高性能混凝土的发展与应用ppt课件

1、高性能混凝土的开展与运用The Development and ApplicationofHigh Performance Concrete清华大学土木工程系 覃维祖. 20世纪80年代，美国国家资料委员会提出：要为新世纪的根底设备建立开发高性能的建筑资料，包括钢材、混凝土、塑料等。 1990年5月，在美国马里兰州Gaithers-burg 城由 NIST 和 ACI 主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会议初次提出关于高性能混凝土的定义。 一、高性能混凝土的由来与定义.术语：高性能混凝土High Performance concrete Performance and Properties扮

2、演、执行 性质、特性 性能.定义 高性能混凝土具有所要求的性能和匀质性的混凝土。采用传统的组分、普通的搅拌、浇注与养护操作，是不能够日常消费这种混凝土的。这些性能，例如易于浇注和压实而不离析、高长期力学性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中运用寿命长。 高性能混凝土国际研讨会1990.定义 高性能混凝土满足特定功能与匀质性综合需求的混凝土。采用普通的组分资料和通常的搅拌、浇注与养护操作，未必能日常消费这种混凝土。 美国混凝土学会技术委员会 1998.注释： 高性能混凝土的特性，是针对一定的运用和环境所要求的。例如： 易于浇注 早期强度 浸透性 水化热 体积稳定性 可捣实、不离析长期力学性质

3、密度 韧性在效力环境中运转寿命长久. 高性能混凝土的许多特性是相互关联的，改动其中一个常牵扯到一或多个其他特性发生变化。因此，假设对某一运用提供的混凝土有假设干特性必需同时满足，那么必需将其中每一项都在合同书上规定清楚。 美国混凝土学会 1998. 高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的根底上采用现代混凝土技术制造的混凝土，是以耐久性作为设计的主要目的，针对不同用途的要求，对以下性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。 吴中伟 高性能混凝土的定义. 高任务度 高强度 高耐久性 可泵送、有掺合料的高强混凝土高性能混凝土.高任务度1碾压混

4、凝土 拌合物需求足够地干硬以支撑非常繁重的振动压实机械不致下陷而正常地行进和任务。2滑模混凝土 拌合物需求具备适当的坍落度25cm，使摊铺机正常地行进和任务。3自密实混凝土 拌合物需求有足够大的流动性和粘聚性，在没有外加振捣的条件下可以成型密实。.高强度 高强混凝土：C50的混凝土。 局限性： 128d龄期； 2仅指抗压强度，运用范围窄； 3温度收缩和自生收缩大。. 建议将HPC的强度下限降低到C30左右，以不损及混凝土内部构造如孔构造、水化物构造、界面区构造等为度，以保证其耐久性与体积稳定性。许多大体积水工建筑、根底等对强度要求不高，但对耐久性、任务性、均匀性、体积稳定性、低水化热等有很高要

5、求，都必需采用HPC。日本明石大桥采用20MPa的HPC是很正确的。 吴中伟 绿色高性能混凝土与科技创新 建筑资料学报 1998年第一期创刊号高性能混凝土.大颗粒粗骨料的间隙由小颗粒填充小颗粒粗骨料的间隙由细骨料填充浆体填充骨料堆积体的空隙并在其外表构成光滑层，使拌合物具有满足施工需求的任务度新拌混凝土的构造：二、普通混凝土的微构造及其与性能的关系.水泥消费技术的开展 受早期强度开展快的利益所驱使，水泥中C3S含量越来越高、粉磨细度越来越大。 30年代以前，普通硅酸盐水泥的C3S在30%以下，美国ASTM允许22%的颗粒大于75m；自50年代开场，硅酸三钙含量超越了50%，而且根本上没有大于7

6、5的颗粒。. 西方工业国于40-70年代曾由于早期强度很高的水泥问世，而当时构造的设计强度尚不高，于是出现将混凝土以大水灰比、低水泥用量的方式消费，在满足强度要求的前提下易于施工操作，然而这给混凝土构造的耐久性，尤其是当其暴露于侵蚀性环境任务时，带来了后患。 混凝土技术新进展 P.K.Mehta混凝土技术的进展.新拌混凝土的坍落度30年代 干硬、插捣 0 cm50年代 干硬、振捣 0-2cm70年代 塑性、高频振捣 5-12cm 80年代 泵送、流态 8-20cm90年代 泵送、自密实 10-25cm.混凝土技术新进展 70年代，日本的桶口芳郎做了一个实验：将坍落度为8cm的拌合物浇注在一透明

