高强度混泥土的设计原则.doc

高强度混泥土的设计原则 使用新型的高效减水剂和矿物掺和料，是使混凝土达到高性能的主要技术措施。高性能混凝土所用的原材料，除传统混凝土所用的水泥、砂、石和水以外，还有化学外加剂和矿物掺和料。由于高性能混凝土的高性能要求和配制特点，原材料中原来对普通混凝土影响不明显的因素，对高性能混凝土就可能有显著的影响，因此，高性能混凝土和普通混凝土对原材料的要求有所不同。 一、胶凝材料： 胶凝材料胶凝材料是高性能混凝土中最关键的组分，高性能混凝土选用的水泥必须符合以下要求：(1)标准稠度用水量要低，从而使混凝土在低水灰比时也能获得较大的流动性。(2)水化放热量和放热速率要低，以避免因混凝土的内外温差过大而使混凝土产生裂缝。(3)水泥硬化后的强度要高，使得以较少的水泥用量获得高强度混凝土。总之，在选择高性能混凝土用水泥时，要综合考虑水泥的各项性能和水泥的成本，选用的水泥应具有足够的强度、良好的流变性，并与目前广泛应用的高效减水剂有很好的适应性，较容易控制坍落度损失。用于配制高性能混凝土的水泥，主要有中热硅酸盐水泥、球状水泥、调粒水泥和活化水泥。1、中热硅酸盐水泥：中热硅酸盐水泥，是指水泥中cA 的含量不超过6，c3s和cA的总含量不超过58的硅酸盐水泥。这种水泥具有较高的抵抗硫酸盐侵蚀的能力，水化热呈中等，有利于混凝土体积的稳定，避免混凝土表面因温差过大而出现裂缝。2、球状水泥：球状水泥是由日本小野田水泥公司与清水建设共同研究开发的，是水泥熟料通过高速气流粉碎及特殊处理而成的。球状水泥的表面，由于摩擦粉碎，熟料矿物表面没有裂纹，凹凸部分和棱角部分消失，成为1-30um大小的粒子，平均粒径较小，微粉含量较低。因此，水泥粒子具有较高的流动性与填充性，在保持坍落度相同的条件下，球状水泥的用水量比普通水泥的用水量降低10左右。3、调粒水泥：调粒水泥是将水泥组成中的粒度分布进行调整，提高胶凝材料的填充率，使水泥粒子的最大粒径增大，粒度分布向粗的方向移动，同时还掺人适量的超细粉，以获得最密实的填充，从而使水泥具有流动性好、早期强度较高、水化热低、水化放热速度慢等性能。4、活化水泥：将粉状超塑化剂和水泥熟料按适当比例混合磨细，即制得活性较高的活化水泥。活化水泥的活性大幅度提高，低强度等级的活化水泥可以代替高强度等级的普通硅酸盐水泥。 二、矿物参合料： 矿物质掺和料矿物质掺和料是高性能混凝土中不可缺少的成分，掺人的目的是增加活性，改善流动性，填充水泥石中的微孔，以利于提高混凝土的强度、密实性，特别是对改善混凝土的耐久性，防止碱集料反应和降低混凝土水化热等有明显效果。配制高性能混凝土常用的矿物质掺和料有优质粉煤灰、硅粉、磨细矿渣等。1、优质粉煤灰：粉煤灰是火力发电厂锅炉以煤粉作为燃料，从其烟气中收集下来的灰渣。优质粉煤灰一般是指粒径为10 m的分级灰，其比表面积约为7850em2g，烧失量为1一2，且含有大量的球状玻璃珠。粉煤灰的主要活性成分是活性SiO 和活性AI203。2、硅粉：硅粉是铁合金厂在冶炼硅铁合金或金属硅时，从烟灰中收集起来的一种飞灰。硅粉的颗粒主要呈球状，粒径小于l m，平均粒径约01 m。硅粉中的主要活性成分为无定形的SiO ，其含量约占90左右。硅粉的小球状颗粒填充于水泥颗粒之间，使胶凝材料具有良好的级配，降低其标准稠度用水量，提高混凝土的强度和耐久性。3、磨细矿渣： 磨细矿渣是将粒化高炉矿渣磨细到比表面积7500cm2g左右，颗粒粒径小于101m。用磨细矿渣取代混凝土中的部分水泥后，流动性提高，泌水量降低，具有缓凝作用，其早期强度与普通水泥混凝土相当，但表现出后期强度高、耐久性好的优良性能。 三、集料：高性能混凝土中集料的选择，对于保证高性能混凝土的物理力学性能和长期耐久性至关重要。要选择适宜的集料配制高性能混凝土，必须注意集料的品种、表观密度、吸水率、粗集料强度、最大粒径、级配及砂率和碱活性组分含量等。粗细集料总量一般占混凝土体积65一75 ，是混凝土的主要组成部分。正确合理选择骨料，是配制高性能混凝土的基础。集料含泥量高可引起需水量增加、减弱混凝土陛能及容易被风化、阻碍水泥与骨料的胶结、妨碍水泥的正常水化，大多数骨料中含有一种或几种杂质，其中以粘土和石粉最为常见。