高性能混凝土学习资料

1、中铁十一局京石铁路客运专线二公司项目经理部中心试验室高性能混凝土学习资料 2010-4-7 目 录第1部分 结构耐久性设计21 铁路混凝土结构耐久性设计的内容22 设计使用年限级别23 混凝土耐久性指标4第2部分 高性能混凝土原材料81 水泥82 矿物掺和料83 外加剂114 细骨料125 粗骨料136 拌合用水14第3部分 高性能混凝土的耐久性161 需考虑的因素162 配合比参数的选择163 测算与试拌204 配合比参数调整205 硬化混凝土参数测试206 主要试验方法介绍211 混凝土抗裂性对比试验212 混凝土电通量试验方法213 混凝土抗冻性试验方法224 抗硫酸盐侵蚀试验方法235

2、 矿物掺和料及外加剂抑制碱骨料反应有效性试验方法23第4部分 实体混凝土的质量要求及检查办法241 表面裂缝242 钢筋保护层厚度243 其他25第1部分 结构耐久性设计铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设2005157号）1 铁路混凝土结构耐久性设计的内容铁路混凝土结构耐久性设计应包括以下内容：（1）结构及主要可更换部件的设计使用年限； （2）结构所处的环境类别及其作用等级； （3）结构耐久性要求的混凝土原材料品质、配合比参数限值以及耐久性指标要求； （4）结构耐久性要求的构造措施（包括钢筋的混凝土保护层厚度）； （5）与结构耐久性有关的主要施工控制要求； （6）严重腐蚀环境条件下采取的

3、附加防腐蚀措施； （7）与结构耐久性有关的跟踪检测要求； （8）与结构耐久性有关的养护维修要求。2 设计使用年限级别表1 设计使用年限级别设计使用年限级别设计使用年限一100年二60年三30年3、环境类别及作用等级（1） 碳化环境环境作用等级环境条件特征T1室内年平均相对湿度60%长期在水下（不包括海水）或土中T2室内年平均相对湿度60%室外环境T3水位变动区干湿交替表2 碳化环境(2)氯盐环境表3 氯盐环境环境作用等级环境条件特征L1长期在海水水下区离平均水位15m以上的海上大气区离涨潮岸线100m300m的陆上近海区L2离平均水位15m以内的海上大气区离涨潮岸线100m以内的陆上近海区海水

4、潮汐区或浪溅区（非炎热地区）L3海水潮汐区或浪溅区（南方炎热地区）盐渍土地区露出地表的毛细吸附区遭受氯盐冷冻液和氯盐化冰盐侵蚀部位（3）化学侵蚀环境表4 化学侵蚀环境化学侵蚀类型环境作用等级H1H2H3H4硫酸盐侵蚀环境水中硫酸盐含量mg/L200 6006003000300060006000强透水性环境土中硫酸盐含量mg/kg20003000300012000120002400024000弱透水性环境土中硫酸盐含量，mg/kg300012000120002400024000/盐类结晶侵蚀环境土中硫酸盐含量，mg/k/2000300030001200012000酸性侵蚀环境水中pH值6.55.

5、55.54.54.54.0/二氧化碳侵蚀环境水中侵蚀性CO2含量，mg/L154040100100/镁盐侵蚀环境水中Mg2+含量，mg/L3001000100030003000/（4）冻融破坏环境表5 冻融破坏环境环境作用等级环境条件特征D1微冻地区+频繁接触水D2微冻地区+水位变动区严寒和寒冷地区+频繁接触水微冻地区+氯盐环境+频繁接触水D3严寒和寒冷地区+水位变动区微冻地区+氯盐环境+水位变动区严寒和寒冷地区+氯盐环境+频繁接触水D4严寒和寒冷地区+氯盐环境+水位变动区注：严寒：t -8；寒冷：-8 t -3；微冻：-3t2.5（5）磨蚀环境表6 磨蚀环境环境作用等级环境条件特征M1风蚀（

6、有砂情况）风力等级7级，且年累计刮风时间大于90天M2风蚀（有砂情况）风力等级9级，且年累计刮风时间大于90天流冰冲刷被强烈流冰撞击、磨损、冲刷（冰层水位下0.5m冰层水位上1.0m）M3风蚀（有砂情况）风力等级11级，且年累计刮风时间大于90天泥砂冲刷被大量夹杂泥砂或物体磨损、冲刷3 混凝土耐久性指标（1） 混凝土的耐久性一般包括混凝土抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱骨料反应性等。混凝土的耐久性指标应根据结构的设计使用年限、所处的环境类别及作用等级等确定。 （2）混凝土耐久性的一般要求：A、混凝土的电通量应满足表7的规定：表7 混凝土的电通量的要求设计使用年限级别一(100年)二

