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高强高性能混凝土HighStrength PerformanceConcrete 第三章混凝土 3 10 1高强混凝土 楼高441 8米 共100层 混凝土强度 C80 地下室底板最厚达4 5米 核心筒混凝土剪力墙最厚1 9米 外框钢管柱最大截面尺寸达3 9 2 7米 楼高450m 混凝土强度 C70 C80 C90 楼高 601米高度为95m的第26层以下墙壁C80碎石最大粒径为20mm 高度为452m的第126层以下墙壁C80 碎石最大粒径14mm 高度为570m的第154层以下墙壁C60 高强混凝土是为适应工程技术发展与要求而产生的 是混凝土技术进步的结果 在大跨度和高耸建筑结构等工程中应用高强混凝土具有显著优越性 基本概念高强混凝土和高性能混凝土的定义混凝土高强和高性能化的技术途径原材料选择 配合比 施工工艺和养护等高强高性能混凝土性能特点高抗压强度 高耐久性 高流动性 脆性较大等 内容 3 10 1高强混凝土 概述 定义 强度等级达到或超过C60的混凝土称为高强混凝土新拌混凝土黏度较大 保水性好 流动性按需调配高强混凝土的早期强度 弹性模量 密实性 耐久性等都有所提高和改善高强混凝土的拉压比和徐变较小 脆性较大 1 3 10 1高强混凝土 高强混凝土的强度 3 10 1高强混凝土 高强混凝土的应力 应变曲线 3 10 1高强混凝土 普通混凝土的受压破坏 3 10 1高强混凝土 高强混凝土的受压破坏 3 10 1高强混凝土 受压状态下的断裂能 NSCHSC 曲线下的面积0 11m20 23m2 试件面积0 00735m20 00735m2 试件长度200mm200mm 压状态下的断裂能0 17N mm0 36N mm 3 10 1高强混凝土 强度35MPa105MPa 混凝土高强化的技术途径与措施 技术途径 胶结材料本身的高强化高强度的骨料 强化胶结材料与骨料的界面结合力措施 合理选择原材料 合理选择混凝土配合比设计参数 合理的施工工艺 2 3 10 1高强混凝土 原材料基本要求 水泥 强度等级不低于42 5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥细骨料 细度模数大于2 6的偏粗中砂粗骨料 高强度的硬质骨料 Dmax 25mm外加剂 非引气 坍落度损失小的高效减水剂掺合料 硅灰 超细矿渣 超细粉煤灰等 3 3 10 1高强混凝土 配合比设计要点 水胶比 宜控制在0 38 0 03以下 胶结材料用量 水泥用量 550kg m3 胶结材料总量 600kg m3 砂率 宜通过试验确定最优砂率 外加剂 根据试验确定外加剂品种和合理掺量确定高强混凝土设计配合比后 还应针对该配合比重复进行6 10次的试拌 测试和调整等试验进行验证 最终确定可施工应用的混凝土配合比 3 10 1高强混凝土 4 施工工艺 强剪切力作用下的机械搅拌高频机械振捣 提高密实性加压成型离心成型加强养护 延长湿养护时间 14d 3 10 1高强混凝土 5 1995年11月 北京财税大楼原设计框架及墙体采用C60 经协商将首层4根柱子改为C100 原材料 水泥 冀东52 5普硅硅粉 天津铁合金厂砂子 FM 3 1石子 5 20mm碎石高效减水剂DFS 2水胶比 0 23性能和易性良好 拌合物坍落度20 5cm 2h基本无损失 无离析泌水 泵送顺利 泵压18 20MPa 现场制作15cm立方试件 28h强度125 131 6MPa弹性模量5 48 104MPa1000次冻融循环残余动弹模97 8 抗渗 H3528h碳化深度为0 高强混凝土的应用实例 3 10 1高强混凝土 95MPaHSCforhighwayE 6wearlessthan10 ofhighqualityblacktop 3 10 1高强混凝土 巴黎新凯旋门C 425kg m3 SF 30kg m3 Sl 22cm R7d 54MPa R28d 66MPa 3 10 1高强混凝土 3 10 1高强混凝土 法国Sylans高架桥水泥400kg m3R12h 25MPaR28d 68 5 3 10 1高强混凝土 