高强混凝土及配合比PPT课件

1 鸟巢是一个大跨度的曲线结构 有大量的曲线箱形结构 设计和安装均有很大挑战性 在施工过程中处处离不开科技支持 鸟巢 采用了当今先进的建筑科技 全部工程共有二三十项技术难题 其中 钢结构是世界上独一无二的 钢筋混凝土结构 鸟巢 2 大跨度钢梁屋顶结构 中央电视塔采取的是混凝土整体浇注法 提高塔的整体稳定性和抗震性能 达到抵抗九级地震的要求 中央广播电视塔高386 5米 加避雷针总高405米 总重5万吨 中央广播电视塔 3 仅就使用的混凝土最高强度等级而言 在工业发达的西方国家 C60的混凝土已普遍采用 C80以上的混凝土用量不断增加 而且 美 日 俄 德等国都已制成C100以上的混凝土 并分别用于大跨度桥梁 空间桁架以及高层建筑等重要结构物上 我国一些单位也己分别在试验室条件下配制出C100以上的混凝土 与此同时 在普通施工条件下采用优质骨料 减水剂 也较容易获得C60 C80混凝土 4 采用高强混凝土的好处 1 可以减小结构断面 2 减轻建筑物自重 3 增加使用空间 4 降低构筑物高度特别是能够降低城市立交桥的标高 获得较好的社会效益和经济效益 5 一 高强混凝土的定义 过去认为1 把其强度超过所采用水泥的实际强度者认作高强混凝土 2 与此同时 也有些国家是把强度的下限等于40MPa或50MPa的混凝土称作高强混凝土 假如承认第一定义正确 那么 当水泥标号为325号时 用碎石制成的强度为C35混凝土 当属高强混凝土 而当水泥标号为625号时 制成的C60混凝土反属普通混凝土的范畴了 6 假如我们采用P O32 5与P O52 5号普通硅酸盐水泥在两种情况下同时制备C40混凝土 1 当水泥强度较低 如325号水泥 时 混凝土混合物干硬 水灰比较小 当水泥标号较高 如525号水泥 时 混凝土混合物则是呈现为塑性或低流动性 即水灰比较大 2 在振动密实这些混合物时 前者要采用高频率低振幅振动 时间较长 而后者则仅需要短时间的普通方式的振动即可活化 但如后者也采用与前者相同的水灰比和振动方式 则可不同程度地制出60 100MPa的混凝土 7 高强混凝土并没有确切而固定的含义 不同国家 不同地区因混凝土技术发展水平不同而有差异 一般是指强度等级为C60及C60以上的混凝土 在我国 高强混凝土是指采用通用水泥 普通的砂石为原材料 使用一般的制作工艺 主要依靠掺加新型高效减水剂和矿物质超细粉 使新拌混凝土拥有良好的和易性 硬化后强度等级为C60及其以上的混凝土 8 二 高强混凝土的特点 在普通结构中 有应用高强混凝土的趋势 其28d龄期抗压强度超过55Mpa 混凝土在55 70Mpa范围内可以由预拌混凝土工厂 商品混凝土 提供 有资料表明 在实验室内 可制成抗压强度高达1000MPa的混凝土 在预制和预应力混凝土工厂中应用高强度混凝土 可加速生产并减少浇灌时的产品损失 在高层建筑中 高强混凝土的优点是能减少静荷载 混凝土断面可较薄 跨度可较长 高强混凝土的缺点是性能较脆 9 高强混凝土的特点 优点 强度高耐久性好变形小 能适应现代工程结构向大跨度 重载 高耸发展和承受恶劣环境条件的需要 使用高强混凝土可获得显著的工程效益和经济效益 10 高强混凝土的特点 缺点 高强混凝土受压时呈高度脆性 延性很差 高强混凝土的抗拉强度 抗剪强度和粘结强度虽然均随抗压强度增加而增加 但它们与抗压强度的比值却随强度提高而变得愈来愈小 高强混凝土受压时的应力应变曲线形状与普通强度混凝土差别甚大 在相同的横向约束力作用下 高强混凝土纵向承载力的改善要比普通强度混凝土稍差 11 高强混凝土的特点 缺点 高强混凝土的耐火性能不如普通强度混凝土 高强混凝土弹性模量和抗拉强度受骨料品种的影响很大 高强混凝土的后期强度增长比例要比普通强度混凝土小得多 高强混凝土的水泥用量通常较高 水化热的有害影响不容忽视 12 高强混凝土结构性能特点高强混凝土的结构性能与普通低强度混凝土有较大不同 在应用中应予以充分注意 主要表现在如下方面 1 高强混凝土受压时呈高度脆性 延性很差 材料的延性与结构构件的延性既有联系 又不相同 对于高强混凝土构件的主要受力部位必须加强箍筋等横向约束作用来改善其延性 由于塑性变形能力较差 高强混凝土中钢筋锚固粘结应力的分布变得更不均匀 所以在钢筋搭接和锚固部位 也要加强设置横向箍筋 13 