10-8高性能混凝土

1、10-8 高性能混凝土高性能混凝土是用现代混凝土技术制备的混凝土。 它是相对于普通混凝土而 言，因而它不是混凝土的一个品种， 而是以广义的动态的可持续发展为基本要求 并适合工业化生产与施工的混凝土的组合。 高性能混凝土的基本条件是有与使用 环境相适应的耐久性、工作性、体积稳定性和经济性。高性能混凝土水化硬化特点： 高性能混凝土配制的特点是低水胶比、 掺用高 效减水剂和矿物细掺料， 因而改变了水泥石的亚微观结构， 改变了水泥石与骨料 间界面结构性质， 提高了混凝土的致密性。 高性能混凝土的制备不应该仅是水泥 石本身，还应包括骨料的性能，配比的设计，混凝土的搅拌、运输、浇筑、养护 以及质量控制，这

2、也是高性能混凝土有别于以强度为主要特征的普通混凝土技术 的重要内容。10-8-1 高性能混凝土原材料1水泥并不是所有水泥都适合配制高性能混凝土， 配制高性能混凝土的水泥应该有 更高的要求，除水泥的活性外，应考虑其化学成分、细度、粒径分布等的影响。 在选择时应考虑下述原则：（1）宜选用优质硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。无论是在水泥出厂前还是 在混凝土制备中掺入的矿物掺合料， 都需要比水泥熟料更大的细度和更好的颗粒 级配。（2）宜选用 42.5 级或更高等级的水泥。如果所配制的高性能混凝土强度等 级不太高，也可以选用 32.5 级水泥。（3）应选用 C3S 含量高、而 C3A 含量低（少于 8%）的

3、水泥。 C3A 含量过 高，不仅水泥水化速度加快， 往往会引起水泥与高效外加剂相互适应的问题， 不 仅会影响超塑化剂的减水率， 更重要的是会造成混凝土拌合物流动度的经时损失 增大。在配制高性能混凝土时，一般不宜选用C3A 含量高、细度细的 R 型水泥。（4）水泥中的碱含量应与所配制的混凝土的性能要求相匹配。在含碱活性 骨料应用较集中的环境下，应限制水泥的总碱含量（Na2O+0.658K2O）不超过0.6%。（5）在充分试验的基础上，考虑其他高性能水泥。2外加剂 用于高性能混凝土的外加剂主要是高效减水剂，其次还有缓凝剂、引气剂、 泵送剂等。（1）高效减水剂高性能混凝土离不开高效减水剂。 任何一种

4、外加剂都有一个与水泥等胶凝材 料适应性问题，应通过试验来确定。高效减水剂的减水率应该在 20%以上，有时甚至高达 25%以上；普通减水 剂不仅减水率低（一般 10%以下），而且掺量较低（如木钙不能超过 0.3%），超 过了反而有害， 而高效减水剂则可高比例掺入水泥， 除经济因素外， 对混凝土并 无不利影响。 常用的高效减水剂主要是三聚氰胺系、 萘系和胺基磺酸盐系。 目前 国内高效减水剂以萘系为主，产品型号有 NF、UNF 、FDN 、NSZ、DH 、SN 及 NNO 等。三聚氰胺系为树脂类高效减水剂，产品型号有 SM 、JZB-1、SP401 等。 胺基磺酸盐系有 AN3000、 DFS-II

5、 等。为了改善高效减水剂的性能， 降低成本， 常常将高效减水剂与缓凝剂一起使 用。通过优化各外加剂的比例和掺量， 可以获得改善混凝土强度增长性质， 改善 拌合物工作性和减少流动性经时损失。 目前我国生产的高效减水剂产品多是这样 复合配制而成的，有时在复合配制时掺入“载体”以降低成本，如此对配合比设 计带来麻烦。 建议选购合适的高效减水剂母体， 再根据性能要求和所用原材料进 行试配。即使同为萘系高效减水剂， 不同生产厂家使用的原料和工艺也不尽相同， 这更提出了注重复合配制和试配的重要性。（2）其他外加剂在高性能混凝土中， 为了改善拌合物及硬化后混凝土的性能， 常常也引入一 些其他的外加剂，如缓凝