它们在混凝土中以种种不同的形式起作用，对混凝土的强度、收缩、徐变、抗渗、抗冻、耐磨等性能等都会产生不利的作用。因此含泥量要低，同时必须考虑粗细集料的内在品质，单位体积混凝土中粗集料所占体积及石子最大粒径这几项材料指标。1、 细集料的选择细集料宜选用石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有平滑筛分曲线的中粗砂，细度模数控制在2632之间，砂率控制在36左右。由于圆颗粒外形和光滑表面的细集料的需水性较小，因而适宜配制高性能混凝土。高性能混凝土的细集料的最优级配主要取决于它对需水性的影响，而不是它的物理压实性。细度模量低于25的细集料配制的混凝土过于粘稠，不宜浇注密实；而细度模量为2730的建筑用砂能够达到最佳工作性能和抗压强度。砂的级配对混凝土的早期强度没有显著的影响，但影响后期强度的发展，连续级配较不连续级配的细集料更为有利。2、粗集料的选择：(1)、粗集料的表面特征：配制高性能混凝土采用碎石较卵石更为有效。这主要是因为碎石的棱角对机械咬合的增长起了促进作用。然而，过多的棱角使需水性增大从而降低了混凝土的工作性能。因此从强度与流动性能综合方面考虑，理想的粗集料应是：干净、粗糙等径、有棱角、避免平或长的颗粒。粗集料的形状和表面特征对混凝土的强度影响很大，特别是对高强混凝土。表面较粗糙的结构，可使集料颗粒和水泥石之间形成较大的粘结力，提高混凝土的强度。针、片状的集料会影响混凝土的流动性和强度，所以，其含量不宜大于5。 (2)、粗集料的强度：由于混凝土内各个颗粒接触点的实际应力可能会远远超过所施加的压应力，所以选择的粗集料的强度应高于混凝土的强度。但过硬、过强的粗集料可能因温度和湿度的因素而使混凝土发生体积变化，使水泥石受到较大的应力而开裂。所以，从耐久性意义上说，选择强度中等的粗集料，反而对混凝土的耐久性有利。试验证明，高性能混凝土所用的粗集料，其压碎指标宜控制在10一15之间。(3)、粗集料的最大粒径：高性能混凝土粗集料最大粒径的选择与普通混凝土不同。普通混凝土粗集料最大粒径的控制，主要由构件截面尺寸及钢筋间距决定，粒径的大小对混凝土的强度影响不大，但对于高性能混凝土，粗集料最大粒径的大小对混凝土的强度影响较大。配制高性能混凝土宜采用较小粒径的粗集料，这是因为其颗粒周围的应力集中较小，而应力集中主要是由于水泥浆体与集料的弹性模量不同而造成的。试验证明：加大粗集料的粒径，会使混凝土的强度下降，混凝土的强度等级越高，这种影响越明显。造成强度下降的主要原因是：集料尺寸越大，粘结面积越小，造成混凝土不连续性的不利影响也越大，尤其是对水泥用量较多的高性能混凝土，影响更为显著。因此，高性能混凝土的粗集料宜选用最大粒径不大于15mm的碎石。(4)、粗集料的矿物特性：除了机械咬合，集料与水泥浆体的化学粘结也是一个重要因素，因此，集料的矿物特性也很重要，水泥中碱含量应不大于060，避免发生碱骨料反应。四、高性能减水剂：设计配制高性能混凝土，需要掺人高效减水剂和微膨胀剂等。目前，我国的高效减水剂产品遍及萘系、多羧酸系、三聚氢胺系、氨基磺酸系等，且有了与改性木质素磺酸盐系相结合的复合型减水剂，这为制备高性能混凝土打下了一定基础。其中萘磺酸盐系应用最广。高效减水剂的使用可以大幅度地增加预拌混凝土的坍落度及提高混凝土的强度。高效减水剂是一种能与水泥颗粒产生物理与化学相互作用的聚合物。当它用于分散无胶凝性的微细粉状材料时，仅发生物理性相互作用，水泥颗粒间还可产生化学作用。萘系高效减水剂可以和水泥中最活跃的组份，特别是C3A发生反应并显著减小其初期的表面水化率。在高性能混凝土中掺人高效减水剂后，使水泥浆体的絮凝结构破坏，释放出自由水，混凝土的流动性显著提高。高效减水剂不但要具有高的减水效率，而且要能与水泥相容。因此必须事先进行高效减水剂与混凝土的配比试配工作，包括选择不同的常用水泥品种与减水剂的相容性试验、减水剂的掺量和掺加方法等。减水剂对坍落度损失的控制特性将决定它是否能够适合用于混凝土搅拌站或建筑工地的现场浇注。在我国通常将普