高性能混凝土发展及若干关键技术问题.ppt

高性能混凝土发展及 若干关键技术问题 郑州大学土木工程学院 元成方 Zhengzhou University 提 纲 混凝土及水泥浆体组成 高性能混凝土的定义 高性能混凝土原材料 高性能混凝土配制方法 高性能混凝土常见问题与对策 水泥及水泥混凝土发展概要 高性能混凝土工程应用 水泥及水泥混凝土发展概要 水泥及水泥混凝土发展概要 火山灰砂浆 水硬性石灰 石膏浆 石灰浆 由煅烧石灰石制得的，在罗马、埃及、希腊中东等地区 使用。 埃及人在切奥帕斯(Cheops)的金字塔建筑中采用了石膏 浆,它由煅烧不纯的石膏制得。 古希腊和古罗马人用煅烧含有泥土夹杂物的石灰石生产 出了水硬性石灰。 由细磨的火山凝灰岩与石灰和砂子混合 配制成的高强度砂浆。 罗马水泥 天然水泥 英国水泥 波特兰水泥 将粘土质石灰岩磨细后制成料球,在高温下煅烧, 后磨 细制成水泥。 由化学成分接近现代水泥成分的水泥灰岩制成。 将白垩和粘土混合后加水润湿磨成泥浆, 而后煅烧磨细制成。 将石灰石磨细,配合一定量粘土,掺水后 以拌合均匀成泥浆, 后煅烧磨细制成。 水泥及水泥混凝土发展概要 20世纪 90年代 20世纪 50、60年代 1909年 1877年 英国人Thomas Crampton获得了回转窑技术专利。 托马斯爱迪生(Thomas Edison)申请了一系列回转窑的专利。 半干法和半湿法生产工艺的引入，预热器及预 分解炉生产工艺的创新。 特种水泥、生态水泥进入加速发展 阶段。 水泥及水泥混凝土发展概要 concrete古罗马 万神殿拱顶 火山 灰混 凝土 罗马万神殿外观 火山 灰混 凝土 水泥及水泥混凝土发展概要 中国最古老的“混凝土” 甘肃省秦安县大地湾新石器时代遗址 混凝土地坪 “混凝土” 由石 灰、黄土和粗细 集料配制而成。 水泥及水泥混凝土发展概要 p 18世纪中叶，钢筋加强混凝土由法国人Lambot J L发明； p 1913年，回转窑烧制页岩陶粒轻集料混凝土开始在美国出现； p 1926年，由丹麦人雅各布森(Jacobsen)教授发明了多孔混凝土； p 20世纪70年代，高效减水剂和活性掺合料的开发和应用，使高强混 凝土的制备技术进入新的阶段； p 20世纪90年代，全世界范围内掀起高性能混凝土材料的研究热潮； p 随着对资源、环境与材料关系的认识的不断发展，具有环境协调性 和自适应特性的绿色混凝土应运而生，自20世纪90年代以来，开展了 广泛深入的研究。 水泥及水泥混凝土发展概要 混凝土及水泥浆体组成 混凝土体积组成： 水泥石：25%左右 集料：70%以上 孔隙和自由水：1%-5% 水泥浆体水泥浆体 界面过渡区界面过渡区 集料集料 硬化后的混凝土 混凝土及水泥浆体组成 硬化水泥浆体SEM照片 C-S-H 70% Ca(OH)2 20% 钙矾石和单硫型水化 硫铝酸盐 7% 未水化熟料的残留物 和其他杂质 3% 水泥浆体组成 Ca(OH)2 钙矾石 C-S-H 混凝土及水泥浆体组成 高性能混凝土的定义 1986年挪威学者首先提出高性能混凝土的研究。这 是因为挪威盛产硅灰，掺硅灰大大提高了混凝土强度、抗 渗性及耐久性。 1990年5月，在美国马里兰州Gaithers-burg 城由 NIST 和 ACI 主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会 议首次提出关于高性能混凝土的定义。 我国从20世纪90年代初也很快引进了高性能混凝土 这个概念，掀起了研究热潮，有关高性能混凝土的论文 数不胜数，至今方兴未艾。 高性能混凝土的定义 力学性能耐久性工作性体积稳定性 高性能混凝土 混凝土强度和受力变形性能的总称。 混凝土在所处工作环境下，长期抵抗内、外部劣化因素的作 用，仍能维持其应有结构性能的能力。 混凝土适宜于施工操作、满足施工要求的性能的总称。 混凝土初凝后，能抵抗收缩或膨胀而保持原有体积的性能。 高性能混凝土的定义 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。 吴中伟 院士 高性能混凝土的定义 高性能混凝土原材料 水泥砂石水外加剂掺合料 普通混凝土 曾是主流，目前在民用建筑中仍在采用 外加剂混凝土 一级和沿海城市，70%以上 高性能混凝土 重大混凝土工程中已广泛采用 高性能混凝土原材料 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，一般情况下不得 采用立窑水泥。 