2 高强混凝土的抗拉强度 抗剪强度和粘结强度虽然均随抗压强度增加而增加 但它们与抗压强度的比值却随强度提高而变得愈来愈小 所以在处理高强混凝土构件的抗剪 冲切和扭转等问题时必须慎重 高强混凝土破坏时的断裂面穿过粗骨料 不象普通强度混凝土那样沿着骨料界面分开 所以高强混凝土受剪斜裂面上的骨料起不到咬合作用而丧失对抗剪的贡献 国外甚至有试验表明当混凝土强度超过90 100MPa后 无腹筋梁的斜截面承载力不再增长或呈现下降趋势 现行规范的抗剪强度计算方法用于高强混凝土时应加修正 特别是跨高比甚大或截面很高的情况 14 3 高强混凝土受压时的应力应变曲线形状与普通强度混凝土差别甚大 所以按压区混凝土的应力分布图形假定为矩形来计算极限状态下的正截面承载力时 对于弯压强度fcm的取值 矩形应力分布图高度x与中和轴高度xn的比值 以及压区混凝土极限应变 cu的数值 已再不能沿用现行规范中的数据 否则对于压区混凝土高度靠近界限高度时的偏心受压构件和受弯构件 就会得出很不安全的结果 15 4 在相同的横向约束力作用下 高强混凝土纵向承载力的改善要比普通强度混凝土稍差 所以在计算配有间接钢筋的螺旋箍筋柱和局部承压等承载能力时 表示横向约束作用贡献的部分也要作出修正 高强混凝土有易遭劈裂的倾向 因此在设计局部承压时还应验算抗裂强度 在配置钢筋时要避免造成容易引起劈裂的构造方法 16 5 高强混凝土的耐火性能不如普通强度混凝土 在100 350 高温下的强度损失约为20 30 而普通强度混凝土在这一温度下的强度甚至能有稍许提高 但在更高温度下 二者的强度损失比值则大体相同 高强混凝土在火灾下还易产生表皮局部崩落 但用于一般建筑物仍能满足防火要求 德国曾结合在法兰克福建造的一幢欧洲最高的混凝土建筑 高186m 对其强度为85MPa的混凝土柱进行了足尺抗火试验 结果认为在初始30min内有某些表皮剥落 但全部试件均满足规程规定的耐火180min的要求 17 6 高强混凝土弹性模量和抗拉强度受骨料品种的影响很大 相同抗压强度的高强混凝土由于粗骨料的坚硬不同 砂率不高 含气量不同而在弹性模量上呈现重大差别 所以设计中如需准确定出弹性模量和抗拉强度的数值时 应该通过实测得出 泵送混凝土往往采用偏高的砂率 较多的水泥浆以及引气 因而弹性模量可能显著偏低 收缩量偏大 18 7 尽管高强混凝土的持久强度系数 持久抗压强度与暂时抗压强度的比值 要高于普通强度混凝土 但是高强混凝土的后期强度增长比例要比普通强度混凝土小得多 尤其是处于空气环境中的掺硅粉混凝土 后期强度很少增加 不过掺粉煤灰的混凝土则例外 8 高强混凝土的水泥用量通常较高 水化热的有害影响不容忽视 水化热易造成混凝土开裂 另外当引起的温度超过70 80 时 还会降低混凝土的强度 如结构构件的截面或体积较大 设计时应对水化热的影响作出估算 并提出相应的施工方案和措施 19 三 高强混凝土的分类 高强混凝土根据不同的工作性 水灰比及成型方式 可分为 高工作性的高强混凝土 正常工作性的高强混凝土 工作性非常低的高强混凝土 压实高强混凝土以及低水灰比高强混凝土 这些混凝土的分类综合于表2 1 20 表7 1高强混凝土的类型 21 四 高强混凝土配合比设计和选择 高强混凝土的配合比应按照新拌混凝土的工作性和指定龄期的强度要求而科学设计 高强混凝土的配制以满足强度保证率为前提 水胶比确定需具体考虑混凝土等级 外加剂的减水效率 混凝土工作性要求等因素而定 评估水泥单位用量时 必须综合考虑水泥 火山灰材料和砂的影响 并尽量降低配合比中的水泥用量 配制大坍落度混凝土则应选择较大的砂率 并应采取一切能提高混凝土强度的措施 22 1 高强混凝土配合比设计的基本要求 1 满足结构物设计强度的要求 不论混凝土路面 桥梁或隧道等 在设计时都会对不同的结构部位提出不同的设计强度要求 混凝土的配制强度必须大于设计要求的强度标准值 以满足强度保证率的要求 超出的数值应根据混凝土强度标准差确定 当缺乏可靠的强度统计数据时 C50和C60混凝土配制强度不低于强度等级值的1 15倍 C70和C80混凝土的配制强度应不低于强度等级的1 12倍 23 2 满足高施工性的要求 高强混凝土大多用于大跨度桥梁 长隧道和高层钢筋混凝土建筑物等中 这些建筑物配筋率大 混凝土浇筑困难 坍落度若小于15cm 施工很困难 