高强混凝土.ppt
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1、高强混凝土刘艳军13621027649,010-88752105PhD,PE,LEEDAP,M.ASCE北京建筑材料科学研究总院固体废弃物综合利用与节能建材国家重点实验室高强混凝土与水泥行业可持续发展nSocial value-sustainable developmentnResource-efficiencynSafety-protectionnFinancial-responsibilitynOperational-continuitynLongevity&durability nBy-product reductionnAestheticsnSocietal connectivity报
2、告内容n高强混凝土发展历史背景n高强混凝土的原材料选择n高强混凝土的配合比n高强混凝土的性能n高强混凝土的质量控制n高强混凝土的经济考虑n高强混凝土的应用高强混凝土的历史发展背景1950s,30Mpa1960s,4152Mpa1970s,62Mpa现在,138Mpa800Mpa in Lab高强混凝土的发展历史n1970s,高强混凝土的发展主要是在美国。n芝加哥Water Tower Place,1976年完工,高260m,要求混凝土抗压强度9000psi(62Mpa)应用于柱和剪力墙。n芝加哥,311 South Wacker Building,1990年完工,293m,要求12000psi
3、(83Mpa)高强混凝土用于钢筋混凝土柱。n芝加哥,Two Union Square in Seattle,1989年完工,设计强度19000psi(131Mpa)n台北101大厦,高509m,2004年完成,应用设计强度为69Mpa复合柱子。nPetranus Tower 1 and 2,马来西亚,80Mpa高强混凝土柱和剪力墙,高452m。高强混凝土的发展历史n完全的钢筋混凝土结构,Citic Plaza,中国广州,高391m。nTrump World Tower,New York,2001年完工。世界最高的钢筋混凝土民用建筑。应用于柱子的混凝土强度为83Mpa。nBurj Dubai T
4、ower,In Dubai,UAE,600多米高,完全的钢筋混凝土民用建筑,2009年完工,混凝土设计强度80Mpa。n1990s,Concho River Overpass,in Saint Angelo,TX,美国,高强混凝土预应力梁用于大跨度桥梁设计,要求混凝土设计强度101Mpa。高强混凝土的发展历史n高强混凝土用于箱梁设计n高强混凝土用于索拉桥n沿海工程,要求高强混凝土,为了达到耐久性要求。高强混凝土的定义n2001年,ACI Committee 363 Concrete that has a specified compressive strength for design of
5、8000psi(55psi)or greater.n定义在55Mpa,是因为高于这个值,我们必须采取特殊的措施在配置,浇筑等程序n高于8000psi后产生的所有变化,代表着从低强度混凝土到高强度混凝土的过度。n许多经验方程需要重新评估高强混凝土的原材料选择n和普通混凝土相比,高强混凝土原材料选择的几个基础n工作性n强度发展n需要高质量原材料n原材料的标准要求必须得到执行n现场以及实验室试拌非常必要,以确定原材料的质量与适合性水泥类型的选择n水泥类型的选择非常重要n水泥的选择应根据混凝土性能的要求来定n早强型(主要用于预应力钢筋混凝土,抢修抢建工程)n中热型n低热型n不同类型的水泥具有不同的强度
6、发展特征,特别在水化早期n水泥类型对强度的影响比对弹性模量的影响更加显著n选择水泥生产厂家时,掌握此前612个月的出场报告单以了解其稳定性n水泥的强度特征n水泥的质量稳定性n严格控制水泥的物理和化学特征,掌握水泥物理及化学性能随时间的变化水泥品牌和强度特征水泥类型的选择n水泥物化性能波动举例nC3S的含量波动高于4%n烧失量波动高于0.5%n水泥细度波动高于35m2/kgnSO3的含量波动不能超过0.2%n可靠的评价用于高强混凝土的水泥的措施n水泥胶砂强度测试(不够),还要结合:n水泥浆体的和易性n凝结时间n模拟工程现场条件下的混凝土实验室试配,考虑骨料、掺合料和外加剂的影响n水泥基材料的需水