水水 泥泥 高性能混凝土原材料 序 号项 目技术要求 1比表面积 350m2/kg（硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐 水泥） 280m方孔筛筛余10.0%（普通硅酸盐水泥） 3游离氧化钙含量1.0% 4碱含量0.80% 5熟料中的C3A含量8%，氯盐环境下10% 6氯离子含量 不宜大于0.10%（钢筋混凝土） 0.06%（预应力混凝土） 注：1 当骨料具有碱硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%。 2 C40及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60%。 水泥技术要求 高性能混凝土原材料 序 号项 目 技术要求 C50以下混凝土C50及以上混凝土 1细度，%2012 2氯离子含量，%不宜大于0.02 3需水量比，%105100 4烧失量，%5.03.0 5含水量，%1.0（干排灰） 6SO3含量，%3.0 7CaO含量，%10（对于硫酸盐侵蚀环境） 粉煤灰技术要求 粉煤灰粉煤灰 高性能混凝土原材料 序 号项 目技术要求 1MgO含量，%14 2SO3含量，%4.0 3烧失量，%3.0 4氯离子含量，%0.02 5比表面积，m2/kg350500 6需水量比，%100 7含水率，%1.0 8活性指数，%，28d95 矿渣技术要求 矿渣矿渣 高性能混凝土原材料 序 号项 目技术要求 1烧失量，%6 2氯离子含量，%不宜大于0.02 3SiO2含量，%85 4比表面积，m2/kg 18000 5需水量比，%125 6含水率，%3.0 7活性指数，%，28d85 硅灰技术要求 硅灰硅灰 高性能混凝土原材料 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。外加剂与水泥之间应有良 好的相容性。外加剂须经质检部门检验、鉴定。 外加剂外加剂 高性能混凝土原材料 序 号项 目技术指标 1水泥净浆流动度，mm240 2硫酸钠含量，%10.0 3氯离子含量，%0.2 4碱含量(Na2O+0.658K2O),%10.0 混凝土外加剂技术指标 高性能混凝土原材料 序 号项 目指 标备 注 5减水率，%20 6含气量，%3.0用于配制非抗冻混凝土时 4.5用于配制抗冻混凝土时 7坍落度保留值， mm 30min180用于泵送混凝土时 60min150用于泵送混凝土时 8常压泌水率比，%20 9压力泌水率比，%90用于泵送混凝土时 10抗压强度比，%3d130 7d125 28d120 11对钢筋锈蚀作用无锈蚀 12收缩率比，%135 13相对耐久性指标，%，200次80 混凝土外加剂技术指标 高性能混凝土原材料 砂砂 砂子应选择质地坚硬、级配良好的中、粗河砂或人工砂。不宜 使用山砂，不得使用海砂。 高性能混凝土原材料 序 号项 目 技术指标 C30C30C45C50 1含泥量，%3.02.52.0 2泥块含量，%0.5 3云母含量，%0.5 4轻物质含量，%0.5 5氯离子含量，%0.02 6SO3含量，%0.5 7有机物含量合格 混凝土用砂技术指标 高性能混凝土原材料 石石 粗骨料应选择级配良好、质地坚硬的碎石或碎卵石。骨料最大 粒径不宜大于25mm，宜采用1525mm和515mm两级粗骨料配合 。粗骨料为碎石时，碎石的强度用岩石抗压强度表示，且岩石抗压 强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。 高性能混凝土原材料 序 号项 目技术指标 1级配二级或多级级配 2堆积密度1500kg/m3 3吸水率C4AFC3SC2S 比表面积越大，即对减水剂分子的吸附量也越大。 水泥越新鲜、温度越高，减水剂对其的塑化效果也越差。 水泥 高性能混凝土常见问题及对策 减水剂 聚羧酸盐减水剂或氨基磺酸盐减水剂与水泥的相容性优于萘 磺酸盐系减水剂与水泥的相容性。复合型减水剂在水泥中的 分散效果要优于单一型减水剂的效果。 液剂优于粉剂。液剂减水剂在混凝土拌合物中的分散性要优 于粉剂减水剂在拌合物中的分散性，因此能更充分地被水泥 颗粒所吸附,从而对水泥颗粒有更好的分散效果。 采用后掺法或二次添加法对改善水泥与减水剂相容性有明显 的效果。 高性能混凝土常见问题及对策 展 望 高性能混凝土不仅是对传统混凝土技术的重大突破，而且 在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境等方面都具有重 要意义，是一种环保型、集约型的新型材料，并将为建筑工程 自动化准备