对高强混凝土抗压强度测试的影响因素。 一、C70和C80混凝土的尺寸系数 按照表92的混凝土配合比配制了高强混凝土，并按照完全相同的配合比成型混凝土试块，每三个试件为一组，每组lOcmX lOcmX lOcm试件与每组15cmXl5cmXl5cm试件为一对组，每一对组在完全相同养护、湿润和加压速度下进行抗压强度试验。第十章 高性能混凝土的水化及微观结构 配制高性能混凝土的两个基本原则是采用复合胶凝材

33、料以及低水胶比，一是可以改善硬化混凝土结构，提高耐久性及其他物理力学性能；二是可节约硅酸盐水泥用量，降低对生态环境的污染。通常，高性能混凝土的复合胶凝材料中矿物外加剂的比例可达3050，水胶比不高于o40o42，对于高强混凝土可低于o30。为了调整混凝土的工作性，还大量使用多种化学外加剂，改变了新拌浆体的结构和性能，影响复合胶凝材料的水化过程及其性能，使其水化过程更加复杂。 在高性能混凝土中，必须综合考虑化学外加剂和矿物外加剂对混凝土性能的影响，以整体论的观点系统地探讨复合胶凝材料的水化硬化机理及其影响因素，从而确定适用于高性能混凝土的复合胶凝材料体系。为此，在“九2E和“十五”国家重点科技攻

34、关项目的研究工作中，我们用多种微观分析的方法(TG-DTA、XRD、SEM、ESEM和压汞测孔等)对配制高性能混凝土所用的复合胶凝材料在低水胶比条件下的水化硬化过程进行了深入研究，以了解矿物外加剂在高性能混凝土中的作用机理，为优化复合胶凝材料的组成和粉体结构提供理论和实验基础。 磨细矿渣和粉煤灰是高性能混凝土中常用的两种矿物外加剂，与水泥组成复合胶凝材料体系，在高性能棍凝土的水化硬化过程中发挥着重要作用。 “九五”期间，中国建筑材料科学研究院、同济大学和清华大学在此方面都开展了系统研究1,2。 第一节 磨细矿渣水泥二元体系的水化及微观结构 一、磨细矿渣对水泥物理力学性能的影响 采用山东湖田石灰

35、石矿硅酸盐水泥熟料(旋窑)，加入4二水石膏磨制成硅酸盐水泥PI；两种矿渣分别为Sl(普通细度)和S2(磨细矿渣)，三种材料的化学组成和性能列于表101。 在P1中分别加入40的Sl、S2，经混合均匀后制得矿渣水泥SP，SC。三种水泥(磨细矿渣水泥二元体系)的凝结时间、安定性、胶砂流动度及胶砂强度测试结果见表102。第266页从抗压强度来看，掺人磨细矿渣的SC水泥在3d、?d和28d三个龄期都比硅酸盐水泥P1高，而含普通细度矿渣的水泥SP则低于相应龄期内硅酸盐水泥的强度，抗折强度的增长趋势也与抗压强度一致，说明磨细矿渣S2有增强作用，7d强度增长最为明显；从28d强度看，加入磨细矿渣s2使水泥强

36、度提高了1个等级，而SP水泥28d强度也达到554MPa，说明Sl矿渣的活性也很好，但是因其颗粒较Sz要粗得多，故而其水硬性还未充分发挥；而Sz由于颗粒细，水化时反应较快，早期就生成大量的水化产物，从而提高了水泥的强度。图lol表示了水泥抗压强度与水化龄期的关系。 二、化学结合水法测反应程度 在已硬化的水泥中，水的存在形式可分为非化学结合水(存在于孔隙中)及化学结合水(作为水化物组成)，其化学结合水量随水化物增多面增多，即随着水化程度的提高而提高。 已硬化水泥石中的化学结合水可采用烧失量法测定。将水泥反复调水、养护、粉碎，再调水、养护至最后两次测得的化学结合水量不变时，即为完全水化，此时所测的

