第五章 高强及高性能混凝土施工

1、第五章第五章 高强及高性能混凝土施工高强及高性能混凝土施工主讲人：李惠强 混凝土是当今建设工程中使用最广泛、最大宗的工程材料。现代混凝土科学技术致力于提高和改善混凝土的性能，即致力于发展高性能混凝土。混凝土的高性能主要包括两个方面的内涵，首先是新拌混凝土的施工性能，其次是硬化混凝土的使用性能。一般高性能混凝土应具备如下特征：（1）高性能混凝土拌合物应具有良好的流变性能，不泌水，不离析，甚至可自流密实，不需振捣即可保证混凝土施工浇筑质量；（2）高性能混凝土在硬化过程中体积稳定，水化热低，温升小，冷却后温度收缩小，干燥收缩小；（3）高性能混凝土硬化后，结构密实，孔隙率低，强度高，并且不易产生裂缝，

2、具有优异的抗渗、抗冻及耐久性能；（4）高性能混凝土配比中，水胶比宜控制在0.250.38左右，并应尽可能多使用粉煤灰、超细矿物掺和料。不仅可改善混凝土性能，而且利用了工业废料，减少了生产水泥的能源消耗和CO2排放量，有利于改善全球生态环境。 本章将主要介绍高强混凝土及免振自密实混凝土施工有关技术问题。5.15.1 高强混凝土概述高强混凝土概述5.1.1 高强混凝土的应用高强混凝土的应用 用常规水泥和砂石原材料配制的现代高强混凝土技术是在高效减水剂发明之后从70年代开始发展起来的，它克服了过去配制高强混凝土只能是干硬性混凝土不能工业化预拌生产和泵送施工的根本缺陷。在拌料的工作度和混凝土的强度、体

3、积稳定性与抗渗能力等方面具有综合的优良性能，因而又被称为高性能混凝土，并被看作是将对土建工程的发展起到重要推动作用的新一代建筑结构材料。 现代高强混凝土的应用已遍及桥梁工程、房建工程、港口海洋工程、地下工程等各个土建工程领域。现在有的发达国家的施工现场已能获得强度为80100MPa的商品高强混凝土，更高强度的混凝土也能供应。我国对高强混凝土的研究始于70年代，80年代后期已开始应用到工程中，现在建设部已将C50C80的混凝土列入今后重点推广的新技术项目。 高强混凝土在房屋建筑和一般构筑物中的应用场合主要有： 高层建筑。高层建筑中采用高强混凝土可以大幅度缩小底层钢筋混凝土柱子的截面尺寸，扩大柱网

4、间距，增大建筑使用面积。上下柱子采用不同强度等级混凝土，有利于统一柱子尺寸和模板规格，方便施工，并可利用高强混凝土的早强特点加快施工进度。高强混凝土还因徐变小、弹性模量高，可以减少柱子的压缩量和增加结构刚度，这对超高层建筑来说也是非常重要的。大跨屋盖。大跨屋盖的自重要占到全部设计荷载中的绝大部分，所以采用高强混凝土空间结构或预应力结构就变得十分有利，可以显著降低结构的重量。处于侵蚀环境下的建筑物或构筑物。高强混凝土有较强的抵抗化学物质腐蚀的能力和耐磨能力，耐久性优良，所以贮存某些化学物品(如亚硝酸类肥料，有腐蚀性)的筒仓或贮罐，周围大气中含有较多盐份的工程建筑物，以及直接受到侵蚀性物质作用或机

5、械磨损的厂房、车库、厩房等地面构件均宜用高强混凝土。 国外还有利用高强混凝土的坚固性来建造地下保险库，以及利用高强混凝土的气密性来建造核反应堆预应力混凝土安全壳的工程实例。至于将高强混凝土用于预制构件的生产那就更为普及了。利用混凝土早强来加快施工进度，许多工程尤其是预应力工程结构往往着眼于早强，而高强混凝土正具有早强的特点。5.1.2 混凝土获得高强的途径混凝土获得高强的途径 混凝土是多组分的集合料水化胶凝硬化后形成的固体材料，其高强的获得涉及到胶结材料本身的强度提高，骨料本身的高强，以及胶结料与骨料界面强度等，详见图5-1。 据国外资料报道，现在工业生产已能提供圆柱强度133MPa的商品混凝

6、土。试验室条件下可获得近400MPa的超高强混凝土。当采用加压加热的特殊方法，例如当混凝土硬化于345MPa和150的条件下曾制成强度达460MPa的超高强混凝土。图5-1 提高混凝土强度的途径 有研究指出，采用常规的材料和工艺制造高强混凝土，抗压强度一般只能达到90MPa，超过90MPa一般必须采用特殊的材料和工艺。 目前工程上获得高强混凝土主要是通过加高效减水剂降低水灰比、添加外掺剂如粉煤灰、沸石岩粉、硅粉及减小骨料粒径来实现的。5.1.3 高强混凝土结构性能特点高强混凝土结构性能特点 高强混凝土的结构性能与普通低强度混凝土有较大不同，在应用中应予以充分注意。主要表现在如下方面： 1.高强

7、混凝土受压时呈高度脆性，延性很差。材料的延性与结构构件的延性既有联系，又不相同。对于高强混凝土构件的主要受力部位必须加强箍筋等横向约束作用来改善其延性。由于塑性变形能力较差，高强混凝土中钢筋锚固粘结应力的分布变得更不均匀，所以在钢筋搭接和锚固部位，也要加强设置横向箍筋。 2.高强混凝土的抗拉强度、抗剪强度和粘结强度虽然均随抗压强度增加而增加，但它们与抗压强度的比值却随强度提高而变得愈来愈小，所以在处理高强混凝土构件的抗剪、冲切和扭转等问题时必须慎重。高强混凝土破坏时的断裂面穿过粗骨料，不象普通强度混凝土那样沿着骨料界面分开，所以高强混凝土受剪斜裂面上的骨料起不到咬合作用而丧失对抗剪的贡献。国外

