高性能混凝土

孙道胜高性能混凝土ANHUIUNIVERSITYOFARCHITECTURE2/1/202311.混凝土耐久性现状2.高性能混凝土的概念3.高性能混凝土的体积稳定性4.高性能混凝土的耐久性5.高性能混凝土的配制方法6.高性能混凝土的配套施工方法引言2/1/20232混凝土的本质混凝土是由粗的粒状材料（集料或充填料）镶嵌于坚硬的基质材料（水泥或胶结料）中所组成的复合材料，基质材料充填于集料的空隙中，并将它们胶结在一起。

土木建筑工程对混凝土质量的基本要求是：具有符合设计要求的强度；具有与施工条件相适应的和易性；具有与工程环境相适应的耐久性。材料组成经济合理、生产制作节约能源。引言

水泥混凝土科学与技术的发展2/1/20233

混凝土的优越性与局限性优越性：可浇注、经济、耐久、耐火、现场制作局限性：抗拉强度低、延性低、体积不稳定、强度/质量比值低2/1/20234水泥和混凝土的发展水泥的发展历史1、JamesParker(英)—1796年获得一项关于天然水硬性胶凝材料的专利，用含有黏土的不纯的石灰石岩煅烧制成。2、Vicat(法)－1813年，用石灰石和黏土的人工合成物，经煅烧制成了人造的水硬性石灰。3、JamesFrost(英)－1822年在英国提出同样的方法。4、JosephAspdin(英)－1824年获得波特兰水泥专利。5、1886年出现回转窑，1909年ThomasEdison获得一系列回转窑专利。6、1836年，首先在德国进行系统的抗拉和抗压强度试验，大约1900年，水泥的基本试验大部分已标准化。2/1/20235混凝土的发展1、混凝土组成材料的变化2、混凝土强度的变化3、混凝土施工性能的变化4、混凝土长期耐久性能的变化5、特种混凝土2/1/202361824年英国人阿斯普丁(J.Aspdin)发明硅酸盐水泥

1849年法国人朗波(L.Lambot)制造了第一只钢筋混凝土小船

1872年在纽约建造第一所钢筋混凝土房屋混凝土结构的开始应用于土木工程距今仅150多年。与砖石结构、钢木结构相比，混凝土结构的历史并不长，但发展非常迅速，目前混凝土结构已成为大量土木工程结构中最主要的结构，而且高性能混凝土和新型混凝土结构形式还在不断发展。

混凝土结构的发展2/1/20237第一阶段(Thefirststage):从钢筋混凝土的发明至本世纪初钢筋和混凝土的强度都比较低主要用于建造中小型楼板、梁、柱、拱和基础等构件。计算理论：结构内力和构件截面计算均套用弹性理论(Elastictheory)，采用容许应力设计方法(Allowablestressdesignmethod)。混凝土结构的发展2/1/20238混凝土结构的发展第二阶段(Thesecondstage)

：从本世纪20年代到第二次世界大战前后混凝土和钢筋强度的不断提高1928年法国杰出的土木工程师E.Freyssnet发明了预应力混凝土，使得混凝土结构可以用来建造大跨度计算理论：前苏联著名的混凝土结构专家格沃兹捷夫（Α.Α.Гвоздев）开始考虑混凝土塑性性能的破损阶段设计法(Failurestagedesignmethod)，50年代又提出更为合理的极限状态设计法(limitstatedesignmethod)，奠定了现代钢筋混凝土结构的基本计算理论。2/1/20239第三阶段(Thethirdstage)：二战以后到现在随着建设速度加快，对材料性能和施工技术提出更高要求，出现装配式钢筋混凝土结构、泵送商品混凝土等工业化生产技术。高强混凝土和高强钢筋的发展、计算机的采用和先进施工机械设备的发明，建造了一大批超高层建筑、大跨度桥梁、特长跨海隧道、高耸结构等大型工程，成为现代土木工程的标志。设计计算理论：发展了以概率理论为基础的极限状态设计法，基础理论问题大都得到解决，而新型混凝土材料及其复合结构形式的出现又不断提出新的课题，并不断促进混凝土结构的发展。混凝土结构的发展2/1/2023102/1/2023112/1/2023122/1/202313上海莘庄大型立交工程该工程由15条线路，6条主线、20个定向匝道构成；占地面积45.8公顷，整个立交桥梁结构长度11.1公里、面积8.4万m2。2/1/2023142/1/2023151.混凝土耐久性现状目前，全世界每年因混凝土耐久性失效产生的修复和重建费用高达以千亿美元计美国2007年在钢筋混凝土桥梁的维修费用高达6580亿美元，为当年造价的4倍日本引以为豪的新干线使用不到10年，就出现混凝土大面积开裂、剥蚀现象在国内，建成短期内由于混凝土耐久性不足而导致的工程安全质量问题更是不胜枚举2/1/202316美术馆梁钢筋锈蚀情况2/1/202317美术馆柱的钢筋锈蚀情况2/1/2023182/1/202319一座桥何以只有二十年寿命？拆除前的西直门桥2/1/2023202/1/2023212/1/2023222/1/2023232/1/2023242/1/202325北京西直门立交桥桥墩柱落水口一侧钢筋锈蚀2/1/202326山东潍坊公路桥2/1/2023272/1/2023282/1/202329龟裂溶流反应2/1/202330地图状裂缝2/1/202331强烈的风砂磨蚀2/1/202332青藏公路桥梁墩台混凝土因冻融循环作用严重剥落2/1/202333青藏公路三叉河大桥被有害离子侵蚀的混凝土墩2/1/202334青藏公路三叉河大桥桥墩中钢筋锈蚀状况2/1/202335青藏线一期线路上开裂的预应力混凝土梁NEXT2/1/202336高性能混凝土的提出？

20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，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，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。2/1/202337

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基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列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

高性能混凝土的提出？2/1/202338

高工作度高强度高耐久性

——可泵送、有掺合料的高强混凝土高性能混凝土高性能混凝土的提出？2/1/2023392000年，中国工程院土木水利与建筑学部提出“工程结构安全性与耐久性研究”咨询项目，于2004年编写《混凝土结构耐久性设计与施工指南》，并在05进行了修订。2002年在福州召开以混凝土耐久性为三个专题之一的“全国高强与高性能混凝土专题学术研讨会”；2004年在徐州召开“混凝土和结构进展”国际会议；2/1/2023402004年在青岛召开“高强高性能混凝土及其应用第五届学术讨论会”。

2005年在杭州召开“高强高性能混凝土及其应用第六届学术讨论会”。在会议上，国内外专家对混凝土结构耐久性问题展开热烈的讨论。由此可见，按耐久性设计、配制混凝土用于工程结构，是今后我国混凝土应用的必然趋势。2/1/202341现有相关规范和规程GBJ82—85《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》

