高性能商品混凝土制备、性能与应用技术-新.PPT

高性能商品混凝土制备、性能与应用技术秦鸿根教授级高工东南大学江苏省土木工程材料重点实验室二00九年十一月主要内容：◆高性能商品砼制备要求◆高性能商品砼原材料质量◆高性能商品砼配合比设计◆高性能商品砼优化与调整原则◆高性能商品砼施工技术◆砼外加剂与水泥的适应性◆水泥的性能与应用中的有关问题◆高性能粉煤灰砼性能研究实例混凝土术语•普通混凝土：干密度为2000～2800开工lg/m3的水泥混凝土。•干硬性混凝土：拌合物坍落度小于10mm且须用维勃稠度表示其稠度的混凝土。•塑性混凝土：拌合物坍落度为10～90mm的混凝土。•流动性混凝土：拌合物坍落度为100～150mm的混凝土。•大流动性砼：拌合物坍落度等于或大于160～150mm的混凝土。•抗渗混凝土：抗渗等级等于或大于P6级的混凝土。•抗冻混凝土：抗冻等级等于或大于F50级的混凝土。•高强混凝土：强度等级为C60及其以上的混凝土。•泵送混凝土：拌合物坍落度不低于100mm并用于泵送施工的砼。•大体积混凝土：混凝土结构实体最小尺寸等于或大于1m，或预计因水泥水化热引起混凝土内外温差过大而导致裂缝的混凝土。一、高性能商品混凝土制备要求·对新拌砼工作性、可泵性要求·对商品砼强度的要求·对商品砼耐久性的要求1.1流动性—坍落度与坍损TO=T1+ΔTTO—初始坍落度，T1—入泵坍落度，ΔT—坍损表1－1砼入泵坍落度选用表泵送高度（m）3030～6060～100100T1(mm)100～140140～160160～180180～200要求：坍损越小越好，一般1h≯20％•不但原材料要满足要求，流动性大，而且要粘聚性好，保水性好。•常压泌水率要小。•压力泌水率一般40～130ml，最好70～100ml。1.2可泵性—砼易于泵送不产生堵管，分层离析和泌水等性能。2、对商品砼强度的要求•中低强混凝土：C20～C50•高强混凝土：C60～C80•配制强度•7d与28d抗压强度关系一般相差10MPa左右，要求7d抗压强度为28d抗压强度0.85~0.9倍。0,,645.1kcutcuff3、对商品砼耐久性要求3.1抗渗性要求有P6、P8、P10、P12、P14。提高抗渗性措施：•水泥32.5级以上，P·II水泥和P·O水泥为好，用量≮320kg/m3；•骨料以中砂和连续级配为好，Dmax≯40mm，减少含泥量和泥块含量；•适当提高含砂率，适当减少W/C和增加胶凝材料用量；•对要求较高的可掺适量减水剂，引气剂或膨胀剂。有F50、F100、F150、F200、F250、F300等提高抗冻性措施：•严格控制最大W/C。•控制最小水泥用量。•对抗冻要求较高（＞F50），要掺引气剂或引气型减水剂。3.3其他耐久性指标:•干燥收缩小于0.040%•抗裂性：达到I级炕裂要求；•碳化：达到设计年限；•抗侵蚀性(酸、SO=4、Cl-等)氯离子扩散系数小于7~10×10-12m2/s，电量小于1000C；•碱骨料反应；不发生碱骨料反应。3.2抗冻性要求二、耐久性为主的HPC配合比设计法则•高耐久性混凝土首要条件是抗裂性好和体积稳定性好。其特点是低渗透性（包括水密性和抗化学侵蚀性）、无龟裂，内部结构的自愈性和长期强度缓慢持续发展。•以耐久性为主的HPC配合比设计应综合采用如下法则：•低用水量法则•系指在满足工作性条件下尽量减少用水量。混凝土高拌和水量的后果是：抗压和抗折强度降低、吸水率和渗透性增大、水密性降低、干缩裂缝出现的几率加大、骨料与水泥石界面粘结力和钢筋与砼界面握裹力减小、混凝土干湿体积变化率加大和抗风化能力降低。为解决HPC用水量应≯160kg/m3。•低水泥用量法则•系指满足混凝土工作性和强度前提下尽量减小水泥用量，这是提高砼体积稳定性和抗裂性的一条重要措施。水泥水化过程表明，水泥和水的正效应是作为砼的活性组分，是粘结砼中砂石骨料并形成整体强度的胶凝材料，但同时也是砼耐久性的主要劣化因子：氢氧化钙为不稳定相，易溶于水析出，其含量过多对耐久性不利，水泥中的碱和活性骨料在CH条件下易产生AAR反应。