高性能混凝土

高性能混凝土第1页/共46页主要内容高性能混凝土的技术途径高性能混凝土的概念技术途径高性能混凝土的组成材料水泥矿物掺和料高效减水剂集料高性能水泥混凝土混合料的特性新型混凝土第2页/共46页第一节高性能混凝土的技术途径一、高性能混凝土(HighPerformanceConcrete，简写为HPC)

普通混凝土发展方向：绿色、高性能混凝土高性能混凝土是指采用常规材料和生产工艺，能保证混凝土结构所要求的各项力学性能，并具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。高性能混凝土是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，它以耐久性作为设计的主要指标。

第3页/共46页第一节高性能混凝土的技术途径高性能混凝土不同看法:欧美:

偏重于硬化后混凝土的性能，高强度和高耐久性,强度指标应不低于50MPa日本：重视和易性与耐久性，认为有足够的强度即可。中国：认为高性能混凝土应根据用途与经济合理等条件

对性能有所侧重，重点保证耐久性、工作性、各

种力学性能、适用性、体积稳定性及经济合理性。第4页/共46页第一节高性能混凝土的技术途径高性能混凝土性能要求：①易于浇筑振捣密实而不离析（工作性）；②高超的、能长期保存的力学性能；③早期强度高、韧性高和体积稳定性好；④在恶劣的环境条件下使用寿命长。

即HPC要求：高强度、高流动性和优异的耐久性。第5页/共46页第一节高性能混凝土的技术途径

高性能混凝土的研究与开发第6页/共46页(1)低水胶比;(2)优质原材料;(3)掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂;作用：使其强度大幅度提高,界面结构改善,抗渗

性和耐久性明显提高。

高性能混凝土在配置上的特点:第7页/共46页第一节高性能混凝土的技术途径二、实现高性能混凝土的技术途径达到高性能混凝土的关键是：①选择优质的材料组成；②合理的配合比；③采取适当的施工工艺和养生方法；④掺入外掺剂和掺合料。目前主要从以下几方面的技术措施：正确选择原材料合理的工艺参数施工工艺HPC硅酸盐水泥(中热硅酸盐水泥,球状水泥,调粒水泥,活化水泥)超细矿物质掺料新型高效减水剂水灰比＜0.40粗骨料体积含量0.4m3左右,Dmax≤25㎜砂率36～40%胶凝材料用量500～600kg新型高效减水剂0.8%～1.4%强制式搅拌机高频振动泵送施工,坍落度损失控制混凝土养护剂养护密实的水泥石及合理的孔结构界面过渡区的改善(解决Ca(OH)2在过渡区富集与定向排列)体积稳定性,高强,高耐久性第8页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料高性能混凝土由于要满足多元组分优化配制、可泵性、高强度、良好的耐久性等多方面的技术要求，故在原材料选择上要比普通混凝土严格、复杂得多。（1）原材料组成较复杂普通混凝土：水泥、水、砂、石—四元组分高性能混凝土：水泥、矿物掺合料、外加剂、水、砂、石—多元组分磨细矿渣粉煤灰硅灰磨细钢渣等减水剂缓凝剂保塑剂膨胀剂等第9页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料（2）对原材料有更严格的要求如对粗集料最大粒径的要求普通混凝土：GB50204-92有如下规定，粗集料最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，不得大于钢筋最小净距的3/4；对混凝土实心板，集料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不能超过50mm。高性能混凝土：除普通混凝土的要求以外，粗集料最大粒径还受泵送高度、输送管径大小限制，还受混凝土设计强度限制。第10页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料一、水泥1、一般水泥

高性能混凝土必须使用强度等级42.5级以上的水泥。

水泥的矿物组成对高性能有影响，一般配制高性能混凝土用水泥，其C3A含量应尽量低。因为C3A含量大，对减水剂的吸附量大，坍落度损失也大。2、特种水泥

为了混凝土的高强度与高性能，国外专门生产出了特种水泥。

1）调粒（级配）水泥2）球状水泥第11页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料2.特种水泥1）调粒（级配）水泥将水泥组成中的粒度分布进行调整，提高胶凝材料的填充率；并掺入部分粒径较大的水泥粗粉和超细矿粉，以获得最密实的填充。优势：调粒水泥能够获得流动性好的水泥浆，