8、甚至有试验表明当混凝土强度超过90100MPa后，无腹筋梁的斜截面承载力不再增长或呈现下降趋势。现行规范的抗剪强度计算方法用于高强混凝土时应加修正，特别是跨高比甚大或截面很高的情况。3.高强混凝土受压时的应力应变曲线形状与普通强度混凝土差别甚大，所以按压区混凝土的应力分布图形假定为矩形来计算极限状态下的正截面承载力时，对于弯压强度fcm的取值、矩形应力分布图高度x与中和轴高度xn的比值、以及压区混凝土极限应变cu的数值，已再不能沿用现行规范中的数据，否则对于压区混凝土高度靠近界限高度时的偏心受压构件和受弯构件，就会得出很不安全的结果。 4.在相同的横向约束力作用下，高强混凝土纵向承载力的改善要

9、比普通强度混凝土稍差，所以在计算配有间接钢筋的螺旋箍筋柱和局部承压等承载能力时，表示横向约束作用贡献的部分也要作出修正。高强混凝土有易遭劈裂的倾向，因此在设计局部承压时还应验算抗裂强度，在配置钢筋时要避免造成容易引起劈裂的构造方法。 5.高强混凝土的耐火性能不如普通强度混凝土，在100350高温下的强度损失约为2030%，而普通强度混凝土在这一温度下的强度甚至能有稍许提高；但在更高温度下，二者的强度损失比值则大体相同。高强混凝土在火灾下还易产生表皮局部崩落，但用于一般建筑物仍能满足防火要求。德国曾结合在法兰克福建造的一幢欧洲最高的混凝土建筑(高186m)，对其强度为85MPa的混凝土柱进行了足

10、尺抗火试验。结果认为在初始30min内有某些表皮剥落，但全部试件均满足规程规定的耐火180min的要求。 6.高强混凝土弹性模量和抗拉强度受骨料品种的影响很大。相同抗压强度的高强混凝土由于粗骨料的坚硬不同、砂率不高、含气量不同而在弹性模量上呈现重大差别。所以设计中如需准确定出弹性模量和抗拉强度的数值时，应该通过实测得出。泵送混凝土往往采用偏高的砂率、较多的水泥浆以及引气，因而弹性模量可能显著偏低，收缩量偏大。7.尽管高强混凝土的持久强度系数(持久抗压强度与暂时抗压强度的比值)要高于普通强度混凝土，但是高强混凝土的后期强度增长比例要比普通强度混凝土小得多。尤其是处于空气环境中的掺硅粉混凝土，后期

11、强度很少增加，不过掺粉煤灰的混凝土则例外。8.高强混凝土的水泥用量通常较高，水化热的有害影响不容忽视。水化热易造成混凝土开裂，另外当引起的温度超过7080时，还会降低混凝土的强度。如结构构件的截面或体积较大，设计时应对水化热的影响作出估算，并提出相应的施工方案和措施。 5.2 高强混凝土原材料和配合比设计高强混凝土原材料和配合比设计 与传统的混凝土相比，高强混凝土在原材料的配比上主要有二点不同，即低水灰比和多组分，其目的都是为了增加混凝土的密实程度，改善骨料和硬化水泥浆之间的界面性能，从而达到高强和耐久。 混凝土的强度和收缩徐变在很大程度上取决于硬化水泥浆中的孔隙。在充分水化的硅酸盐水泥浆体中

12、，由水泥熟料的主要矿物成份C3S和C2S水化形成的产物CSH凝胶与氢氧化钙约各占固体总体积的60%和25%左右，其余则为水泥熟料中的铝酸盐矿物成份C3A和C4AF与加在水泥中的石膏一起参与水化生成的硫铝酸盐类晶体以及未水化的熟料颗粒等。CSH凝胶通常是结晶很差的片体，有很大的比表面积与很强的粘结力，是决定硬化水泥浆强度与骨料界面强度的主要因素，而氢氧化钙则为块状晶体，比表面积小，粘结力很差。硬化水泥浆中包含不同尺寸形状的孔隙，大小量级从10-3m到1mm，大致可分为凝胶孔隙，毛细孔隙和气泡三类。凝胶结构中的层间孔隙很小，约为0.00050.0025m，对强度和渗透性的影响不大。毛细孔隙的形状很

13、不规则，内部中空或填水，其尺寸与新鲜水泥浆中水泥颗粒之间的距离有关。水灰比很高时，水泥浆中水泥颗粒间距大，尽管水泥水化后的体积可增加一倍以上，但最终形成的孔隙尺寸可大到35m，孔隙的总体积可达到硬化浆体所占体积的3040%。水灰比很低时，孔隙尺寸只有0.0050.05m，所占总体积在10%以下。高水灰比的水泥浆还容易泌水，后者附着于骨料表面，不但削弱界面强度，而且使界面的抗渗性能大幅度降低，成为混凝土抗渗的薄弱环节。尺寸大于0.05m的毛细孔隙对强度有害，而尺寸小于0.05m的毛细孔隙则对收缩和徐变起更为重要的作用。水泥浆体中的气泡呈球状而区别于毛细孔隙，一种是拌合时被裹入的气泡，尺寸可大到3