7、(60年)、三（30年)56d电通量（C）<C30<2000<2500C30C45<1500<2000C50<1000<1500B、混凝土的抗裂性应通对比试验；C、钢筋的混凝土保护层厚度应满足设计的规定。表8 普通钢筋的混凝土保护层最小厚度单位：mm结构类别设计使用年限碳化环境氯盐环境磨蚀环境冻融破坏环境化学侵蚀环境T1T2T3L1L2L3M1M2M3D1D2D3D4H1H2H3H4桥梁涵洞1003535454550603540453545506035455060隧道衬砌1003535404045553540455530404555路基支挡602020

8、3030405025253525304050253040501003030404045553035403040455530404555D、 混凝土的抗碱骨料反应性能应符合下列规定：（1）骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率或碱碳酸盐反应岩石柱膨胀率应小于0.10%；（2）当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%0.20%时，混凝土的碱含量应满足要求；当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%0.30%时，除了混凝土的碱含量应满足要求外，混凝土中还应掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和外加剂，并经试验证明抑制有效。表9 不同环境下砼的最大碱含量使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）环境条件干燥环境(砼

9、的最大碱含量)3.53.53.5潮湿环境(砼的最大碱含量)3.03.03.0含碱环境(砼的最大碱含量)砼必须换用非碱活性骨料3.03.0（3）氯盐环境下混凝土的电通量 设计使用年限级别一(100年)二(60年)、三（30年)环境作用等级L1L2、L3L1L2、L3电通量（56d），C<1000<800<1500<1000表10 氯盐环境下混凝土的电通量（4）化学侵蚀环境下混凝土的电通量 表11 化学侵蚀环境下混凝土的电通量设计使用年限级别一(100年)二(60年)、三（30年)环境作用等级H1H2、H3H1H2、H3电通量（56d），C<1200<1000&

10、lt;1500<1000（5）冻融破坏环境下混凝土的抗冻性 表12 冻融破坏环境下混凝土的抗冻性设计使用年限级别一(100年)二(60年)三（30年)环境作用等级D1、D2、D3、D4D1、D2、D3、D4D1、D2、D3、D4抗冻等级（56d）F300F250F200（6）磨蚀环境下的混凝土结构，应进行混凝土耐磨性对比试验。（7）处于严重腐蚀环境下的混凝土结构，尚应采取必要的附加防腐蚀措施。附加防腐蚀措施氯盐环境：混凝土表面浸渍、环氧涂层钢筋、钢筋阴极保护化学侵蚀：表面涂装、设防护面层、换填土、降低地下水位冻融破坏：增设钢箍、增大结构截面磨蚀环境：表面浸渍增强、检测、养护和维修：（1）

11、在铁路混凝土结构的设计使用年限内，应对结构进行养护、维修和定期检测。检测的周期、养护和维修的内容、方法应符合铁路桥隧建筑物大修维修规则等相关规定。（2）对于处于严重腐蚀环境中的混凝土结构，除了对结构进行定期常规检测外，还应对结构的环境条件、混凝土的性能以及耐久性状况进行跟踪调查和检测。环境条件包括气象环境和工作环境。混凝土的性能包括强度、碳化深度、电通量等。耐久性状况包括混凝土中氯离子含量及侵入深度、混凝土中硫酸盐浓度及侵入深度、混凝土中钢筋锈蚀程度以及预应力体系（预应力索、锚具和孔管等）状况。（3）对于处于严重腐蚀环境中的混凝土结构，宜在工程现场设置专供检测取样用的构件，构件的尺寸、材料、配

12、筋、成型、养护以及暴露环境条件等应能代表实际结构。必要时，可在结构的代表性部位设置传感元件以监测结构耐久性的变异发展情况。第2部分 高性能混凝土原材料1 水泥 水泥的生产：粉磨（干、湿）和煅烧（回转窑或立窑）。水泥的品种（6种）：硅酸盐水泥（波特兰水泥）、普通硅酸盐水泥、粉煤灰硅酸盐水泥、火山灰质硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥、复合硅酸盐水泥。（1）水泥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。（2）除国标外，应满足表13规定：表13 高性能混凝土中水泥的要求序号项目技术要求1比表面积3

