畢業(yè)論文--淺談高性能凝土

1、<p>　　淺 談 高 性 能 混 凝 土</p><p>　　摘 要：高性能混凝土是具有某些性能要求的勻質(zhì)混凝土，必須采用嚴格的施工工藝，采用優(yōu)質(zhì)材料配制，便于澆搗、不離析、力學(xué)性能穩(wěn)定、早期強度高、具有韌性和體積穩(wěn)定性等性能的耐久的混凝土，特別適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴酷環(huán)境中的建筑結(jié)構(gòu)。本文結(jié)合工程實例，介紹了高性能混凝土的抗腐蝕性、耐久性、外加劑的選用及質(zhì)量的控制和存在的問題。</

2、p><p>　　關(guān)鍵詞： 高性能混凝土 定義 抗腐蝕性 耐久性 質(zhì)量控制 存在問題</p><p>　　1.高性能混凝土產(chǎn)生的背景、定義與性能特點及其開發(fā)研究</p><p>　　高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世紀80年代末90年代初，一些發(fā)達國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計提出的一種全新概念的混凝土，它

3、以耐久性為首要設(shè)計指標，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年以上的使用壽命。區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，因此被各國學(xué)者所接受，被認為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。<

4、;/p><p>　　傳統(tǒng)的混凝土雖然已有近200年的歷史，也經(jīng)歷了幾次大的飛躍，但今天卻面臨著前所未有的嚴峻挑戰(zhàn)：</p><p>　　1)  隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)和生產(chǎn)的發(fā)展，各種超長、超高、超大型混凝土構(gòu)筑物，以及在嚴酷環(huán)境下使用的重大混凝土結(jié)構(gòu)，如高層建筑、跨海大橋、海底隧道、海上采油平臺、核反應(yīng)堆、有毒有害廢物處置工程等的建造需要在不斷增加。這些混凝土工程施工難度大，使用環(huán)境惡劣

5、、維修困難，因此要求混凝土不但施工性能要好，盡量在澆筑時不產(chǎn)生缺陷，更要內(nèi)久性好，使用壽命長。</p><p>　　2) 進入20世紀70年代以來，不少工業(yè)發(fā)達國家正面臨一些鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，特別是早年修建的橋梁等基礎(chǔ)設(shè)施老化問題，需要投入巨資進行維修或更新。1987年美國國家材料咨詢局的一份政府報告指出：在美國當(dāng)時的57.5萬座橋梁中，大約有25.3萬座處于不同程度的破壞狀態(tài)，有的使用期不到20年，而且受損的橋梁

6、每年還增加3.5萬座。1991年在提交美國國會的報告“國家公路和橋梁現(xiàn)狀”中指出，為修復(fù)或更換現(xiàn)存有缺陷橋梁的費用需投資910億美元；如拖延修復(fù)進程，費用將增至1310億美元。美國現(xiàn)存的全部混凝土工程的價值約6萬億美元，每年用于維修的費用高達300億美元。</p><p>　　在加拿大，為修復(fù)劣化損壞的全部基礎(chǔ)設(shè)施工程估計要耗費5000億美元。在英國，調(diào)查統(tǒng)計了271個工程劣化破壞實例，其中碳化銹蝕占17％，環(huán)境

7、氯鹽銹蝕占33％，內(nèi)部氯鹽銹蝕占5％，混凝土凍蝕10％，混凝土磨蝕10％，混凝土堿—骨料反應(yīng)破壞9％，硫酸鹽化學(xué)腐蝕4％，其他各種不常發(fā)生的腐蝕破壞7％。</p><p>　　我國結(jié)構(gòu)工程中混凝土耐久性問題也非常嚴重。建設(shè)部于20世紀90年代組織了對國內(nèi)混凝土結(jié)構(gòu)的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)工業(yè)建筑及露天構(gòu)筑物在使用25～30年后即需大修，處于有害介質(zhì)中的建筑物使用壽命僅15～20年，民用建筑及公用建筑使用及維護條件較好，

8、一般可維持50年。相對于房屋建筑來說，處于露天環(huán)境下的橋梁耐久性與病害狀況更為嚴重。據(jù)2000年全國公路普查，到2000年底我國已有各式公路橋梁278 809座，公路危橋9 597座，每年實際需要維修費用38億元，而實際到位僅8億元。港口、碼頭、閘門等工程因處于海洋環(huán)境，氯離子侵蝕引發(fā)鋼筋銹蝕，導(dǎo)致構(gòu)件開裂、腐蝕情況最為嚴重。1980年交通部四航局等單位對華南地區(qū)18座碼頭調(diào)查的結(jié)果，有80％以上均發(fā)生嚴重或較嚴重的鋼筋銹蝕破壞，出現(xiàn)破

9、壞的時間有的距建成僅5～10年。</p><p>　　3) 混凝土作為用量最大的人造材料，不能不考慮它的使用對生態(tài)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)混凝土的原材料都來自天然資源。每用1t水泥，大概需要0.6t以上的潔凈水，2t砂、3t以上的石子；每生產(chǎn)1 t硅酸鹽水泥約需1.5 t石灰石和大量燃煤與電能，并排放1t CO2，而大氣中CO2濃度增加是造成地球溫室效應(yīng)的原因之一。盡管與鋼材、鋁材、塑料等其它建筑材料相比，生產(chǎn)?昆凝土所

10、消耗的能源和造成的污染相對較小或小得多，混凝土本身也是一種潔凈材料，但由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少地方造成資源破壞并嚴重影響環(huán)境和天然景觀。有些大城市現(xiàn)已難以獲得質(zhì)量合格的砂石。另一方面，由于混凝土過早劣化，如何處置廢舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環(huán)境帶來威脅。</p><p>　　因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，必須更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料；必須充分考慮廢棄混凝土的再生

11、利用，未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強都意味著節(jié)約資源?！案咝阅芑炷痢闭窃谶@種背景下產(chǎn)生的。  </p><p>　　1.1 高性能混凝土的定義與性能</p><p>　　對高性能混凝土的定義或含義，國際上迄今為止尚沒有一個統(tǒng)一的理解，各個國家不同人群有不同的理解。一般說來，高性能混凝土是指高強、高耐久性、高工作性。一些美國學(xué)者更強調(diào)高強度和尺寸穩(wěn)定性(北

12、美型)，歐洲學(xué)者更注重耐久性(歐，洲型)，而日本學(xué)者偏重于高工作性(日本型)，這可能由于日本更重視混凝土振搗工藝對工人聽力的不利作用，而推廣不需振搗的自密實混凝土。在我國，對高性能混凝土的含義也有爭論，馮乃謙在其1996年出版的《高性能混凝土》著作中開宗明義地指出了：高性能混凝土必須是高強的，因為一般情況下高強對耐久性有利，同時他認為高性能混凝土發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)是現(xiàn)在有了好的摻合料和減水劑，因此高性能混凝土必須摻摻合料。馮乃謙的這些觀點代

13、表了當(dāng)時我國大多數(shù)混凝土學(xué)者對高性能混凝土的認識。吳中偉針對當(dāng)時科研界過度追求高強度的趨向，及時提出“有人認為高強度必須高耐久性，這是不全面的，因為高強混凝土?xí)聿焕谀途眯缘囊蛩亍?。高性能混凝土還應(yīng)包括中等強度混凝土，如C30混凝土。吳中偉高度重視耐久性，并早在1986年就提出高強未必一定高耐久，低強也不一定就不耐久的觀點是非常有前瞻性的，而且今天他的這個觀點也是</p><p>　　1990年5月由美國