6、剂、引气剂、防冻剂、泵送剂等。预拌混凝土的大量使用， 常常需要调剂混凝土拌合物的凝结时间， 在夏季施 工以及大体积混凝土施工中更为突出，往往需要复合使用缓凝剂。缓凝剂的缓凝效果和水泥组成、 水胶比、缓凝剂掺入顺序、 外界环境等有关。 如 C3A 和碱含量低的水泥，缓凝效果较好；在混凝土搅拌 24min 后掺入，比将 缓凝剂加入拌合水中，凝结时间可延长 23h。掺有粉煤灰的高性能混凝土，凝 结时间随掺量增大而不断延缓， 掺矿渣粉或硅粉等对凝结时间影响相对较小。 不 同缓凝剂亦存在与高效减水剂和水泥的相容性问题，应通过试验确定。引气剂配制高性能混凝土， 虽然混凝土的强度等级不是很高， 但提高了混凝

7、 土的工作性和均质性， 改善了混凝土的抗渗性和抗冻性。 用于混凝土的引气剂主 要是聚乙二醇型的非离子表面活性剂。 引气剂在混凝土中形成大量均匀分布、 稳 定而封闭的微小气泡，可以进一步提高混凝土的流动性和改善混凝土的耐久性。 但是由于气泡的引入提高了混凝土的孔隙率， 因而使混凝土的强度及耐磨性有所 降低。加入引气剂的混凝土，必须采用机械搅拌，搅拌时间不小于3mi n,也不宜大于5min，采用插入式振动器时，振动时间不应超过 20s。3矿物细掺合料矿物细掺合料是高性能混凝土的主要组成材料， 它起着根本改变传统混凝土 性能的作用。 在高性能混凝土中加入较大量的磨细矿物掺合料， 可以起到降低温 升，

8、改善工作性，增进后期强度，改善混凝土内部结构，提高耐久性，节约资源 等作用。其中某些矿物细掺合料还能起到抑制碱 -骨料反应的作用。可以将这种 磨细矿物掺合料作为胶凝材料的一部分。 高性能混凝土中的水胶比是指水与水泥 加矿物细掺合料之比。矿物细掺合料不同于传统的水泥混合材， 虽然两者同为粉煤灰、 矿渣等工业 废渣及沸石粉、 石灰粉等天然矿粉， 但两者的细度有所不同， 由于组成高性能混 凝土的矿物细掺合料细度更细， 颗粒级配更合理， 具有更高的表面活性能， 能充 分发挥细掺合料的粉体效应， 其掺量也远远高过水泥混合材。 如磨细矿渣的掺量 可以占胶凝材料总量的 70，甚至到 80。高性能混凝土应首选

9、用需水量小的 矿物细掺合料。不同的矿物细掺合料对改善混凝土的物理、 力学性能与耐久性具有不同的效 果，应根据混凝土的设计要求与结构的工作环境加以选择。 使用矿物细掺合料与 使用高效减水剂同样重要，必须认真试验选择。（1）粉煤灰高性能混凝土所用粉煤灰从原材料上有所要求， 要选用含碳量低、 需水量小 以及细度大的 I 级或 II 级粉煤灰（烧失量低于 5%，需水量比小于 105%，细度 45卩m筛余量小于25%）。随着我国电厂煤燃料和工艺的改进，粉煤灰的品质大 幅度改善，使得大量利用粉煤灰配制高性能混凝土成为可能。由于粉煤灰粒子大部分为实心和中空的表面光滑的球状， 因此在满足相同工 作度的要求下，

10、可以降低用水量，改善和易性，尤其适合泵送混凝土的应用。粉 煤灰的活性主要是火山灰活性， 所以混凝土中掺入粉煤灰后， 胶凝材料的水化反 应放缓，水化热降低，新拌混凝土的初凝和终凝时间延长，绝热温升可以降低， 特别有利于大体积混凝土的应用。 低水胶比的大掺量粉煤灰混凝土可以有很多的 性能（粉煤灰占胶凝材料总量可达 50%以上），虽然早期强度在常温下尚不够理 想，但后期强度得到较大增长，养护温度越高，强度增长越显著。粉煤灰除了改善和易性、 降低水化热等外， 还有许多其他方面的优点。 粉煤 灰的品质及其均匀性是保证混凝土质量的前提。控制水胶比在 0.36 以下，即使 掺入占胶凝材料总量 50%的 II

