2022年施工手册第十章混凝土工程高性能混凝土 .docx
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1、精品_精品资料_10-8 高性能混凝土高性能混凝土是用现代混凝土技术制备的混凝土. 它是相对于一般混凝土而言,因而它不是混凝土的一个品种, 而是以广义的动态的可连续进展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土的组合.高性能混凝土的基本条件是有与使用环境相适应的耐久性、工作性、体积稳固性和经济性.高性能混凝土水化硬化特点: 高性能混凝土配制的特点是低水胶比、掺用高效减水剂和矿物细掺料, 因而转变了水泥石的亚微观结构, 转变了水泥石与骨料间界面结构性质, 提高了混凝土的致密性. 高性能混凝土的制备不应当仅是水泥石本身,仍应包括骨料的性能,配比的设计,混凝土的搅拌、运输、浇筑、养护 以及质量掌握,
2、这也是高性能混凝土有别于以强度为主要特点的一般混凝土技术的重要内容.10-8-1 高性能混凝土原材料1. 水泥并不是全部水泥都适合配制高性能混凝土, 配制高性能混凝土的水泥应当有更高的要求,除水泥的活性外,应考虑其化学成分、细度、粒径分布等的影响. 在挑选时应考虑下述原就:(1) 宜选用优质硅酸盐水泥或一般硅酸盐水泥.无论是在水泥出厂前仍是在混凝土制备中掺入的矿物掺合料, 都需要比水泥熟料更大的细度和更好的颗粒级配.(2) 宜选用 42.5 级或更高等级的水泥.假如所配制的高性能混凝土强度等级不太高,也可以选用32.5 级水泥.(3) 应选用 C3S 含量高、而 C3A 含量低(少于 8%)的
3、水泥. C3A 含量过高,不仅水泥水化速度加快, 往往会引起水泥与高效外加剂相互适应的问题,不仅会影响超塑化剂的减水率, 更重要的是会造成混凝土拌合物流淌度的经时缺失增大.在配制高性能混凝土时,一般不宜选用C3A 含量高、细度细的 R 型水泥.(4) 水泥中的碱含量应与所配制的混凝土的性能要求相匹配.在含碱活性骨料应用较集中的环境下,应限制水泥的总碱含量(Na2O+0.658K2O)不超过可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_0.6%.(5) 在充分试验的基础上,考虑其他高性能水泥.2. 外加剂用于高性能混凝土的外加剂主要是高效减水剂,其次仍有缓凝剂、引气剂、泵送剂等.(1) 高效减
4、水剂高性能混凝土离不开高效减水剂. 任何一种外加剂都有一个与水泥等胶凝材料适应性问题,应通过试验来确定.高效减水剂的减水率应当在20%以上,有时甚至高达 25%以上.一般减水剂不仅减水率低(一般 10%以下),而且掺量较低(如木钙不能超过0.3%),超过了反而有害, 而高效减水剂就可高比例掺入水泥, 除经济因素外, 对混凝土并无不利影响. 常用的高效减水剂主要是三聚氰胺系、 萘系和胺基磺酸盐系. 目前国内高效减水剂以萘系为主,产品型号有NF、UNF 、FDN、NSZ、DH 、SN 及NNO 等.三聚氰胺系为树脂类高效减水剂,产品型号有SM 、JZB-1、SP401 等.胺基磺酸盐系有 AN30
5、00、DFS-II 等.为了改善高效减水剂的性能, 降低成本, 经常将高效减水剂与缓凝剂一起使用.通过优化各外加剂的比例和掺量, 可以获得改善混凝土强度增长性质, 改善拌合物工作性和削减流淌性经时缺失. 目前我国生产的高效减水剂产品多是这样复合配制而成的,有时在复合配制时掺入“载体”以降低成本,如此对协作比设计带来麻烦. 建议选购合适的高效减水剂母体, 再依据性能要求和所用原材料进行试配.即使同为萘系高效减水剂, 不同生产厂家使用的原料和工艺也不尽相同, 这更提出了留意复合配制和试配的重要性.(2) 其他外加剂在高性能混凝土中, 为了改善拌合物及硬化后混凝土的性能, 经常也引入一些其他的外加剂