具有适宜的早期强度，水化热低、水化放热速度慢。调粒水泥常用的原材料及物理性质（表10-2）；常用调粒水泥的级配（表10-3）

经对比试验，在相同的坍落度条件下，调粒水泥比普通水泥粉的填充率提高5%。第12页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料2）球状水泥球状水泥（粒径3~40μm，粒度分布较窄）是水泥熟料通过高速气流粉碎及特殊处理而获得的。其生产工艺流程如图10-2。球化处理前：水泥颗粒表面有棱角，长径比大，

颗粒表面有粉尘凝聚，见图10-2a);球化处理初期：大粒材料被粉碎，由于凸出部分被磨碎，微粉增加,见图10-2b);进一步处理：大粒材料表面粘着粉尘，通过机械打击，

微粉固定在粒子表面，见图10-2c);处理后：水泥微粒呈圆形，粉尘减少，粒度分布合理，

没有凝聚状态的微粉，分散状态良好,见10-2d)第13页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料

使用球状水泥是混凝土达到高流动性、高强度、高耐久性的重要手段。优势：①配合比相同时，用球状水泥配制的混凝土

比普通水泥混凝土28天强度提高10%；

②同样坍落度条件下，用球状水泥配制的混

凝土比普通水泥混凝土的水灰比低，因此

其强度大大提高。第14页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料三、矿物掺合料普通硅酸盐水泥中加入矿物掺合料，可改善混凝土的性能，并降低造价。在高性能混凝土当中，矿物掺合料几乎已经成为不可或缺的组分。主要有：沸石粉、粉煤灰、磨细矿渣、硅粉等。第15页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料矿物掺和料通常作为胶凝材料（代替部分水泥）加入到混凝土中，作用有：滚球润滑作用颗粒比水泥细，增加了水分子与水泥颗粒之间的过度粒级，在水泥混凝土混合料中有滚球润滑作用，改善了混凝土的工作性。微集料作用高性能混凝土中胶凝材料用量大，有较大部分不能完全水化而起微集料作用。由于矿物掺合料很细，能置换出混凝土中更小空间中的水，使混凝土更密实，强度、抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性提高，而干缩和徐变降低。胶凝材料及火山灰反应作用矿物掺合料不仅是胶凝材料，还可以水化凝结硬化，产生强度，更重要的是能与水泥水化产物Ca(OH)2发生火山灰反应，改善水化物组成与过渡区的微观结构。大多数超细矿物掺合料水化放热低，有利于制备高性能混凝土。第16页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料三、高效减水剂

为获得高性能混凝土，除了在混凝土中掺入硅粉、粉煤灰、磨细矿渣等掺和料外，必须要掺入高效减水剂。减水剂：是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌

合用水量的外加剂。高效减水剂主要特点：①高的减水性，减水效果可达20%~30%；②适当的引气性与控制坍落度；使混凝土具有高的和易性和耐久性。。第17页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料使用减水剂的技术经济效果在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌合水用量5～25%或更多；在保持原来配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高；若保持强度及和易性不变，可节约水泥10～20%；由于拌合水量减少，拌合物的泌水、离析现象得以改善，可提高混凝土的抗冻性、抗渗性。第18页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料四、集料Aggregate集料（又称骨料）是混凝土的主要组成材料之一，占混凝土体积比例70%~80%左右。集料在混凝土中既有技术上的作用，又有经济上的意义。

在技术上，集料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性

和更好的耐久性；在经济上它比水泥便宜很多，作为廉价的填充材料，

使得混凝土这种建筑材料成本低廉。第19页/共46页第二节高性能混凝土的组成材料1.粗集料（1）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；

（2）最大粒径：对不同强度等级的混凝土满足相应要求；

（3）针片状颗粒含量：不超过5%，且不得混入风化颗粒；

（4）含泥量：不超过1%，C80以上的混凝土不超过0.5%;