13、50m2/kg（硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥）280µm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熟料中的铝酸三钙含量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%；2 矿物掺和料矿物掺合料主要有三类：（1）胶凝作用：矿渣、钢渣、高钙粉煤灰；（2）火山灰材料：天然火山灰、浮石、凝灰岩、硅藻土、低钙粉煤灰、硅灰等；（3）惰性材料：生黏土、石灰石粉、气冷矿渣；（1）粉煤灰粉煤灰的产

14、生（见图1）：煤粉燃烧残渣设备集尘原状灰粉磨加工磨细灰图1 粉煤灰的产生高性能混凝土中粉煤灰的技术要求见表14：表14 粉煤灰的技术要求序号名称技术要求C50以下混凝土C50及以上砼1细度，%20122氯离子含量，%不宜大于0.023需水量比，%1051004烧失量，%5.03.05含水量，%1.0（干排灰）6三氧化硫含量，%3.07氧化钙含量，%10（对于硫酸盐侵蚀环境）（2）矿渣粉矿渣：化学成分与水泥熟料类似，氧化钙含量较低，氧化铝和氧化硅的含量较高。在碱环境或硫酸盐环境下活性逐步激发。高性能混凝土中矿渣粉的技术要求见表15：表15 矿渣粉的技术要求序号名称技术要求1氧化镁含量，%142三

15、氧化硫含量，%4.03烧失量，%3.04氯离子含量，%0.025比表面积，m2/kg3505006需水量比，%1007含水率，%1.08活性指数，%，28d95（3）硅灰石英在2000度条件下蒸发为气体部分氧化凝结为圆球状微珠。颗粒细小，形状浑圆而且活性高。贮存和运输比较困难。高性能混凝土中矿渣粉的技术要求见表16：表16 硅灰的技术要求序号名称技术要求1烧失量，%62氯离子含量，%不宜大于0.023二氧化硅含量，%854比表面积，m2/kg180005需水量比，%1256含水率，%3.07活性指数，%，28d853 外加剂用于高性能混凝土中的外加剂包括：减水剂（塑化剂、流化剂）灌浆剂其他：速

16、凝剂、膨胀剂等防冻剂 抗裂剂防腐剂用于高性能混凝土中的减水剂的技术指标见表17：表17 减水剂的技术指标序号项 目指 标备注1水泥净浆流动度，mm2402硫酸钠含量，%10.03氯离子含量，%0.24碱含量(Na2O+0.658K2O),%10.05减水率，%20新标准256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，mm30min180用于泵送混凝土时60min150用于泵送混凝土时8常压泌水率比，%209压力泌水率比，%90用于泵送混凝土时10抗压强度比，%3d1307d12528d12011对钢筋锈蚀作用无锈蚀12收缩率比，%13513相对耐久性指标，

17、%，200次804 细骨料（1）细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂，也可选用专门机组生产的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海砂。（2）坚固性：不大于8%；吸水率：不大于2%；优先使用非碱活性骨料。表18 砂的质量指标项目质量指标C30C30C45C50含泥量，%3.02.52.0泥块含量，%0.5云母含量，%0.5轻物质含量，%0.5氯离子含量，%0.02三氧化硫含量%0.5有机物含量（用比色法试验）颜色不应深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95。采用人工砂或混合砂时，压碎指标值应小于25%，石粉含量

18、应符合表19规定：表19 石粉含量指标混凝土强度等级C30C30C45C50石粉含量（%）MB1.4010.07.05.0MB1.405.03.02.05 粗骨料（1）粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。优先采用非活性骨料；（2）最大粒径：保护层厚度的2/3，钢筋最小间距的3/4。C50以上时，不应大于25mm；（3）骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于1500kg/m3，紧密空隙率宜小于40%，吸水率应小于2%（用于干湿交替或冻融循环下的混凝土应小于1%）； （4）粗骨料为碎石时，碎石的强度用岩石抗压强度表示，且岩石

19、抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。施工过程中碎石的强度可用压碎指标值进行控制，且应符合表20的规定：表20 碎石压碎值指标混凝土强度等级C30C30岩石种类水成岩变质岩或深成的火成岩火成岩水成岩变质岩或深成的火成岩火成岩碎石162030101213卵石1612表21 结构类型 混凝土结构 预应力混凝土结构 质量损失率，% 8 5 表22 碎石的质量指标项目强度等级 C30 C30C45 C50 含泥量，% 1.0 1.0 0.5 泥块含量，% 0.25 针、片状颗粒总含量，% 10 10 8 硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3），% 0.5 氯离子含量，% 0.02 碎卵石中有机质含量