6、,如缓凝剂、引气剂、防冻剂、泵送剂等.预拌混凝土的大量使用, 经常需要调剂混凝土拌合物的凝结时间, 在夏季施工以及大体积混凝土施工中更为突出,往往需要复合使用缓凝剂.缓凝剂的缓凝成效和水泥组成、 水胶比、缓凝剂掺入次序、 外界环境等有关.如 C3A 和碱含量低的水泥,缓凝成效较好.在混凝土搅拌24min 后掺入,比将可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_缓凝剂加入拌合水中,凝结时间可延长23h.掺有粉煤灰的高性能混凝土,凝结时间随掺量增大而不断延缓, 掺矿渣粉或硅粉等对凝结时间影响相对较小. 不同缓凝剂亦存在与高效减水剂和水泥的相容性问题,应通过试验确定.引气剂配制高性能混凝土, 虽
7、然混凝土的强度等级不是很高, 但提高了混凝土的工作性和均质性, 改善了混凝土的抗渗性和抗冻性. 用于混凝土的引气剂主要是聚乙二醇型的非离子表面活性剂.引气剂在混凝土中形成大量匀称分布、稳固而封闭的微小气泡,可以进一步提高混凝土的流淌性和改善混凝土的耐久性.但是由于气泡的引入提高了混凝土的孔隙率, 因而使混凝土的强度及耐磨性有所降低.加入引气剂的混凝土,必需采纳机械搅拌,搅拌时间不小于3min,也不宜大于 5min,采纳插入式振动器时,振动时间不应超过20s.3. 矿物细掺合料矿物细掺合料是高性能混凝土的主要组成材料, 它起着根本转变传统混凝土性能的作用. 在高性能混凝土中加入较大量的磨细矿物掺
8、合料,可以起到降低温升,改善工作性,增进后期强度,改善混凝土内部结构,提高耐久性,节省资源 等作用.其中某些矿物细掺合料仍能起到抑制碱-骨料反应的作用.可以将这种磨细矿物掺合料作为胶凝材料的一部分. 高性能混凝土中的水胶比是指水与水泥加矿物细掺合料之比.矿物细掺合料不同于传统的水泥混合材, 虽然两者同为粉煤灰、 矿渣等工业废渣及沸石粉、 石灰粉等自然矿粉, 但两者的细度有所不同, 由于组成高性能混凝土的矿物细掺合料细度更细, 颗粒级配更合理, 具有更高的表面活性能, 能充分发挥细掺合料的粉体效应, 其掺量也远远高过水泥混合材. 如磨细矿渣的掺量可以占胶凝材料总量的 70,甚至到 80.高性能混
9、凝土应首选用需水量小的矿物细掺合料.不同的矿物细掺合料对改善混凝土的物理、 力学性能与耐久性具有不同的成效,应依据混凝土的设计要求与结构的工作环境加以挑选.使用矿物细掺合料与使用高效减水剂同样重要,必需仔细试验挑选.(1) 粉煤灰高性能混凝土所用粉煤灰从原材料上有所要求,要选用含碳量低、 需水量小可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_以及细度大的 I 级或 II 级粉煤灰(烧失量低于 5%,需水量比小于 105%,细度45m 筛余量小于 25%).随着我国电厂煤燃料和工艺的改进,粉煤灰的品质大 幅度改善,使得大量利用粉煤灰配制高性能混凝土成为可能.由于粉煤灰粒子大部分为实心和中空的表
10、面光滑的球状,因此在满意相同工作度的要求下,可以降低用水量,改善和易性,特殊适合泵送混凝土的应用.粉 煤灰的活性主要是火山灰活性, 所以混凝土中掺入粉煤灰后, 胶凝材料的水化反应放缓,水化热降低,新拌混凝土的初凝和终凝时间延长,绝热温升可以降低, 特殊有利于大体积混凝土的应用. 低水胶比的大掺量粉煤灰混凝土可以有很多的性能(粉煤灰占胶凝材料总量可达50%以上),虽然早期强度在常温下尚不够抱负,但后期强度得到较大增长,养护温度越高,强度增长越显著.粉煤灰除了改善和易性、 降低水化热等外, 仍有很多其他方面的优点. 粉煤灰的品质及其匀称性是保证混凝土质量的前提.掌握水胶比在 0.36 以下,即使掺
11、入占胶凝材料总量 50%的 II 级粉煤灰,混凝土的 60d 强度也有可能达到 60MPa 以上.粉煤灰仍会提高硬化混凝土的弹性模量, 减小收缩和徐变, 同时起到改善混凝土抗蚀性能和抑制碱骨料反应的作用. 粉煤灰的负面影响主要有: 由于粉煤灰的火山灰反应,消耗了一部分Ca( OH)2,混凝土碱性降低,从而在肯定程度上影响到混凝土的碳化.但是高性能混凝土由于抗渗性提高,碳化又受到减弱.另一个是粉煤灰中的碳, 能吸附引气剂, 使含气量发生变化, 因此对高性能混凝土的粉煤灰更应严格掌握含碳量.(2) 磨细矿渣磨细矿渣是粒化高炉矿渣磨细到比表面积40008000cm2/g而成的.粒化高炉矿渣,是由炼铁