14、mm，另一种是外加引气剂所产生的气泡，尺寸约为20200m。引气剂能改善拌料的工作度并提高材料的抗冻性能，但混凝土中每1%体积的含气率可降低强度约58%，而且混凝土强度愈高，引气对强度的损害程度愈大。 由此可见，降低水灰比是使混凝土减少孔隙并达到高强的最主要途径。要使低水灰比的混凝土拌料能有良好的工作度，就必须外加高效减水剂。外加粉煤灰、沸石粉、硅粉等掺合料也有改善拌料工作度、降低泌水离析、改善混凝土的微结构、增加混凝土抗酸碱腐蚀和防止碱骨料反应的作用。 外加比水泥颗粒更细的掺合料是混凝土获得高强的又一重要手段。超细掺合料不仅有较高的化学活性，更为重要的是它能够进一步提高混凝土的密实程度。 5

15、.2.1 水泥水泥 配制高强混凝土宜选用标号不低于525号的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、和早强型硅酸盐水泥。对于C50和C60混凝土，必要时也可用425号硅酸盐水泥和525号混合水泥配制。 一般来说，用于高强混凝土的水泥，其矿物成份中的C3A含量不宜超过8%。C3A的多少与混凝土拌料变硬、初凝及混凝土的早期强度有很大关系。C3A含量较高时，在外加高效减水剂的拌料中容易出现坍落度迅速损失的现象。 当然在不同的减水剂和不同牌号的水泥中并不完全一样。根据国外的经验，C3S含量偏低的水泥(如ASTM型，含C3S 4050%，C2S 2030%)要比通常含量的水泥(如ASTM型，含C3S 4455%，C

16、2S 2030%)更适用于高强混凝土。具体选用何种水泥还应考虑水化热的限制以及早期强度和耐久性等要求而定。水泥中游离的氧化钙、氧化镁和三氧化硫等有害成份应尽可能的少；含碱量(Na2O+0.658K2O)应低于0.6%。 水泥的比表面积通常在25003500cm2g左右，平均粒径约为1020m而快硬水泥则更细些，比表面积可到4000cm2g。将水泥二次磨细可以提高混凝土强度，但这种办法一般不宜采用，因能导致过量的水化热，而且后期强度很少增加。 尽可能减少混凝土中的水泥用量并外加矿物掺合料应是配制高强混凝土的一个重要原则。虽然提高水泥用量可以增加强度，但也会产生严重水化热和过大收缩等问题；而且水泥

17、用量超过某一限值(450500kgm3)以后，继续增大用量对混凝土强度的提高作用减弱。对于C50到C80混凝土，硅酸盐水泥(525号)的单方用量宜相应控制在400550kg以下。配制C80或更高等级的混凝土，则必须外加超细掺合料如硅粉或比较细的粉煤灰、矿渣等，而不是一味加大水泥用量。5.2.2 骨料骨料 细骨料宜选用质地坚硬、级配良好的河砂，其细度模数不宜小于2.6，含泥量不应超过2%。 细骨料的其它质量标准应符合普通混凝土用砂质量标准及检验方法(JGJ52-92)的规定。 粗骨料应选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石，骨料母材的抗压强度应比所配制的混凝土强度高20%以

18、上。对于C50和C60混凝土，也可用卵石配制。 粗骨料颗粒中，针片状颗粒含量不宜超过5%，且不得混入风化颗粒。粗骨料的含泥量不应超过1%。 粗骨料的最大粒径不宜超过25mm。配制C70及其以上等级的混凝土时，粗骨料最大粒径不宜超过20mm。 粗骨料的其他质量标准应符合普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法(JGJ53-92)的规定。 5.2.3 掺合料掺合料 配制高强混凝土宜外加掺合料如粉煤灰、磨细天然沸石岩、磨细矿渣和硅粉等，并置换部分水泥，以改善混凝土拌料的工作度和硬化后混凝土的技术性能。 磨细天然沸石岩粉 用作掺合料的天然沸石岩品种应以斜发沸石或丝光沸石为主，不宜选用方沸石、十字沸石及

19、菱沸石。 磨细天然沸石粉应符合以下质量要求： 铵离子净交换量110mg100g(斜发沸石)或 120mg100g(丝光沸石)； 细度0.08mm方孔筛余 10%； 抗压强度比90%。 粉煤灰 用作掺合料的粉煤灰宜符合粉煤灰在混凝土及砂浆中应用的技术规程(JGJ28)中规定的级灰标准，尽可能选用细度大且烧失量低的粉煤灰。必要时通过试验也可使用级灰。 硅粉 用作掺合料的硅粉，符合以下质量要求： 二氧化硅含量90%； 比表面积(BET-N2吸收法)25m2g； 密度2.2左右； 平均粒径0.10.2m。 5.2.4 化学外加剂化学外加剂 配制高强混凝土必须使用高效减水剂。高效减水剂的质量应符合混凝土

20、外加剂质量标准(GB8076-87)的规定。当采用复合型高效减水剂时应有国家正式批准的质量检测中心(站)的检测证明。 高效减水剂在正确使用的条件下能够改善水泥的水化条件和提高混凝土的密实性，所以对强度、抗渗性以及防止钢筋锈蚀都有利。但是超量使用高效减水剂会损害混凝土的耐久性。 多数的萘系高效减水剂是非引气性减水剂。如果混凝土强度等级不是太高(如C50C60)，为了增加施工时的可泵性，则在混凝土拌料中加入引气性减水剂或另加引气剂还是合适的。引气虽然会降低强度，但可从工作度提高，拌料的用水量得以减少中得到部分补偿。当非引气性高效减水剂与引气剂共同使用时，有时会影响引气剂的效果，这时宜再投入少量的密