20、（用比色法试验） 颜色不应深于标准色。当深于标准色时，应配制成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应小于0.95。 6 拌合用水（1）拌合用水可采用饮用水。当采用其他来源的水时，水的品质应符合表23的要求；表23 拌合用水的质量指标项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值4.54.54.5不溶物，mg/L200020005000可溶物，mg/L2000500010000氯化物（以Cl-计），mg/L50010003500硫酸盐（以SO42-计），mg/L60020002700碱含量（以当量Na2O计），mg/L150015001500（2）用拌合用水和蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）进行水

21、泥净浆试验所得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不得大于30min，其初凝和终凝时间尚应符合水泥国家标准的规定；（3）用拌合用水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度不得低于用蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）拌制的对应砂浆或混凝土抗压强度的90% ；（4）拌合用水不得采用海水。当混凝土处于氯盐环境时，拌合水氯离子含量应不大于200mg/L。对于使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，拌合水氯离子含量不得超过350mg/L 。第3部分 高性能混凝土的耐久性高性能混凝土的耐久性主要包括抗裂性、护筋性、耐蚀性 、抗冻性、耐磨性、抗碱骨料反应性。1 需考虑的因素配置高性能混凝土需要考虑以下因素：（1）结

22、构部位（2）施工方法（3）环境条件（4）材料性能（5）设计要求2 配合比参数的选择（1）C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400 kg/m3，C35C40混凝土不宜高于450 kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3；（2）混凝土中宜适量掺加优质的粉煤灰、矿渣粉或硅灰等矿物掺合料。混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不得大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30% ；（3）混凝土中应掺加适量符合本技术条件要求的混凝土外加剂，优先选用多功能复合外加剂；（4）混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应满足设计要求，当设计无要求时，钢筋混

23、凝土及预应力混凝土应满足相应的要求；素混凝土应满足相应的要求； 表24 混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量环境类别环境作用等级使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）碳化环境T10.55， 2800.60， 2600.65， 260T20.50， 3000.55， 2800.60， 260T30.45， 3200.50， 3000.50， 300氯盐环境L10.45， 3200.50， 3000.50， 300L20.40， 3400.45， 3200.45， 320L30.36， 3600.40， 3400.40， 340化学侵蚀环境H10.50， 3000.55， 2800.6

24、0， 260H20.45， 3200.50， 3000.50， 300H30.40， 3400.45， 3200.45， 320H40.36， 3600.40， 3400.40， 340冻融破坏环境D10.50， 3000.55， 2800.60， 260D20.45， 3200.50， 3000.50， 300D30.40， 3400.45， 3200.45， 320D40.36， 3600.40， 3400.40， 340磨蚀环境M10.50， 3000.55， 2800.60， 260M20.45， 3200.50， 3000.50， 300M30.40， 3400.45， 3200.4

25、5， 320表25 素混凝土的选择环境类别环境作用等级设计使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）碳化环境T1、T2 、T30.60， 2800.65， 2600.65， 260氯盐环境L1、L2、 L30.60， 2800.65， 2600.65， 260化学侵蚀环境H10.50， 3000.55， 2800.60， 260H2不宜采用素砼0.50， 3000.50， 300H3不宜采用素砼不宜采用素砼不宜采用素砼H4不宜采用素砼不宜采用素砼不宜采用素砼冻融破坏环境D10.50， 3000.55， 2800.60， 260D2不宜采用素砼0.50， 3000.50， 300D3不宜

26、采用素砼不宜采用素砼不宜采用素砼D4不宜采用素砼不宜采用素砼不宜采用素砼磨蚀环境M10.55， 2800.60， 2600.65， 260M20.50， 3000.55， 2800.60， 260M3不宜采用素砼0.50， 3000.50， 300（5）对于硫酸盐侵蚀环境中的混凝土结构，混凝土的胶凝材料组成还应满足表26的要求，胶凝材料的抗蚀系数应不小于0.80。表26 硫酸盐侵蚀环境中，胶凝材料的组成要求环境作用等级水泥品种水泥熟料中的铝酸三钙含量，%粉煤灰或矿渣粉的掺量，%最小胶凝材料用量，kg/m3H1普通硅酸盐水泥820300中抗硫酸盐硅酸盐水泥5-300H2普通硅酸盐水泥825330