12、时排出的高温状态下熔融炉渣经急速水淬而成.其中的钙、硅、铝和锰多处于非结晶的玻璃体. 通常认为, 粒径小于 10m 的矿渣颗粒参加 28d 前龄期的混凝土强度, 1045m 的参加后期强度,而大于 45m 的颗粒就很难水化.现代混凝土技术发觉把水淬矿渣单独磨细后, 作为混凝土的掺合料使用, 活性可以得到很好激发, 混凝土多项性能得到改善和提高, 成为配制高性能混凝土可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_的重要技术途径之一.在配制高性能混凝土时, 磨细矿渣的相宜掺量随矿渣细度的增加而增大,最高可占胶凝材料总量的70%.矿渣磨得越细,其活性越高,但粉磨费用也越高, 与粉煤灰相比,其早期活
13、性明显较高,7d 强度可赶超对比一般混凝土,而后期强度连续增加.(3) 超细沸石粉用于高性能混凝土的细沸石粉, 与其他火山灰质掺合料类似, 平均粒径 10 m,具有微填充效应与火山灰活性效应. 因而能降低新拌混凝土的泌水与离析, 提高混凝土的密实性, 使强度提高, 耐久性改善. 细沸石粉的细度与掺量对混凝土性能具有明显影响. 在肯定的细度范畴内增强成效提高, 但过细时强度反而有所降低.掺量以 5%10%为宜.超细沸石粉配制的高性能混凝土,仍具有优良的抗渗性和抗冻性. 对混凝土中的碱骨料反应有很强的抑制作用. 但是这种混凝土的收缩与徐变系数均略大于相应的一般混凝土.(4) 硅粉硅粉最主要的品质指
14、标是 SiO2 含量和细度. SiO2 含量越高、细度越细其活性率越高.以 10%的硅灰等量取代水泥,混凝土强度可提高25以上.硅灰掺量越高,需水量越大,自收缩增大.讨论发觉,在混凝土中掺入1kg 硅粉后,为保持其流淌度不变,一般需增加1kg 用水量.因此一般将硅粉的掺量掌握在5%10%之间,并用高效减水剂来调剂需水量.在我国因硅粉产量低, 价格高, 出于经济考虑, 一般混凝土强度高于 80MPa时才考虑掺用硅粉. 硅粉经常与粉煤灰、 矿渣细粉或其他掺合料共掺, 以发挥它们的叠加效应,是目前配制高性能混凝土常用的方法.(5) 其他掺合料除了上述常用的掺合料以外,仍可依据高性能混凝土的设计要求与
15、资源条件,选用其他掺合料.如:磨细石灰石粉、石英砂粉、稻壳灰、凝灰岩粉、偏高岭土细粉、磷渣粉、锂渣粉,以及其他一些具有肯定化学反应性的细掺料.开发应用这些细掺料仍需要进行大量的试验讨论工作.4. 骨料高性能混凝土对骨料的外形、 粒径、级配以及物理、 化学性能都有肯定要求,可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_但砂石又是的方性材料, 在满意基本性能的条件下应因的制宜的挑选. 随着配制混凝土强度等级的提高,骨料性能的影响将更为显著.(1) 粗骨料自然岩石一般强度都在 80150MPa,因此对了 C40C80 高性能混凝土,最重要的不是强度,而是粒形特点、品种、级配、粒径以及碱活性等.品种
16、:应挑选质的坚硬未风化的岩石,如石灰岩、辉绿岩、玄武岩等.岩石的密度越大,吸水率越低,压碎值越小,其力学性能往往越好.粒形与级配: 配制高性能混凝土应选用针片状含量少的石子,针、片颗粒骨料不但降低混凝土的流淌性, 而且因其内部缺陷降低强度. 石子具有良好的级配, 才能使骨料积累密度增大, 用于填充间隙的砂浆量削减, 有利于混凝土体积稳固的提高,配制高性能混凝土应采纳石子的连续级配, 不宜在砂石场将其中粒径小于 10mm 的石子分别出去. 在含泥量(包括含粉量) 满意要求的前提下, 对于中、低强度的混凝土,使用卵石与碎石没有明显差别,但随着强度等级的不断提高,界面粘结性能成为掌握因素,使用碎石或