14、國家標準與技術(shù)研究所(NIST)與美國混凝土協(xié)會(ACl)主辦了第一屆高性能混凝土的討論會，定義高性能混凝土為具有所需，陛能要求的勻質(zhì)混凝土，必須采用嚴格的施工工藝，采用優(yōu)質(zhì)材料配制的，便于澆搗，不離析，力學(xué)性能穩(wěn)定，早期強度高，具有韌性和體積穩(wěn)定性等性能的耐久的混凝土。大多數(shù)承認單純高強不一定耐久，而提出高性能則希望既高強又耐久。可能是由于發(fā)現(xiàn)強調(diào)高強后的弊端，1998年美國ACI又發(fā)表了一個定義為：“高性能混凝土是符合特殊性能組合和

15、勻質(zhì)性要求的混凝土，如果采用傳統(tǒng)的原材料組分和一般的拌和、澆筑與養(yǎng)護方法，未必總能大量地生產(chǎn)出這種混凝土?！盇CI對該定義所作的解釋是：“當(dāng)混凝土的某些特性是為某一特定的用途和環(huán)境而制定時，這就是高性能混凝土。例如下面所舉的這些特性對某一用途來說可能是非常關(guān)鍵的：易于澆筑，振搗時不離析，早強，長期的力學(xué)性能，抗?jié)B性，密實性，水化熱，韌性，體積穩(wěn)定性，惡劣環(huán)境下的較長壽命。因為高性能混凝土的許多特性是相互聯(lián)系的，改變其中之一常會使其它的特

16、性發(fā)生變化，當(dāng)混凝土為某一用途生產(chǎn)而必須考慮若干特性時，則每一個特性都必須清楚地規(guī)定在合同文件中。1</p><p>　　我國著名的混凝土科學(xué)家吳中偉教授定義高性能混凝土為一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，它以耐久性作為設(shè)計的主要指標，針對不同用途要求，對下列性能有重點的予以保證；耐久性、工作性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性以及經(jīng)濟合理性。為此，高性能混凝土在配

17、制上的特點是低水膠比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，并除水泥、集料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料和高效外加劑。1997年3月吳中偉教授在高強高性能混凝土?xí)h上又指出，高性能混凝土應(yīng)更多地摻加以工業(yè)廢渣為主的摻合料，更多地節(jié)約水泥熟料，提出了綠色高性能混凝土(GHPC)的概念。</p><p>　　中國土木工程學(xué)會高強與高性能混凝土委員會將高性能混凝土定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的混凝土。與傳統(tǒng)的

18、混凝土相比，這種高性能混凝土在配比上的特點是低用水量(水與膠凝材料總量之比低于0.4，或至多不超過0.45)，較低的水泥用量，并以化學(xué)外加劑和礦物摻合料作為水泥、水、砂、石之外的必需組分。這也是現(xiàn)代高強混凝土的配制途徑。實際上，正是現(xiàn)代高強混凝土技術(shù)的出現(xiàn)，為解決高性能混凝土的耐久性問題指明了出路。結(jié)合我國的推廣應(yīng)用高性能混凝土十幾年的情況，2003年廉慧珍教授專門撰文反思了對高性能混凝土的理解存在的若干誤區(qū)，造成對高性能混凝土使用的盲

19、目和混亂，她對高性能混凝土的理解為，“高性能混凝土不是混凝土的一個品種，而是達到工程結(jié)構(gòu)耐久性的質(zhì)量要求和目標，是滿足不同工程要求的性能和具有勻質(zhì)性的混凝土。高強不一定耐久，高流動性也不是任何工程都需要的，也不是只要有摻合料就能高性能；混凝土的質(zhì)量不是實驗室配出來的，而是優(yōu)選配合比的混凝土由生產(chǎn)、設(shè)計、施工和管理人員在結(jié)構(gòu)中實現(xiàn)的，開裂的就不是高性能混凝土，除了特殊結(jié)構(gòu)(如臨時性結(jié)構(gòu))外，沒有什么混凝土結(jié)構(gòu)不需要耐久。針對不同</

20、p><p>　　1.2 高性能混凝土的特點　　高性能政是指采用普通原材料、常規(guī)施工工藝，通過摻加外加劑和摻合料配制而成的具有高工作性、高強度、高耐久性的綜合性能優(yōu)良的政。具體是：　　1）拌合料呈高塑或流態(tài)、可泵送、不離析，便于澆筑密實；</p><p>　　2）在凝結(jié)硬化過程中和硬化后的體積穩(wěn)定，水化熱低，不產(chǎn)生微細裂縫，徐變小；　　3）有很高的抗?jié)B性。其中高工作性是高性能政必須具備的首

21、要條件，即高流動性、高抗分離性、高間隙通過性、高填充性、高密實性、高穩(wěn)定性；并同時具備低成本的技術(shù)經(jīng)濟合理性。目前，高性能政在發(fā)達國家的工程實踐中已較廣泛采用，我國尚處于試驗研究、推廣試用的起步階段。 　　高性能混凝土具有豐富的技術(shù)內(nèi)容，盡管同業(yè)對高性能混凝土有不同的定義和解釋，但彼此均認為高性能混凝土的基本特征是按耐久性進行設(shè)計，保證拌和物易于澆筑和密實成型，不發(fā)生或盡量少發(fā)生由溫度和收縮產(chǎn)生的裂縫，硬化后有足夠的強度，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)

22、合理而有低滲透性和高抗化學(xué)侵蝕。從我國目前的及優(yōu)選并經(jīng)過現(xiàn)場試拌后,檢驗砼坍落度的經(jīng)時損失滿足規(guī)范設(shè)計施工水平出發(fā),強度等級達到或超過C50的混土被定義為要求,滿足工程應(yīng)用的高施工性要求,才能正式確定所選用的高強混凝土。而且隨著工程建設(shè)的需要,高性能混凝土的使頻率越來越高,對其進行嚴格質(zhì)量控制的重要性也越來越強。</p><p>　　1.3 高性能混凝土的研究</p><p>　　針對混凝

23、土的過早劣化，發(fā)達國家在20世紀80年代中期掀起了一個以改善混凝土材料耐久性為主要目標的“高性能混凝土”開發(fā)研究的高潮，并得到了各國政府的重視。1990年，加拿大政府提出了一個協(xié)作網(wǎng)研究計劃，專門用來資助對國家今后長遠發(fā)展有影響的科研項目，最終從158個提議的項目中評選出15項，屬于土木工程學(xué)科的僅占1項，這就是“高性能混凝土協(xié)作網(wǎng)”研究計劃，獲得了640萬加元資助進行為期4年的研究。到1994年在原有的15個協(xié)作網(wǎng)中有l(wèi)0個繼續(xù)取得資

24、助以進行下一個4年的研究，其中高性能混凝土的資助份額為550萬加元，可見其被重視的程度。法國在1986年由政府組織包括政府研究機構(gòu)、大學(xué)、公司等23個單位開展了“混凝土的新途徑”研究項目，進行高性能混凝土的研究并造示范工程。這一項目已于1993年完成，建成的示范工程有Joigny城的1座3跨后張法預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土橋，其混凝土強度等級相當(dāng)于我國的C70，比原設(shè)計的C40減少混凝土量30％，減少自重24％；Civaux核電站2號反應(yīng)堆預(yù)應(yīng)力

25、鋼筋混凝土安全殼等，高85 m，直徑44 m，混凝土強度等級C70，其水泥用量只有240kg／m3，有很高的氣密</p><p>　　1994年，美國聯(lián)邦政府16個機構(gòu)聯(lián)合提出了一個在基礎(chǔ)設(shè)施工程建設(shè)中應(yīng)用高性能混凝土的建議，計劃在10年內(nèi)投資2億美元進行研究和開發(fā)。美國國家自然科學(xué)基金(NSF)、美國國家標準與技術(shù)研究所(NIST)、美國聯(lián)邦公路管理局(FHWA)以及一些州政府的運輸部和美國工程兵等機構(gòu)，都一直