21、胺树脂类高效减少剂。 由于不同牌号水泥所含的化学成份不同，同一高效减水剂对不同牌号水泥的减水效果可有很大差异，也就是高效减水剂与水泥之间有相容性的问题。高效减水剂的用量、投放方式与顺序，混凝土拌料的配比，以及环境温度等因素都会对高效减水剂的效果产生很大影响，使用高效减水剂经常遇到的一个问题就是坍落度随时间的迅速损失。通常的解决办法有：采用与缓凝剂复合的高效减水剂，使用载体流化剂，或将减水剂分多次投放。载体流化剂是将高效减水剂与载体混合，置入拌料后使减水剂缓慢释放出来；清华大学研制的载体流化剂可使拌料坍落度在1.52小时内不受损失。多次投放减水剂的办法是将部分减水剂留到拌料运到现场后再投入搅拌，

22、或者在开始搅拌时只投放普通的木质素磺酸盐减水剂(木钙)，到现场再投入高效减水剂，木质素磺酸盐减水剂同时有较强的缓凝作用。 如何正确挑选和使用高效减水剂是配制高强混凝土的关键，这需要通过反复试验确认并且往往需有一定的经验。5.2.5 高强混凝土配合比高强混凝土配合比 高强混凝土的配合比应根据结构设计所要求的强度和耐久性、施工工艺所要求的拌料工作度与凝结时间、并充分考虑施工运输和环境温度等条件通过试配确定，经现场试验确认合格后，方可正式使用。 混凝土的施工配制强度必须超过设计要求的强度标准值以满足强度保证率的需要，其超出的数值应根据混凝土强度标准差而定。当无可靠的强度统计数据和标准差数值时，混凝土

23、的施工配制强度(平均值)对于C50和C60混凝土应不低于强度等级值的1.15倍(强度等级用标号表示时为1.10倍)，对于C70和C80混凝土应不低于强度等级值的1.12倍(强度等级用标号表示时为1.08倍)。 配制高强混凝土所用的水胶比(水与胶结料的重量比，后者包括水泥及掺合料的重量)宜控制在0.240.38的范围内，强度等级愈高，水胶比及用水量应愈低。 配制高强混凝土所用的硅酸盐水泥量不宜超过450500kgm3，水泥与掺合料的胶结材料总量不超过550600kgm3。 粉煤灰掺量一般不超过胶结料总量的30%，天然沸石岩粉的掺量不宜超过胶结料总量的10%，硅粉的掺量不宜超过胶结料总量的810%

24、。 混凝土的砂率一般宜控制在2834%的范围内，采用泵送工艺时可为3240%。 高效减水剂的掺量一般为胶结材料的0.51.8%。为减少混凝土坍落度在运输、浇筑过程中的损失，可采用载体流化剂、复合缓凝高效减水剂、以及将减水剂分二次或多次添加的方法。 已有牌525#硅酸盐水泥，单位质量密度c=3250kgm3，碎石粗骨料粒径520mm，单位质量密度G=2700kgm3，砂子为中粗河沙，s=2650kgm3，采用粉状NF高效减水剂，掺量0.51%水泥重，按初选水泥重量的20%掺粉煤灰，等量取代(1 1)部分水泥，要求配制坍落度1216cm，强度80MPa的高强混凝土。5.2.6 配比设计示例配比设计

25、示例解： 采用绝对体积法 1)取水泥重 C=550kgm3,水灰比 0.30(应多选几组试配) 用水量 W=0.3550=165 kgm3 2)取砂率 0.30，砂重为 S，碎石重为 G。 按绝对体积法有： 30. 01GSSGSWCGswc 将已知条件代入得： S=532 kgm3 G=1241kgm3 3)初选 NF 高效减水剂 1.0%水泥量，即 5.5kgm3 4)粉煤灰取代 20%水泥量，粉煤灰用量 55020%=110kgm3 水泥用量： C=550-110=440kgm3 水胶比：3 . 0550165440110165CBW 水灰比：375. 0440165CW 5)初步确定的

26、配合比： 水泥 水 砂 石 粉煤灰 NF 440 165 5321241 110 5.5 初步确定的配比须经试配后测试各项性能看能否满足需要，实际应用时需设计多组配比，最终对比后选择较满意的配比。 5.3 高强混凝土施工工艺及质量控制高强混凝土施工工艺及质量控制5.3.1 混凝土拌制混凝土拌制 拌制高强混凝土必须使用强制式搅拌机。 混凝土原材料的定量均按重量计，称量的允许偏差不应超过下列限值：水泥和掺合料为1%，粗细骨料为2%，水及化学外加剂为1%。 配制高强混凝土必须准确控制用水量，砂石中的含水量应仔细测定后从用水量中扣除。高强混凝土在搅拌站配料时宜采用自动称量装置，通过砂石含水量的自动检测

27、仪器，自动调整搅拌用水。 高效减水剂可用粉剂直接投入搅拌，也可制成溶液后加入并在混凝土的用水量中扣除这部分溶液用水。高效减水剂宜采用后掺法，加入减水剂后，混凝土拌料在搅拌机中继续搅拌的时间当用粉剂时不得少于60s，当用溶液时不得少于30s。 高效减水剂的选择与使用，应有专业人员进行指导。 拌制高强混凝土可采用图5-2所示的投料顺序：图5-2 投料顺序 5.3.2 混凝土运输、浇筑与养护 高强混凝土拌料的长距离运输应使用混凝土搅拌车，短距离运输则可利用现场一般的运送设备，但所有装载设备的接缝必须严密以防止漏浆。 混凝土自高处倾落的自由高度一般不宜超过2m。当拌料的水胶比较低且外加掺合料有较好的稠