（5）其他：满足标准要求。2.细集料

（1）应选用洁净、质地坚硬、级配良好的河砂，细度模数满足相应要求；

（2）含泥量：不超过2%，C80以上的混凝土不超过1.5%，不允许有泥块存在;（3）其他：满足标准要求。第20页/共46页第三节高性能水泥混凝土混合料的特性高性能混凝土材料组成上的特征：水灰比小、水泥用量大、应用高效减水剂及掺合料其拌和物具有以下特性：一、坍落度损失大坍落度损失是由于水泥混凝土混合料中残存减水剂的浓度降低引起。防止坍落度损失的措施：①分次添加高效减水剂

适用于预拌商品混凝土，在搅拌站拌和时加入一部分，在运输途中或现场再加余下部分。经多次投入减水剂，可使坍落度损失变小。

②使用载体流化剂

将无机增强剂、高效减水剂、缓凝剂按一定的比例配合，通过成球、形成粒径5~15mm的连续级配的粒状物料。

将载体流化剂一次投入水泥混凝土中，球状颗粒会逐渐溶解，其中的高效减水剂便逐步缓慢地释放出来并发挥作用。③使用复合高效减水剂或特殊高效减水剂将高效减水剂和其他外掺剂一起复合使用，可以控制坍落度损失。④从胶凝材料-高效减水剂的相容性选择适当的材料第21页/共46页第三节高性能水泥混凝土混合料的特性二、特殊的高粘性

粘性表示水泥混凝土混合料内部阻碍相对流动的性能。由于高性能混凝土加入了掺和料和高效减水剂，其粘性高，引出两个实际问题：1、高粘性与泵送粘性大的水泥混凝土，滑动抵抗力大，在泵送管壁附近滑动量小，因此泵送非常不利。2、高粘性与振动粘性大的水泥混凝土，流动慢、填充率低。第22页/共46页第三节高性能水泥混凝土混合料的特性三、高性能水泥混凝土混合料的和易性与评价1、高性能水泥混凝土混合料的和易性高性能水泥混凝土与普通混凝土相比，即使坍落度相同，但前者粘性大，流动速度慢，所需的时间长，施工作业时填充模型的速度慢。不能用坍落度全面评价高性能混凝土混合料的和易性。

目前国内外正在探索有效的检测方法。2、高性能水泥混凝土混合料和易性的评价方法1）Orimet试验法2）L型流动仪第23页/共46页新型混凝土第24页/共46页轻骨料混凝土特点：轻质，热工性能良好，力学性能良好，耐火，抗渗，抗冻，

易于加工轻骨料种类：工业废料轻骨料（粉煤灰，煤渣）天然轻骨料（火山渣，浮石）人工轻骨料（页岩陶粒，粘土陶粒）用途多层和高层建筑，软土地基，大跨度结构，抗震结构，耐火等级要求高的结构，要求节能以及旧建筑加层等。实例南京长江大桥采用轻骨料混凝土桥板；天津北京采用轻骨料混凝土做墙体和屋面板第25页/共46页2.大孔混凝土

成分：粗骨料水泥水特点导热率小，保温性能好，吸湿性小，收缩小，抗冻性15～25次冻融循环，水泥用量低。用途用于制作墙体用的小型空心砌块和各种板材，可用于浇注墙体。第26页/共46页3.多孔混凝土定义：不用粗骨料，内部分布着大量小气孔的轻质混凝土。特点：体积密度300～1000，导热率0.081~0.17W/(mk)兼具有

结构及保温的功能，容易切割，易于施工。用途：制成砌块，墙体，屋面板及保温制品，广泛应用于工

业与民用建筑及保温工程中。第27页/共46页4.加气混凝土原理：铝粉（加气剂）＋氢氧化钙→氢气预制成砌块条板加气混凝土砌块适用于承重和非承重的内墙和外墙。加气混凝土条板可用于工业与民用建筑中，做承重和保

温合一的屋面板和墙板。第28页/共46页5.泡沫混凝土定义：由水泥等拌制的浆料与引气剂搅拌造成的泡沫混合，再经浇注、养护硬化而成的多孔混凝土。常用松香胶、松香热聚物、天然水溶性树脂、蛋白活性物型等做发泡剂。用法：与同体积密度的加气混凝土基本相同，可在现场直接浇注，