26、投入大量經(jīng)費，資助高強、高性能混凝土的研究，NSF以每年200萬美元的經(jīng)費，定期資助以西北大學(xué)為首的水泥基復(fù)合材料聯(lián)合研究中心對高性能混凝土的研究。德國、瑞典、挪威等國家在發(fā)展高性能混凝土上也有很大投入，挪威是較早對高強高性能混凝土開展研究的國家之一，至今已建造了20多個混凝土海洋采油平臺，挪威皇家科技學(xué)院的科學(xué)與工業(yè)研究基金(SINTEF)持續(xù)資助高性能混凝土的研究。瑞典1991～1997年由政府和企業(yè)聯(lián)合出資5 200萬克朗，實施高

27、性能混凝土研究的國家計劃。日本則在發(fā)展自密實混凝土方面取得很大的成就，其初衷也是為了消除混凝土振搗中的缺陷和增加混凝土的密實性，以改善混凝土的耐久性為目標。 </p><p>　　1999年美國NIST的建筑與防火研究實驗室(BFRI。)在國際互聯(lián)網(wǎng)上公布了一個“高性能混凝土技術(shù)的伙伴關(guān)系(Partnership for High Perfor—mance Concrete Technology，縮寫為

28、PHPCT)”，由工業(yè)界4個大企業(yè)和國家預(yù)拌混凝土協(xié)會、波特蘭水泥協(xié)會協(xié)作，承擔(dān)“商品高性能混凝土結(jié)構(gòu)項目中計算機集成知識系統(tǒng)(CIKS)的開發(fā)”的國家重點研究計劃，包括6個專題：專題1為HPC的制備工藝過程；專題2為混凝土和混凝土材料的特征化；專題3為性能預(yù)測；專題4為高強度高性能混凝土在火中的結(jié)構(gòu)性能；專題5為結(jié)構(gòu)性能；專題6為HPC的經(jīng)濟性。重點是性能檢驗和預(yù)測工具的開發(fā)和應(yīng)用，這是優(yōu)化可*的HPC產(chǎn)品和給出可由最有效的途徑得到的

29、知識所必需的。從20世紀80年代開始，各國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中逐漸突出了耐久性設(shè)計的考慮，從只重視強度設(shè)計向強度于耐久性并重。進入20世紀90年代以后，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法成為土木工程領(lǐng)域中的研究重點。針對不同環(huán)境類別的侵蝕作用，提出材料性能劣化的理論或經(jīng)驗?zāi)Ｊ?，并?jù)此估算結(jié)構(gòu)的使用壽命，成為發(fā)展和研究耐久性設(shè)計方法的主流。日本</p><p>　　2.高性能混凝土在現(xiàn)代工程中的應(yīng)用</p>&

30、lt;p>　　高性能混凝土技術(shù)正在世界各地成功地用于很多離岸結(jié)構(gòu)物和長大跨橋梁的建造，Langley等人敘述了幾種加拿大一長大跨橋梁所用的拌合物。它們用于主梁、墩部和墩基，硅粉混合水泥用量為450 Kg/m3，水153L/ m3，引氣劑160mL/ m3和高效減水劑3L/ m3。其坍落度大約在200mm；含氣量6.1％；1d、3d、28d抗壓強度分別為35、52和82 MPa；基礎(chǔ)和其他大塊混凝土的混合水泥用量為307 Kg/m3

31、，粉煤灰133 Kg/m3，用水量接近，但引氣劑和高效減水劑摻量大幅度減小，坍落度約在185mm；含氣量7％；1d、3d、28d和90d抗壓強度分別為10 MPa、20 MPa、50 MPa和76 MPa。根據(jù)加拿大和美國的透水性與氯離子快速滲透標準方法實驗結(jié)果表明：兩部分混凝土都呈現(xiàn)非常低的滲透性。對高性能混凝土結(jié)構(gòu)的施工，需要非常強調(diào)加強現(xiàn)場實驗室試驗和質(zhì)量驗收。</p><p>　　高性能混凝土發(fā)展的另一領(lǐng)

32、域是高性能輕混凝土，相對于鋼材，普通混凝土的強度/自重比很低，摻有高效減水劑的高強混凝土則大大提高了該比例；用有大量微孔的輕骨料代替部分普通骨料，就能進一步提高這個比例。由于骨料的質(zhì)量不同，密度為2000 Kg/m3、抗壓強度在70～80 MPa的高性能輕混凝土在一些國家已經(jīng)商品化并用于構(gòu)件生產(chǎn)。在澳大利亞、加拿大、日本、挪威和美國，高性能輕混凝土已用于固定式和漂浮式鉆井平臺；因為水泥漿和骨料之間的界面粘結(jié)強度高，它可以不透水，所以在侵

33、蝕環(huán)境中能夠很耐久。采用摻10％～15％硅粉甚至更高的混合水泥配制的超塑化混凝土，具有優(yōu)良的粘附力，因此適用于濕噴的噴射混凝土進行結(jié)構(gòu)修補，這也是高性能混凝土的應(yīng)用領(lǐng)域之一。</p><p>　　2.1 高性能混凝土在高層建筑中的應(yīng)用</p><p>　　高性能混凝土（>40MPa）首先用于30層以上高層建筑物的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，因為這種建筑物下部三分之一的柱子，在用普通混凝土?xí)r斷面很

34、大。除節(jié)省材料費用外，與鋼結(jié)構(gòu)相比，加快施工速度也是采用混凝土結(jié)構(gòu)的重要特點，自美國芝加哥在1965年以50 MPa 混凝土澆注Lake Point Tower的一些柱子以來，北美和其他國家到處都在用高性能混凝土建造高層建筑。芝加哥79層的Water Tower Place大樓柱子采用了60MPa混凝土；多倫多的Scotia Plaza Building和西雅圖的Two union Square Building兩座建筑物則分別有90M

35、Pa和120MPa強度的高性能混凝土柱子。</p><p><b>　　應(yīng)用實例：</b></p><p>　　a、高性能混凝土應(yīng)用C80高強與高性能混凝土在沈陽方園大廈、 大西電業(yè)園等多項高層建筑鋼管混凝土柱中應(yīng)用。</p><p>　　b、上海高性能混凝土研究領(lǐng)域中取得一大批可喜的成果，其中具有代表性的成果有：中華第一高樓88層金茂大廈的C

36、40一次泵送到382.5m；明天廣場礦渣微粉C80泵送混凝土；在上海教育電視臺綜合樓大體積基礎(chǔ)混凝土，水泥用量只占膠凝材料總量的46％，配制的混凝土漿量飽滿，混凝土工作性、粘聚性和抗離析性能都十分優(yōu)異，強度達到C40的高性能混凝土。</p><p>　　2.2 高性能道面混凝土</p><p>　　a.高性能道面混凝土研究的意義</p><p>　　隨著對交通運輸要

37、求的日益提高，發(fā)展“長壽命低維護路面”，采用高性能道面混凝土，提高混凝土的抗折強度與耐久性是當(dāng)前道面混凝土的發(fā)展趨勢。</p><p><b>　　b.國外發(fā)展情況 </b></p><p>　　1997年召開的第十六屆國際混凝土路面會議，提出路面設(shè)計不僅要提出平均強度要求，還應(yīng)提出耐久性要求。在未來發(fā)展方向中提出抗拉強度達17MPa的超高強混凝土，用于鋪筑連續(xù)的混凝