DL/T5150-2001《水工混凝土试验规程》JTJ275-2002《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》TZ210-2005《铁路混凝土施工技术指南》《铁路混凝土耐久性设计暂行规定》2/1/2023422.高性能混凝土的概念（1）易于浇注、捣实而不离析；（工作性）（2）高超的、能长期保持的力学性能；（强度）（3）早期强度高、韧性高和体积稳定性好；（抗裂性）（4）在恶劣的使用条件下寿命长。（耐久性）因为（1）（2）两个要求，目前混凝土技术都能达到。因此所谓高性能主要是耐久性和抗裂性。2/1/2023432/1/2023442/1/2023452/1/202346高性能混凝土适用环境条件特征

环境类别环

境

条

件

特

征一般室外环境一般地区的露天环境、水位变动的环境、饱水环境一般冻融环境寒冷和微冻地区的露天环境、水位变动的环境、饱水环境硫酸盐侵蚀环境石膏地层，水质pH值为7.0～8.0时，水中[SO42-]≤2000mg/L含盐地层，水质pH值为7.5～9.0时，水中[SO42-]≤4000mg/L强透水土层，土中[SO42-]≤6000mg/kg弱透水土层，土中[SO42-]≤15000mg/kg镁盐侵蚀环境水质pH值为8.0～10.0时，水中[Mg2+]≤7500mg/L氯盐环境干湿交替，水中[Cl-]≤5000mg/L长期泡水，水中[Cl-]≤20000mg/L潮湿土，土中[Cl-]≤7500mg/kg2/1/2023473.高性能混凝土的体积稳定性过去只重视结构性裂缝，现在非结构性裂缝也越来越受到重视。背景：现代水泥比表面大于3300cm2/g，早期强度高；混凝土施工的传统要求早强、早脱模；现代混凝土工艺（高级水泥、高效减水剂、高坍落度）但又不重视早期养护。2/1/202348（1）结构性裂缝和非结构性裂缝结构性裂缝是由承载力不足引起，如钢筋混凝土构件的弯曲裂缝、剪切裂缝、粘结裂缝。非结构性裂缝是由于混凝土在长期的水化过程中收缩（干燥收缩、温降收缩和自生收缩）受到边界构件的约束，其产生的拉应变超过混凝土极限拉应变而产生的。2/1/202349（2）非结构性裂缝的种类塑性干缩裂缝：硬化前的新拌混凝土在凝结过程中由于泌水速度小于蒸发干燥速度，混凝土又没有足够塑性时，塑性干缩裂缝产生；常见于浇注后混凝土构件的外露表面。2/1/202350塑性沉降裂缝：硬化前的新拌混凝土骨料下沉和泌水使钢筋底部形成空隙、钢筋顶部混凝土开裂。2/1/202351化学减缩裂缝：水泥与水发生反应，其生成物的体积总和小于反应物的体积，水泥浆水化后其绝对体积的减少量约为总体积的8～10%。2/1/202352自收缩裂缝：指在恒温绝湿的条件下混凝土初凝后因胶凝材料继续水化引起自干燥而造成混凝土宏观体积减小并受到外部约束而引起的裂缝。当水胶比越小时，自收缩裂缝越显著。2/1/202353温度裂缝：水泥水化过程放出热量，这使混凝土在凝结过程经历了一个热胀冷缩的过程；对于大体积混凝土，内外温差的存在使混凝土内部存在内应力而外表面开裂；对于钢筋混凝土板，冷却时收缩变形受到限制而出现裂缝。2/1/202354干燥收缩裂缝：混凝土进入硬化阶段后，由于毛细孔水份蒸发，毛细孔的表面张力使混凝土产生收缩应变，当该应变超过混凝土极限拉应变时，干燥收缩裂缝产生。2/1/202355混凝土表面的干燥收缩裂缝