•环境中的硫会与Afm、C3A生成Aft或石膏而导致水泥石体积膨胀。同时过高的水泥浆量会产生大的水化热、高的坍落度损失，增大塑性收缩裂缝出现的几率，导致砼弹性模量降低，干燥收缩率增大与徐变值提高。因此，对中、高强砼提高水泥用量并不能改善砼性能。最大堆积密度法则•系指优化混凝土中骨料的级配设计，获取最大堆积密度和最小空隙率，以便尽可能减少水泥浆的用量，来达到降低含砂率，减少用水量和水泥用量之目的水灰比法则•在一定范围内混凝土抗压强度与其拌合物的灰水比成正比，减小W/C，砼抗压强度和体积稳定性提高。但为保证混凝土的抗裂性能，水灰比应适当，不宜过小，过小的W/C易导致混凝土自生收缩率增大。•活性掺合料与高效减水剂双掺法则•HPC的配制必须发挥活性掺合料与高效减水剂的超叠迭加效应，从而达到减少水泥用量和用水量、密实砼内部结构，使混凝土强度持续稳定发展，耐久性得以改善的目的。从而使混凝土具有高电阻和低电渗成为可能。•总之耐久性好的HPC配合比设计关键是用水量低（减少渗透性，掺减水剂改善工作性），水泥用量少（降低受侵蚀、减少单位体积砼中碱含量、CH和C3A含量），骨料用量增多（增加砼结构的稳定性），采用矿物掺合料（抗渗与固定体积）。•水泥•粉煤灰•矿渣微粉•砂、石骨料•外加剂•水三、高性能商品砼原材料质量要求1、水泥水泥的性能指标序号测试内容标准指标P.Ⅱ42.5P.O42.51标准稠度（％）23－2623－262初凝时间≥45min终凝时间≤390min≤600min3安定性合格4细度（比表面积）≥300m2/kg53d抗折（MPa）≥3.528d抗折（MPa）≥6.563d抗压（MPa）≥17.028d抗压（MPa）≥42.57总碱含量（％）≤0.60或者买卖双方协商检测依据：依据GB175、GB176标准进行2、粉煤灰表2-2Ⅰ级粉煤灰的质量指标标准指标序号测试内容I级灰II级灰1细度（45μm筛）（％）≤12≤252需水量比（％）≤95≤1053烧失量（％）≤5≤84含水量（％）≤1≤15SO3（％）≤3≤33、矿渣微粉表2-3矿渣微粉物理力学性能指标序号检测内容S105S95S751密度(g/cm3)≥2.82.82.82总碱含量(%)///3三氧化硫(%)≤4.04.04.04含水量(%)≤1.01.01.05比表面积(m2/kg)≥5004003006流动度比(%)≥9595957d≥9575557活性指数(%)28d≥10595754、粗细骨料表2-4粗细集料的质量标准序号检测内容砂碎石1表现密度（kg/m3）250025002堆积密度(kg/m3)140015003空隙率(%)45454颗粒级配2区合格5-31.5mm5细度模数2.3-3.0--6最大粒径（mm）--31.57泥含量（%）2.00.58泥块含量(%)0.50.25云母(%)1--SO3(%)0.50.5有机物合格合格9有害物质氯化物(%)0.030.0310碱集料反应合格合格11压碎值(%)--125、外加剂表2-5缓凝型减水剂质量指标序号检测内容缓凝型高效缓凝型高性能1减水率（％）≥14≥252泌水率比（％）≤100≤703含气量（％）≤4.5≤6.04凝结时间差（初凝）（min）+90+905抗压强度比（％）3d//7d≥125≥14028d≥120≥1306收缩率比（％）28d≤135≤1107氯离子含量(%)不超过生产厂家控制6、水表2-6混凝土用水检验结果检验内容预应力混凝土钢筋混凝土PH值44SO42-mg/l6002700不溶物mg/l20002000可溶物mg/l20005000四、HPC配合比设计中的关键技术•1.关于混凝土工作性•流动性流动性用坍落度表示，泵送混凝土属于大流动性混凝土。坍落度损失不宜过大，一般需要控制1h坍落度损失率不大于20%。