38、土路面。提高混凝土道面表面的致密性、抗?jié)B性都是很重要的，而這是需要通過高性能混凝土來實現(xiàn)的。</p><p>　　c.高性能道面混凝土的強度 高性能道面混凝土的重要特征是具有高抗折強度。使用高性能道面混凝土可以顯著提高道面的承載能力，延長使用壽命或減薄道面的厚度以降低工程造價。</p><p>　　d.高性能道面混凝土的耐久性 高性能道面混凝土的主要特征是具有足夠的耐久性，能夠抵抗氣候和

39、環(huán)境的長期破壞作用，保證在道面的設(shè)計使用期限內(nèi)，混凝土能夠正常工作。</p><p>　　e.高性能道面混凝土的變形性質(zhì) </p><p>　　(1) 干縮 道面板表面積很大，蒸發(fā)量大，干縮有可能引起道面板表面產(chǎn)生收縮裂縫，需加強養(yǎng)護。</p><p>　　(2) 抗折彈性模量 高性能道面混凝土的抗折彈性模量E，經(jīng)實測，1級為4.305104Mpa，2級為4.845

40、104Mpa，3級為4.605104Mpa。強度3級的高性能道面混凝土的配合比中，骨料用量較少，粗骨料最大粒徑較小</p><p>　　f.應(yīng)用情況 應(yīng)用高性能道面混凝土產(chǎn)生顯著的效益：</p><p>　　(1) 提高道面承載力； </p><p>　　(2) 延長道面使用壽命； </p><p>　　(3) 降低工程造價；</p&

41、gt;<p><b>　　g.應(yīng)用實例：</b></p><p>　　(1)在美國大約有70％的公路采用高性能道面混凝土：其中北達科他州，1988和1989年夏天，用20000m3混凝土鋪筑厚為200 mm的路面，其水膠比為0.43，水泥用量100 Kg/m3、粉煤灰220 Kg/m3；德克薩斯州的路面示范工程也成功地采用了這一新材料</p><p>　

42、　(2) 青藏鐵路建設(shè)工程中全面推廣使用</p><p><b>　　h.結(jié) 論 </b></p><p>　　三個強度級別的高性能道面混凝土具有極其優(yōu)良的品質(zhì)，材料費用基本不增加或增加不多，可供不同要求的工程選擇使用，建造長壽命低維護的道面、路面，其社會、經(jīng)濟效益是巨大的，值得大力推廣和不斷研究，促進我國機場水泥混凝土道面工程和公路路面工程步入新的發(fā)展階段，以適應(yīng)

43、日益增長的對航空和交通運輸?shù)男枰?lt;/p><p>　　2.3 免振自密實混凝土</p><p>　　由于免振自密實混凝土具有十分良好的工作性，使混凝土的填充性、密實性、均勻性得到顯著的提高，成為混凝土技術(shù)的一項新的進展而被列為高性能混凝土一族。</p><p>　　免振自密實混凝土是近十多年來由日本首先研究開發(fā)并付諸工程應(yīng)用的一項近代混凝土技術(shù)。由于免振自密實混凝

44、土在工程上應(yīng)用可以取得提高混凝土質(zhì)量、改善混凝土施工操作、養(yǎng)活施工噪音以及提高勞動生產(chǎn)率、加快施工進度降低工程費用等技</p><p>　　術(shù)經(jīng)濟效果，近年來世界各國對此給予很大的重視與關(guān)注。日本預(yù)期到2003年將有1/2的混凝土工程將用免振自密實混凝土澆注。</p><p>　　顧名思義，免振自密實混凝土是在澆筑時僅靠混凝土自身的重力而不需要任何搗實外力而達到自密實、自流平的一種混凝土。

45、</p><p>　　免振自密實混凝土應(yīng)具有三個特性：</p><p><b>　?。?）流動性　　</b></p><p>　?。?）良好的穩(wěn)定性——不離析；　</p><p>　?。?）鋼筋和模板中的任何間隙，具有良好的通過能力，不產(chǎn)生阻塞。</p><p>　　根據(jù)上述三個特性的要求，免振自

46、密實混凝土配制的原理與方法科述如下：</p><p>　　新拌混凝土的物相屬粒子懸浮體，其連續(xù)介質(zhì)是水泥漿體，也就是液相而混凝土中的集料則為固相。在所有粒子懸浮體中，流動性與粒子離析間的平衡是必需的。新拌免振自密實混凝土要在沒有外力作用下充分填實混凝土模板中的一切空隙并達到密實，更是要兼具良好的流動性與穩(wěn)定性。</p><p>　　為獲得高流動性，首先要減小顆粒間的磨擦阻力。摻入超塑化劑以

47、減小顆粒的表面張力固然十分必要，但從免振自密實的性能要求看，僅靠摻超塑化劑還難以達到，還需摻入一定數(shù)量的超細物料。 </p><p>　　為得到良好的穩(wěn)定性，使物料不離析，其液相必需具有適當(dāng)?shù)牧髯冃?，才能既不產(chǎn)生泌水又防止顆粒的離析。為達到此要求，同樣也需摻入適量的顆粒尺寸＜0.25mm的細填料，有時還需摻入粘度改性劑（增粘劑）。 </p><p>　　為使混凝土能流暢地通過鋼筋

48、和模板中的任何間隙而不產(chǎn)生阻塞，除需根據(jù)工程結(jié)構(gòu)的設(shè)計選定合適的集料粒徑和形貌外，液相的體積量及其流變性質(zhì)也是重要的參數(shù)。其流變性質(zhì)是按流變學(xué)的賓漢姆型用粘度計來評定的，應(yīng)具有低的屈服應(yīng)力和適當(dāng)?shù)乃苄哉扯?。按流變學(xué)的觀點，免振自密實混凝土的基體是自由流動的超細漿體，該漿體是由水泥與超細物料共同組成的，其流動性隨環(huán)繞固體粒子的漿膜層厚度的增大而提高，而漿膜層的厚度只有在漿體已充滿固體顆粒間的空隙后才能形成，因此，漿體的厚度受到固體顆粒的形

49、貌影響。對于漿體而言，除了要求具有高流動性外，還需具有足夠的高粘度，必須成為高粘性的牛頓液體，才能防止離析。</p><p>　　免振自密實混凝土的配制工藝流程如圖所示（表1-1）</p><p><b>　　水　泥　</b></p><p><b>　　↓</b></p><p>　　超細摻和料　

50、　水　　超塑化劑　</p><p>　　↓　　　　　↓　　　↓</p><p>　　自　由　流　動　的　漿　體　　細集料　　</p><p>　　↓　　　　　　　　　↓</p><p>　　自　由　流　動　的　砂　漿　　粗集料</p><p>　　↓　　　　 ↓ </p><p>　

51、　自　密　實　混　凝　土 </p><p>　　免振自密實混凝土的配合比設(shè)計，首先要確定根據(jù)集料的空隙含量所需要的液相體積。該液體的組成包括水泥、水、外加劑和＜0.25mm的超細物料。超大型細物料與總集料體積之比（S/A）是免振自密實混凝土配合比設(shè)計中的一項重要參數(shù)。銘振自密實混凝土的流動性將隨S/A的增大而增大，而對彈性模量無明顯的影響。水灰比基本上按所需的混凝土抗壓強度來確定。由于免振自密實混凝土的流變行為與

52、組分材料的體積有十分密切的關(guān)系，因此，免振自密實混凝土的配合比設(shè)計建議采用體積比而不用重量比。</p><p>　　2.4 高性能混凝土在性能上尚存在的問題及其改善的途徑</p><p>　　配制高性能混凝土的特點是低水膠比并摻有足夠數(shù)量的礦物細摻合料和高效減水劑，從而使混凝土具有綜合的優(yōu)異的技術(shù)特性，但由此也產(chǎn)生了兩個值得重視的性能缺陷：</p><p>　　（1

