高速铁路高性能混凝土课件

高速铁路高性能混凝土四川路桥西成铁路客运专线工程指挥部中心试验室第一节高性能混凝土的性能特点一、何谓高性能混凝土？高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。高性能混凝土高性能混凝土不一定必须高强，高强混凝土也不一定具有高性能。我国著名的混凝土科学家吴中伟教授定义高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。高性能混凝土不仅在性能上对传统混凝土有很大突破，在节约资源、能源、改善劳动条件、经济合理等方面，尤其对环境保护有着重要的意义。二、高性能混凝土的性能特点高性能混凝土的性能特点包括：原材料的性能特点；配合比特点；拌和物性能特点；力学性能特点；耐久性能特点。混凝土耐久性指标一般是指混凝土的抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱—骨料反应性等。具体的混凝土耐久性指标应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。1、原材料性能特点：水泥序号项目普通混凝土高性能混凝土1品种硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、粉煤灰水泥、复合水泥硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥2混合材矿渣、粉煤灰、石灰石、煤矸石、磷渣矿渣或粉煤灰3比表面积≤300m2/kg（硅酸盐水泥）≤350m2/kg（硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥）480μm方孔筛筛余≤10.0%（普通硅酸盐水泥≤10.0%（普通硅酸盐水泥5游离氧化钙含量≤1.5%≤1.0%6碱含量/≤0.80%7熟料中的C3A含量/≤8%，氯盐环境下≤10%8氯离子含量/≤0.10%（钢筋混凝土）≤0.06%（预应力混凝土）细集料序号项目普通混凝土高性能混凝土1品种不宜使用山砂。不得使用海砂。优先使用非碱活性骨料2含泥量，%＜C30：≤5.0C30～C50：≤3.0＞C50：＜2.0＜C30：≤3.0C30～C50：≤2.5＞C50：≤2.03泥块含量，%＜1.0；＜0.5；0.5≤0.54云母含量，%≤1.0；≤1.0；＜0.5≤0.55轻物质含量，%≤1.0；≤1.0；≤1.0≤0.56氯离子含量，%/≤0.027SO3含量，%＜1.0；＜1.0；＜0.5≤0.58有机物含量合格合格9坚固性/不大于8%10吸水率/不大于2%序号项目普通混凝土高性能混凝土1级配连续级配二级或多级级配2堆积密度/大于1500kg/m33吸水率/小于2%（1%）4紧密空隙率/小于40%5坚固性≤8%、≤5%（冻）≤12%、≤8%≤8%（钢筋砼）≤5%6岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5不应小于1.5不应小于2.07含泥量，%＜C30:≤2.0≥C30:≤1.0＜C30:≤1.0C30～C45:≤1.0≥C50:≤0.58泥块含量，%≤0.25≤0.259针、片颗粒含量，%＜C30:≤25≥C30:≤12＜C30:≤10C30～C45:≤10≥C50:≤810硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3），%≤0.5≤0.511氯离子含量，%≤0.02≤0.0212碎卵石中有机质含量合格合格粗骨料2、高性能混凝土配制技术要点：（1）选用优质的水泥和砂石料（2）掺加优质化学外加剂---减水剂，引气剂（3）掺加矿物掺合料---粉煤灰，矿渣粉（4）低水胶比(<0.40；0.45)

（5）限制胶凝材料总量和水泥用量矿物掺合料的贡献：

a.火山灰效应—高碱性(CSH)转化为低碱性(CSH)，消耗Ca(HO)2，结晶变小，界面过渡层变小，富集和取向性减少，提高水泥石界面强度。低碱性CSH(C/S<1.5)，晶须强度高，溶解度低，较稳定。矿物掺合料(粉煤灰,矿渣,硅灰等)与水泥的二次水化反应最终产物是C-S-H(1)为主的低碱性水化硅酸钙凝胶，其次是水化铝酸钙，铁酸钙固溶体，以及水化硫铝酸钙。b.滚珠效应—玻璃球体减小水泥颗粒之间的摩擦阻力，改善混凝土的和易性。c.颗粒填充作用—水泥、矿渣、硅灰末水化颗粒大小差别大，颗粒互相填充，减小水泥石孔隙率。d.削减温峰作用—水化速度慢,放热总量小。e.提高耐久性—改善耐硫酸盐侵蚀性，抑制碱骨料反应，增加密实性，提高抗渗性和氯离子渗透性。减水剂的作用：

