《高性能混凝土》教学大纲 - 武汉理工大学.doc

高性能混凝土教学大纲课程编号 ：课程名称 ：高性能混凝土/High Performance Concrete学时/学分：24/1.5先修课程 ：无机非金属材料工学适用专业 ： 无机非金属材料工程开课学院（部）、系(教研室)：材料学院无机非金属材料系一、课程的性质与任务高性能混凝土课程是材料学和土木工程专业本科学生应该选修的一门重要工程技术课。其教学内容为近十年来武汉理工大学和国外学者在水泥与混凝土材料科学领域的研究成果。通过本课程的学习，要使学生掌握：1高性能混凝土技术规程。2高性能混凝土的组成、结构与性能关系。3高性能混凝土的原材料选择。4高性能混凝土的配合比设计方法。5高性能混凝土的性能评价及验收方法。6高性能混凝土的生产、施工及质量控制技术。7绿色高性能混凝土商品化技术。8钢管混凝土的组成、结构与性能。9钢管混凝土的配合比设计。10钢管混凝土拱桥核心混凝土的施工技术。11高性能轻集料混凝土的组成、结构与性能。等方面的技术内涵，为将来从事市政、交通、水电、民用建筑和军事等工程建设打下坚实的理论基础。本课程的教学特点是注重培养学生运用所学知识来分析和解决混凝土工程出现各种问题的能力，尤其是技术创新能力。二、课程的教学内容、基本要求及学时分配（一）教学内容1.高性能混凝土现状与发展（1）混凝土技术进入高科技时代：从胶凝材料的发展论述水泥的发展方向为高性能水泥；从混凝土的力学性能的提高过程和耐久性方面存在的问题论述高性能混凝土是混凝土材料的发展方向，高性能混凝土是高技术混凝土。（2）高性能混凝土的定义：介绍不同国家，不同学者依据各自的认识、实践、应用范围和目的要求的差异，对高性能混凝土有不同的定义和解释。（3）高性能混凝土的研究开发与可持续发展: 高性能混凝土的研究与应用现状；高性能混凝土需要进一步研究的问题；高性能混凝土与我国建筑材料可持续发展的关系。2.高性能混凝土的组成、结构与性能（1）普通混凝土的组成与结构：原材料；硬化水泥浆体的微观结构；混凝土中的界面，包括界面过度区以及影响界面过度区厚度和性质的因素；混凝土匀质性、内分层和外分层特点。（2）高性能混凝土的组成与结构：原材料；高性能混凝土的水泥石微观结构；高性能混凝土的界面结构；高性能混凝土的结构模型。（3）高性能混凝土应具有的性能：高工作性、高耐久性和经济性。3.高性能混凝土的原材料选择（1）水泥：水泥的强度、流变性能、碱含量以及与高效减水剂的相容性。（2）矿物掺合料：配制高性能混凝土掺入矿物掺合料可降低混凝土温升、改善混凝土的工作性、提高后期强度、改善混凝土中集料与水泥石之间的界面组成和结构、提高混凝土的体积稳定性与抗侵蚀能力。（3）外加剂：高效减水剂的种类、掺量以及与水泥的相容性；保塑性的种类、掺量与混凝土工作性和强度发展；引气剂的种类、掺量与混凝土的强度、抗冻性和抗渗性。（4）集料：粗集料（普通粗集料与轻集料）的粒形、粒径、级配、含泥量、强度对混凝土的工作性能、力学性能与耐久性性能的影响；细集料（河砂、机制砂和陶砂）的细度模数、含泥量等对混凝土的工作性能、力学性能与耐久性性能的影响。4.高性能混凝土的配合比设计（1）高性能混凝土拌和物配制的目标和影响因素：高性能混凝土所处的环境及技术要求。（2）混凝土拌和物配合比参数的选择：混凝土配合比法则，包括水灰比法则、混凝土密实体积法则、最小单位用水量或最小胶凝材料用量法则、最小水泥用量法则；高性能混凝土配合比的参数选择主要有水胶比、水胶比确定下的浆集比、水胶比和浆集比确定下的砂石比和高效减水剂的用量。（3）确定高性能混凝土拌和物配合比的方法：mehta推荐的高强高性能混凝土配合比的确定方法；LCPC建议的方法；日本阿布道彦采用的配合比计算方法；基于最大密实度理论方法；冯乃谦建议的设计方法；胡曙光提出的专家系统法。（4）高性能混凝土配合比设计的计算机化5.