28、度时，倾落的自由高度在不出现分层泌水离析的条件下允许增加但以4m为限。 浇筑高强混凝土必须采用振捣器捣实，一般情况下宜采用高频振捣器。当混凝土拌料的坍落度较低时应加密振点。 按不同强度等级混凝土设计的现浇构件相连接时，二种混凝土的接缝应设置在低强度等级的构件中并离开高强度等级构件一段距离，如下图所示的梁柱混凝土施工接缝，其中柱子的混凝土强度等级高于梁的混凝土强度等级。 当接缝两侧的混凝土强度等级不同且分先后施工时，可沿预定的接缝位置设置固定的筛网(孔径55mm)，先浇筑高强度等级混凝土，后浇筑低强度等级混凝土，图5-3。 图5-3 不同强度等级混凝土的梁柱施工接缝 当接缝两侧的混凝土强度等级不

29、同且同时浇筑时，可沿预定的接缝位置设置隔板，随着两侧混凝土浇入逐渐提升隔板并同时将混凝土振捣密实，也可沿预定的接缝位置设置胶囊，充气后在其两侧同时浇入混凝土，待混凝土浇入完毕后排气并取出胶囊，同时将混凝土振捣密实。 高强混凝土浇筑完毕并初凝后，应尽快加以覆盖并浇水养护，浇水次数应能保持混凝土表面湿润，浇水养护日期不少于7昼夜。 高强混凝土的养护也可在浇筑完毕并初凝后立即喷洒或涂刷养护剂。混凝土表面有养护剂后可不浇水养护。5.3.3 高强混凝土施工质量控制高强混凝土施工质量控制 高强混凝土的配制与施工必须有严格的质量控制和质量保证体系，针对具体的工程对象，事先必须有设计、生产和施工各方共同制定的

30、书面文件，提出质量控制和质量保证的具体细则，规定各种报表记载的内容，并明确专人负责监督和施行。初次从事高强混凝土施工的单位，必须要在有经验的专业技术人员指导下进行施工。 高强混凝土正式施工前，施工单位须对混凝土原材料及所配制的混凝土性能提出报告和试验数据，待设计单位和监理单位认可后方可施工。 高强混凝土质量检查及验收可参照混凝土结构工程施工及验收规范中的有关规定，检查内容并应包括施工过程中的坍落度变化及凝结时间。当环境温度与标准养护条件相差较大时，应同时留取在现场环境下养护的对比试件。留作标准养护的立方体试件数量宜比普通强度混凝土所要求的增加12倍，以测定早期及后期强度的变化。 测定混凝土抗压

31、强度的试件宜用边长为15cm的标准尺寸立方体。当必须采用边长为10cm的立方体试件时，其抗压强度fcu,10应乘以表5-1中的折算系数k换算为15cm边长标准尺寸试件的抗压强度。表5-1 强度折算系数kfcu,10(MPa)kfcu,10(MPa)k55566566750.950.940.9376858695960.920.910.90 对于大体积和大尺寸的高强混凝土构件，应监测水化热造成的温度变化，并采取相应的措施防止水化热的有害影响。 高强混凝土强度检验标准可参照混凝土强度检验评定标准(GBJ107-87)的有关规定。 5.3.4 高强混凝土应用示例高强混凝土应用示例 中建三局建研院在武汉

32、地区在建的高层建筑，如武汉世界贸易大厦(高222.6m，地下2层，地上58层)等工程中成功应用了高强混凝土，主要情况如下：(1)混凝土配合比参数选择 结合武汉地区水泥品种、外加剂品质、粗细骨料品质进行研制开发，成型试件近1000组，并在工程现场取样600余组，经检验28d抗压强度均达到设计要求。混凝土配制强度：按fcu,0=fcuk+1.645，取标准差=4MPa。混凝土的工作性要求：混凝土坍落度取1622cm原材料选用：1)水泥选用活性为60MPa左右的万年青525号，三峡 625号和华新625号普硅水泥；2)粗骨料：石灰岩机制碎石，最大粒径不超 25mm。连续级配。 细骨料：中粗河砂，细度

33、模数2.53.1；3)外加剂： 掺量 湛江外加剂厂FDN 0.851.2% (水泥重) 武钢FDN-4 0.751.0% 中建三局 HN-01 0.301.0%4)掺合料：选用汉川电厂粉煤灰部分取代水泥。(2)配合比范围及技术指标，见表 5-2。强度发展规律： 3d 85% fcuk； 7d 95%fcuk； 28d 110%fcuk；拌合物凝结时间： 初凝 610h 终凝 712h；坍落度经时损失： 经90min15%；含 气 量： 3%。(3)试件强度尺寸效应 由154组对比试件测定结果表明：10cm3与15cm3试件的抗压强度换算系数在0.821.01之间，平均为0.918。表 5-2

34、配合比范围及技术指标C70C60C50水灰比0.290.320.300.320.340.38砂率(%)333534363739用水量(kgm3)160180170175170175坍落度(mm)180220175220175210FDN掺量(%)1.51.70.851.20.851.0缓凝剂掺量(%) 0.50.80.50.8粉煤灰掺量(%)10101028d强度(MPa)71.182.764.376.152.865.2平均强度(MPa)77.568.160.2轴压强度(MPa) 56.150.2弹性模量 4.10104 5.4免振自密实混凝土免振自密实混凝土5.4.1免振自密实混凝土技术的应