用作屋面保温层。第29页/共46页6.抗渗混凝土定义：通过各种方法提高混凝土抗渗性，当其抗渗等级>=p6时又称抗渗混凝土。混凝土抗渗等级的选择：防渗措施普通防水混凝土外加剂防水混凝土膨胀水泥防水混凝土第30页/共46页（1）普通防水混凝土（富水泥浆混凝土）原理：通过调整配合比来提高混凝土自身的密实度，从而提高混凝土的抗渗性。特点：抗渗等级一般可达P6～P12施工简便，性能稳定但施工质量要求比普通混凝土严格。用途：地上、地下要求防水抗渗的工程。（2）外加剂防水混凝土定义：利用外加剂的功能，使混凝土显著提高密实性或改变孔结构，从而达到抗渗的目的。常用外加剂引气剂（松香热聚物等）含气量3％～5％密实剂（氢氧化铁，氢氧化铝）堵塞内部渗水通路。造价高。防水剂（氯化铁）与氢氧化钙作用生成氢氧化铁胶体，填充孔隙。第31页/共46页轻混凝土（3）膨胀水泥防水混凝土定义：采用膨胀水泥配置而成的。原理：在水化过程中，能形成大量的钙矾石，产生一定的体积膨胀，在有约束的条件下能改变孔结构，使毛细孔径减小，提高密实度，抗渗性（使用温度应小于60度）防水混凝土的施工严格控制质量，采用机拌机振浇注时应一次完成，尽量不留施工缝加强保湿养护，至少14d不得过早脱模，脱模后更要即使充分浇水养护，以免出现干缩裂缝第32页/共46页7.耐热混凝土采用原因普通混凝土不耐高温，若在高温下使用，其强度会下降，甚至崩溃。耐热混凝土是指长期在高温作用下保持其所要求的物理和力学性能的特种混凝土。组成胶凝材料耐热粗细骨料水（或不加水）胶凝材料不同硅酸盐水泥耐热混凝土铝酸盐水泥耐热混凝土水玻璃耐热混凝土磷酸盐耐热混凝土第33页/共46页轻混凝土8.纤维混凝土定义：在普通混凝土的基础上外掺各种纤维材料而制成的复合材料。纤维材料钢纤维（应用较广）玻璃纤维（应用广）炭纤维芳香族聚酰胺纤维玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维制品：钢纤维直径为0.35~0.7mm,长径比50~80，适宜参加体积率为1%~2%第34页/共46页9.聚合物混凝土组成聚合物无机胶凝材料骨料特点：弥补了普通混凝土抗拉强度低、抗裂性差、脆性大、抗化学腐蚀性差的缺点。分类聚合物浸渍混凝土PIC聚合物水泥混凝土PCC树脂混凝土REC第35页/共46页10.防辐射混凝土防辐射混凝土能屏蔽x射线、r射线或中子辐射组成：水泥、重骨料（重晶石、褐铁矿、磁铁矿等）、水配制而成。特点：体积密度一般在3000以上，对防中子辐射，除需要混凝土质量很大以外，还需要足够多的氢元素。用途：原子能工业以及应用放射性同位素的装置中，如做反应堆、加速器、放射化学装置等的防护结构第36页/共46页11.补偿收缩混凝土定义：由膨胀水泥，粗、细骨料及水配置而成的具有适度膨胀性的混凝土。用途：用于地下工程、楼地面、基础后浇带等特殊要求的工程中。普通混凝土硬化过程中会形成微裂缝，体积收缩，这种收缩引起的混凝土开裂是混凝土质量的通病。补偿收缩用限定条件下的膨胀来抵消这种收缩，从而减免裂缝的发生与发展。第37页/共46页12.大体积混凝土是指混凝土结构物实体的最小尺寸等于或大于0.8m，或预计会因水泥水化热引起混凝土的内外温差过大而导致裂缝的混凝土。大型水坝、桥墩、高层建筑的基础等工程所用混凝土，应按大体积混凝土设计和施工，为了减少由于水化热引起的温度应力，在混凝土配合比设计时，应选用水化热低和凝结时间长的水泥。第38页/共46页新型混凝土的发展1.高性能混凝土HPC与高强混凝土（HSC）以耐久性和混凝土材料的可持续发展为基本要求，

并适合工业化生产和施工的新一代混凝土。用途：高层、大跨度、大荷载、特殊使用条件和严酷使用环境以及对建设速度、经济、节能等有更高要求的工程