7、塑料管内，惊奇地发如今粗骨料下方普遍构成水囊；混凝土硬化后抗弯拉强度明显下降。.硬化混凝土的构造 复杂而不均匀由三相组成： 1骨料相 2硬化水泥浆体相 3过渡区相.骨料过渡区水泥石本体C-S-HCH钙矾石.裂痕扩展的途径和方向骨料水泥石骨料周围的过渡区薄弱的过渡区相.钢筋沉降裂痕水囊混凝土外表.钢纤维双膜氢氧化钙水泥浆本体多孔层.以上阐明： 多相且不均匀，骨料与硬化水泥浆体界面存在着薄弱的过渡区，是普通混凝土微构造的特征，决议了其强度和耐久性能。因此，为了提高混凝土的性能，关键在加强过渡区和改善均匀性。. 多年来混凝土技术只需少数几次重要的突破。40年代开发的引气作用是其中之一，它改动了北美混

8、凝土技术的容颜；高效减水剂是另一次艰苦突破，它在今后许多年里将对混凝土的消费与运用带来宏大的影响。 V.M.Malhotra. Superplasticizer: their effect on fresh and hardened concrete(1981)混凝土技术的进展三、强度水灰比水化活性关系. 在保证任务度适宜的前提下，水灰比水胶比)大幅度地降低，是高性能混凝土(或高强混凝土与普通混凝土的主要区别所在。1) 水灰比降低. fc K1 / K2w/c1918年Abrams 提出的水灰比定那么： 高效减水剂与矿物掺合料的运用，使新拌混凝土可以在远低于水泥能充分水化的水灰比水胶比条件下配

9、制，并能借助普通的施工设备浇注和成型密实。.强度水灰比水化活性 高水灰比条件下，水泥的水化活性填充空隙才干越大，即标号越高，用其配制的混凝土强度和抗浸透性耐久性越好。. 高效减水剂与矿物掺合料的运用，使新拌混凝土可以在远低于水泥能充分水化的水灰比水胶比条件下配制，并能借助普通的施工设备浇注和成型密实。低水灰比水化活性混凝土性能关系. “水灰比为0.22或0.23，水泥可以全部水化的说法，只需实际意义，而没有实践意义。水泥充分水化的最小水灰比.T.C.Hansen1970未水化水泥毛细孔水泥凝胶体积比水灰比长时间放置在水中的水泥浆体水化最终生成物.体积比未水化水泥水泥凝胶毛细孔长时间密封放置的水

10、泥浆体水化最终生成物水灰比. 只需当水灰比0.5 时，路面混凝土摊铺后不用进展湿养护，但需求及时覆盖，以免水分蒸发。 ACPA美国混凝土路面学会. 低水灰比(水胶比条件下，水泥水化程度减小，速率减慢，但较少的生成物就可填充空隙，粘结骨料构成整体，使强度迅速增长。 2) 水泥胶凝资料水化活性影响的变化.我国水泥消费与供应的开展1熟料中早强矿物C3S含量增多；2水泥粉磨细度加大；3市场经济开展，混合材掺量减少;4) 散装水泥运输供应开展。. 随着水灰比水胶比降低，水泥或其它胶凝资料需求填充的空隙减小，到达密实填充效果对胶凝资料的水化活性要求也随之降低。反之，当水泥的水化活性越高、粉磨越细，拌合时的

11、需水量就会越大，结果是水胶比的降低从而混凝土的强度及其它性能遭到影响。强度水灰比水化活性.强度方程 fcu.k = A fce ( C/W B )fcu.k混凝土配制强度fce 水泥标号C/W灰水比A,B 系数：. 有人用425#(32.5级)与525# (42.5级)水泥，也有人用525# (42.5级)与625# (52.5级)水泥分别配制高强混凝土，得到的结果都显示不出差别。 同时，用525# (42.5级)水泥可以配制出28d强度为125 130MPa的高强泵送混凝土；而725# (62.5级)水泥却未见配制出高于100MPa的混凝土。阐明：低水灰比时，水泥标号水化活性的与配制混凝土强

12、度的关系发生变化。.3) 温升的影响 构造物断面加大、强度设计等级提高、水泥用量添加、水化活性的提高以及散装水泥供应方式的开展，这些都使得混凝土温升加剧。.影响水泥水化的要素矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比 R(t) = f(C3S)f(fineness)f(T)f(W/C) 水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，凝结硬化构成的微构造体积较大，相对疏松，影响构造混凝土的强度和浸透性 。.图3-46 硬化水泥浆体与混凝土的绝热温升水化热的影响混凝土温度随水泥用量添加而上升.图3-47 混凝土浇注厚度对温升的影响浇注温度20C，水泥用量400kg/m3混凝土的温升随构造物断面尺寸增大而加剧.