NEXT2/1/202356混凝土构件在昼夜温差、季节性温差及室内外温差的作用下热胀冷缩，当这种热胀冷缩效应受到约束时就有可能出现裂缝。混凝土的失水干燥收缩是个长期的过程，尤其是大风的天气中，当混凝土的累积干燥收缩受到边界构件约束时，混凝土内部就出现约束应力，当这约束应力超过混凝土的抗拉强度时，就出现新的非结构性裂缝。2/1/202357（3）防止塑性开裂措施降低混凝土用水量;保持工作面最小，尽快用塑料膜覆盖，混凝土入模后预防外露表面失水喷雾湿润上方空气;浇筑前润湿模板和底板;通过抹面、压光消除早期塑性裂缝。2/1/202358（4）干缩裂缝控制减少拌和水量，减少浆体体积，优化石子级配，加大石子的含量，配置低收缩混凝土；降低混凝土干燥速率，延缓表层水分损失；采用补偿收缩混凝土，或外掺减缩剂；设置构造钢筋；（细且密）2/1/202359（5）温度收缩裂缝控制设置遮蔽棚，防止阳光直射骨料，采用冰水，夜间施工，降低混凝土入模温度。掺入粉煤灰，降低水泥用量，减少因水化热引起的温升。大体积混凝土内部埋管道，通冰水降温，冬天用温水养护，减少混凝土内外温差。加强养护，延长养护时间，防止温度骤然变化；选择热膨胀系数低的骨料；尽量不采用早强水泥，限制混凝土早期（12或24hr）强度2/1/202360(6)非结构性裂缝的控制措施材料方面：减少水泥和水的用量，降低砂率，增加石子的用量。掺聚丙烯纤维或减缩剂。施工方面：加强养护，降低入模温度。设计方面：设置构造钢筋。划分施工段，采用隔段施工；设施工缝、后浇带。对楼板施加预应力，以抵消部分约束应变。2/1/202361（7）重视非结构性裂缝的防治现阶段，设计人员并未对钢筋混凝土结构的非结构性裂缝进行设计，钢筋混凝土结构的非结构性裂缝是否出现，出现多少，完全取决于工人的素质、当地的环境等因素。如果施工前没有采取足够的措施对非结构性裂缝进行预防，裂缝产生后，有害物质侵入混凝土内部，导致钢筋的锈蚀和混凝土的劣化，进而大大降低钢筋混凝土结构的承载力和耐久性。2/1/202362板状开裂装置底板短钢柱（φ10×100mm）钢模混凝土塑料薄膜框架刚度为400×106N/m2（8）开裂测试方法2/1/2023634.高性能混凝土的耐久性发达国家从20世纪70年代开始很重视耐久性问题背景：二战后开始大规模建设，70年代出现大量混凝土劣化和结构破坏事例。比较全面的工程结构破坏的调查和分析修订结构、施工规范，对耐久性作了明确严格的规定2/1/202364我国对混凝土结构耐久性的认识经历了几个阶段20世纪80年代末以前:政府部门、工程界、技术界对耐久性普遍不够重视20世纪90年代:专家呼吁，学术界、工程界开始重视耐久性问题背景：大量结构过早破坏事例20世纪末和21世纪以来:开始实行混凝土耐久性设计我国比发达国家落后15~20年后果：许多重大工程存在隐患，今后我国将出现混凝土结构修补、加固、拆了重建的高潮。2/1/202365(1)混凝土耐久性问题混凝土碳化（中性化）氯离子渗透冻融钢筋锈蚀硫酸盐腐蚀碱-集料反应。。。很多情况下，几种因素同时存在2/1/202366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表面形成润滑层，使拌合物具有满足施工需要的工作度混凝土的结构2/1/202367水泥浆大颗粒粗骨料小颗粒粗骨料细骨料2/1/202368现行骨料的不足★使用廉价的颚式破碎机，使粗骨料的针片状颗粒高，空隙率大，质量波动显著，导致混凝土拌合物的胶凝材料用量明显偏大。★粗骨料中5-10mm的颗粒很少，不仅增大胶凝材料用量，影响体积稳定性，而且影响混凝土结构承受动载时的传荷能力。2/1/2023692/1/2023701）碳化水泥水化过程中产生大量的氢氧化钙，使钢筋处在碱性的环境中，这使钢筋表面的氧化膜不容易破坏。当氢氧化钙与空气中的二氧化碳生成碳酸钙时，使混凝土中的碱性降低。在弱碱的环境中，钢筋表面的氧化膜容易破坏，钢筋锈蚀。钢筋的锈蚀后，体积的膨胀，这使得周围的混凝土开裂，混凝土的开裂又使钢筋锈蚀加快。2/1/202371提高混凝土抗碳化能力的措施掺优质减水剂、优质粉煤灰；通过降低水灰比，细化毛细孔隙，（>200nm的孔为有害孔）加强养护（加深水化程度）等措施提高混凝土的密实性。2/1/2023722）氯离子渗透北方道路长年积雪，用氯盐除冰。海水或盐渍地的盐分侵入混凝土。氯离子为酸性，降低混凝土的PH值，使钢筋表面的钝化膜(保护膜)在弱碱性(PH<10)环境中生成FeCO3，体积膨胀，混凝土胀裂。2/1/202373混凝土材料耐久性根本上限决于其渗透性多孔物质：如混凝土、粘土砖、泡沫塑料等驱动力：压力差致密材料扩散过程：驱动力—浓度差2/1/202374渗透性检测方法表面透气法：氮气法表面吸水法Suction电量法：ASTMC1202氯离子扩散系数法电化学分析法（Fick第二定律）电迁移法（Nernst－Planck方程）电导法：NEL法（Nernst－Einstein方程）2/1/202375ASTMC1202直流电量法直流电源电流表0.3MNaOH溶液3%NaCl溶液铜网电极有机玻璃箱试件φ100×50mm2/1/2023763)冻融2/1/202377改善混凝土的抗冻性的措施加入引气剂，可使混凝土内产生大量的微小气泡，遮断毛细管通道，增强混凝土的抗冻性；加入减水剂可减少用水量，降低孔隙率，增加抗冻性。2/1/2023784）硫酸盐腐蚀2/1/2023795）碱-集料反应水泥中的碱和粗、细集料中的活性二氧化硅发生化学反应，生成碱硅酸凝胶并吸水产生膨胀，这种膨胀受到周围已硬化水泥石的限制而发生较大的肿胀压力，从而使混凝土开裂和崩溃，这种现象叫碱-氧化硅反应（碱集料反应的一种）。碱集料反应包括碱-氧化硅反应、碱-碳酸反应、碱-硅酸反应。2/1/202380碱集料试验方法2/1/2023812/1/202382高性能混凝土耐久性能指标项

目质

量

要

求基础、承台、墩台、涵洞、支承垫石、桥梁封端、梁面纤维混凝土等抗冻性56d龄期时混凝土的抗冻融循环次数应不小于300次抗渗性56d龄期时混凝土的抗渗等级应不小于P20Cl-渗透电量56d龄期时混凝土的Cl-渗透电量应不大于1000库仑耐腐蚀性耐中等硫酸盐腐蚀体积稳定性180d收缩值应不大于5×10-4抗碱—骨料反应性骨料的碱活性和混凝土的碱含量应满足规定预应力梁抗冻性56d龄期时混凝土的抗冻融循环次数应不小于300次抗渗性56d龄期时混凝土的抗渗等级应不小于P20Cl-渗透电量56d龄期时混凝土的Cl-渗透电量应不大于1000库仑耐腐蚀性耐中等硫酸盐腐蚀体积稳定性180d收缩值应不大于5×10-4抗碱—骨料反应性骨料的碱活性和混凝土的碱含量应满足5.1.2、5.1.3的规定徐变度加荷180d时混凝土的徐变度应不大于60×10-6/MPa抗压疲劳强度56d龄期时，当循环特征系数ρ为0.15，200万次疲劳后混凝土的抗压强度折减系数应不小于0.62/1/202383（2）耐久性混凝土设计步骤：1）查明结构物及其各构件的详细环境资料（气象资料、地下水和土壤化学分析等等）2）分析可能导致混凝土破坏的主要因素和次要因素（很重要）3）

提出各种混凝土配比的耐久性指标要求。2/1/2023844）

确立主要技术措施（包括防裂措施）如强度标号（可能高于结构设计的要求）、工作性、耐久性能指标如水泥品种、砂石质量要求、矿物掺合料及其质量要求、外加剂、含气量等5）试验方案设计、工作量很大的试验研究工作以及试验结果的汇总及分析6）

最后得到最优化的指导性配比7）根据指导性配比、施工方对配合比的复核和微调，必要时对某些耐久性指标复核2/1/2023855.高性能混凝土的配制方法采用双掺原则矿物超细粉和高效减水剂为高性能混凝土的新组分矿物超细粉包括粉煤灰、矿粉、硅灰、沸石粉、偏高岭土等新型的高效减水剂必须具有高的减水率和较小的坍落度损失2/1/202386