17、碎卵石优于卵石.粒径:高性能混凝土应选用粒径较小的石子. 小粒径的石子, 水泥浆体和单个石子界面周长和厚度都小, 形成缺陷的几率小, 有利于界面强度的提高. 同时, 粒径越小,石子本身缺陷几率越小.在水胶比相同的情形下,石子粒径越小,渗透系数也越小. 当然石子粒径也不是越小越好, 要同时满意强度和施工性能的要求.高性能混凝土石子的合理的最大粒径见表10-90.高性能混凝土石子的合理的最大粒径表 10-90强度等级C50 以下C60C70 C80石子最大粒径( mm)按施工要求挑选 20 15 10粗骨料的品种和弹性模量对混凝土的弹性模量有较大影响, 在协作比相同的情形下,石灰岩和辉绿岩配制的混
18、凝土弹性模量高于花岗岩、 砂岩配制棍凝土的弹性模量.(2) 细骨料高性能混凝土的细骨料宜优先选用细度模量为2.63.2 的自然河砂,同时应掌握砂的级配、粒形、含杂质量和石英含量.级配曲线平滑、粒形圆、石英含量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_高、含泥量和含粉细颗粒少为好,防止含有泥块和云母.当采纳人工砂时,更应 留意掌握砂子的级配和含粉量. 如砂子中含有超量石子, 不再另行筛分, 就应准时调整粗、细骨料比.10-8-2 高性能混凝土协作比设计原就高性能混凝土协作比设计不同于一般混凝土协作比设计.至今为止, 仍没有比较规范的高性能混凝土协作比设计方法,绝大多数高性能混凝土协作比是讨
19、论人员在粗略运算的基础上通过试验来确定的. 由于矿物细掺合料和化学外加剂的应用,混凝土拌合物组分增加了, 影响协作比的因素也增加了, 这又给协作比设计带来肯定难度, 这里仅参照部分讨论人员的试验结果,提出高性能混凝土协作比设计的一些原就.高性能混凝土的协作比参数主要有水胶比、 水胶比确定下的浆骨比、 水胶比和浆骨比确定下的砂率和高效减水剂、 矿物掺合料的种类及用量. 高性能混凝土协作比设计的任务就是正确的挑选原材料和协作比参数, 使其冲突得到统一, 猎取经济、合理的高性能混凝土.1. 水胶比低水胶比是高性混凝土的配制特点之一. 高性能混凝土的水胶比一般不大于0.40.高性能混凝土的强度与水胶比
20、的关系是一条曲线,水胶比越小,矿物细掺 合料的“微粒效应”曲线越陡,其斜率越大.但是详细的斜率和截距,由于受原材料和试验水平的影响, 特殊是受矿物掺合料种类和用量的影响, 差异很大, 因此水胶比在很大程度上仍主要凭体会经试配确定.2. 胶-骨料比胶-骨料比主要影响混凝土的工作性,在肯定程度上仍影响强度、弹性模量、 干缩和徐变, 因而也影响耐久性, 依据体会, 高性能混凝土中胶凝材料总用量以 不超 550600kg/m3 为宜,并随混凝土强度等级的下降而削减.胶 -骨料比 35:65 左右为宜. 胶凝材料中水泥用量也应尽量削减,用矿物细掺合料部分取代, 以削减混凝土的温升和干缩,提高抗化学腐蚀才
21、能,增加密实度,并降低造价.矿物细掺粉用量应依据混凝土的设计要求与结构的工作环境通过试验加以挑选,一般粉煤灰( I、II 级)用量为 15%50,磨细矿渣为 20%70%,硅粉为 5%10%,超细沸石粉为 5%20%.混凝土强度等级越低,粉煤灰与矿渣等的可编辑资料 - - - 欢迎下载精品_精品资料_掺量可以越大.3. 强度等级与用水量对一般混凝土协作比, 拌合物用水量取决于骨料的最大粒径和混凝土的坍落度.高性能混凝土的骨料最大粒径和坍落度对用水量影响不大,而用水量与混凝土强度通常成反比例关系, 通过掌握强度等级与用水量的关系, 可以便利协作比运算.依据体会估量不同强度等级的高性能混凝土最大用
22、水量见表10-91.混凝土平均强度与最大用水量关系表 10-91强度等级ABCDE平均强度( MPa)657590105120最大用水量( kg/m 3)160150140130120从耐久性的角度看, 必需有足够的浆体浓度和数量, 得到良好的工作性, 才能保证混凝土的耐久性.保证混凝土耐久性的胶凝材料总量最少不能低于 300kg/m3.4. 砂率砂率在混凝土中主要影响工作性. 高性能混凝土由于用水量低, 坍落度要求大,砂浆量要求由增加砂率来补充,砂率宜较大.平均坍落度要提高20mm,砂率应增加 1%,而强度无明显变化.由于相同水灰比的水泥净浆强度高于砂浆强度,而砂浆强度又高于混凝土强度.砂率
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