35、用免振自密实混凝土技术的应用 国内外免振自密实混凝土的应用发展较快，在日本建筑公司普遍掌握了自密实混凝土的技术，从日本近年来各学会、技术刊物等发表的免振自密实的高性能混凝土在土木工程中应用实例来看，自密实高性能混凝土特别适合于浇筑量大、浇筑高度大、钢筋密集、有特殊形状等的工程。在西方也有免振自密实混凝土的应用，如美国西雅图65层的双联广场钢管混凝土柱，抗压强度110Mpa，混凝土逐层泵送，无振捣。在美国为了保证混凝土的浇筑质量，在密筋的钢筋混凝土和几何形状复杂的结构中，也使用高坍落度而能自流平的混凝土，但强调仍需要适当的振捣以确保混凝土的足够密实。在我国北京、深圳、济南等城市也开始使用免振自密

36、实混凝土，从1995年开始，浇筑量已超过10万m3。主要用于地下暗挖、密筋、形状复杂等无法浇筑或浇筑困难的部位、以方便施工及解决扰民问题等。 免振自密实混凝土即拌合物具有很高的流动性而不离析、不泌水，能不经振捣或少振捣而自动流平并充满模型和包裹钢筋的混凝土。免振自密实混凝土综合效益显著，特别是用于难以浇筑甚至无法浇筑的部位，可避免出现因振捣不足而造成的空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷。免振自密实混凝土配制的关键是满足良好的流变性能要求，所以，免振自密实混凝土属于高流动性混凝土的一部分。 免振自密实混凝土的拌合物除高流动性外，还必须具有良好的抗材料分离性(抗离析性)、间隙通过性(通过较密钢筋间隙和狭窄

37、通道的能力)和抗堵塞性(填充能力)。国外大多用拌合物的坍落流动度，即坍落后拌合物铺展的直径，作为高流动性混凝土流变性能的量度。拌合物抗离析性可用坍落流动速率来评定，坍落流动速率快时，流动性好，但过快时容易产生离析。抗离析性直接影响混凝土拌合物浇筑后的均匀性。必要时可检测水平流动至不同部位或垂直浇筑到不同高度的拌合物中粗骨料的含量，作为拌合物均质性的评定。一般，免振自密实混凝土凝结时间较长，可达10h左右。 免振自密实混凝土施工中主要要注意控制以下两方面问题：（1） 混凝土流动性损失问题控制。 混凝土流动性损失问题主要是由高效减水剂与水泥之间的相容性不好造成的。由于水泥颗粒表面对减水剂有吸附作用

38、，当水泥浆体中残余减水剂浓度降低至不足以起到分散作用时，随着水泥水化，水泥浆体的流动性损失很快。解决的办法是保持减水剂在混凝土的水泥浆体中具有一定的残余浓度，包括物理和化学两种途径。 物理途径包括减水剂的后掺法、多次添加法、矿物载体缓慢释放方法等，但在工程应用过程中不太方便，影响混凝土的质量；化学途径较多，复合缓凝剂在一定程度上可以减缓混凝土流动性损失，防止混凝土凝结过快，但也可能造成混凝土过度缓凝，影响水泥水化等问题。当前工程上一般通过复合或合成的高性能减水剂，可以较好地控制混凝土坍落度损失，对混凝土硬化影响较小。 （2） 混凝土早期裂缝问题。 免振自密实混凝土早期收缩较大，易造成混凝土的早

39、期开裂，使渗透性降低，严重危害混凝土的耐久性。目前，有效地抑制混凝土早期干缩微裂及离析裂纹产生的主要途径包括：降低混凝土的单方用水量；增加矿物超细粉用量，减小水泥胶凝材料用量，在混凝土中引入微小气孔，减小混凝土总收缩值；在混凝土中掺入适量比例的UEA膨胀剂或纤维，避免连通毛细孔的形成；加强混凝土的早期湿养护等。5.4.2混凝土达到免振自密实的技术途径混凝土达到免振自密实的技术途径 目前，免振捣自密实高性能混凝土是通过掺入高性能减水剂和超细矿物掺和料来实现高性能混凝土。另外，与高性能混凝土相应配套的工艺，包括混凝土的生产、输送、浇筑、养护等各工序应合理优化，可以减少混凝土质量波动，减少初始缺陷，

40、使新拌混凝土更均匀密实，硬化混凝土的骨料相与凝胶相粘结更加牢固，从而使混凝土的各项性能指标提高，最终实现混凝土的高性能化。其技术途径见图54。图54 免振自密实混凝土技术途径示意图1. 高性能减水剂的作用和选择如果没有高性能减水剂良好的流化作用，那么经济实用的免振自密实混凝土必定难以实现。一般来说，减水剂用于混凝土中主要起三个不同的作用：(1)改善混凝土的施工工作性(2)减小水灰比，提高混凝土的强度和耐久性；(3)节约水泥，减少混凝土初始缺陷。在混凝土中掺入高效减水剂后，许多性能如微观结构、孔隙率、吸附性、硬化速度、强度等都将发生改变，水泥矿物水化和水泥本身的一些性能也会受到影响。 在混凝土中

41、使用超细矿物掺和料必须加入减水剂。目前国内外常用的萘系、蜜胺系、木质素类减水剂都不同程度地存在较严重的坍落度损失问题。氨基磺酸系减水剂在一定程度上可以控制混凝土的坍落度损失，但过度缓凝、混凝土容易泌水等问题影响了其使用。新型高性能减水剂是目前国内外高性能混凝土技术发展的一个重要方面。 在结构特征上，聚羧酸系减水剂完全不同于传统的萘磺酸甲醛缩合物或磺化三聚氰胺甲醛缩合物类高效减水剂，其亲水性的官能团主要为羧基，而憎水性的聚合物主链则主要是脂肪族结构单元，在线形主链上还带有许多一定长度的侧链，形成所谓的梳形结构。它的分散和分散保持性能与化合物的结构有密切关系，良好的结构特征可以使得其在混凝土中作为