1.P·Ⅰ型，硅酸盐水泥;2.P·Ⅱ型，硅酸盐水泥,含0-5%的混合材；

3.P·O型,普通硅酸盐水泥,含6-15%的混合材；

4.P·F型，粉煤灰硅酸盐水泥;含20-40%粉煤灰;5.P·S型，矿渣硅酸盐水泥,含20-70%以内的矿渣粉；

6.P·P型,火山灰质硅酸盐水泥,含20-50%火山灰；

7.P·C型，复合硅酸盐水泥,含15-50%两种以上混合材。水泥

2/1/202387硅酸盐水泥=熟料+适量石膏磨细而成熟料的主要成分有：C3S；C2S；C3A；C4AF

※C3S的水化速度较快，水化发热量较大。

※C2S的水化速度很慢，水化发热量最小。

※C3A的水化速度最快，水化放热量最大，水化物强度最低，干缩最大。水泥

2/1/202388强度高的水泥就一定好吗？

过分追求早强必然牺牲耐久性能。在目前生产工艺条件下，提高水泥强度，实际上只是增加C3A与C3S含量，并提高比表面积。实践表明，早期强度很高的混凝土14天以后的强度几乎不再增长，长期强度甚至倒缩。水泥

2/1/202389水泥的含碱量

预防碱—骨料反应

控制混凝土的开裂倾向

Burrows建议，为防止碱促进混凝土开裂，水泥中的碱含量应不超过0.60%Na2O·eq。水泥

2/1/202390水泥的技术要求序号项目技术要求备注1比表面积≤350m2/kg（对硅酸盐水泥、抗硫水泥而言）按《水泥比表面积测定方法（勃氏法）》〔GB/T8074〕检验280µm方孔筛筛余≤10.0%（对普通硅酸盐水泥而言）按《水泥细度检验方法

(80μm筛筛析法)》（GB/T1345）检验3游离氧化钙含量≤1.0%按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验4碱含量≤0.80%5熟料中的C3A含量非氯盐环境下≤8%，氯盐环境下≤10%按《水泥化学分析方法》（GB/T176）检验后计算求得6氯离子含量≤0.10%（钢筋混凝土）≤0.06%（预应力混凝土）按《水泥原料中氯的化学分析方法》（JC/T420）检验2/1/202391

（1）含泥量与软弱颗粒（2）吸水率（3）线胀系数与弹性模量（4）压碎强度（5）粒形、级配与空隙率骨料

2/1/202392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表面形成润滑层，使拌合物具有满足施工需要的工作度混凝土的结构2/1/202393水泥浆大颗粒粗骨料小颗粒粗骨料细骨料2/1/202394现行骨料的不足★使用廉价的颚式破碎机，使粗骨料的针片状颗粒高，空隙率大，质量波动显著，导致混凝土拌合物的胶凝材料用量明显偏大。★粗骨料中5-10mm的颗粒很少，不仅增大胶凝材料用量，影响体积稳定性，而且影响混凝土结构承受动载时的传荷能力。2/1/2023952/1/202396

矿物掺合料具有如下作用：（1）填充间隙及形成润滑膜；（2）消纳氢氧化钙，改善过渡区（火山灰反应）；（3）对水泥的分散作用，降低水胶比；（4）延缓初期水化速率，形成低水胶比、大水灰比的有利环境；（5）降低温升，改善徐变能力，减小早期热裂缝。矿物掺合料2/1/202397

粉煤灰品质指标≤100≤12≥C50≤3.0≤1.0≤5.0≤3.0≤105≤0.02≤15C30～C45SO3含量%含水率%烧失量%需水量比%Cl-%细度%混凝土强度2/1/202398超细掺合料的形貌特征2/1/202399水化硅酸钙凝胶氢氧化钙晶体

无微矿粉混凝土的水化产物2/1/2023100

密度kg/m3Cl-%SO3%MgO%烧失量%比表面积m2/kg含水率%流动度比%活性指数，%7d28d≥2800≤0.02≤4.0≤14.0≤1.0350～500≤1.0≥95≥75≥95磨细矿渣粉品质指标2/1/2023101

高性能混凝土用外加剂应具有减水率高、坍落度损失小、适量引气、能细化混凝土孔结构、能明显改善或提高混凝土耐久性等性能。◆重新调整熟料和石膏之间的匹配关系◆调整不同外加剂组分之间的适应性◆调整不同外加剂同水泥之间的适应性

外加剂2/1/2023102

序号项目指标1水泥净浆流动度，mm≥2402硫酸钠含量，%≤10.03Cl-含量，%≤0.204总碱量,%≤10.0

外加剂的品质指标2/1/2023103

掺外加剂混凝土的性能指标序号项目指标

1减水率，%≥20

2含气量，%≥3.0≥4.53坍落度保留值，mm30min60min≥180≥1504常压泌水率比，%≤20

5压力泌水率，%≤90

6抗压强度比，%≥1207对钢筋锈蚀作用无锈蚀

8抗冻性，次≥200

9收缩率比，%≤135

2/1/2023104选用水泥:低水化热、低C3A含量、低含碱量坚固耐久的集料，用锤式破碎机破碎的碎石（级配和粒形较好），冲洗干净。尽可能减少胶凝材料总量，为此尽可能降低单方拌和水量。掺加优质引起剂和膨胀剂2/1/2023105(1)高性能混凝土配制的技术途径降低水胶比，使之小于0.38（掺高效减水剂）改善混凝土中水泥石与粗骨料间的界面结构。（掺矿物超细粉）改善水泥石孔结构（采用“双掺”）2/1/2023106（2）粉煤灰的三项基本效应形态效应：滚珠形态提高了新拌混凝土的流动性，对水泥“解絮”，扩大水化空间和水化物的生成场所，起到矿物减水剂的作用。活性效应（火山灰效应）；与水化产物Ca(OH)2进行二次水化反应，生成的CSH凝胶填充于水泥水化物孔隙中，细化孔隙，使孔隙致密，均匀化。微集料效应。粉煤灰颗粒本身强度高，分散状态好，有助于混凝土孔隙毛细孔的充填和“细化”2/1/2023107超细掺合料的形貌特征2/1/2023108水泥颗粒微矿粉颗粒微矿粉颗粒2/1/2023109水化硅酸钙凝胶氢氧化钙晶体