11、 级粉煤灰，混凝土的 60d 强度也有可能达到 60MPa 以上。粉煤灰还会提高硬化混凝土的弹性模量， 减小收缩和徐变， 同时起到改善混 凝土抗蚀性能和抑制碱骨料反应的作用。 粉煤灰的负面影响主要有： 由于粉煤灰 的火山灰反应，消耗了一部分 Ca（OH） 2，混凝土碱性降低，从而在一定程度 上影响到混凝土的碳化。但是高性能混凝土由于抗渗性提高，碳化又受到削弱。另一个是粉煤灰中的碳， 能吸附引气剂， 使含气量发生变化， 因此对高性能混凝土的粉煤灰更应严格控制 含碳量。（2）磨细矿渣磨细矿渣是粒化高炉矿渣磨细到比表面积 40008000cm2/g而成的。粒化高 炉矿渣，是由炼铁时排出的高温状态下熔

12、融炉渣经急速水淬而成。 其中的钙、硅、 铝和锰多处于非结晶的玻璃体。 通常认为，粒径小于10卩m的矿渣颗粒参与28d 前龄期的混凝土强度，1045卩m的参与后期强度，而大于45卩m的颗粒则很难 水化。现代混凝土技术发现把水淬矿渣单独磨细后， 作为混凝土的掺合料使用， 活 性可以得到很好激发， 混凝土多项性能得到改善和提高， 成为配制高性能混凝土的重要技术途径之一。在配制高性能混凝土时， 磨细矿渣的适宜掺量随矿渣细度的增加而增大， 最 高可占胶凝材料总量的 70%。矿渣磨得越细，其活性越高，但粉磨费用也越高， 与粉煤灰相比，其早期活性明显较高， 7d 强度可赶超对比普通混凝土，而后期 强度继续增

13、加。（3）超细沸石粉用于高性能混凝土的细沸石粉，与其他火山灰质掺合料类似，平均粒径V 10 卩m,具有微填充效应与火山灰活性效应。因而能降低新拌混凝土的泌水与离析， 提高混凝土的密实性， 使强度提高， 耐久性改善。 细沸石粉的细度与掺量对混凝 土性能具有明显影响。 在一定的细度范围内增强效果提高， 但过细时强度反而有 所降低。掺量以 5%10%为宜。超细沸石粉配制的高性能混凝土，还具有优良的 抗渗性和抗冻性。 对混凝土中的碱骨料反应有很强的抑制作用。 但是这种混凝土 的收缩与徐变系数均略大于相应的普通混凝土。（4）硅粉硅粉最主要的品质指标是 SiO2含量和细度。SiO2含量越高、细度越细其活

14、性率越高。以 10%的硅灰等量取代水泥，混凝土强度可提高 25以上。硅灰掺 量越高，需水量越大，自收缩增大。研究发现，在混凝土中掺入 1kg 硅粉后，为 保持其流动度不变，一般需增加 1kg 用水量。因此一般将硅粉的掺量控制在 5%10%之间，并用高效减水剂来调节需水量。在我国因硅粉产量低， 价格高，出于经济考虑， 一般混凝土强度高于 80MPa 时才考虑掺用硅粉。 硅粉常常与粉煤灰、 矿渣细粉或其他掺合料共掺， 以发挥它 们的叠加效应，是目前配制高性能混凝土常用的方法。（5）其他掺合料 除了上述常用的掺合料以外，还可根据高性能混凝土的设计要求与资源条件，选用其他掺合料。如：磨细石灰石粉、石英

15、砂粉、稻壳灰、凝灰岩粉、偏高 岭土细粉、磷渣粉、锂渣粉，以及其他一些具有一定化学反应性的细掺料。开发 应用这些细掺料还需要进行大量的试验研究工作。4骨料高性能混凝土对骨料的外形、 粒径、级配以及物理、 化学性能都有一定要求， 但砂石又是地方性材料，在满足基本性能的条件下应因地制宜地选择。 随着配制 混凝土强度等级的提高，骨料性能的影响将更为显著。（1）粗骨料天然岩石一般强度都在80150MPa,因此对了 C40C80高性能混凝土，最 重要的不是强度，而是粒形特征、品种、级配、粒径以及碱活性等。品种：应选择质地坚硬未风化的岩石，如石灰岩、辉绿岩、玄武岩等。岩石 的密度越大，吸水率越低，压碎值越小

