试论高性能混凝土

试论高性能混凝土姓名：***学院：************学号：**********摘要,高性能混凝土是一种是以耐久性为主要指标同时具备高强、高早强、高施工性等优异性能的新型混凝土。应该通过制备的科学性以及提高浇筑、捣实等施工方法和工艺来提高混凝土的高施工性、高强度和体积稳定性从而提高道路桥梁的使用寿命和整体经济效益。Thehigh-performanceconcreteisbasedondurabilityasthemainindicators,alongwithhighstrength,highearlystrength,highworkabilityandexcellentperformanceofnewconcrete.Throughthepreparationofthescientificandimprovethecasting,totracetheactualconstructionmethodsandprocesstoimproveconcreteconstruction,highstrengthandvolumestability,therebyenhancingthelifeandtheoveralleconomicbenefitsofroadsandbridges.关键字：高强、高性能混凝土1高性能混凝土的定义高性能混凝土（HighPerformanceConcrete，简称HPC）是在高强度混凝土（HighStrengthConcrete，简称HSC）的基础上发展起来的。在不同国家，甚至是同一国家的不同应用部门，对高性能混凝土的定义都有差别。美国和加拿大的学者认为高性能混凝土应该是高耐久性的，而不仅仅是高强度；除了强度之外，高耐久性还应包括高的体积稳定性、低渗透性和高工作性。日本学者更重视混凝土的工作性，认为高流态、免振自密实混凝土就是高性能混凝土。英国和北美学者则更重视混凝土的强度。综合分析各种观点，我国学者提出：高性能混凝土是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上采用现代（先进的预拌）混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和高效外加剂的一种新型高技术混凝土。高性能混凝土应具有几种性能：耐久性、工作性及各种力学性能。但目前，高性能混凝土的概念又有了新的变化，清华大学冯乃谦教授提出普通混凝土也可能高性能化，其研究成果在工程实际中也得到了应用。因此，高性能混凝土并不一定强调高强，还包括普通混凝土的高性能化。2高性能混凝土产生的背景传统的混凝土虽然已有近200年的历史，也经历了几次大的飞跃，但今天却面临着前所未有的严峻挑战：(1)随着现代科学技术和生产的发展，各种超长、超高、超大型混凝土构筑物，以及在严酷环境下使用的重大混凝土结构，如高层建筑、跨海大桥、海底隧道、海上采油平台、核反应堆、有毒有害废物处置工程等的建造需要在不断增加。这些混凝土工程施工难度大，使用环境恶劣、维修困难，因此要求混凝土不但施工性能要好，尽量在浇筑时不产生缺陷，更要耐久性好，使用寿命长。(2)进入20世纪70年代以来，不少工业发达国家正面临一些钢筋混凝土结构，特别是早年修建的桥梁等基础设施老化问题，需要投入巨资进行维修或更新。1987年美国国家材料咨询局的一份政府报告指出：在美国当时的57．5万座桥梁中，大约有25．3万座处于不同程度的破坏状态，有的使用期不到20年，而且受损的桥梁每年还增加3．5万座。1991年在提交美国国会的报告“国家公路和桥梁现状”中指出，为修复或更换现存有缺陷桥梁的费用需投资910亿4.2矿物掺合料矿物掺合料主要是粉煤灰、矿渣、硅粉等，它们是辅助胶凝材料，近几年来在普通混凝土应用中越来越普遍，一方面是由于经济效益显著，另一方面是因为使用这种材料可以得到技术效果。在HPC中，应用辅助胶凝材料的作用就更为突出。HPC的高强度部分来源于其基材的密实，即使有一部分水泥被一种或多种辅助代替，也对混凝土的早期强度不会有副作用。此外，化学活性较低的辅助胶凝材料代替部分水泥，从控制水化放热和流变性能的角度也是有益的。4.3用水量在拌合水大大减少的情况下，获得大的流动性，使硬化混凝土具有高强度和高密实性。因此，必须使用超塑化剂破坏水泥粒子的絮凝结构，使水泥粒子分散。拌合水大大减少使水泥粒子间距缩小，因此得到比普通混凝土密实得多的水泥石结构，凭借这种高密实度的结构，水化物形成较多的水泥石结构，水化物形成较多的化学键合就能获得非常高的抗压强度。由于游离水含量较少，自干燥失水后使HPC的水泥石具有非常低孔隙率。