无微矿粉混凝土的水化产物2/1/2023110掺加微矿粉混凝土的水化产物致密的水化硅酸钙凝胶2/1/20231112/1/2023112返回首页2/1/2023113(3)高效减水剂的作用水泥的水化产生絮凝状结构物，它包裹不少结合水。减水剂作用是将结合水从凝状结构物中“解放”出来，使之成为自由水。这样，在用水量减少的情况下，新拌混凝土的和易性不会降低，而混凝土中的孔隙减少，硬化后混凝土的各项物理力学性能提高。2/1/2023114(4)“双掺”的互补作用高效减水剂不能吸收不利的水化物，如氢氧化钙（性能不稳定），但粉煤灰可以。高效减水剂对提高后期强度和抗腐蚀能力作用不大，但粉煤灰作用较大。高效减水剂对改善混凝土的保水性和粘聚性作用不大，但粉煤灰作用较大。掺入高效减水剂可以降低水胶比，弥补因掺入粉煤灰而带来的混凝土早期强度的降低。2/1/2023115(5)膨胀剂的作用外掺4-8%的石膏，在混凝土初凝后，生成的钙矾石不断填充混凝土的孔隙，使混凝土更密实。因为生成钙矾石的过程是体积膨胀的过程，因此这时石膏就起到了膨胀剂的作用。掺入适量膨胀剂可以起到补偿收缩的作用。2/1/2023116(6)引气剂的作用大幅度提高抗冻、抗盐冻性（必不可少）提高所有因膨胀破坏的耐久性碱——集料反应抗硫酸盐侵蚀（必需）机理：大量小气泡成为膨胀的缓冲器，减小膨胀值2/1/2023117提高抗Cl-渗透及抗水渗透性原因切断毛细管通道提高工作性、可泵性小气泡的滚珠效应有减水效应（减水率6%以上）提高拉压比，即增加韧性2/1/2023118(7)高性能混凝土配合比的确定给定指标（强度、坍落度和扩展度、通电量或氯离子扩展系数、抗裂等级）选用球形粒形、吸水率低、空隙率小的洁净砂和石子确定砂率，使骨料间的孔隙率最小。通过试验，确定外加剂（高效减水剂等）、水泥、矿物掺和料（粉煤灰等）、水、砂和石子的用量。2/1/20231191.适量掺用优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料；2.C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3。；3.严格控制混凝土的水胶比、最小水泥用量、最低胶凝材料用量和最大胶凝材料用量;4.尽可能减少混凝土胶凝材料中的水泥用量;在制定高性能混凝土配合比时，应遵循如下原则:2/1/2023120煤矸石粉CoalGanguePowder钢渣粉SteelSlag粉煤灰FlyAsh矿渣粉BlastFurnacelSlag返回上页2/1/2023121混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3)环境类别环境作用等级使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）（1）（2）（1）（2）（1）（2）碳化环境T10.552800.602600.65260T20.503000.552800.60260T30.453200.503000.50300氯盐环境L10.453200.503000.50300L20.403400.453200.45320L30.363600.403400.403402/1/2023122混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3)环境类别环境作用等级使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）（1）（2）（1）（2）（1）（2）冻融破坏环境D10.503000.552800.60260D20.453200.503000.50300D30.403400.453200.45320D40.363600.403400.40340磨蚀环境M10.503000.552800.60260M20.453200.453000.50300M30.403400.453200.453202/1/2023123混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3)环境类别环境作用等级使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）碳化环境T1，T2，T30.602800.652600.65260氯盐环境L1，L2，L30.602800.652600.65260化学侵蚀环境H10.503000.552800.60260H2**0.503000.50300H3******H4******冻融破坏环境D10.503000.552800.60260D2**0.503000.50300D3******D4******磨蚀环境M10.552800.602600.65260M20.503000.552800.60260M3**0.503000.503002/1/20231241.适量掺用优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料；2.C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3。；3.严格控制混凝土的水胶比、最小水泥用量、最低胶凝材料用量和最大胶凝材料用量;4.尽可能减少混凝土胶凝材料中的水泥用量;在制定高性能混凝土配合比时，应遵循如下原则:2/1/2023125

5.当化学侵蚀介质为硫酸盐时，混凝土的胶凝材料还应满足表有关规定，且胶凝材料的抗蚀系数按附录F检验不得小于0.8。

6.混凝土中宜掺加符合本指南要求且能提高混凝土耐久性能的混凝土外加剂，优先选用多功能复合外加剂。

7.当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率大于0.10%时，混凝土的碱含量应满足相关规定。

8.钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.10%，预应力混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06％。在制定高性能混凝土配合比时，应遵循如下原则:2/1/2023126硫酸盐侵蚀环境下混凝土胶凝材料的要求环境作用等级水泥品种水泥熟料中的C3A含量，%粉煤灰或矿渣粉的掺量，%最小胶凝材料用量，kg/m3H1普通硅酸盐水泥≤8≥20300中抗硫酸盐硅酸盐水泥≤5/300H2普通硅酸盐水泥≤8≥25330中抗硫酸盐硅酸盐水泥≤5≥20300高抗硫酸盐硅酸盐水泥≤3/300H3，H4普通硅酸盐水泥≤6≥30360中抗硫酸盐硅酸盐水泥≤5≥25360高抗硫酸盐硅酸盐水泥≤3≥20360返回2/1/2023127在制定高性能混凝土配合比时，应遵循如下原则:

9混凝土的入模含气量宜满足下表的规定。表9

混凝土含气量环境条件混凝土无抗冻要求混凝土有抗冻要求D1D2、D3D4含气量，%≥2.0≥4.0≥5.0≥5.510混凝土的坍落度宜根据施工工艺要求确定。在条件许可的条件下，应尽量选用低坍落度的混凝土施工。

2/1/2023128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增加而上升2/1/20231296.高性能混凝土的配套施工方法水胶比很低的高性能混凝土对用水量很敏感，所以要认真对待水的计量。高效减水剂是与水泥反应的，最后加入石子可使水泥和高效减水剂充分混匀，有利于发挥高效减水剂的利用率。必须比搅拌普通混凝土延长搅拌时间，否则会使拌和物不均匀而影响质量。搅拌时间不能少于3min。2/1/2023130搅拌好的混凝土拌和物出机前要先取样检测其工作性，如果工作性不满足要求，不能加水，而应加高效减水剂进行调整。避免在夏季浇筑很薄的构件，并且加强养护。掺入大量矿物细掺料的高性能混凝土需要尽早保水养护。在可能的情况下可采用蒸气养护，以缩短工期。对于大面积的构件(如楼板)，浇筑后应立即喷洒养护剂，或用塑料薄膜覆盖。2/1/2023131用塑料薄膜覆盖时，应使薄膜紧贴混凝土表面。初凝后掀开塑料薄膜，用木抹子搓平表面，至少搓2遍。搓完后继续覆盖，待终凝后立即浇水养护。2/1/2023132纳米科技与现代水泥混凝土材料2/1/2023133目录1、商品混凝土－高性能混凝土现代混凝土2、纳米水泥及纳米水泥水化物3、纳米火山灰矿物外加剂（掺和料）4、纳米惰性掺和料（石灰石粉）2/1/20231341、现代混凝土商品混凝土泵送混凝土预拌混凝土高性能混凝土现代混凝土数字混凝土千年混凝土现代混凝土的6组分：水泥、砂、石、水、矿物外加剂、化学外加剂2/1/20231352、纳米水泥及纳米水泥水化物摘要当前，纳米科技的概念几乎应用于所有生产材料的工业部门。然而，这一概念在胶凝材料上的应用还处于初级阶段。由水泥水化相、掺和料和外加剂组成的一个复杂的纳米结构的混凝土，是纳米技术操纵和控制性能的很好的对象。针对胶凝材料专门领域的纳米科技作一简要综述。对纳米尺度的水泥水化反应进展、水化硅酸钙（C-S-H）的形成、纳米尺寸矿物掺和料的作用，如：硅灰和碳纳米管，以及在水泥水化过程中化学外加剂的作用进行探讨。