53、）自干燥引起的自收縮；</p><p><b>　?。?）脆性。</b></p><p>　　高性能混凝土的研究與開發(fā)應(yīng)用，對傳統(tǒng)混凝土的技術(shù)性能有了重大的突破，對節(jié)能、工程質(zhì)量、工程經(jīng)濟、環(huán)境與勞動保護等方面都具有重大的意義。可以預(yù)期，高性能混凝土在工程上的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)⒀杆贁U大，并取得更大、更多的技術(shù)經(jīng)濟效益。</p><p>　　3.高性能混

54、凝土的抗腐蝕性及其耐久性</p><p>　　眾所周知，高強混凝土具有強度高，自重輕，抗?jié)B抗凍性能好等優(yōu)點，廣泛地用于高層和大跨度工程，還大量用于海洋和港口工程。但是高強混凝土的抗腐蝕性能到底怎么樣，針對特定的自然環(huán)境，配制了普通、高強和高性能混凝土，同時進行了不同混凝土的鹵水腐蝕單因素試驗。結(jié)果表明，普通混凝土的耐久性很差，高強混凝土的抗腐蝕性不盡人意，高性能混凝土具有優(yōu)良的抗腐蝕性能，鋼纖維和高強高彈模聚乙烯

55、纖維增強高性能混凝土在雙因素作用下抗腐蝕性更好。</p><p>　　高強混凝土 必須具有滿足高耐久性的要求。為了提高高強混凝土的抗碳化、抗?jié)B性、抗凍性、耐磨性和抗化學(xué)腐蝕性等，要求高強混凝土必須具有高耐久性。所以高強混凝土的抗腐蝕性能的研究非常有必要。</p><p>　　3.1 抗腐蝕性試驗</p><p>　　按一定的配比， 制作100mm ×100

56、mm ×100mm 立方體試件若干。移入標準養(yǎng)護室進行養(yǎng)護28天 ，然后再分別進行力學(xué)性能測試和抗腐蝕試驗。將標養(yǎng)28d 的混凝土試件分別浸泡在鹽鹵水和水中，分別在不同時間測定一定量混凝土試件的抗壓強度?；炷恋目垢g系數(shù)根據(jù)試件在鹽湖鹵水中浸泡一定時間后的抗壓強度與在水中相同齡期抗壓強度之比值求出。 　　由實驗可知：普通混凝土的抵抗鹽鹵水腐蝕性能力很差，隨著浸泡時間的延長，其抗壓強度逐漸降低，當(dāng)浸泡時間達到80天后，抗腐蝕

57、系數(shù)只有0.35。</p><p>　　原因分析：普通混凝土在鹽鹵水中抗腐蝕性差的主要原因是由其易受腐蝕的水化產(chǎn)物特征、疏松多孔的結(jié)構(gòu)特征和界面特征所決定，其水化產(chǎn)物中的氫氧鈣石和水化鋁酸鈣是混凝土內(nèi)易受腐蝕的水泥水化產(chǎn)物，混凝土的孔隙和界面是外界侵蝕性離子擴散、滲透進入內(nèi)部的通道和發(fā)生腐蝕反應(yīng)的場所，鹽鹵水中的侵蝕性離子進入混凝土的孔隙中發(fā)生一系列的物理化學(xué)反應(yīng)，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)發(fā)生膨脹性破壞，其破壞機理如下：混

58、凝土的水泥水化產(chǎn)物氫氧鈣石和水化鋁酸鈣發(fā)生了高濃度的南極石CaCl2·6H2O 氫氧化鎂Mg(OH) 2 氯氧化鎂Mg2(OH)3Cl·4H2O 氯鋁酸鈣C3A·CaCl2·10H2O 石膏CaSO4·2H2O 復(fù)合型腐蝕，水化硅酸鈣CSH 凝膠發(fā)生了鎂離子和堿金屬離子取代鈣離子的含水硅酸鈣鎂CMSH 凝膠堿硅NCSH 凝膠腐蝕。在腐蝕過程中，當(dāng)氫氧化鈣轉(zhuǎn)變?yōu)槭嘁约八X酸鈣轉(zhuǎn)變?yōu)樗?/p>

59、氯鋁酸鈣C3A·CaCl2·10H2O 時，體積要發(fā)生顯著的變化。CMSH 凝膠的形成，使CSH 凝膠喪失了膠凝能力， NCSH 凝膠的生成將導(dǎo)致混凝土的膨脹性破壞。水泥水化產(chǎn)物在鹽鹵水中腐蝕的結(jié)果，必然要造成普通混凝土強度的大幅度降</p><p>　　3.2 混凝土工程耐久性不足的后果及在施工中需要解決的問題</p><p>　　混凝土科學(xué)屬于工程材料研究范疇,是以

60、取得最大經(jīng)濟效益為目標的應(yīng)用科學(xué),混凝土以其原材料豐富,適應(yīng)性強,耐久性好,能源消耗與成本較低,同時又能消化大量的工業(yè)廢渣等特點,成為一種用途最廣,用量最多的建筑材料。據(jù)不完全統(tǒng)計,世界水泥年產(chǎn)量超過15 億t ,折合成混凝土應(yīng)不少于45 億m3 ,其中我國的混凝土用量約15 億m3 ,伴隨著高層建筑,海底隧道,大跨度橋梁等的飛速發(fā)展,一般的普通混凝土已遠遠不能滿足工程要求,發(fā)展具有高強度、高耐久性、高工作性、高性能混凝土就勢在必行。所

61、謂高強度混凝土是指標號不低于C60 (混凝土軸心抗壓設(shè)計強度f c = 27. 5 MPa) 的混凝土,且用優(yōu)質(zhì)骨料和強度不低于42.5 級的水泥與較低水灰比在強烈振搗密實作用下制取的混凝土。高強混凝土具有高強度、高耐久性、高工作性、高流動性等多方面的優(yōu)越性能。 </p><p>　　1) 由于高強混凝土的耐久性(包括混凝土穩(wěn)定性、抗?jié)B透性、抗凍性、抗化學(xué)侵蝕性、抗炭化性) 優(yōu)于普通混凝土,在各種嚴酷環(huán)境下使用的

62、大體積混凝土結(jié)構(gòu)如跨海大橋、海底隧道、高層建筑等,用高性能混凝土來代替普通混凝土,不僅可以提高工程使用壽命,而且具有顯著的經(jīng)濟效益。 </p><p>　　2) 高強混凝土強度大且變形較小,從而使構(gòu)件的剛度得以提高,大大改善了建筑物的變形性能。 </p><p>　　3) 雖然高強混凝土在成本上比普通混凝土要高一些,但由于減小了截面尺寸,減

63、輕了結(jié)構(gòu)自重,降低了鋼筋用量,減輕了地基負荷,這對自重占荷載主要部分的建筑具有特別重要的意義。在一般情況下,混凝土強度等級從C30 提高到C60 ,對受壓構(gòu)件可節(jié)省混凝土30％～40％,受彎構(gòu)件可節(jié)省混凝土10％～20％,如此大幅度地節(jié)約建筑材料,從而降低工程施工成本,以年產(chǎn)15 億m3 混凝土中有20％采用高性能混凝土,商品混凝土350 元/ m3 均價計算,從中可節(jié)約資金為210 億元,獲得巨大的直接經(jīng)濟效益;同時由于梁柱截面減小,