42、减水剂使用时，在用量很小的情况下就会对水泥颗粒产生很强的分散作用，而且这种分散作用还不会随着时间的延长而明显降低，即表现出较好的坍落度保持性能。 聚羧酸系高性能减水剂是配制免振捣自密实高性能混凝土和高强超高强高性能混凝土的首选外加剂，混凝土配合比设计参数变化较大，性能得到显著改善。聚羧酸系高效减水剂可以在保持混凝土的工作性和高流动性的条件下，使混凝土的水灰比降至最低，但并非所有的聚羧酸系高效减水剂都是高性能减水剂，分子结构不良的聚羧酸系高效减水剂很难适应现代水泥和混凝土技术的要求。如何从不同的结构出发，设计合适的合成途径和工艺条件，从而研究其结构和性能之间的关系，进而确定含羧基聚合物的最佳组成

43、和结构是混凝土减水剂研究领域一个有重要意义的课题。 2、超细矿物掺和料的作用和选择 在混凝土中加入矿物超细粉，有助于改善水泥和高效减水剂之间的相容性。超细粉部分替代水泥熟料或水泥本身，既可改善混凝土的流动性，又能提高其强度与耐久性，成为高性能混凝土中不可缺少的组成。 超细粉的作用除具有微观填充效应外，还可同时具有形态塑化效应或火山效应。不同超细粉的作用也有区别，在我国，矿物掺合料的资源丰富，研究也比较深入，已研究开发的矿物超细粉品种包括硅灰、超细矿渣、超细粉煤灰、超细天然沸石粉及多种材料复合超细粉等。 硅灰在增进混凝土强度方面作用特别显著，原因在于它优异的火山灰活性。有的硅灰对改善混凝土混合料

44、的粘聚性及流动性效果也很明显。硅灰混凝土各龄期的强度均高出粉煤灰或其他掺和料混凝土相应龄期的强度，但与掺某些复合超细粉的混凝土性能相近。例如粉煤灰与硅灰复合可以克服硅灰的资源较少问题，利用粉煤灰的资源丰富、价格低廉的特点。矿渣一般具有较好的塑化减水作用，可以节约减水剂的用量，影响混凝土的早期强度，但在混凝土硬化后期强度增长较快。沸石粉对增进混凝土强度和抑制混凝土碱骨料反应效果明显。 在研究超细粉过程中离不开使用减水剂，减水剂的性能直接决定了超细粉的使用效果，有的复合超细粉掺有一定数量的减水剂。实践证明，矿物超细粉与减水剂的“双掺”技术在混凝工程中的实际应用效果较好，是实现免振自密实混凝土技术最

45、根本的手段。3. UEA膨胀剂在免振自密实混凝土中的作用机理 免振自密实混凝土通常由于粗骨料用量少，粉体材料用量大，混凝土的干燥收缩会大些，容易产生有害裂缝，尤其对外部腐蚀和反复荷载动力作用的结构，裂缝的发展是影响耐久性的主要原因。在混凝土中掺用适量（胶凝材料的10%左右）的UEA膨胀剂能提高混凝土体积的稳定性，补偿收缩，减免早期内部裂缝，改善混凝土的密实性及增强混凝土的抗渗能力，并且能提高混凝土的后期强度。4. 胶凝材料的选择 除要求温升很低的大体积免振自密实混凝土需要选用中热或低热水泥外，硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥和矿渣硅酸盐水泥都可选用，按目前我国标准应不低于42.5等级水泥，并具有较低

46、的需水性和与所用高效减水剂的相容性。5、选择最适宜的骨料 一般粗细骨料总量占混凝土体积的6575，是混凝土的主要组成部分，正确选择骨料，是配制免振自密实混凝土基础。因为骨料的物理性质对混凝土的耐久性和强度有显著的影响。粗骨料的吸水率低，可使混凝土强度较高，且抗冻性好，收缩值较小。粗骨料材性过于坚硬，则在混凝土遭受温湿变化而引起体积变化时，混凝土中强度较弱的水泥浆与骨料界面处应力大，易于开裂。而大粒径的骨料使其与胶凝物的结合面相对较少，造成混凝土强度的微观不连续性，混凝土强度较高，这种影响越明显。 骨料的粒形、尺寸和级配对免振自密实混凝土拌合物的施工性，尤其是对拌合物的间隙通过性影响很大。粗骨料

47、应选择压碎值为QA=10%15%之间，表现密度大于2.65，吸水率不超过1%的，表面粗糙有棱角的硬质沙岩、石灰岩、玄武岩的碎石，最大粒径在1520mm之间为好。粗骨料的最大粒径，当使用卵石时为25mm，使用碎石时为20mm，间隙狭小的部位宜用15mm。 由于高性能混凝土中砂率较大，砂子宜选用颗粒较圆滑、坚硬（即石英含量较高）的河沙或碎石沙中的中粗砂，以偏粗为好，细度模数宜在2.63.2之间，表观密度在2.15以上。应严格控制砂中粉细颗粒的含量和石子的含泥量。同时保证0.63mm筛的累计筛余大于70，0.315mm筛的累计筛余为90左右，而0.15mm筛的累计筛余98。5.4.3免振自密实混凝土

48、配合比设计依据免振自密实混凝土配合比设计依据 免振自密实混凝土的合理工艺参数选择主要是保证满足混凝土的耐久性和强度的要求，因采用不同的矿物掺和料和化学外加剂，其组分较普通混凝土多，配合比设计也比普通混凝土复杂。目前国际上提出的免振自密实混凝土的配合比设计方法很多，比较典型和应用较多的方法有以下3种：（1）美国混凝土协会（ACI）推荐方法：此设计适应于抗压强度在4080MPa之间的混凝土。它采用一系列不同的胶凝材料比例和用量来进行试配，最后得到最佳的混凝土配合比 。 （2）法国国家路桥实验室推荐方法：它通过在模型材料上大量试验的结论，编制了计算机软件，称为BETONLAB，可较好地预测给定要求下