2/1/2023136纳米世界是介于原子、量子现象的尺度与块体材料尺度之间的材料。在纳米范围内，量子化学和经典物理定律都不适用。在金属、半导体或绝缘体材料中，价电子的离域是普遍存在于强化学键作用之中，并且离域程度随材料的尺度而改变，这种作用和结构的变化，会导致与尺度相关的新的化学和物理特性的产生。2/1/2023137当材料的尺度达到纳米量级，许多特性和潜在有用现象和性能将会出现。其中包括一些特性，如：动量、能量和质量的传输将从块体的连续传输延伸到纳米材料的分子传输过程。同时，纳米材料基本的电子学、磁学、光学、化学和生物过程也与块体材料有所不同。纳米材料的化学和物理性质可与具有相同化学组成的原子-分子量级或块体材料有很大的差别。纳米结构的特征、热力学、响应、动力学和化学的特点是构成纳米科学者一新兴领域的实验和概念的基础。合适的控制纳米性能和纳米结构响应可能导致新设备和新技术的问世。

2/1/2023138图1、一只手掌（10厘米）以每一步缩小100倍得到的宏观、微观、纳米尺度的图像，直至构成DNA结构的原子

纳米尺度单词nano(=10-9m)取自希腊语，意思是‘矮子’，表示非常小的意思。1/1000m=10-3m=1mm(毫米)，1/1000mm=10-6m=1μm(微米)1/1000μm=10-9m=1nm(纳米)十亿分之一米是一纳米。一纳米大约是六个碳原子的宽度。一个氢原子大小是0.1纳米。纳米尺度可以由图1形象的表示。

2/1/2023139表1：一些典型纳米材料的尺寸：纳米结构和它们的集合

纳米结构尺寸材料簇纳米晶体量子点半径：1～10纳米绝缘体半导体、金属磁性材料其它纳米颗粒半径：1～100纳米氧化物陶瓷纳米生物材料图像合成反应中心半径：5～10纳米膜蛋白纳米电线直径：1～100纳米金属、半导体、氧化物、硫化物、氮化物纳米管直径：1～100纳米碳、分层的硫族（元素）化物纳米生物杆直径：5纳米DNA2D排列的纳米颗粒区域：几nm2到μm2金属、半导体、磁性材料表面和薄的膜厚度：1～1000纳米绝缘体、半导体、金属、DNA3D纳米颗粒的超点阵半径：几纳米金属、半导体、磁性材料2/1/2023140纳米技术

纳米技术定义是从0.1到100纳米（nm或10-9m）的纳米尺度范围对材料进行控制和操作的技术。纳米技术涉及一系列的在原子尺度上设计和制作材料的新方法。该方法已经创造出许多新的产品和工艺，例如芯片的试验、表面涂层、纳米结构材料、纳米器械和工具及传感器。纳米技术的应用就是允许更小、更便宜、更轻和更快、功能更强大的装置出现，而且消耗更少的原材料和能源。纳米技术的开发在一些领域迅速取得进展并立即得到了应用，例如微电子工业。纳米科技已经应用于许多领域。一些重要领域包括：纳米药物、装置（碳纳米管、原子机器人等）、纳米电子学、催化剂、激光器、记忆存储器、传感器/生物传感器、基因工程/基因治疗、燃料电池/太阳能电池、污染控制、军事应用、建筑业等。2/1/2023141水泥混凝土材料中的纳米技术纳米技术在建筑材料中的应用还处于初级阶段。混凝土是具有水泥水化相的部分纳米结构、掺和料和集料组成的一个复杂体系，是纳米技术对性能控制和操作的极好的对象。图2：水泥集料体系中的尺寸

2/1/2023142图3：纳米尺度上观察水泥水化

2/1/2023143C-S-H的结构

图4：a）水灰比0.4的C3S泥浆在20℃硬化8年中C-S-H的外部产物和内部产物的TEM照片。白色箭头所指为内部产物和外部产物的边界，内部产物在照片的左上方；b）一个区域的内部产物C-S-H的放大图片；c）外部产物C-S-H的小纤维的放大图片（Richardson）

2/1/2023144图5：水化水泥浆体表面的AFM照片原子力显微镜（AFM）：水化水泥浆中的C-S-H凝胶由纳米颗粒组成的网状结构构成，AFM对这些网状结构尺度进行了量衡，发现小薄片的尺寸是60×30nm2和5nm厚。图5中暗的区域是孔。2/1/2023145图6：C-S-H的XRD图。a）CaO和SiO2混合的稀释悬浊液（水灰比w/c=20）的XRD图;b)细C3S和SiO2混合泥浆（水灰比w/c=1.5）水化的XRD图

人们认为C-S-H是凝胶状的，但并不是完全无定型的。其XRD中呈明显的衍射峰，所以也是晶体的。衍射峰的宽化，主要是由于连贯区域颗粒的小尺寸和颗粒微小缺陷的存在或者两者同时存在引起的。C-S-H颗粒非常小，即使它们是单晶的，5nm的厚度意味着这个尺寸根据基本的对应于托钡莫来石类结构的层平面薄片的平面假设，仅仅对应两个晶胞。C-S-H颗粒实际上是纳米量级的。

2/1/2023146图7：硅灰的SEM图

硅灰是以纳米尺度掺入的，报道称纳米尺寸的硅灰增加了抗压强度。强度的增加可能是由于硅灰的细颗粒填充到孔里和硅灰和Ca(OH)2反应的火山灰效应产生的额外的C-S-H。此外，加入到混凝土的硅灰可以有效减小混凝土干缩，更加耐磨，增加和钢筋的粘结强度，降低渗透性。

2/1/2023147图8：粉煤灰的SEM和AFM的微观照片

通常粉煤灰颗粒尺寸是硅灰的十倍。由于硅灰的更小尺寸和更细颗粒的分布，相同掺量下，硅灰混凝土的强度高于粉煤灰混凝土。而硅灰的填充效应和火山灰效应对于粉煤灰同样重要。