a.减少混凝土用水量,降低水泥石孔隙率，改善孔结构；界面Ca(OH)2结晶无序化。界面过渡层减少，水化硫铝酸钙Aft结晶尺寸减少，界面强度提高，因此提高混凝土的各项力学性能。

b.由于提高混凝土的密实性和强度,改善混凝土的耐久性能。

c.改善混凝土施工工作性能。引气剂的作用：

a.明显提高混凝土的抗冻性，缓减硫酸盐腐蚀和碱—骨料反应产生的膨胀应力。

b.有轻微减水作用，减少表面泌水和骨料底部泌水。

c.改善混凝土的匀质性和工作性能，尤其是明显提高可泵性。3、力学性能特点不同混凝土力学性能比较序号项目普通混凝土高性能混凝土1早期抗压强度高低2后期抗压强度低高3抗拉强度低高4轴心抗压强度//5劈拉强度低高6抗弯强度低高7弹性摸量//8疲劳抗压强度//4、高性能混凝土的负面作用（1）、水胶比小于0.4时，自收缩率增大，增加了开裂趋势。（2）、一些超细掺和料，如磨细矿渣(30%)，尤其是硅灰可使混凝土早期收缩增加，增加了混凝土的开裂倾向。（3）、高性能混凝土对养护期间的温度和湿度控制要求更加严格，增加了施工难度和成本。第二节高性能混凝土原材料的采用1、水泥水泥宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混合材宜为矿渣或粉煤灰。有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥。不宜使用早强水泥。2、矿物掺合料矿物掺合料应选用品质稳定的产品。矿物掺合料的品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉或硅灰。3、细骨料细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂，也可选用专门机组生产的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海砂。细骨料的粗细程度按细度模数分为粗、中、细三级，其细度模数分别为：粗级3.7～3.1