16、，其力学性能往往越好。粒形与级配：配制高性能混凝土应选用针片状含量少的石子，针、片颗粒骨料不但降低混凝土的流动性，而且因其内部缺陷降低强度。石子具有良好的级配， 才能使骨料堆积密度增大，用于填充空隙的砂浆量减少，有利于混凝土体积稳定 的提高，配制高性能混凝土应采用石子的连续级配，不宜在砂石场将其中粒径小 于10mm的石子分离出去。在含泥量（包括含粉量）满足要求的前提下，对于中、 低强度的混凝土，使用卵石与碎石没有明显差别，但随着强度等级的不断提高， 界面粘结性能成为控制因素，使用碎石或碎卵石优于卵石。粒径：高性能混凝土应选用粒径较小的石子。 小粒径的石子，水泥浆体和单 个石子界面周长和厚度都小

17、，形成缺陷的几率小，有利于界面强度的提高。同时, 粒径越小，石子本身缺陷几率越小。在水胶比相同的情况下，石子粒径越小，渗 透系数也越小。当然石子粒径也不是越小越好，要同时满足强度和施工性能的要 求。高性能混凝土石子的合理的最大粒径见表 10-90。高性能混凝土石子的合理的最大粒径表10-90强度等级石子最大粒径（mm）C50以下按施工要求选择C60 20C70 15C80C50 时，c可取6.0MPa。高性能混凝土试配时，应采用工程中实际使用的原材料并采用强制式搅拌机 搅拌。制作混凝土强度试件的同时，应检验混凝土的工作性，非免振捣混凝土可 用坍落度和坍落流动度来评定，同时观察拌合物的粘聚性、保

18、水性，并测定拌合 物的表观密度。试配时的强度试件最好按 1d、7d、28d和90d制作，以便找出该 混凝土强度发展规律。高性能混凝土配合比设计要求高，考虑的因素多，原材料的选择与组合范围 宽，因此，其配合比设计及试验工作量大。 随着高性能混凝土技术的发展与经验 的积累，其配合比设计和质量控制的计算机化是今后配合比设计的发展方向。7高性能混凝土应用配合比参考现将C60C100高性能混凝土的典型配合比列表，见表10-95。当强度降低或提高时，参数范围可适当延伸。高性能混凝土的典型配比表10-95强度等级C600100胶凝材料浆体体积（）2832水泥用量（kg/m3）330450胶凝材料粉煤灰（）1

19、530矿渣（）2030硅粉（）515F矿粉（）510UEA 混凝土（）812咼效减水剂（）0.52.0水胶比0.240.40砂率碎石（）0.340.42卵石（）0.260.36最大用水量塑性混凝土（ kg/m3）90130自流性混凝土（ kg/m3）110150按总胶凝材料重量计。10-8-4高性能混凝土制备与施工高性能混凝土的形成不仅取决于原材料、配合比以及硬化后的物理力学性 能，也与混凝土的制备与施工有决定性关系。高性能混凝土的制备与施工应同工 程设计紧密结合，制作者必须了解设计的要求、结构构件的使用功能、使用环境 以及使用寿命等。1 .高性能混凝土的拌制（1）高性能混凝土的配料应严格控制

20、配制高性能混凝土原材料的质量，包括对原材料供应源的调查和 预先的抽样检测以及原材料进场后的抽样检测， 如水泥不仅应抽样复试，而且应 该做快测强度以及凝结时间的试验。还应确立合理的骨料、水泥、外掺粉、外加 剂的贮运方式，保证使用过程先进先出，材质均匀，便于修正。高性能混凝土的配料可以采用各种类型配料设备，但更适宜商品化生产方式。混凝土搅拌站应配有精确的自动称量系统和计算机自动控制系统， 并能对原 材料品质均匀性、配合比参数的变化等，通过人机对话进行监控、数据采集与分 析。但无论哪种配料方式，均必须严格按配合比重量计量。 计量允许偏差严于普 通混凝土施工规范：水泥和掺合料土 1%，粗、细骨料土 2

21、%，水和外加剂土 1%。 配制高性能混凝土必须准确控制用水量， 砂、石中的含水量应及时测定，并按测 定值调整用水量和砂、石用量。严禁在拌合物出机后加水，必要时可在搅拌车中 二次添加高效减水剂。高效减水剂可采用粉剂或水剂，并应采用后掺法。当采用 水剂时，应在混凝土用水量中扣除溶液用水量； 当采用粉剂时，应适当延长搅拌 时间（不少于30s）。（2）高性能混凝土的搅拌由于高性能混凝土用水量少，水胶比低，胶凝材料总量大，拌合时较粘稠， 不易拌合均匀，因此需用拌合性能好的强制式搅拌设备。卧轴式搅拌机能在较短 时间里将混凝土搅拌均匀，故推荐使用这种设备，禁止使用自落式搅拌机。国外 引进设备中有新型逆流式或