2/1/2023148碳纳米管（CNT）碳纳米管（CNT）可以被看作是石墨改变的形式。石墨是由多层碳原子以六边形结合方式形成的多层片状结构所组成。层与层间是弱键，而层内碳原子间是强化学键相结合。单壁纳米管（SWNT），好像是单层的薄片卷曲而成。而多壁纳米管（MWNT），像是多层卷在一起。图9a是单壁纳米管示意图。图9b是多壁纳米管示意图。

2/1/2023149图9：a）单壁碳纳米管（SWNT）示意图；

b）多壁碳纳米管（MWNT）的照片

2/1/2023150当直径与C-S-H层厚度相近的碳纳米加入到水泥里，就会有异乎寻常的现象发生。发现加入碳纳米管（重量是水泥的1％）后14天的强度增加（图10）。多壁纳米管（MWNT）提高的强度比单壁纳米管（SWNT）多。该现象可能是由于沿多壁纳米管（MWNT）长度方向有大量的缺陷所致。Kowald也发现当向极端高性能混凝土中加入少量的多壁纳米管（MWNT）强度就会进一步增加。这意味着碳纳米管有提高强度的潜力。

2/1/2023151图10：含1％碳纳米管水泥浆的14天抗压强度

2/1/2023152目前，辅助胶凝材料的应用已经成为混凝土的第6组分，而且使用超塑化剂作为分散剂。为了控制有机外加剂在混凝土中的释放速率，人们尝试将有机外加剂插入层状的双羟化物（LDH）之中。在水泥化学中，铝酸三钙和铁铝酸四钙的水化产物是六边形的层状物。这些水化产物与AFm相一起，都属于LDH族。铝酸钙层状的双羟化物（CaAlLDH）允许被插入到硝基苯酸（NBA），2,6-萘磺酸（26NS）和2－萘磺酸（2NS），得到所建议的片状结构，如图11。这种研究可能为利用高聚物和层状物合成纳米复合材料开辟一条新的路线，可能控制外加剂对水泥水化动力学的产生影响。

2/1/2023153图11：插入到硝基苯酸（NBA），2,6-萘磺酸（26NS）和2－萘磺酸（2NS）的铝酸钙分层双氢氧化物（CaAlLDH）的排列

2/1/20231543、纳米火山灰矿物外加剂（掺和料）现代高性能和超高性能水泥材料组成在纳米尺度范围内优化方法的发展使得材料的许多性能得到大幅改进。由于纳米级火山灰有增强的反应活性和纳米级原位粒子尺寸，它的加入不仅能使体系有较高的早期强度，而且有相对更高的最终强度。同时，材料的耐久性和其它行为也由于材料强度和密实度的增加而有所改善。在优化设计方法的范围内，将从以下两方面阐述：（1）作为活性添加物类的火成氧化物纳米级火山灰的使用，（2）纳米级火山灰在先进高性能和超高性能水泥基材料组成中所起的作用。

2/1/2023155改进高性能、超高性能水泥混凝土材料（胶凝材料体系）的主要原则

通过调整粒径分布提高密实性；

水泥浆体及混凝土的孔隙率小；

通过增强集料和基体的连接消除薄弱区域。

2/1/2023156图1通过增加粒度级配改善材料密实性示意图

第一种改进方法（增加密实度）可以通过扩大火山灰超细粉的粒子的级配和尺寸范围来达到。超细粉的粒径和尺寸分布比水泥颗粒要小的多。改进原则如图1所示。混合体系中矿物粒子粒径尺寸分布的改进提高了混凝土的整体密实性，并且减少了用水量。

2/1/2023157

活性超细粉或火山灰的使用会对系统产生双重影响：

1)通过物理作用使系统的致密性增加；

2)火山灰超细粉和氢氧化钙通过化学反应生成额外C-S-H胶凝。2/1/2023158第二种改进方法（减少浆体孔隙率）是使用高效减水剂或超塑化剂。作用：减少用水量获得密实性，提高渗透性，降低分层离析和泌水。第三种改进方法主要是消除集料颗粒周围过渡区的薄弱区域。这种方法可以通过消耗水化水泥奖体中的部分氢氧化钙量形成C-S-H胶凝来实现。由于CH强度较低，是结构中最弱的组分，所以对胶凝材料的力学性能会产生不利的影响。二氧化硅和氢氧化钙之间的反应即火山灰反应正是为了弥补这个缺陷。也就是说，在水泥体系中需要使用各种火山灰。活性添加物通过众所周知的火山灰反应和氢氧化钙或其它水化相（C-S-H）发生反应，生成附加的或二次C-S-H胶凝，使系统的强度提高。2/1/2023159图2硅灰的扫描电镜图像

硅灰的粒径的最小尺寸在0.1µm左右。因此，扩大粒径尺寸分布并且使用纳米尺寸范围内的纳米级颗粒是非常必要的。通过使用尺寸限制在1～100nm范围内的纳米添加物（纳米级火山灰），体系可获得更高更好的密实性。纳米级添加物可以填充很细的空洞，或通过物理—化学的双重作用机制减小大空洞的尺寸。它们的作用是物理填充效应和额外C-S-H的生成。纳米级添加物的使用使材料耐久性和其它各项性能的提高成为可能。

2/1/2023160人工合成纳米火山灰材料

在各种合成的纳米火山灰添加物中，火成氧化物是一类特殊物质（图3），具有良好的稳定性。此外，它们的粒径尺寸可以控制，表面可以改性。除了高纯度（>99.8%SiO2）之外，火成氧化物还具有高活性，这是由于它具有无定形结构，很小的原位粒径尺寸和较大的比表面积。工业上火成氧化物是气相水解过程的产物,这种物质比其它天然或人造的用于水泥系统中的火山灰有更高活性。

2/1/2023161图3aerosil®产品的扫描电镜图像和透射电子显微图像

2/1/2023162图4典型火成氧化物的X射线衍射图

2/1/2023163图5火成氧化物的火山灰反应活性

火成氧化物和氢氧化钙混合系统的PH值很明显地下降，这说明了火成氧化物比硅灰有更高的反应活性。

2/1/2023164图6为显微镜观察到的硅酸三钙晶粒和悬浮在水中的无定形二氧化硅粒子相互作用的发射X射线显微图像。作为对比，图7为分散的惰性碳酸钙晶粒和无定形二氧化硅粒子相互作用的发射X射线显微图像。