64、不但改變了建筑上肥梁胖柱的不美觀問題,而且可增加使用面積和有效空間,因而可獲得較大的間接經(jīng)濟效益。在建設(shè)階段通過節(jié)約混凝土用量,可以節(jié)約土地、煤、水、礦石、砂等能源和資源的消耗量,從而減少有害氣體和廢渣的排放,使用階段可減少養(yǎng)護維修費用,實現(xiàn)節(jié)能,帶來可觀的社會效益.以混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性為首要技術(shù)指標的高性能混凝土由于其具有的優(yōu)越性,目前在不少的重要工程中被采用,并在高層建筑、大跨度橋梁、海上平臺等工程中顯示出其獨特的優(yōu)越性,在工程安

65、全使用期、經(jīng)濟合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)</p><p>　　混凝土工程因其工程量浩大，將會因耐久性不足對未來社會造成極為沉重的負擔(dān)。據(jù)美國一項調(diào)查顯示，美國的混凝土基礎(chǔ)設(shè)施工程總價值約為6萬億美元，每年所需維修費或重建費約為3千億美元。美國50萬座公路橋梁中20萬座已有損壞，平均每年有150～200座橋梁部分或完全坍塌，壽命不足20年；美國共建有混凝土水壩3,000座，平均壽命30年，其中32％的水壩年久

66、失修。 　　 美國對二戰(zhàn)前后興建的混凝土工程，在使用30～50年后進行加固維修所投入的費用，約占建設(shè)總投資的40％～50％以上。中國50～60年代所建設(shè)的混凝土工程已使用40余年，如果我國混凝土工程的平均壽命按30～50年計，在今后的10～30年內(nèi)，為了維修建國以來所建基礎(chǔ)設(shè)施的費用，將是極其巨大的。 　　目前，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程規(guī)模宏大，每年高達2萬億元人民幣以上，約30～50年后，這些工程也將進入維修期，所需的維修費或重建費

67、將更為巨大。作為21世紀的高性能混凝土，更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用。</p><p>　　以混凝土結(jié)構(gòu)物的耐久性為首要技術(shù)指標的高性能混凝土由于其具有的優(yōu)越性,目前在不少的重要工程中被采用,并在高層建筑、大跨度橋梁、海上平臺等工程中顯示出其獨特的優(yōu)越性,在工程安全使用期、經(jīng)濟合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益,受到越來越多的重視?！≡诟咝阅芑炷恋陌l(fā)展過程中,有許多材料與工

68、程方面的難題需要解決,同時施工中還要解決一系列的技術(shù)問題。 　</p><p>　　1） 低水灰比,大坍落度。高性能混凝土一般要求低水灰比,水灰比一般都不大于0.4 (水灰比很低約為0.4 時,水灰比變化很小就能使混凝土強度不成比例地提高) ,但由于混凝土在低水灰比的情況下,坍落度很小,甚至沒有坍落度,其成型和搗實都很困難,無法在現(xiàn)澆混凝土施工中應(yīng)用。因此高性能混凝土拌合物的工作性比強度還要重

69、要,是</p><p>　　保證混凝土現(xiàn)澆質(zhì)量的關(guān)鍵,如果用坍落度來表示,則其坍落度大于180 mm ,要求免振時,坍落度大于250 mm ,同時該拌合物應(yīng)具有體積穩(wěn)定、不離析、不泌水等特性。 　</p><p>　　2） 坍落度損失問題。高性能混凝土的坍落度在摻加超塑化劑后的流動度可大大提高,可以由初始坍落度5 cm 增加到20 cm ,但這種大坍落

70、度只能保持十幾分鐘,此后坍落度逐漸減少,至1 h 左右便可能減少到初始坍落度,這種超塑化劑只能在工地添加拌制成流動混凝土,否則會因坍落度減少給工程施工帶來困難并影響工程質(zhì)量。而現(xiàn)代城市混凝土施工一般采用商品混凝土,混凝土從攪拌站運送至工地需要較長的時間,混凝土在運輸?shù)倪^程中坍落度隨時間的增加而減少,從而增加了高強混凝土施工難度?！　?lt;/p><p>　　3） 混凝土足夠的流動性問題。高性能混凝土的特點是流動性大、

71、水灰比小,為保證混凝土具有足夠的流動性,就要求有較大的膠凝材料總用量,但隨著漿集比的增大,混凝土的彈性模量會有所下降,混凝土的收縮也會有所增加。從耐久性的角度來看,必須有足夠的漿體濃度和數(shù)量,得到良好的工作,才能保證混凝土的耐久性。當(dāng)膠凝材料用料太小時,不可能保證良好的工作性,使混凝土離析、分層,硬化后混凝土的薄弱界面數(shù)量將急劇增多,最終大大削弱混凝土抵抗腐蝕性介質(zhì)侵蝕的能力。因此,沒有足夠的膠凝材料總用量,就不可能使混凝土耐久。很好地

72、解決混凝土的流動性問題,就能保證混凝土的流動性問題,就能保證混凝土的可泵性</p><p>　　3.3 影響混凝土耐久性的主要因素</p><p>　　一般混凝土工程的使用年限約為50～100年，不少工程在使用10～20年后，有的甚至使用9年以后，即需要維修。用普通水泥混凝土所完成的工程不能滿足耐久性(超耐久)要求的根本原因，在于混凝土本身的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 　　首先，為滿足混凝土施工工作性要

73、求，即用水量大、水灰比高，因而導(dǎo)致混凝土的孔隙率很高，約占水泥石總體積的25％～40％，特別是其中毛細孔占相當(dāng)大部分，毛細孔是水分、各種侵蝕介質(zhì)、氧氣、二氧化碳及其它有害物質(zhì)進入混凝土內(nèi)部的通道，引起混凝土耐久性的不足。 　　其次，水泥石中的水化物穩(wěn)定性不足。水泥水化后的主要化合物是堿度較高的高堿性水化矽酸鈣、水化鋁酸鈣、水化硫鋁酸鈣。此外，在水化物中還有數(shù)量很大的游離石灰，它的強度極低，穩(wěn)定性極差，在侵蝕條件下，是首先遭到侵蝕的部分

74、。要大幅度提高混凝土的耐久性，就必須減少或消除這些穩(wěn)定性低的組分，特別是游離石灰。</p><p>　　3.4 提高混凝土耐久性的技術(shù)途徑</p><p>　　如前分析，要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會導(dǎo)致?lián)v實成型工作困難，同樣造成混凝土結(jié)構(gòu)不致密，甚至出現(xiàn)蜂窩等

75、宏觀缺陷，不但混凝土強度降低，而且混凝土的耐久性也同時降低。目前減少孔隙率的途徑往往是摻入高效減水劑。</p><p>　　3.4.1 摻入高效減水劑 　　 在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細管孔隙率大幅度降低。 　　水泥在加水?dāng)嚢韬?，會產(chǎn)生一種絮凝狀結(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物

76、所需的工作性，就必須在拌和時相應(yīng)地增加用水量，這樣就會促使水泥石結(jié)構(gòu)中形成過多的孔隙。當(dāng)加入減水劑后，減水劑的定向排列，使水泥質(zhì)點表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時使水泥絮凝狀的絮凝體內(nèi)的游離水釋放出來，因而達到減水的目的。</p><p>　　3.4.2 摻入高效活性礦物摻料 　　普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，是

77、混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質(zhì)的組成。活性礦物摻料(硅灰、礦渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2及活性Al2O3，它們能和水泥水化過程中產(chǎn)生的游離石灰及高堿性水化矽酸鈣產(chǎn)生二次反應(yīng)，生成強度更高，穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿性水化矽酸鈣，從而達到改善水化膠凝物質(zhì)的組成，消除游離石灰的目的。有些超細礦物摻料，其平均粒徑小于水泥粒子的平均粒徑，能填充于水泥粒子之間的空隙中，使水泥石結(jié)構(gòu)