37、含水量即为完全结合水量，在本实验中5次调水就可达到完全水化。第十一章 高强高性能混凝土的配制 第一节 高强高性能混凝-k配合比设计方法 高强高性能混凝土是指C50以上强度等级的高性能混凝土，它具有高耐久性、高强度和高工作性的特点。其配合比设计与普通混凝土不同，首先要保证耐久性要求，由于其组成材料比普通棍凝土多，因此配合比设计也更加复杂。国内外在高性能混凝土设计方法上有一些研究成果，甚至达到高性能混凝土配合比设计的计算机化，在大量经验的基础上，把影响高性能混凝土性能的各种参数及现有材料性能输入后即可给出试配的配合比。但目前大多数高性能混凝土设计的标准方法，一般都是根据工程要求、现有的高强混凝土配

38、合比设计方法及高性能混凝土的实际经验，设计初步配比，然后通过试配，经调整后确定最终配合比。 目前在高性能混凝土配合比设计方法方面，国外不同学者提出的方法中比较经典的有以下几种1。 一、法国路桥实验中心(LCPC)建议的方法 该方法是关于60一100MPa高强高性能混凝土的配合比设计，其主要思想是在模型材料上进行大量的试验，用胶结料浆体进行流变试验，用砂浆进行力学试验，这样可以避免用直接的方法优化高性能混凝土参数时所需进行的大量试验。该方法以经过校验的Feret公式为主预测抗压强度。 二、日本阿部道彦采用的配合比计算方法 日本阿部道彦等在参加日本“新RC计划”研究中，在试验的基础上，针对设计强度

39、为36MPa以上的混凝土，提出在适当的原材料选定和给定配制条件下的混凝土配合比计算流程，在该流程图中，混凝土配制强度、空气含量和坍落度是给定的。其特点是采用Abrams公式计算水胶比，并考虑含气量的影响，其余步骤都是经验表格。 三、Mehta和Aitcin推荐的高强高性能混凝土配合比确定方法 该方法是在现有高强高性能混凝土实践经验的基础上，对主要配合比设计参第287页数做出假设，从而得到试拌用第一盘配料的配合比。其基本步骤如下。 (1)确定混凝土的配制强度 (2)估计拌和水量 拌和水量由表1l1查出1)。 (3)计算浆体体积组成 Mehta等认为，采用适当集料时，固定浆体与集料的体积比为35，

40、65，可以很好地解决强度、工作性和体积稳定性之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。 用浆体o35m3，减去上一步估计用水量和o02m3的含气量，按矿物外加剂的掺量计算浆体中各组分的体积含量，见表112，表中矿物外加剂的掺量分为三种情况： 情况1是不掺矿物外加剂，只用水泥； 情况2是用占总胶结料体积约25的优质粉煤灰(或者磨细矿渣)等量取代水泥； 情况3是用占总胶结材料体积约10的硅灰和15的优质粉煤灰(或者磨细矿渣)混合等量取代水泥。 (4)估计集料用量 集料的总体积为o65ma，粗细集料的体积比可由表113查出。 (5)估算混凝土中各种材料用量 常用原材料的密度为：硅酸盐水泥314gCm3，

41、粉煤灰和磨细矿渣258cm3，天然砂265gcm3，普通砾石或碎石270gcm3。根据其所占体积，计算各种材料的用量，计算结果见表114。 第十二章 中等强度等级混凝土的高性能化 “九五”期间，在国家科技部、国家自然科学基金委等部门的支持下，我国一些科研单位和高等院校对高强高性能混凝土(C60C100)进行了大量的研究，取得了具有国际先进水平的进展和研究成果。但由于设计、施工、经济等原因，目前高强高性能混凝土在工程中的用量尚较少，表121是北京市混凝土协会统计的2003年第二季度北京市90个预拌混凝土企业不同强度等级混凝土的生产情况。 从表121和图121的统计数字可以看出，强度大于C50的混凝土不足混凝土总量的5，使用较多的还是C50以下的中低强度混凝土。这与目前全国混凝土的生产情况是类似的。 如果能实现C30一C50的中等强度普通混凝土的高性能化，在我国将具有更为重要的技术经济意义和社会效益。已故吴中伟院士曾指出，对中等强度混凝土和一般混凝土高性能化的研究具有更为重要的意义。这进一步明确了高性能混凝土不一定要求高强，更重要的是满足工程耐久性和使用寿命的要求。第306页 中等强度等级混凝土高性能化的目标是提高工作性能、提高耐久性能、降低成本，其含义如下。 工作性：大流动性、低坍落度损失、减少泌水