2/1/2023165图6火成氧化物与分散硅酸三钙反应的发射X射线显微图像（TXM）（反应开始200分钟后）

2/1/2023166图7分散火成氧化物与惰性碳酸钙反应的发射X射线显微图像（TXM）

2/1/2023167图6表明在硅酸三钙和二氧化硅反应大约200分钟后，硅酸三钙粒子很明显被无定形C-S-H胶凝相所覆盖，并存在继续覆盖的趋势。C-S-H胶凝相的形成特征是各种不同的反应产物团聚形成密实性不均匀的云状结构。从水泥浆体获得的高早期强度和实验测得的其它结果来看，可以认为火成氧化物和硅酸三钙粒子附近的早期水化产物发生了火山灰反应。PH值测试实验和原位TXM图像说明了火成氧化物具有高火山灰活性。火成氧化物的反应活性由它的性质所决定，如细度、表面特征及其它各项参数。2/1/2023168图8和图9为自然状态下混凝土试样典型断面的扫描电镜图像。图像是在温度为20℃，相对湿度为95％，经过7天水化反应后观察所得。混凝土试样的配合比如表1所示。表1典型试样的配合比（％水泥的相对质量）普通混凝土试样的配合比UHPC试样的配合比波特兰水泥

52.5RHS/NA

石英砂<2mm

水(外加)

1

2.5

0.45波特兰水泥

52.5RHS/NA硅灰（SF）粉煤灰（SWF）干燥火成氧化物（POx）石英砂125～500µm聚羧酸乙醚（SP）水1<0.25<0.22<0.05<1.5<0.025<0.3热处理温度20℃热处理温度20℃2/1/2023169图8普通混凝土试样养护7天后的扫描电镜图像（w/c=0.45）

图8为普通混凝土试样（w/c=0.45）断裂表面的典型扫描电镜图像。图9为含微米级和纳米级火山灰UHPC混凝土试样断裂表面的典型扫描电镜图像。通过研究发现，普通混凝土试样的特点是集料和水泥浆体之间的连接不紧密。这可以从制样时由于集料颗粒的脱落留下的孔洞来充分证明。2/1/2023170图9含微米级和纳米级火山灰试样养护7天后的扫描电镜图像

含纳米级火山灰典型试样的集料粒子和水泥浆体之间的连接非常紧密。断口表面比较平整，裂纹的形成不像普通混凝土那样集中在集料粒子附近。在这种试样中，断裂是穿过集料粒子发生的（穿晶断裂）。在含纳米火山灰的试样(UHPC)中，集料和水泥浆体几乎有着相同的强度。所以集料可能是限制强度的因素。2/1/2023171图10普通混凝土试样养护56天后的原子力显微图像（左）

图11含纳米级火山灰火成氧化物试样养护56天后原子力显微图像（右）2/1/2023172纳米级尺度范围内UHPC试样更为细致的结构和特征图像可以通过原子力显微镜观察到。试样经过仔细的抛光并养护56天，便得到了典型试样的原子力显微图像（500nm×500nm）。相关图像如图10和图11所示。含纳米级火山灰的试样（图11）其结构不仅均匀而且更为细致。它的纳米结构像是由比普通混凝土试样有更小的建筑结构单元所组成。它的结构看上去没有多少“缺陷”，并且相应的结构单元也处在一个紧密的结构中。通过原子力显微镜观察到的试样结构方面的特征与用N2吸附测试气孔率和孔尺寸分布（图12）所得的结果是一致的[24,25]。对比混凝土水化条件下得到的试验结果，表明相对于只含有微米级火山灰或不含火山灰的试样，含纳米级火山灰的试样孔更细小，并且总的孔隙率也降低了。2/1/2023173图12养护7天后试样孔径分布曲线

RPC----添加25％硅灰的活性粉末混凝土

SF――硅灰，POx--火成氧化物

2/1/2023174图13从二元粒径系统到三元粒径系统试样强度的增长顺序

RPC—添加25％硅灰的活性粉末混凝土，SF—硅灰

POx——火成氧化物

2/1/2023175图14含微米级和纳米级火山灰试样的吸水系数

RPC―添加25％硅灰的活性粉末混凝土

SF-----硅灰，POx---火成氧化物，FA――粉煤灰

一些学者认为后两种混凝土试样的低吸水系数是因为其高度的密实性和增加了孔的扭曲。实验结果证明了此结论。基本上他们把含火成氧化物的试样的吸水率低归结为该试样更细小的孔和整体的孔隙率降低。2/1/2023176表2Lesile&Cheesman分类的脉冲速度与混凝土结构质量的关系

脉冲速度（m/s）结构质量>4575优秀3660~4575良好3050~3660一般2135~3050差<2135很差超声波探伤法可用于混凝土的质量控制。如表2所示。

2/1/2023177图15

普通混凝土试样的超声波检测值

2/1/2023178图16

含硅灰－粉煤灰的UHPC试样的超声波检测值

2/1/2023179图17含硅灰－粉煤灰－火成氧化物的UHPC试样的超声波检测值

2/1/2023180实验结果如图15～17所示。可以得出普通混凝土试样的超声波速度最大值为3600~3700m/s，介于“普通”和“良好”范围之间。作为对照，而含有硅微粉和粉煤灰混合物质（二元系统）的UHPC混凝土试样，其超声波速度最大值达到了“良好”级别，大约为4200～4300m/s。含硅微粉，粉煤灰和火成氧化物（三元系统）的UHPC混凝土，超声波速度最大值超过了5500m/s，达到了“优秀”级别。这些实验结果强有力的证实了前面的结论：混凝土试样中添加纳米级火成氧化物可提高试样的强度、均匀性、密实性和水化相质量。

2/1/20231814、纳米惰性掺和料（石灰石粉）

北京恒坤公司试验结果超细碳酸盐岩粉配制高性能混凝土的研究，研究利用石灰石、白云石尾矿资源和生产机制砂中产生的大量石粉，对其进行超细加工，用超细碳酸盐岩粉改善混凝土性能。这种混凝土采用水泥、超细碳酸盐岩粉、多种矿物掺合料构成的多元复合胶凝材料体系，以及以高效减水剂为主的外加剂、粗、细骨料和水。研究的技术路线是，采用超细碳酸盐岩粉改进粉体材料的堆积效率，使混凝土单位用水量显著降低，进而大幅度降低水泥用量，配制出内部结构密实度更高、水化温升小，体积稳定性好不易开裂的高性能的混凝土，这种混凝土不但具有优良的性能，而且大量节约水泥，大量利用工业废料，具有节约能源、资源，保护环境的作用。2/1/2023182技术原理提出掺加超细粉体的改进混凝土性能的技术原理，即用超细粉体改善胶凝材料的粒度分布，提高粉体堆积效率，以便获显著的减水作用，从而改善了硬化后混凝土的孔结构，提高密实度。

2/1/2023183本课题所研究的超细碳酸盐岩粉，是由碳酸盐岩经破碎、磨细而成。碳酸盐岩所含主要碳酸盐矿物为方解石和白云石；化学成分主要为CaO、MgO和CO2，其次为SiO2、TiO2、FeO、Fe2