22、行星式搅拌机，效果也很好。高性能混凝土拌合物的特点之一是坍落度经时损失快。控制坍落度经时损失 的方法，除选择与水泥相容性好的高效减水剂外， 可在搅拌时延迟加入部分高效 减水剂或在浇筑现场搅拌车中调整减水剂掺量。拌制高性能混凝土投料顺序可见 图 10-44。粗胃糾喷林加水阳剩余水吗30S细骨料水泥掺合料高效减水剂强制式搅拌机s30s 30s 出料图10-44投料顺序高性能混凝土的搅拌时间,应该按照搅拌设备的要求，一般现场搅拌时间不少于160s，预拌混凝土搅拌时间不少于 90s。搅拌机搅拌砂石水目前施工现场常用喂料方式见图10-45。30s搅拌水泥细掺料高效减水剂图10-45喂料方式2高性能混凝土

23、拌合物的运输和浇筑(1)高性能混凝土拌合物的运输长距离运输拌合物应使用混凝土搅拌车， 短距离运输可用翻斗车或吊斗。装 料前应考虑坍落度损失，湿润容器内壁和清除积水。第一盘混凝土拌合物出料后应先进行开盘鉴定。按规定检测拌合物工作度(包括冬施出罐温度)，并按计划留置各种试件。混凝土拌合物的输送应根据混 凝土供应申请单，按照混凝土计算用量以及混凝土的初凝、 终凝时间，运输时间、 运距，确定运输间隔。混凝土拌合物进场后，除按规定验收质量外，还应记录预 拌混凝土出场时间、进场时间、入模时间和浇筑完毕的时间。(2)高性能混凝土拌合物的浇筑现场搅拌的混凝土出料后， 应尽快浇筑完毕。 使用吊斗浇筑时， 浇筑下

24、料高 度超过 3m 时应采用串筒。浇筑时要均匀下料，控制速度，防止空气进入。除自 密实高性能混凝土外， 应采用振捣器捣实， 一般情况下应用高频振捣器， 垂直点 振，不得平拉。浇筑方式，应分层浇筑、分层振捣，用振捣棒振捣应控制在振捣 棒有效振动半径范围之内。 混凝土浇筑应连续进行， 施工缝应在混凝土浇筑之前 确定，不得随意留置。 在浇筑混凝土的同时按照施工试验计划， 留置好必要的试 件。不同强度等级混凝土现浇相连接时， 接缝应设置在低强度等级构件中， 并离 开高强度等级构件一定距离。当接缝两侧混凝土强度等级不同且分先后施工时， 可在接缝位置设置固定的筛网（孔径 5mmx 5mm）,先浇筑高强度等

25、级混凝土， 后浇筑低强度等级混凝土。高性能混凝土最适于泵送, 泵送的高性能混凝土宜采用预拌混凝土, 也可以 现场搅拌。 高性能混凝土泵送施工时, 应根据施工进度, 加强组织管理和现场联 络调度,确保连续均匀供料,泵送混凝土应遵守混凝土泵送施工技术规程 （ JGJ/T 10）的规定。使用泵送进行浇筑，坍落度应为120200mm （由泵送高度确定）。泵管出口 应与浇筑面形成一个 5080cm 高差,便于混凝土下落产生压力,推动混凝土流 动。输送混凝土的起始水平管段长度不应小于 15m。现场搅拌的混凝土应在出机 后 60min 内泵送完毕。预拌混凝土应在其 1/2 初凝时间内入泵，并在初凝前浇筑 完毕。冬期以及雨季浇筑混凝土时，要专门制定冬、雨期施方案。高性能混凝土的工作性还包括易抹性。 高性能混凝土胶凝材料含量大， 细粉 增加，低水胶比，使高性能混凝土拌合物十分粘稠，难于被抹光，表面会很快形 成一层硬壳， 容易产生收缩裂纹， 所以要求尽早安排多道抹面程序， 建议在浇筑 后 30min 之内抹光。对于