13、 图3-48 2.5 m厚混凝土中点温度的变化Bamforth的实验厚2.5m构造物中部的温度变化70%硅酸盐水泥+30%粉煤灰100%硅酸盐水泥25%硅酸盐水泥+75%磨细矿渣.图3-49 不同养护条件下混凝土强度开展a20C规范养护 b同温度养护硅酸盐水泥水泥/矿渣水泥/粉煤灰水泥/粉煤灰水泥/矿渣硅酸盐水泥龄期温度匹配养护. 长期以来沿用的以规范养护室养护的试件强度作为工程选择原资料和配合比的基准，这种方法在如今配制高性能混凝土时曾经不再适用，并常呵斥误导，给工程，尤其是大型根底设备的建立带来损失，迫切需求引起注重和改动。强度评价.四、强度耐久性关系 长期以来，混凝土是在高水灰比条件下拌

14、合、浇注与水化硬化的，过渡区薄弱、强度低、抗浸透性才干差，因此耐久性，尤其是实验室快速评价实验的耐久性结果较差。从而得出强度越高、耐久性就越好的结论。 上述结论近年遇到严重的挑战。.高强混凝土的耐久性 1987年美国资料顾问委员会提交的一篇报告引起了惊动：约25.3万座桥梁的混凝土桥面板，其中部分运用不到20年，就已不同程度地破坏，且每年还将新增3.5万座。 由于混凝土桥面板开裂普遍，因此转向运用高强混凝土，但是看来这无济于事：根据国家公路协作研讨方案1995年检查的结果阐明：10万座混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现间隔13米的贯穿性裂痕。.混凝土构造开裂 开裂的缘由有很多，然而，其

15、中有一个使混凝土构造在早期开裂起主导位置的缘由，那就是为满足现代高速施工所采用的高早强水泥及其混凝土拌合物。湖南某大桥. 近年来，高强混凝土已被证明是对早期开裂非常敏感的资料。这不仅是水化热的结果，由于自枯燥作用产生的本身收缩和硫酸盐相的化学反响，能够也是重要原因。构造混凝土或大体积混凝土不测地出现开裂，不能总是归因于现场工程师缺乏阅历，该领域里许多问题尚缺乏了解，激发全世界许多人去进一步开展研讨。 Thermal Cracking in Concrete at Early Ages. E & FN SPON 1994. 高强混凝土与早期开裂敏感性.延伸性与开裂 收缩应变大小仅是引起混凝土开裂

16、的一方面缘由，另一方面还有： 弹性模量 弹性模量越小，产生一定量收缩引起的弹性拉应力越小； 徐变 徐变越大，应力松弛越显著，剩余拉应力就越小； 抗拉强度 抗拉强度越高，拉应力使资料开裂的危险越小。 P.K.Mehta. Concrete:Structures, Properties and Materials .无松弛作用时出现开裂混凝土的抗拉强度开裂延迟应力松弛后的实践应力应力松弛时间收缩应变受约束时产生的弹性拉应力.图3-24 硬化水泥浆体浸透性与水灰比的关系93%水化度硬化水泥浆体93%水化度的浸透性水灰比关系存在临界区域. 适当的原资料组分、浇筑和养护的混凝土根本上是不透水的，应该在大

17、部分环境条件下具有足够长的运用寿命。然而，由于环境的作用，出现开裂，构造物因此丧失了运转时的水密性，也就是对于上述劣化过程的抵抗力。现代混凝土构造开裂的现实阐明：人们没有对混凝土技术中控制开裂的根本道理给予足够的注重。. 采用适宜的原资料及良好的消费、浇筑与养护操作，当水泥用量为300350Kg/m3、水灰比0.450.55，制备出28d抗压强度为3540MPa的混凝土，在大多数环境条件下可以呈现足够低的浸透性能。 水灰比与浸透性. 不是强度，而是混凝土的巩固性没有裂痕对其运转条件下保证混凝土的水密性和耐久性起关键的作用。 P.K.Mehta 耐久性影响未来的关键问题西直门立交桥.一个不透水，

18、但存在非延续微裂痕，且多孔的钢筋混凝土构造环境作用第一阶段无可见损伤1. 侵蚀作用冷热循环、干湿循环2. 荷载作用循环荷载、冲击荷载 由于微裂痕和孔隙连通起来，不透水性逐渐丧失环境作用第二阶段损伤的开场与扩展水的渗入O2、CO2渗入酸性离子Cl- , SO4-)渗入A：以下缘由使孔隙内静水压增大、混凝土膨胀：钢筋锈蚀、碱-骨料反响、水结冰、硫酸盐侵蚀B：混凝土强度与刚度降低开裂、剥落与整体性丧失混凝土受环境作用产生劣化的“整体性模型.高性能混凝土的耐久性 与普通混凝土不同，高强混凝土与高性能混凝土低水胶比获得耐久性优良的技术途径，要从提高混凝土体的抗浸透性向改善抗裂性能转化。长期以来构成的原资