49、的最佳、最经济的混凝土配合比。（3）加拿大混凝土协会推荐方法：它在现有高强混凝土实践的基础上加以总结，对混凝土配合比设计的主要参数给定一些假定，进而设计混凝土的配合比。 我国还没有统一的免振自密实混凝土配合比的设计方法。国内科研部门和施工企业大多采用的是：在普通混凝土设计方法的基础上，主要参数假设给定，通过不同配比方案试验选定。主要有以下两种：假定表观密度法和组分体积法。 1. 假定表观密度法 免振自密实混凝土密实度大，其表观密度应设定为24502500Kg/m。 （1）试配强度 免振自密实混凝土的密实度大，故试配强度c28应适当增大。亦可参考下式求出 c28 =（cuk + T）+ K1 式

50、中cuk 混凝土强度等级标准值； T 温度修正系数，取 46MPa。因为试块强度无法代表实际构件强度而定的修正值； （2）确定水胶比 采用同济大学提出的改进保罗米公式： c28 = 0.304ce （C+M）/W + 0.62 式中 ce测定的水泥实际强度； C水泥用量； M超细矿粉掺量； W用水量。 （3）超细矿粉掺合料的用量 超细矿粉掺合料一般按水泥重量计，硅粉约为 5%7%，天然沸石超细粉 5%7%，粉煤灰则需超量掺入，在单位用水量不变的条件下，要使28 天的免振自密实混凝土强度与普通混凝土相同，要用 1.21.4Kg 的粉煤灰取代 1Kg 的水泥。适宜的取代量可达到 25%左右，不超过

51、 30。 据此，可算出水泥的用量，一般水泥用量不宜大于 500Kg/m3，胶凝材料总量不宜大于 600Kg/m3。 （4）绝对用水量 由于免振自密实混凝土的水胶比小于0.38，故混凝土的最大用水量不超过190Kg/m，可根据经验假定混凝土的用水量。（5）沙率Sp 因为免振自密实混凝土中水泥浆体积相对较大，故砂率通常取值较低些。非泵送混凝土沙率宜为Sp2834，泵送混凝土Sp=34%44%，强度越高，砂率宜越低。由于表观密度是设定的，于是根据砂率和已确定的其他成分可以算出粗、细骨料的用量。2. 组分体积法 通过对大量混凝土试验结果的分析表明，免振自密实混凝土的最佳水泥浆与集料的体积比为 35：6

52、5。于是在 1m3混凝土总量中水泥浆总体积为 0.35m3，减去拌合水量和约 2%的含气量（即 0.02m3）体积余下为胶凝材料。根据各组分的体积乘以相应的密度便可计算出该种材料的重量。 免振自密实混凝土的配合比应满足混凝土拌合物高施工性能的要求，与相同强度等级的普通混凝土相比，有较大的浆骨比，即较小的骨料用量，胶凝材料总量一般要超过 500kgm3；砂率较大，即粗骨料用量较小，砂率最大可达 44左右；使用高效减水剂，掺入量为胶凝材料的 3-5%，由于胶凝材料用量大，必须掺用大量矿物细掺料，细掺料总掺量一般大于胶凝材料总量的 30。为了保证耐久性，水胶比一般不宜大于 0.38。 免振自密实混凝

53、土配合比的确定是根据以上各参数和混凝土强度、耐久性、施工性、体积稳定性(硬化前的抗离析性，硬化后的弹性模量、收缩徐变)等诸性质间矛盾的统一。例如流动性和抗离析性要求粗骨料用量小，但粗骨料用量小时硬化混凝土的弹性模量低，收缩、徐变大；砂率大，有利于施工性而不利于弹性模量；水胶比大，有利于流动性，而不利于强度和耐久性等等。因此与普通混凝土配合比设计不同的是，可根据上述矛盾的统一先确定粗骨料的最合适用量、砂子在砂浆中的含量，进而确定其它组份。我国有关专家建议按混凝土、砂浆、水泥净浆、胶凝材料四层次体系设计，如图55所示。 图55免振自密实混凝土配合比设计示意图 5.4.4免振自密实混凝土的施工免振自

54、密实混凝土的施工1. 工程概况 某工程位于某市高新技术开发区，建筑面积5万m2，是某市的重点建筑工程，因设计需要，在工程负一层C区需设置4根截面为2.5m3.5m，长12m的大体积转换梁，该梁需承受3000吨荷载，混凝土设计强度为C50。梁中钢筋密集，并预置“工”字形钢，混凝土振动棒无法深入有效振捣，为确保该部位混凝土浇筑质量和整体工程质量，决定采用免振自密实高性能混凝土技术。2. 混凝土的施工配合比设计及试验 参照自密实混凝土配比设计原则及有关工程经验，设计了A、B、C、D四种配合比，如表53所示。表53自密实混凝土配合比编号水泥HPCAUEA水DFS-2砂子石子水胶比砂率%A30020050181.5107987980.3350B30020050176107188780.3247C30020050181.5106388580.3340D30020050176107987980.3250 试验中用免振捣方法成型了3d、7d、28d检测强度的混凝土试件；且每盘用振捣方法成型一组混凝土试件与免振捣方法成型的混凝土试件作强度对比。试验结果见表54，免振捣成型的混凝土试件28d强度最大值为75.5MPa，最小值为63.8MPa