高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土 必须采用严格的施工工艺 采用优质材料配制的 不离析 便于浇捣 力学性能稳定 早期强度高 具有韧性和体积稳定性等优良性能而耐久的混凝土高性能混凝土必须具有高抗渗性 高耐久性是高性能混凝土的显著特点高性能混凝土的微观结构特征为孔隙率低且孔径小 连通的毛细孔很少高性能混凝土配合比的特点是 采用低水胶比和较低水泥用量 除水泥 水和骨料外 还掺加外加剂与矿物掺合料作为基本组成材料 3 10 2高性能混凝土 轻混凝土Light weightConcrete 第三章混凝土 概述 定义 表观密度不大于1950kg m的混凝土称为轻混凝土种类 轻骨科混凝土 用多孔轻骨料代替普通砂石骨料配制的混凝土多孔混凝土 通过适当方法引入大量小气泡 表观密度很小的混凝土大孔混凝土 没有细骨料 只有粗骨料 内部具有大孔结构的混凝土特性 表观密度小 自重较轻 保温隔热 隔声和抗震等性能良好 3 11轻混凝土 定义与种类 定义 用轻粗骨料 轻细骨料 砂 水泥和水配制的混凝土称为轻骨料混凝土 种类 全轻混凝土 粗 细骨料都是轻骨料 砂轻混凝土 细骨料为普通砂 按其用途保温轻骨料混凝土结构保温轻骨料混凝土结构轻骨料混凝土 1 3 11 1轻骨料混凝土 轻骨料及轻混凝土的发展 长期以来 国内的轻骨料以粘土 粉煤灰等为原料煅烧的陶粒为主 质轻而强度低 配制出的轻混凝土强度也不高 作为结构工程材料的用途受到很大限制 近年来 国外先进技术及国内新技术 使强度较高 吸水率小的页岩轻骨料涌现 为配制较高强度的轻混凝土 用于桥梁 高层建筑等结构开辟了广阔的应用前景 3 11 1轻骨料混凝土 3 11 1轻骨料混凝土 1919年Selma号轻混凝土船在美国Alabama下水 3 11 1轻骨料混凝土 普通骨料混凝土轻骨料混凝土 3 11 1轻骨料混凝土 3 11 1轻骨料混凝土 轻骨料的种类及技术性质 轻骨料的种类 粒径 5mm 堆积密度 1000kg m3 为轻粗骨料 粒径 5mm 堆积密度 1200kg m3 为轻细骨料或轻砂种类 工业废料轻骨料 粉煤灰陶粒等 天然轻骨料 浮石 火山渣等 人工轻骨料 粘土陶粒 页岩陶粒 膨胀珍珠岩等 2 3 11 1轻骨料混凝土 1 3 11 1轻骨料混凝土 轻骨料的技术性质 堆积密度轻粗骨料的堆积密度有 300 1000八个等级轻细骨料的堆积密度有 500 1200八个等级筒压强度 将粒径为10 20烘干的轻粗骨料装入 115mm 100mm的带底圆筒内 上面加 113mm 70mm的冲压模 取冲压模压入深度为20mm时的压力值 除以承压面积 即为轻细骨料的筒压强度值 颗粒级配5 10 10 15 15 20 20 25 25 30 mm 等5级最大粒径 一般以累计筛余率小于10 的该号筛孔尺寸来确定吸水率开始lh内吸水极快 24h后几乎不再吸水 2 3 11 1轻骨料混凝土 轻骨料混凝土的技术性质 表观密度 12个密度等级 强度等级 CL5 0 CL50 强度特点 界面粘结牢固 三向受力 主要依赖于水泥石强度和水泥用量轴心抗压与立方体抗压强度比值较高 匀质性较差 fc 0 76fcu 弹性模量较低 30 50 收缩与徐变较大 0 4 1 0mm m 徐变大30 60 热工性能 密度越小 导热系数越低 2 3 11 1轻骨料混凝土 3 11 1轻骨料混凝土 3 11 1轻骨料混凝土 配合比设计的原理和方法与普通混凝土相同 满足表观密度要求 骨料表观密度及用量 满足强度要求 尚无强度计算公式 根据有关经验数据和图标确定强度与配合比的关系 然后经试配与调整 找出最优配合比 水泥强度和轻骨料强度满足和易性要求 确定用水量时 需考虑轻骨料吸水量 附加水量 1h吸水量 净用水量 砂率 体积砂率 细骨料松散体积与骨料总体积之比 35 50 骨料用量 绝对体积法或松散体积法绝对体积 混凝土体积等于各组成材料体积之和 松散体积 Va s 1 20 1 65m3 m3 配合比设计特点 3 3 11 1轻骨料混凝土 轻骨料混凝土实例 骨料筒骨料表混凝土抗压强度弹模波松比压强度观密度干容重7d28dE MPag cm3kg m3MPaGPa141150188062 28029 30 22 3 11 