19、料选择、配合比设计与消费浇注与养护的传统方式，是使它们的耐久性经常反而不如普通混凝土的重要缘由。.五、高性能混凝土的配制与施工1. 原资料选择与配合比设计2. 消费、浇注与养护3. 质量保证匀质性.高性能混凝土 采用普通的组分资料和通常的搅拌、浇注与养护操作，未必能日常消费这种混凝土。.1. 原资料选择与配合比设计1强调经过加强过渡区改善微构造；2强调低水胶比而不是高活性；3以温度匹配养护方式评价强度开展速率。.骨料的选用1粒形、级配与空隙率2含泥量与脆弱颗粒3线胀系数与弹性模量4压碎强度轻骨料 . 水泥 的选用 当混凝土发生劣化时，通常是指摘养护操作、所用骨料、拌合物或者质量控制，而水泥很少

20、受责。很能够是由于同一类型的水泥，只需经过规范的检验，就以为是一样的了。然而，不同厂家消费的同类水泥，延伸性的差别能够很悬殊。 The Visible and Invisible Cracking of Concrete ACI Monograph No.11. 1998. A厂消费的水泥 B厂消费的水泥微膨胀、抗裂性较好 本身收缩. 水泥 的选用1和高效减水剂相容性良好水胶比低、坍落度损失小；2低含碱Na2O,K2O)、高含硫酸盐相对于铝酸盐且不太细的水泥抗裂性较好；3温度低。 评价方法 .化学外加剂的选用 与水泥等胶凝资料相容性良好，是选用化学外加剂的原那么,也是配制高性能混凝土的关键。

21、在混凝土易于浇注而不离析的前提下，能获得并坚持所需求的低水灰比(水胶比)，那么是相容性能否良好的表征。.混凝土杂志 1996年第2期水泥高效减水剂相容性及其检测研讨 . 不能满足所需求的低水灰比水胶比的要求，或者虽能满足，但达不到易于浇注而不离析(泌水)的需求，都需求改换化学外加剂等原资料或改动配合比。. 矿物掺合料的选用 高性能混凝土中，矿物掺合料具有如下作用： 1填充骨料的间隙及构成光滑膜； 2消纳氢氧化钙，改善过渡区火山灰反响，同时生成具有胶凝性产物； 3对水泥的分散作用，降低水胶比，改善水泥在低水胶比下的水化环境； 4延缓初期水化速率，构成低水胶比、大水灰比的有利环境； 5降低温升，改

22、善徐变才干，减小早期构成热裂痕的危险。.粉煤灰 粉煤灰混凝土的运用 粉煤灰的密度只需水泥的2/3，因此采用大掺量粉煤灰混凝土，同时添加高效减水剂时，可以大幅度降低水胶比，获得普通混凝土条件下无法比较的运用效果。.磨细高炉矿渣 需求枯燥后粉磨，运用本钱较高；2密度、需水量与水泥接近，需水量随粉磨细度变化小；3随细度增大，混凝土早期强度开展加快，适用于蒸养制品；4开场水化后呈加速，比水泥快，掺量在70%以上，才干起明显降低温升效果。 .海港工程混凝土防腐蚀技术规范 交通部行业规范2001年5月1日起执行在受侵蚀作用严酷环境中应采用高性能混凝土粉煤灰 掺量 2550%磨细矿渣 5080硅粉 510.

23、硅粉1颗粒微细，借助于高效减水剂和强力搅拌作用，可以大幅度降低水胶比，从而使混凝土强度迅速开展，浸透性降低；2火山灰反响活性高，消纳氢氧化钙才干强，改善界面效果好；3增大拌合物粘度和混凝土本身收缩显著，对泵送性、减小离析、泌水有益处，需尽早开场湿养护，否那么容易导致开裂。.配合比设计1先计算骨料用量，后计算胶凝资料和水用量最大粒径与体积份数；2保罗米公式的适用性水胶比与强度关系；水泥标号与强度关系；3任务度评价方法坍落度局限性、振捣作用。.搅拌1搅拌设备选择2搅拌时间均匀前提下尽量短3搅拌设备的维护4实验室与现场搅拌条件的差别5预冷拌合物用碎冰替代部分拌合水最多75、喷液氮.振捣密实针对拌合物塑性粘度大、振动衰减