故一般都采用18cm的坍落度 3 满足高耐久性的要求 为了提高高强混凝土的抗碳化 抗渗性 抗冻性 耐磨性和抗化学腐蚀性等 要求高强混凝土必须具有高耐久性 4 满足经济的要求 在满足高强度 高施工性和高耐久性的前提下 配合比设计中应尽量降低高价材料的用量 降低工程造价 同时 尽量减少配合比设计中的试验次数 降低试验成本 24 2 高强混凝土的原材料选择 混凝土硬化体组成 包含粗 细骨料 未水化的水泥颗粒 氢氧化钙及其他结晶颗粒 水泥凝胶 凝胶孔隙 毛细管 孔隙水及气泡等各种组分 影响混凝土强度的因素也是非常复杂的 要配制出高强度的混凝土 首先必须研究影响强度的主要因素及其规律 比如 原材料不同的混凝土 其强度高低差异也很大 25 配制高强混凝土时 C50至C80 应选择强度等级不低于42 5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥 应掺用活性较好的矿物掺合料 且宜复合使用矿物掺合料 超细矿物掺合料是专门用于配置高强 超高强混凝土的特种掺合料 可等量取代部分水泥 混凝土的水泥用量不应大于550kg m3 水泥和矿物掺合料的总量不应大于600kg m3 配制混凝土时 应掺用高效减水剂或缓凝高效减水剂 26 优先选用粒径小的粗骨料 对强度等级高于C60级的混凝土 其粗骨料的最大粒径不应大于25mm 配制C80及其以上等级的混凝土时 粗骨料最大粒径不宜大于20mm 其中 针 片状颗粒含量不宜大于5 0 含泥量不应大于0 5 泥块含量不宜大于0 2 其他质量指标应符合现行 建筑用碎石 卵石 GB T14685 2001 的规定 细骨料应采用中砂 细度模数以2 7 3 0为宜 含泥量不应大于2 0 泥块含量不应大于0 5 其他质量指标也应符合现行标准的规定 高强混凝土配合比的计算方法和步骤可按 普通混凝土配合比设计规程 中 JGJ55 2011 的有关规定进行 27 3 高强混凝土配合比高强混凝土的配合比应根据结构设计所要求的强度和耐久性 施工工艺所要求的拌料工作度与凝结时间 并充分考虑施工运输和环境温度等条件通过试配确定 经现场试验确认合格后 方可正式使用 28 混凝土的施工配制强度必须超过设计要求的强度标准值以满足强度保证率的需要 其超出的数值应根据混凝土强度标准差而定 当无可靠的强度统计数据和标准差数值时 混凝土的施工配制强度 平均值 对于C50和C60混凝土应不低于强度等级值的1 15倍 对于C70和C80混凝土应不低于强度等级值的1 12倍 配制高强混凝土所用的水胶比 水与胶结料的重量比 后者包括水泥及掺合料的重量 宜控制在0 24 0 38的范围内 强度等级愈高 水胶比及用水量应愈低 29 配制高强混凝土所用的硅酸盐水泥量不宜超过450 500kg m3 水泥与掺合料的胶结材料总量不超过550 600kg m3 粉煤灰掺量一般不超过胶结料总量的30 天然沸石岩粉的掺量不宜超过胶结料总量的10 硅粉的掺量不宜超过胶结料总量的8 10 混凝土的砂率一般宜控制在28 34 的范围内 采用泵送工艺时可为32 40 高效减水剂的掺量一般为胶结材料的0 5 1 8 为减少混凝土坍落度在运输 浇筑过程中的损失 可采用载体流化剂 复合缓凝高效减水剂 以及将减水剂分二次或多次添加的方法 30 已有 牌52 5硅酸盐水泥 水泥的密度为3250kg m3 碎石粗骨料粒径5 20mm 表观密度为2700kg m3 砂子为中粗河砂 表观密度为2650kg m3 采用粉状NF高效减水剂 掺量0 5 1 水泥重 按初选水泥重量的20 掺粉煤灰 等量取代 1 1 部分水泥 要求配制坍落度12 16cm 强度80MPa的高强混凝土 配比设计示例 31 32 33 五 高强混凝土施工工艺及质量控制 1 混凝土拌制拌制高强混凝土必须使用强制式搅拌机 混凝土原材料的定量均按重量计 称量的允许偏差不应超过下列限值 水泥和掺合料为 1 粗细骨料为 2 水及化学外加剂为 1 配制高强混凝土必须准确控制用水量 砂石中的含水量应仔细测定后从用水量中扣除 高强混凝土在搅拌站配料时宜采用自动称量装置 通过砂石含水量的自动检测仪器 自动调整搅拌用水 34 高效减水剂可用粉剂直接投入搅拌 也可制成溶液后加入并在混凝土的用水量中扣除这部分溶液用水 高效减水剂宜采用后掺法 加入减水剂后 混凝土拌