1轻骨料混凝土 施工轻骨料吸水率较大 拌和时 轻骨料应预先吸水 外加剂后加法 为什么 防止轻骨料上浮 采取什么措施 加热养护时 升温不宜太快 为什么 应用桥梁房屋建筑海洋钻井平台 施工特点与应用 4 3 11 1轻骨料混凝土 1987 2000年挪威共建成11座轻混凝土桥 其中6座悬臂桥 2座斜拉桥1座浮桥新结构设计手册和石油钻井平台建设为轻混凝土发展提供了契机 3 11 1轻骨料混凝土 挪威第一座轻混凝土桥 3 11 1轻骨料混凝土 NORDHORDLAND轻混凝土浮桥 主跨为斜拉桥 3 11 1轻骨料混凝土 曳引轻混凝土浮桥墩 混凝土 1900kg m3 f 70MPa E 20 23GPa 3 11 1轻骨料混凝土 天津永定新河大桥 3 11 1轻骨料混凝土 天津永定新河大桥 3 11 1轻骨料混凝土 挪威海上石油钻井平台 3 11 1轻骨料混凝土 新西兰一座轻混凝土构件建造的体育场 3 11 1轻骨料混凝土 3 11 1轻骨料混凝土 湖北宜昌一栋30层的住宅楼 多孔混凝土 多孔混凝土 含有大量均匀分布的封闭气泡的无骨料或无轻骨料的混凝土种类 加气混凝土 泡沫混凝土加气混凝土组成 钙质材料 硅质材料 水 加气剂铝粉的作用 在碱性条件下氧化 还原水中的H 离子为氢气 蒸压养护下 形成硅酸钙水化物泡沫混凝土组成 水泥 水 砂 泡沫剂 泡沫剂 松香皂 水解蛋白 3 11 2多孔和大孔混凝土 1 大孔混凝土 大孔混凝土 由粒径相近的粗骨料 水泥和水配制而成的一种轻混凝土 又称无砂混凝土 大孔混凝土的表观密度为1000 1500kg m3 抗压强度在3 5 10MPa之间 导热系数小 保温性好 吸湿性较小 透水性好等特点可用于现浇墙板 用于制作小型空心砌块和各种板材 也可制成滤水管 滤水板 透水混凝土等 广泛用于市政工程 3 11 2多孔和大孔混凝土 2 3 12其他混凝土 第三章混凝土 预拌和泵送混凝土工厂化生产 机械化输送与灌注特殊功能混凝土通过原材料与配合比选择 使混凝土具有较好的防水 耐热和耐酸等特殊功能特定用途的混凝土通过原材料和配合比选择 配制的混凝土用于特定的工程或环境 如 道路 水下 大体积等聚合物混凝土由聚合物或水泥 聚合物复合胶凝材料配制的混凝土 特点 原材料水泥硅酸盐水泥 普通硅酸盐水泥等骨料最大粒径与管径之比 连续级配外加剂泵送剂 减水剂 矿物粉末等配合比水灰比 0 6 水泥用量 300kg m3 砂率38 45 引气剂含气量 4 施工性能可泵性 大流动性 在泵压下 连续稳定 不离析足够的稠度和适中的浆体 良好的保水性和粘聚性 泵送混凝土PumpingConcrete 泵送混凝土PumpingConcrete 泵送混凝土PumpingConcrete 喷射混凝土组成材料 骨料细骨料 骨料总量的60 70 粗骨料 30 40 水泥 硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥 320 450kg m3硅灰 水泥质量的5 15 水灰比 W C 0 33 0 45减水剂 高效减水剂速凝剂硅酸盐 如水玻璃铝酸盐 如铝酸钠 用量占胶凝材料的2 5 喷射混凝土shotcrete 1 喷射混凝土应用 地基密封防治腐蚀和风化阻止渗进和渗出挖掘支挡体系的成分主支挡锚杆 喷射混凝土体系锚杆 喷射混凝土 网架体系表面修饰实用 功能和艺术的考虑 并不形成混凝土 修补 2 喷射混凝土shotcrete 干拌施工工艺 干法 干材料在搅拌站混合 然后用压缩空气输送到喷嘴 在喷嘴处 水 液态外加剂和速凝剂导入 然后在0 6 0 7MPa的空气压力下立即喷出 喷射混凝土shotcrete 湿拌施工工艺 湿法 除速凝剂外 所有的材料在搅拌站混合 然后用混凝土泵输送到喷嘴 在喷嘴处在与速凝剂一起 在0 6 0 7MPa压缩空气下 立即喷出 喷射混凝土shotcrete 典型的湿工艺施工 喷射混凝土shotcrete 挡土墙加固 喷射混凝土shotcrete 喷射混凝土施工前的挂网 喷射施工 喷射混凝土表面装饰艺术处理 喷射混凝土 第三章混凝土 原材料种类与要求 水泥 骨料 外加剂 水新拌混凝土性能 流动性 黏聚性 保水性硬化混凝土的变形 湿胀干缩 热胀冷缩 应变 徐变硬化混凝土的强度 抗压与