78、更為致密，并阻斷可能形成的滲透路。 3.4.3 消除混凝土自身的結(jié)構(gòu)破壞因素 　　 除了環(huán)境因素引起的混凝土結(jié)構(gòu)破壞以外，混凝土本身的一些物理化學(xué)因素，也可能引起混凝土結(jié)構(gòu)的嚴重破壞，致使混凝土失效。例如，混凝土的化學(xué)收縮和干縮過大引起的開裂，水化熱過性過高引起的溫度裂縫，硫酸鋁的延遲生成，以及混凝土的堿集料反應(yīng)等。因此，要提高混凝土的耐久性，就必須減小或消除這些結(jié)構(gòu)破壞因素。限制或消除從原材料引入的堿、SO3、CL-等可以引起結(jié)

79、構(gòu)破壞和鋼筋蝕物質(zhì)的含量，加強施工</p><p>　　高性能混凝土在配制上的特點是低水灰比，選用優(yōu)質(zhì)原材料，除水泥、水和骨料外，必須摻加足夠數(shù)量的礦物集料和高效減水劑，減少水泥用量，減少混凝土內(nèi)部孔隙率，減少體積收縮，提高強度，提高耐久性。</p><p>　　4.高性能混凝土對外加劑的選用</p><p>　　隨著現(xiàn)代混凝土技術(shù)的發(fā)展，具有良好的施工性能，高體積

80、穩(wěn)定性（收縮變小、硬化過程中不開裂），滿足實際要求的抗壓強度（一般50MPa），以及優(yōu)異耐久性的高性能混凝土（HPC)日益成為工程界研究和應(yīng)用的熱點。HPC和普通混凝土（NC）或高強混凝土（HSC）的本質(zhì)區(qū)別在于“以保證耐久性和良好的工作性能為前提”。配制HPC時，采用的措施一般為同時摻加礦物摻合料和以高效減水劑為主的外加劑，達到降低水膠比，改善流動性、強度和耐久性的目的，滿足混凝土高性能的要求。    

81、 然而，由干混凝上外加劑的多樣性，以及混凝仁外加劑與水泥摻合料的適應(yīng)性問題，HPC的配制并非理論上那樣簡單。 4.1 正確選擇外加劑 　　各種外加劑的性能和作用各不相同，使用時應(yīng)當(dāng)從混凝土性能要求出發(fā)選擇合適的外加劑。在HPC中高效減水劑是最重要的，也是必不可少的外加劑，因此必須慎重選擇。引氣劑、緩凝劑、早強劑、膨脹劑和防凍劑等其他類型外加劑，也是HPC在某些情況下所需要的。  4.1.1 高效減水劑

82、 　　高效減水劑的摻加量、摻加方式，與水泥的適應(yīng)性等問題制約著所配制HPC的性能。由于聚羧酸鹽系高效減水劑在市場上所占的分額較</p><p>　　4.1.2 引氣劑 　　 摻人引氣劑可使混凝土在攪拌過程中引人大量均勻分布的微小氣泡，防止離析泌水，更重要的是有效地改善了混凝土的抗凍融性和抗除冰鹽性能，是提高混凝土使用壽命的一項有效措施。目前市場上供應(yīng)的引氣劑主要有松香類和烷基磺酸鹽類，另外

83、，也有用皂普加工而成的產(chǎn)品。松香類引氣劑制備方法簡便，價格比較低，但引人的氣泡結(jié)構(gòu)較差；烷基磺酸鹽類是典型的表面活性劑，引氣效果較好。混凝土中的引氣量不僅和引氣劑品種、摻量有關(guān)，而且也與水泥品種，水泥用量，摻合料的品種、摻量、水膠比、攪拌的方式、時間、坍落度、停放時間、振搗的方式、時間和氣溫等多種因素有關(guān)，必須通過試驗找尋其中的規(guī)律，并在實際施工時不要輕易改變施工參數(shù)。工程中還經(jīng)常將引氣劑和高效減水劑等外加劑復(fù)合使用，必須通過試驗確定合

84、適的比例，最大程度地發(fā)揮協(xié)同作用。  4.1.3 緩凝劑 　　 摻加緩凝劑能夠延長混凝土的凝結(jié)時間緩凝劑與減水劑復(fù)合摻加還可以延緩混凝上的坍落度損失，降低水化放熱速率，使大體積混凝土避免開裂。緩凝劑主要有無機鹽和有機物兩類。選擇緩凝劑時同樣要通過試驗確定其品種和摻量。必須注意的是，摻緩凝劑混凝土的凝結(jié)時間與</p><p>　　1)拌合料呈高塑或流態(tài)、可泵送、不離析，便于澆筑密實；</p&g

85、t;<p>　　2)在凝結(jié)硬化過程中和硬化后的體積穩(wěn)定，水化熱低，不產(chǎn)生微細裂縫，徐變小；</p><p>　　3)有很高的抗?jié)B性。其中高工作性是高性能混凝土必須具備的首要條件，即高流動性、高抗分離性、高間隙通過性、高填充性、高密實性、高穩(wěn)定性；并同時具備低成本的技術(shù)經(jīng)濟合理性。高性能混凝土具有很豐富的技術(shù)內(nèi)容，其核心是保證耐久性。 </p><p>　　5.高性能

86、混凝土質(zhì)量的控制</p><p>　　高性能混凝土施工質(zhì)量控制涉及原料、設(shè)計、施工工藝、氣候環(huán)境等諸多因素，是一個全面而復(fù)雜的問題。本文是筆者根據(jù)從事工程施工多年的經(jīng)驗積累，提出在施工過程中應(yīng)重視的若干問題及質(zhì)量控制方法。</p><p>　　為規(guī)范和強化政工程實踐與學(xué)術(shù)研究的發(fā)展方向，美國國家標準與技術(shù)研究院和美國政協(xié)會于1990年召開會議，首次提出了高性能混凝土的概念，并很快被世界各國

87、所接受?，F(xiàn)在，美國、加拿大、法國、挪威、日本等發(fā)達國家都投入很大力量進行高性能混凝土的研究。我國國家自然科學(xué)基金會和建設(shè)部、鐵道部、建材總局也已決定對高性能政的研究進行聯(lián)合資助，并正式將高性能混凝土研究列立為國家級重點科研項目。高性能政目前已被認作是將對建筑業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響的新一代建筑材料</p><p>　　5.1 高性能混凝土對原材料的要求</p><p>　　合理的混凝土配合比由

88、實驗室通過實驗確定，除滿足確定、耐久性要求和節(jié)約原材料外，應(yīng)該具有施工要求的和易性。因此要實驗室設(shè)計合理的配比，必須提供合格的水泥、砂、石。水泥控制強度，砂控制細度、含水率、含泥量等，石控制含水率及含泥量等。只有材料達到合格要求，才能做出合理的混凝土配合比，才能使施工得以正常合理的進行，達到設(shè)計和驗收標準。正確按設(shè)計配合比施工按施工配合比施工，首先要及時測定砂、石含水率，將設(shè)計配合比換算為施工配合比。其次，要用重量比，不要用體積比，最后

89、，要及時檢查原材料是否與設(shè)計用原材料相符，這要求供方提供兩份同樣材料，一份提供給實驗室，一份給工地，工地收料人員應(yīng)按樣本收料，如來料與樣本不符，應(yīng)馬上向上級匯報，及時更改配合比（材料不合格不收料除外）。 　　進行混凝土強度的測定，我們以28天強度為準，為施工簡便和質(zhì)量保證，我們一般做7天試塊等，以對混凝土強度盡量根據(jù)其齡期測定其發(fā)展，以明確確定其質(zhì)量。</p><p>　　高性能混凝土具備足夠的耐久性、工作性和