中级3.0～2.3

细级2.2～1.6配制混凝土时宜优先选用中级细骨料。当采用粗级细骨料时，应提高砂率，并保持足够的水泥或胶凝材料用量，以满足混凝土的和易性；当采用细级细骨料时，宣适当降低砂率。4、粗骨料粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2／3(在严重腐蚀环境条件下不宜超过钢筋的混凝上保护层厚度的1／2)，且不得超过钢筋最小问距的3／4。配制强度等级c50及以上混凝土时，料骨料最大公称粒径不应大于25mm。5、外加剂外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。外加剂与水泥之问应有良好的相容性。外加剂须经铁道部鉴定或评审，并经铁道部产品质量监督检验中心检验合格。6、水拌合用水可采用饮用水。用拌合用水和蒸馏水(或符合因家标准的生活饮用水)进行水泥净浆试验所得的水泥初凝时间差及终凝时问差均不得大于30min，其初凝和终凝时间尚应符合水泥国家标准的规定。用拌合用水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度不得低于用蒸馏水(或符合困家标准的生活饮用水)拌制的对应砂浆或混凝土抗压强度的90％。拌合用水不得采用海水。当混凝土处于氯盐环境时，拌合水氯离子含量应不大于200mg／L。第三节高性能混凝土的施工1、施工前准备应制定严密的施工技术方案，特别应制定明确的混凝土养护措施方案。应建立完善的质量保证体系和健全的施工质量检验制度，加强对施工过程每道工序的检验，发现与规定不符的问题应及时纠正，并按规定作好记录。应针对不同混凝土结构的特点和施工季节、环境条件特点进行混凝土试浇筑，验证并完善混凝土的施工工艺，发现问题及时调整。2、原材料储存与管理混凝土用水泥、矿物掺合料等应采用散料仓分别存储。袋装粉壮材料在运输和存放期间应用专用库房存放，不得露天堆放，且应特别注意防潮。水泥储运过程中，还应符合下列规定：（1）装运水泥的车、船应有棚盖。（2）贮存水泥的仓库应设在地势较高处，周围应设排水沟。（3）在装卸、搬移过程中不得抛掷袋装水泥。（4）应按品种、强度等级分批堆垛，堆垛高度不宜大干1．5m。堆垛应架离地而0．2m以上，并距离四周墙壁0．2~0．3m，或预留通道。（5）临时露天堆放时应上盖下垫。（6）储存散装水泥过程中，应采取措施降低水泥的温度或防止水泥升温。混凝土用粗骨料应按要求分级采购、分级运输、分级堆放、分级计量。3、配三合比三的选三定混凝三土的三配合三比应三根据三原材三料品三质、三混凝三土设三计强三度等三级、三混凝三土耐三久性三以及三施工三工艺三对工三作性三的要三求，三通过三计算三、试三配、三调整三等步三骤选三定。三配制三的混三凝土三拌合三物性三能应三满足三施工三要求三，配三制成三的混三凝土三应满三足设三计强三度、三耐久三性等三质量三要求三。选定三混凝三土配三合比三应遵三循如三下基三本规三定：（1）C三30及以三下混三凝土三的胶三凝材三料总三量不三宜高三于40三0三kg／m3，C3三5～C4三0混凝三土不宜三高于45三0k三g／m3，C5三0及以三上混三凝土不宜三高于50三0三kg／m3。（2）为三提高三混凝三土的三耐久三性，三改善三混凝三土的三施工三性能三和抗三裂性三能，三混凝三土中三宜适三量掺三加优三质的三粉煤三灰、三矿渣三粉或三硅灰三等矿三物掺三合料三。不三同矿三物掺三合料三的掺三量应三根据三混凝三土的三性能三通过三试验三确定三。混三凝土三中粉三煤灰三掺量三大于30％时三，混三凝土三的水三胶比三不得三大于0.三45。预三应力三混凝三土以三及处三于冻三融环三境的三混凝三土中三粉煤三灰的三掺量三不宜三大于30％。4、搅三拌混凝三土原三材料三应严三格按三照施三工配三合比三要求三进行三准确三称量三，称三量最三大允三许偏三差应三符合三下列三规定(按重三量计)：胶三凝材三料(水泥三、掺三合料三等)±三1％；三外加三剂±1％；三骨料±2％；三拌合三用水±1％。搅拌三混凝三土前三，应三严格三测定三粗细三骨料三的含三水率三，准三确测三定因三天气三变化三而引三起的三粗细三骨料三含水三量变三化，三以便三及时三调整三施工三配合三比。三一般三情况三下，三含水三量每三班抽三测2次，三雨天三应随三时抽三测，三并按三测定三结果三及时三调整三混凝三土施三工配三合比三。应采三用卧三轴式三、行三星式三或逆三流式三强制三搅拌三机搅三拌混三凝土三，采三用电三子计三量系三统计三量原三材料三。搅三拌时三，宜三先向三搅拌三机投三入细三骨料三、水三泥、三矿物三掺合三料和三外加三剂，三搅拌三均匀三后，三再加三入所三需用三水量三，待三砂浆三充分三搅拌三后再三投入三粗骨三料，三并继三续搅三拌至三均匀三为止三。上三述每三一阶三段的三搅拌三时间三不宜三少于30三s，总三搅拌三时间三不宜三少于2m三in，也三不宜三超过3m三in。5、运三输应保三持运三输混三凝土三的道三路平三坦畅三通，三保证三混凝三土在三运输三过程三中保三持均三匀性三，运三到浇三筑地三点时三不分三层、三不离三析、三不漏三浆，三并具三有要三求的三坍落三度和三含气三量等三工作三性能三。