在配制HPC时可以两种形式即水灰比ω/c和水胶比ω/(c+s)两者掺有掺合料时使用，HPC的抗压强度不仅取决于水灰比，也取决于水泥石的密实度。换句话说，两个影响混凝土强度的因素即水灰比和减小水化开始时粒子的间距。4.4集料及其用量在配制HPC时，水泥浆与集料的体积比是0.35：0.65，除此之外，集料的种类对混凝土的体积稳定性也有显著影响。例如：水泥浆与集料的弹性模量或热膨胀系数不相匹配，当结构暴露在温度变化频繁的环境中将产生开裂。同样，在一定的水泥浆、集料比时，使用弹性模量低的集料将会使混凝土的徐变增大。就长期尺寸稳定性而言，通常认为混凝土集料用石灰岩和玄岩比砂岩或河卵石好。在配合比相似时，，用花岗岩和砾石集料的混凝土比用辉绿岩或石灰岩集料的混凝土强度低得多，这是由于水泥石与集料之间的界面区的结构和粘结强度的差异造成的。除集料的材质外，使用级配良好，洁净集料（没有泥土及脆弱颗粒）是必要的。作为细集料（小于5mm）通常采用中高细度模数（即2.5~3.0）的天然砂为好。在颗粒尺寸相同时，作为粗集料用破碎的致密石灰石或深层的岩浆岩（如花岗岩、正长岩、闪长岩和辉绿岩）通常以得到满意的结果。粗集料的最大粒径对HPC来说以10~15mm为最佳，超过25mm时，对混凝土强度和抗渗性不利。由于HPC的集料与水泥石界面较强，集料确实是混凝土强度的制约因素，而在普通混凝土中几乎不考虑这个问题。若采用水泥熟料球作为人造集料配制HPC，可能得到高强度和高弹性模量，其原因是产生致密和牢固的集料—水泥界面区。4.5外加剂配制HPC不可缺少的是超塑化剂，而普通减水剂达不到HPC减水率和提高工作度的要求。超塑化剂或高效减水剂是阴离子型高分子表面活性剂。通常是萘磺酸盐甲醛聚合物和三聚氰胺磺酸盐甲醛聚合物。这两个系列的超塑化剂很难说哪个好一些。三聚氰胺系超塑化剂减水率略差一些，但坍落度损失快，缓凝比萘系小得多，更适合与引气剂复合使用。超塑化剂的掺量为水泥重量的1%~2%，对于不同等级的混凝土，随着强度的增高其掺量增大。市售的超塑化剂产品很多，产品选择通过试验来确定，因为超塑化剂与水泥和掺合料之间存在相容性问题.超塑化剂对水泥浆有强烈的分散作用，但是这种作用持续时间不长，因此用超塑化剂配制大流动性混凝土存在坍落度随时间损失的问题，解决坍落度损失可采用后掺法，即一部分超塑化剂在混凝土拌合物运达施工现场后再加入，然后经搅拌进行混凝土泵送。后掺法虽然有效地解决了坍落度损失问题，但增加了二次搅拌工艺。因此，后掺法并不是最好的方法。解决坍落度损失的另一种方法是将超塑化剂与缓凝剂（或缓凝减水剂）组成复合外加剂。这样配制的可满足新拌搅运输、泵送、浇注工艺过程的要求。5高强混凝土应用的施工工艺5.1采用拌合性能好的搅拌设备搅拌由于高性能混凝土用水量少，水胶比低，拌合时较稠，因此需要采用拌合性能好的搅拌设备。卧轴式搅拌机或逆流式搅拌机能在较短时间内将其搅拌均匀，采用其他设备时须经过试验验证拌合物的均匀性。5.2原材料的计量应尽量准确制备高性能混凝土时，各种原材料的计量应尽量准确。使出机口拌合物的工作度稳定，波动小，除对堆料和称量装置有较高要求外，一个重要的控制因素是砂石含水量，即使搅拌设备上装有先进的含水量测定及控制设备，操作人员仍应密切注意正在搅拌的混凝土，在其稠度发生波动时，及时加以调整。5.3运送应用罐车和泵高性能混凝土运输与浇筑宜采用罐车和泵送，用手推车运输及浇筑时不仅操作困难，而且也无法进行外加剂的后添加。5.4浇筑后湿养护由于高性能混凝土的水灰比小，通常泌水少或不泌水。因此，须在浇筑后立即进行湿养护，以防止塑性收缩裂缝的产生，由于其胶凝材料用量较大，为防止内外温度过大出现温度裂缝，必须采取保温措施。5.5现公路桥梁高性能混凝土的技术途径应以掺复合高效外加剂，经处理的优质矿物掺合料来改善混凝土内部的孔结构、孔分布等，提高混凝土的力学、耐久性、耐磨性等一系列性能。简单地说，就是：高强水泥+复合高效外加剂+优质矿物掺合料+优质骨料。6高性能混凝土的的发展趋势随着现代（预拌）混凝土技术发展，混凝土各种化学外加剂包括泵送剂、防水剂、防冻剂等性能要求均发生了变化，每次标准修订均反映了技术水平的提高，但国内大多使用萘系复合型的减水剂，混凝土坍落度损失的问题没有得到根本解决，各地的技术水平差异和原材料变化较大，往往达不到技术要求。中低强度等级的高性能混凝土，包括免振捣自密实混凝土，在实际工程应用中出现问题较多，C50以上的高强及C80以上超高强高性能混凝土尚未完全普及推广使用，但在国外，免振捣自密实混凝土和高强高性能混凝土在工程中应用已较为普遍。通常聚羧酸系减水剂较萘系减水剂的减水率高，与水泥的相容性更好，用聚羧酸系减水剂配制高性能混凝土，水胶比可以降至很低，混凝土的流动性很大。由于减水剂与不同水泥存在相容性问题