90、強度,并且能在經(jīng)濟合理的條件下制得,其優(yōu)越的適用性大大地擴大了混凝土在土木工程中的應(yīng)用,并帶來更多的社會經(jīng)濟效益。高性能混凝土與普通混凝土使用基本相同的原材料(如水泥、砂、石) ,同時必須使用外加劑和礦物細摻料。但由于高性能的要求和配置特點,原材料對普通混凝土影響不明顯的因素,對高性能混凝土就可能影響顯著,高性能混凝土對材料的要求如下: </p><p>　　1） 水泥：高性能混凝土所用的水

91、灰比很低,要滿足施工工作性的要求,水泥用量就要大,但為了盡量降低混凝土的內(nèi)部升溫和減小收縮,又應(yīng)當(dāng)盡量降低水泥的用量,同時,為使混凝土有足夠的彈性模量和體積的穩(wěn)定性,對膠凝材料總用量也要加以限制,因此用于高性能混凝土的水泥的流動性能比強度更重要。高性能混凝土所用水泥最好是強度高且同時具有良好的流動性能,并與目前使用的高效減水劑有良好的相容性。我國一般采用42. 5號硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥。高強混凝土的水泥用量不應(yīng)大于550 kg/

92、m3 。 </p><p>　　2） 粗骨料：采用金屬礦石粗骨料,可獲得強度更高,耐久性和延性更好的高性能混凝土。對強度等級為C60 的混凝土,其粗骨料的最大粒徑不應(yīng)大于31.5 mm;對高于C60 的,其粗骨料的最大粒徑不應(yīng)大于25 mm。 </p><p>　　3） 礦物細摻料(包括硅灰、粉煤灰、磨細礦渣、

93、天然佛石巖、磨細石灰石粉、石英砂粉等)：在配置混凝土?xí)r加入較大量礦物細摻料,可降低溫升,改善工作性,增進后期強度,并可改善混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu),提高抗腐蝕能力,增強混凝土的耐久性。礦物細摻料摻在水泥中的摻量,火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥中火山灰質(zhì)材料占20％～50％,礦渣硅酸鹽水</p><p>　　泥中礦渣占20％～70％,粉煤灰硅酸鹽水泥中粉煤灰占20％～40％。水泥和礦物摻合料的總量不應(yīng)大于600 kg/ m3 。

94、 　　　　　</p><p>　　4） 外加劑：主要指無需取代水泥而外摻小于5％的化合物。外加劑的主要性能是改善新拌混凝土和硬化混凝土的性能。用于高性能混凝土的外加劑有減水劑、緩凝劑、引氣劑等。其中高效減水劑使得混凝土的水灰比能降得很底卻仍可有很好的工作性。外加劑的摻量都很少,使用外加劑時應(yīng)當(dāng)延長攪拌時間,以得到均勻的混凝土拌合物。 目前在我國制備高性能混凝土采取

95、的主要措施如下:1) 合理利用高效減水劑,采用優(yōu)質(zhì)骨料、優(yōu)質(zhì)水泥,利用優(yōu)質(zhì)摻合料,如優(yōu)質(zhì)硅灰、磨細粉煤灰和礦渣。采用高效減水劑以降低水灰比是獲得高強及高流動性混凝土的主要技術(shù)措施;2) 采用52.5 ,62.5 ,72.5 號的硫鋁酸鹽水泥,鐵鋁酸鹽水泥及相應(yīng)的外加劑制備高性能混凝土;3) 以礦渣、堿組分及骨料制備高性能混凝土;4) 采用復(fù)合高效減水劑,用52.5 號水泥320 kg/ m3 ,水灰比0.43；用42.5號水泥480 k

96、g/ m3 ,水灰比0.32 。 　</p><p>　　一般地在實驗室配置符合要求的高性能混凝土相對比較容易,但是混凝土在整個施工過程中都要穩(wěn)定在質(zhì)量水平功能上就比較困難,一些在普通情況下混凝土不太敏感的因素,在低水灰比的情況下,可能會變得相當(dāng)敏感,而高性能混凝土設(shè)計時所留的強度可供調(diào)節(jié)的余量較小,這就要求在整個施工過程中必須注意各種條件、因素的變化,并且要根據(jù)這些變化隨時調(diào)整配合比

97、和各種工藝參數(shù)。建議施工時采用高效減水劑后摻法,高效減水劑是與水泥反應(yīng)的,最后加入石子可使水泥和高效減水劑充分混合均勻,有利于發(fā)揮高效減水劑的利用率。</p><p>　　5.2 高性能混凝土質(zhì)量在施工中的控制</p><p>　　1）在施工方案中事先確定施工縫預(yù)留位置,不能隨意變更,施工縫的接槎處理一般情況下應(yīng)在混凝土強度達到1.2Mp8以上時,在已硬化的混凝土表面清除水泥浮漿和松動石子

98、,將施工縫處混凝土表面鑿毛,并用水沖洗干凈,不得積水,再用高標號水泥砂漿澆抹表面后用混凝土細致?lián)v實使新IS混凝土結(jié)合密實。 　　2）振搗方式的質(zhì)量控制。施工方要根據(jù)設(shè)計圖紙及其施工規(guī)范等做好施工方案,并且及時向所有操作人員做好技術(shù)交底,預(yù)防因振搗方式不對而造成混凝土分層、離析、表面浮漿、麻面等質(zhì)量問題,進而盡可能降低混凝土成型硬化后出現(xiàn)裂縫的概率,保證混凝土的耐久性。 　　3）二次振搗或多次搓壓表面。高強、高性能混凝土在拌制過程中,

99、摻加多種外加劑及摻和料,一般情況下緩凝4小時左右,這段時間已澆混凝土表面因環(huán)境及水泥水化作用失水較多,容易產(chǎn)生收縮裂縫,經(jīng)初凝前二次振搗或多次搓壓表面,能有效防止表層裂紋,且通過留置的混凝土試塊進行強度試驗,強度提高5％左右。 　　4）在施工過程中出現(xiàn)下列情況之一應(yīng)挖出混凝土。不能保證混凝土振搗密實或?qū)λそㄖ聿焕绊懙募壟溴e誤的混凝土料；長時間凝固、超過規(guī)定時間的混凝土料；下到高等級混凝土</p><p>

100、;　　6.高性能混凝土發(fā)展中所面臨的問題</p><p>　　6.1 能不能對高性能混凝土下一個完整的定義</p><p>　　自從美國提出高性能混凝土這一概念近10年來，如終沒有一個統(tǒng)一的或者標準的定義。目前，不同的學(xué)者和技術(shù)人員，從混凝土性能的不同方面，給出了關(guān)于高性能混凝土的不同描述，因此，很難給高性能混凝土一個全面、準確、完整的定義。</p><p&g

101、t;　　6.2 高性能混凝土是否一定要高強</p><p>　　馮乃謙在其專著《高性能混凝土》中開宗明義的指出：“高性能混凝土必須是高強的，因為一般情況下高強對耐久性有利?！眳侵袀メ槍Ξ?dāng)時科研界過度追求高強度的趨向，及時提出“有人認為高強度必然高耐久性，這是不全面的，因為高強混凝土?xí)聿焕谀途眯缘囊蛩亍?。高性能混凝土還應(yīng)包括中等強度混凝土，如C30混凝土。”但黃士元認為把包括30 MPa的普通強度而耐久性好