应对三运输三设备三采取三保温三隔热三措施三，防三止局三部混三凝土三温度三升高(夏季)或受三冻(冬季)。应三采取三适当三措施三防止三水份三进入三运输三容器三或蒸三发，三严禁三在运三输过三程中三向混三凝土三内加三水。应尽三量减三少混三凝土三的转三载次三数和三运输三时间三。从三搅拌三机卸三出混三凝上三到混三凝土三浇筑三完毕三的延三续时三问以三不影三响混三凝土三的各三项性三能为三限。6、浇三筑浇筑三混凝三土前三，应三仔细三检查三钢筋三保护三层垫三块的三位置三、数三量及三其紧三固程三度，三并指三定专三人作三重复三性检三查，三以提三高钢三筋保三护层三厚度三尺寸三的质三量保三证率三。构三件侧三面和三底面三的垫三块至三少成三为4个／m。，三绑扎三垫块三和钢三筋的三铁丝三头不三得伸三入保三护层三内。保护三层垫三块的三尺寸三应保三证保三护层三厚度三的准三确性三，其三形状(宜为三工字三形或三锥形)应有三利于三钢筋三的定三位，三不得三使用三砂浆三垫块三。当三采用三细石三混凝三土垫三块时三，其三抗腐三蚀能三力和三抗压三强度三应高三于构三件本三体混三凝土三，且三水胶三比不三大于0.三4。当三采用三塑料三垫块三时，三塑料三的耐三碱和三抗老三化性三能应三良好三且抗三压强三度不三低于50三MP三a。混凝三土的三浇筑三应采三用分三层连三续推三移的三方式三进行三，间三隙时三间不三得超三过90三mi三n，不三得随三意留三置施三工缝三。混凝三上的三一次三摊铺三厚度三不宜三大于60三0m三m(当采三用泵三送混三凝土三时)或40三0m三m(当采三用非三泵送三混凝三土时)。浇三筑竖三向结三构的三混凝三土前三，底三部应三先浇三入50～10三0m三m厚的三水泥三砂浆(水灰三比略三小于三混凝三土)。在炎三热季三节浇三筑混三凝土三时，三应避三免模三板和三新浇三混凝三士直三接受三阳光三照射三，保三证混三凝土三入模三前模三板和三钢筋三的温三度以三及附三近的三局部三气温三均不三超过40三℃。应三尽可三能安三排在三傍晚三而避三开炎三热的三白天三浇筑三混凝三土。在低三温条三件下(当昼三夜平三均气三温低三于5℃或最三低气三温低三于一3℃时)浇筑三混凝三土时三，应三采取三适当三的保三温防三冻措三施，三防止三混凝三土提三前受三冻。在相三对湿三度较三小、三风速三较大三的环三境下三浇筑三混凝三土时三，应三采取三适当三挡风三等措三施，三防止三混凝三土失三水过三快，三此时三应避三免浇三筑有三较大三暴露三面积三的构三件。7、振三捣可采三用插三入式三振动三棒、三附着三式平三板振三捣器三、表三面平三板振三捣器三等振三捣设三备振三捣混三凝土三。振三捣时三应避三免碰三撞模三板、三钢筋三及预三埋件三。按事三先规三定的三工艺三路线三和方三式振三捣混三凝土三，应三在混三凝土三浇筑三过程三中及三时将三入模三的混三凝士三均匀三振捣三密实三，不三得随三意加三密振三点或三漏振三，每三点的三振捣三时问三以表三面泛三浆或三不冒三大气三泡为三准，一般三不宜三超过30三s，避免三过振。采用三插入三式振三捣器三振捣三混凝三土时三，宜三采用三垂直三点振三方式三振捣三。若三需变三换振三捣棒三在混三凝土三拌合三物中三的水三平位三置，三应首三先竖三向缓三慢将三振捣三棒拔三出，三然后三再将三振捣三棒移三至新三的位三置，三不得三将振三捣棒三放在三拌合三物内三平拖三，也三不得三用插三入式三振捣三棒平三拖驱三赶下三料口三处堆三积的三混凝三土拌三合物三。在振三捣混三凝土三过程三中，三应加三强检三查模三板支三撑的三稳定三性和三接缝三的密三合情三况，三以防三漏浆三。混三凝土三浇筑三完成三后，三应仔三细将三混凝三土暴三露面三压实三抹平三，抹三面时三严禁三洒水三。8、养三护混凝三土振三捣完三成后三，应三及时三对混三凝土三暴露三面进三行紧三密覆三盖(可采三用蓬三布、三塑料三布等三进行三覆盖)，尽三量减三少暴三露时三间，三防止三表面三水分三蒸发三。暴三露面三保护三层混三凝土三初凝三前，三应卷三起覆三盖物三，用三抹子三搓压三表面三至少三二遍三，使三之平三整后三再次三覆盖三，此三时应三注意三覆盖三物不三要直三接接三触混三凝土三表面三，直三至混三凝土三终凝三为止三。混凝三上带三模养三护期三间，三应采三取带三模包三裹、三浇水三、喷三淋洒三水或三通蒸三汽等三措施三进行三保湿三、潮三湿养三护。混凝三土去三除表三面覆三盖物三或拆三模后三，应三对混三凝土三采用三蓄水三、浇三水或三覆盖三洒水三等措三施进三行潮三湿养三护。三也可三在混三凝土三表面三处于三潮湿三状态三时，三迅速三采用三麻布三、草三帘等三材料三将暴三露面三混凝三土覆三盖或三包裹三，再三用塑三料布三或帆三布等三将麻三布、三草帘三等保三湿材三料包三覆(裹)完好三。包三覆(裹)期间三，包三覆(裹)物应三完好三无损三，彼三此搭三接完三整，三内表三面应三具有三凝结三水珠三。有三条件三地段三应尽三量延三长混三凝土三的包三覆(裹)养护三时问三。混凝三土采三用喷三涂养三护液三养护三时，三应确三保不三漏喷三。9、拆三模混凝三土拆三模时三的强三度应三符合三设计三要求三。当三设计三未提三出要三求时三，应三符合三下列三规定三：（1）侧三模应三在混