高性能混凝土的性能及其评价（1）高性能混凝土拌和物的工作性能评价体系：高性能混凝土拌和物的工作性能试验方法包括坍落度试验、L-流动试验、V形漏斗试验、环贯入试验、附着试验、配筋L-流动试验、分层度试验、改进的自密实混凝土流变性能测试仪；工作性能评价体系的建立。（2）高性能混凝土的耐久性：主要讨论与高性能混凝土耐久性密切相关的渗透性检测方法与抗钢筋锈蚀性能评价；潜在碱-集料反应检测评价方法与提高结构安全性所采取的技术措施；抗硫酸盐侵蚀性与抗冻性检测与评价；抗碳化性检测与保护层厚度设计要求；大体积混凝土的温升与温度应力控制技术。（3）高性能混凝土的力学性能：满足工程设计要求的抗压强度、抗拉强度、徐变特性和疲劳特性。（4）性能混凝土的收缩：化学收缩、塑性收缩、温度收缩、干燥收缩、自收缩和碳化收缩。本节主要讨论影响高性能混凝土自收缩和干燥收缩的因素以及测量方法，并结合弹性模量、徐变建立高性能混凝土体积稳定性的评价体系。6.高性能混凝土的生产、施工及其质量控制技术（1）高性能混凝土的生产与施工工艺：高性能混凝土的试配；原材料管理；搅拌与运输；浇筑与振捣；拆模与养护。（2）高性能混凝土的质量控制：混凝土质量控制的目标为匀质性、体积稳定性、耐久性、满足设计要求的力学性能和经济性。控制内容为： 原材料选择与检测试配控制 配合比设计 工艺确定 原材料管理生产控制 计量控制 工作性、强度和温度控制技术方法为质量控制图和复变量累积差控制图。7.高性能混凝土的验收及相关标准和规范（1）高性能混凝土技术规程（讨论稿）。（2）验收及检测方法：超声波检测密实度、强度；回弹仪检测强度；钻芯取样评定结构混凝土强度。验收按照混凝土结构工程施工及验收规范GB50204-2002进行。8.中低强度等级混凝土高性能化及其工程应用（1）中低强度等级混凝土高性能化的技术途径：从原料选择到配合比设计及生产施工质量控制方法。（2）大体积高性能混凝土的配合比设计及温度应力控制方法（3）典型工程应用实例9.高性能轻集料混凝土（1）高性能轻集料混凝土的组成与结构：高性能轻集料混凝土的界面组成与结构；高性能轻集料混凝土的理想结构模型。（2）高性能轻集料混凝土的原材料选择与配合比设计：原材料的选择与普通高性能混凝土的区别主要为集料-轻集料、外加剂-高效减水保塑增粘剂；轻集料混凝土的配合比设计方法为绝对体积法。（3）高性能轻集料混凝土的匀质性控制技术：轻集料混凝土的匀质性检测与评价方法；轻集料混凝土匀质性的影响因素；轻集料的预处理技术；胶凝材料配比设计；外加剂优选与施工性能关系。（4）高性能轻集料混凝土性能评价：工作性能评价体系；耐久性的检测方法与评价。（5）高性能轻集料混凝土的脆性特征与增韧技术：轻集料表面增强技术；纤维增强增韧；聚合物与纤维的复合增韧技术。（6）高性能轻集料混凝土的生产、施工和质量控制技术：轻集料的预处理；混凝土的拌和、运输与泵送工艺；混凝土的浇筑、振捣与养护；质量控制方法。（7）工程应用：桥面铺装、预应力梁、楼板。10.绿色高性能商品混凝土（1）高性能混凝土绿色度的评价体系（2）绿色高性能商品混凝土的原材料选择，配合比设计与生产、施工和质量控制（3）自密实混凝土的研究与应用11.钢管混凝土（1）钢管混凝土的组成、结构与性能：钢管混凝土为组合材料，核心混凝土处于三向受压状态，提高其承载能力和抗变形能力；硬化水泥浆体的微观结构；钢水泥石界面；工作性能评价指标；核心混凝土的抗压强度，弹性模量与徐变性能。（2）钢管高强膨胀混凝土的工作机理：刚性限制条件下，核心混凝土的膨胀模型；钢管混凝土的自应力，包括核心混凝土的自应变和钢管外壁端部与中部的环向、纵向应变；极限承载力。12.大跨度大钢管混凝土拱桥混凝土配合比设计与施工工艺（1）原材料的选择：水泥、矿物掺合料、膨胀剂、高效减水保塑剂、粗细集料。（2）配合比设计：根据钢管拱桥主肋钢管内部结构、直径、弧长、矢跨比和现场拌和混凝土的能力，泵机的系统工作压力，泵送距离、高度以及场地情况，提出混凝土的工作性能指标为初始坍落度23cm、扩展度60cm、不离析泌水，3h坍落度18cm、初凝1820小时、终凝2022小时；抗压强度为3天达到设计值的80%以上，28天达到设计强度+1.655 MPa；限制膨胀率为3410-4。