27、中抗硫酸盐硅酸盐水泥520300高抗硫酸盐硅酸盐水泥3-300H3，H4普通硅酸盐水泥630360中抗硫酸盐硅酸盐水泥525360高抗硫酸盐硅酸盐水泥320360（6）当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.100.20%时，混凝土的碱含量应满足表27的规定；当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.200.30%时，除了混凝土的碱含量应满足下表的规定外，还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和复合外加剂，并应通过试验证明抑制有效。表27 混凝土的碱含量使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）环境条件干燥环境3.53.53.5潮湿环境3.03.03.0含碱环境砼必须换用非碱活性骨料3.

28、03.0（7）钢筋混凝土中氯离子总含量（包括水泥、矿物掺合料、粗骨料、细骨料、水、外加剂等所含氯离子含量之和）不应超过胶凝材料总量的0.10%，预应力混凝土的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.06。 （8）无抗冻要求的混凝土含气量不应小于2.0%（干硬性混凝土除外）。当混凝土有抗冻要求时，混凝土的含气量应根据抗冻等级的要求经试验确定。 3 测算与试拌（1）氯离子与碱含量的测算（2）根据估计用水量、水泥用量和矿物掺和料用量估算强度（3）通过外加剂调整混凝土坍落度（4）通过外加剂、用水量和胶凝材料用量调整含气量4 配合比参数调整进行胶凝材料用量及组成变化进行试拌，测试坍落度、含气量、早龄期强度

29、与弹性模量。确定多个基本配合比，进行有害物含量测算和抗裂性对比试验。5 硬化混凝土参数测试（1）立方体抗压强度一般可采用100×100×100的试件，C50以上强度等级混凝土应采用150×150×150的试件。强度的验收：7d、28d、56d有标准差、无标准差、小样本的检验评定。（2）静力弹性模量 一般可采用100×100×300或150×150×300的试件进行测试混凝土的模强比（弹性模量与强度的比值）影响弹性模量的因素：容重：骨料变形能力、用水量和空气含量（3）长期及耐久性能：变形和徐变、体积变化、电通量、抗冻

30、性、抗渗性、防腐性、抗碱骨料反应性、耐磨性等6 主要试验方法介绍1 混凝土抗裂性对比试验圆环约束试件法内径305mm，外径425mm（即壁厚60mm），高度100mm。每组圆环试件至少浇注3个 2 混凝土电通量试验方法直径为95102mm，厚度为51±3mm的素混凝土芯样 ，三个为一组。试验龄期：56d电压：60V直流电压溶液：3.0%氯化钠 、0.3mol/L氢氧化钠电通量试验步骤：1） 在规定的56d试验龄期前，对预留的试块进行钻芯制件，试件直径为95102mm，厚度为51mm，试验时以三块试件为一组。2） 将试件暴露于空气中至表面干燥，以硅橡胶或树脂密封材料涂于试件侧面，必要时

31、填补涂层中的孔道以保证试件侧面完全密封。3） 测试前应进行真空饱水。将试件放入1000mL烧杯中，然后一起放入真空干燥器中，启动真空泵，数分钟内真空度达133Pa以下，保持真空3h后，维持这一真空度并注入足够的蒸馏水，直至淹没试件，试件浸泡1h后恢复常压，再继续浸泡18±2h。4 ）从水中取出试件，抹掉多余水份，将试件安装于试验槽内，用橡胶密封环或其它密封胶密封，并用螺杆将两试验槽和试件夹紧，以确保不会渗漏，然后将试验装置放在2023的流动冷水槽中，其水面宜低于装置顶面5mm，试验应在2025恒温室内进行。5 ）将浓度为3.0%的氯化钠和0.3mol/L的氢氧化钠溶液分别注入试件两侧的试验槽中，注入氯化钠溶液的试验槽内的铜网连接电源负极，注入氢氧化钠溶液的试验槽中的铜网连接电源正极。6 ）接通电源，对上述两铜网施加60V直流恒电压，并记录电流初始读数，通电并保持试验槽中充满溶液。开始时每隔5min记录一次电流值，当电流值变化不大时，每隔10min记录一次电流值，当电流变化很小时，每隔30min记录一次电流值，直至通电6