•混凝土入泵坍落度与混凝土泵送高度有关(见表1),根据混凝土的入泵坍落度与坍落度损失，即可算出混凝土初始坍落度T0，即T0=T1+ΔT。•表1混凝土入泵坍落度选用表泵送高度(m)3030～6060～100100入泵坍落度100～140140～160160～180180～200•可泵性可泵性表示混凝土易于泵送而不产生堵管或分层离析和泌水等性能,可泵性好的混凝土,不但混凝土原材料应满足要求,流动性大,而且粘聚性、保水性好。常压泌水率要小，压力泌水值一般控制在40～130ml，以70～130ml为好。•2.关于配制强度•根据混凝土结构设计强度要求，高性能混凝土强度等级有C40、C50、C60、C70、C80等。混凝土标准养护28d或自然养护600℃·d的抗压强度达标率不低于95%。对C30以上的混凝土，其计算配制强度用的标准差，不小于3.0MPa，一般取6.0MPa。因此混凝土配制强度：C60混凝土为69.9MPa，C50混凝土为59.9MPa，C40混凝土取49.9MPa。JTJ041-2000规定，配制强度不得小于设计强度的1.15倍。•混凝土的抗压强度，是结构混凝土最主要的指标，必须达到设计要求，混凝土强度等级保证率不低于95%。但混凝土抗压强度也不宜过高，即超标太多。如超过设计强度3个等级以上，该混凝土不是最佳的混凝土，不仅增加了材料成本，而且还会使混凝土的胶凝材料用量过高，从而降低了混凝土的长期耐久性能。3.关于混凝土耐久性•近年来人们对混凝土耐久性的认识日益提高，国外各标准中也均把耐久性列为混凝土的最重要指标，已不是对特殊要求的混凝土才要考虑耐久性，而对所有混凝土均应予以考虑，特别是对像大型桥梁要求使用寿命在百年以上的重大工程，更应该重视混凝土的耐久性能。•欧洲混凝土协会（CEB）和国际预应力混凝土协会（FIP）1990年模式规范中的规定，其分类细致、科学，控制指标合理。在CEB-FIP模式规范中，对混凝土所处的环境分为5类9级，即（1）干燥环境，（2）潮湿环境（分无冻害和有冻害2级），（3）有冻害和除冰剂的潮湿环境，（4）海水环境（分2级），（5）侵蚀性化学环境（分3级），并就每级环境对混凝土提出了相应的要求。•中国土木工程学会CCES01-2004《混凝土结构耐久性设计与施工指南》（2005年修订），将混凝土结构的设计使用年限分为100年、50年、和30年三级，将不同的环境类别的作用等级分为A（可忽略）、B（轻度）、C（中度）、D（严重）、E（非常严重）、F（极端严重）6级。并提出混凝土抗氯离子侵入性指标（见表2）。表2混凝土抗氯离子侵入性指标使用年限级别一二作用等级抗侵入性指标DEFDEF氯离子扩散系数（28d）小于，/10-12m27411062电量指标（56d）小于，/库仑120080080015001000800•对C40以下的中低等级混凝土，一般耐久性能主要是控制最大水灰比和最小水泥用量；而对于C40以上混凝土耐久性能要考虑控制胶凝材料特别是水泥的最大用量，水化热和收缩裂缝等问题，对潮湿环境且有冻害作用等情况，则要考虑到采用引气来提高混凝土耐久性（抗冻性和抗渗性）；对海水环境和侵蚀性化学环境，则要根据具体情况考虑抗氯盐、硫酸盐和各类酸的腐蚀以及碱骨料反应。对预应力混凝土和钢筋混凝土还要考虑其碳化和钢筋锈蚀等问题。4.关于水灰比•水灰比是决定混凝土强度最重要的因素；JGJ55-2000规定的水灰比计算公式为：cebaocuceafffcw,/•对碎石混凝土，回归系数=0.46，=0.07，为水泥28d抗压强度的实测值。为混凝土配制强度。当采用42.5级P·O水泥，≥47.5MPa时，C40混凝土w/c=0.42，C50混凝土，w/c=0.35，C60混凝土，w/c=0.30。•5.关于用水量•用水量与混凝土强度等级、石子最大粒径、砂子的细度模数和外加剂用量有关。为了控制胶凝材料用量，保证集料用量，单位用水量随混凝土强度等级的提高而降低，因此对高强度等级混凝土，必须掺用高效