（3）施工工艺：钢管混凝土拱桥拱肋钢管内混凝土的灌注采用两岸对称泵送顶升施工。具体包括泵机的选择、泵管的布置、拱肋钢管排气孔的设置；混凝土拌和能力的要求：泵管与钢管的润滑。混凝土密实处理工艺和施工故障处理。（4）钢管混凝土密实的检测评价方法：敲击法、超声波法。（二）基本要求1.了解水泥混凝土的研究现状与发展方向2.理解高性能混凝土的工作性和耐久性的涵义3.掌握高性能混凝土原材料选择和配合比设计方法，能够设计C20C80高性能混凝土4.掌握高性能混凝土的生产、施工工艺和质量控制方法5.运用现代测试技术研究高性能混凝土组成、结构与性能关系，6.掌握高性能混凝土的技术规程7.掌握大跨度钢管混凝土拱桥核心混凝土的配合比设计方法与施工工艺8.掌握高性能轻集料混凝土配合比设计方法与质量控制技术9.掌握高性能轻集料混凝土作为桥面铺装材料的设计与施工技术（三）学时分配本课程的教学时数为24学时，其中讲课22学时，撰写课程论文2学时，课内学时分配如下： 教学环节课程内容 学时讲课小 计高性能混凝土现状与发展11高性能混凝土的组成、结构与性能22高性能混凝土的原材料选择22高性能混凝土的配合比设计33高性能混凝土的性能及其评价22高性能混凝土的生产、施工及其质量控制技术22高性能混凝土的验收及相关标准和规范11中低强度等级混凝土高性能化及其工程应用22高性能轻集料混凝土33绿色高性能商品混凝土22钢管混凝土11大跨度大钢管混凝土拱桥混凝土配合比设计与施工工艺33学术报告 22合 计2424（四）课程内容的重点、难点1.高性能混凝土现状与发展重点：高性能混凝土的定义2.高性能混凝土的组成、结构与性能重点：高性能混凝土的结构模型3.高性能混凝土的原材料选择重点：水泥与外加剂相容性试验方法与评价体系、不同强度等级高性能混凝土所需的原材料选择难点：C20C30大体积高性能混凝土原材料选择4.高性能混凝土的配合比设计重点：按氯离子渗透性能进行高性能混凝土配合比设计硫酸盐侵蚀条件下高性能混凝土的配合比设计抗碳化高性能混凝土的配合比设计按混凝土抗冻性要求进行的高性能混凝土配合比设计大体积高性能混凝土的配合比设计难点：处于多侵蚀破坏因素环境下的高性能混凝土配合比设计5.高性能混凝土的性能及其评价重点：高性能混凝土工作性能和耐久性的评价体系：难点：混凝土流动性和粘聚性的合理控制6.高性能混凝土的生产、施工及其质量控制技术重点：混凝土的质量控制技术难点：匀质性控制7.高性能混凝土的验收及相关标准和规范重点：验收及检测方法8.中低强度等级混凝土高性能化及其工程应用重点：大体积高性能混凝土的配合比设计难点：温度应力控制技术9.高性能轻集料混凝土重点：原材料选择及配合比设计、增强增韧技术、生产质量控制难点：匀质性控制技术、泵送工艺10.绿色高性能商品混凝土重点：原材料选择及配合比设计、生产质量控制难点：绿色度评价方法和自密实混凝土商品化技术11.钢管混凝土重点：刚性限制条件下，核心混凝土的膨胀模型难点：钢管混凝土的膨胀与强度的协调发展控制技术12.大跨度大钢管混凝土拱桥混凝土配合比设计与施工工艺重点：混凝土配合比设计与施工工艺难点：长时间保塑、缓凝与高早强的协调控制，膨胀应力与强度发展的协调控制，不同工况下的顶升泵送工艺选择，钢管拱混凝土密实性的评价方法三、课程改革与特色本门课程使用多媒体教学，利用国内外重点工程建设的影视资料讲解高性能混凝土制备、施工和质量控制技术。通过布置学生查资料、写论文、作学术报告等形式，激发学生们的学习热情，锻炼学生的语言表达能力，培养学生的创新意识。进行了撰写课程论文与作学术报告相结合的选修课考试改革。四、推荐教材及参考书推荐教材：高性能混凝土，主编：吴中伟、廉慧珍，出版社：中国铁道出版社，出版或修订时间：1999.9 参考书：高性能混凝土技术，主编：冯乃谦 刑锋，出版社：原子能出版社，出版或修订时间：2000.6高性能混凝土的配制与应用，主编：