7、量特征对高强混凝土来说非常重要,因为W/CM很低n后期强度测试和早期强度测试同等重要,特别是56天强度水泥类型的选择n高强混凝土用水泥基材料的类型和比例对水化热的影响,对大体积混凝土的影响异常显著,直接后果就是开裂n低热水泥或中热水泥n增加低活性或惰性掺合料n水泥掺合料系统的优化n掺合料和外加剂的掺量依赖于水泥特征n水泥、掺合料、外加剂的最佳掺量n低成本配合比掺合料的选择n水泥混凝土掺合料的种类n粉煤灰n矿渣n硅灰n沸石粉n石灰石粉n其他天然火山灰材料n掺合料改变了胶凝材料系统的本征组份,实际上已经成为获得高强混凝土的必要组分n水化特征:和水泥类似,遇水水化生成凝胶n火山活性:硅铝材料和氢氧化
8、钙反应生成CSH凝胶n填充效应n没有掺合料,很难获得超高强混凝土掺合料的选择n混凝土掺合料的作用n获得高强度n新拌混凝土的工作性n可泵性n易于抹面n耐久性n经济性n混凝土掺合料的选择n可接受性n均匀性n强度发展特征n和其他材料(包括外加剂)的相容性粉煤灰n粉煤灰的种类n高钙粉煤灰(Class C)n火山灰活性n水化性能n低钙粉煤灰(Class F)n火山灰活性n根据细度、需水量和烧失量等nI-级灰nII-级灰nIII-级灰n粉煤灰的掺量n根据设计强度和龄期的需要n例如,要求28天抗压强度达到40Mpa,胶凝材料含量为225kg/m3的混凝土最佳高钙粉煤灰的含量大约为25%;然而,要求56天设计
9、强度达到69Mpa,胶凝材料含量为450kg/m3的高钙粉煤灰的最佳产量大约为40%。n粉煤灰的质量控制硅灰n硅灰的物理特征及应用情况n高活性的无定形二氧化硅n比重2.2n细度18000m2/kg22000m2/kg,采用吸氮法测(Nitrogen Adsorption Technique),颗粒基本上小于1m,介于0.10.3m之间。n高火山灰活性n超细颗粒的填充作用n超细颗粒导致需水量大,需配合高效减水剂使用n掺量510%n减小泌水,但塑性收缩增加,有导致塑性开裂的风险,加强养护措施n用于结构混凝土和修补材料n高强n高耐磨性n低渗透性高活性麦高岭土n高活性麦高岭土的特征n高活性硅铝质火山灰
10、材料n在一定温度下煅烧高岭土的产物n白色粉体n颗粒小于水泥颗粒,但大于硅灰的颗粒,一般为2m左右n比重大约2.5左右n减小泌水n增加塑性收缩,加强养护措施n掺量大约在5%15%之间(质量百分比)n用于高强,低渗透混凝土的掺合料矿渣主要化学成分nSiO2nCaOnAl2O3nFe2O3nK2OnNa2On主要矿物成分nC3SnC2SnC4AF等n掺量n30%50%掺合料的评价和选择n实验室试配n材料来源的稳定性n材料处理方法的一致性n配合比的优化n力学性能和其他性能的优化化学外加剂n缓凝型的外加剂n正常凝结型的外加剂n高效减水剂n促凝剂n引气剂n复合外加剂 “使用条件”和“相容性”骨料n高质量的
11、骨料n至少要满足ASTM C33/C33Mn细骨料n圆形,表面光滑n颗粒级配,细度模数低于2.5的细骨料配置的混凝土粘度高,很难密实;细度模数大约为3.0时,混凝土具有最好的工作性和强度。n通过No.50和No.100筛的量要低n对于高强混凝土来说,细骨料的细度模数的影响并不是特别显著n严格控制含泥量n连续级配的砂比间断级配的砂更有利于配置高强混凝土骨料n粗骨料n矿物学特征、级配,形状,表面织构,干净程度影响高强混凝土力学性能n低水胶比使浆体和骨料之间转换区域强度显著改善,骨料的强度对混凝土的强度起决定作用n粗骨料占混凝土体积的5070%,其最佳用量取决于最大粒径和细骨料的细度模数;随着细骨料
12、的细度模数增加,粗骨料用量降低。n研究表明:要使高胶凝材料低水胶比的混凝土获得最优强度,粗骨料最大粒径应控制在1/2in 或3/8in;最大粒径3/4in到1in也用的很成功。n在高强混凝土中,推荐使用最大粒径小于1/2in的粗骨料n粗糙的粗骨料颗粒表面更有利于配置高强混凝土n碎石好于卵石n长方形颗粒尽可能少n粗骨料的固有强度,高强骨料配置高强混凝土水n饮用水高强混凝土配合比设计刘艳军PhD,PE,LEEDAP,M.ASCE北京建筑材料科学研究总院固体废弃物综合利用与节能建材国家重点实验室高强混凝土的配合比设计n强度要求n测试龄期n材料特征n应用类型n结构要求n养护环境n经济条件高强混凝土配合
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