高性能混凝土发展及若干关键技术问题423

1、会计学1高性能混凝土发展及若干关键技术问题高性能混凝土发展及若干关键技术问题423第1页/共95页报告人简介报告人简介 元成方，博士后，硕士生导师，郑州大学土木元成方，博士后，硕士生导师，郑州大学土木工程学院任教。主要从事混凝土材料及结构耐久性工程学院任教。主要从事混凝土材料及结构耐久性、混凝土结构检测评定技术研究。参与国家级科研、混凝土结构检测评定技术研究。参与国家级科研项目项目3 3项，省部级科研项目项，省部级科研项目2 2项，企业科研项目项，企业科研项目3 3项项，发表学术论文，发表学术论文2020余篇，获省级科技进步二等奖余篇，获省级科技进步二等奖1 1项，企业奖项，企业奖1 1项。项

2、。第2页/共95页 高性能混凝土的定义高性能混凝土原材料 高性能混凝土配制方法高性能混凝土常见问题与对策 高性能混凝土工程应用第3页/共95页第4页/共95页 1986年挪威学者首先提出高性能混凝土的研究。这是因为挪威盛产硅灰，掺硅灰大大提高了混凝土强度、抗渗性及耐久性。 1990年5月，在美国马里兰州Gaithers-burg 城由 NIST 和 ACI 主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。 我国从20世纪90年代初也很快引进了高性能混凝土这个概念，掀起了研究热潮，有关高性能混凝土的论文数不胜数，至今方兴未艾。第5页/共95页力学性能耐久性工作性体积稳定性

3、高性能混凝土混凝土强度和受力变形性能的总称。混凝土在所处工作环境下，长期抵抗内、外部劣化因素的作用，仍能维持其应有结构性能的能力。混凝土适宜于施工操作、满足施工要求的性能的总称。混凝土初凝后，能抵抗收缩或膨胀而保持原有体积的性能。第6页/共95页 高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。 吴中伟 院士 第7页/共95页第8页/共95页水泥水泥砂砂石石水水外加剂外加剂掺合料掺合料普通混凝土曾是主流，目前在民

4、用建筑中仍在采用外加剂混凝土一级和沿海城市，70%以上高性能混凝土重大混凝土工程中已广泛采用第9页/共95页 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，一般情况下不得采用立窑水泥。第10页/共95页序 号项 目技术要求1比表面积350m2/kg（硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥）280m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C3A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

5、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%。水泥技术要求第11页/共95页序 号项 目技术要求C50以下混凝土C50及以上混凝土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）6SO3含量，%3.07CaO含量，%10（对于硫酸盐侵蚀环境）粉煤灰技术要求第12页/共95页序 号项 目技术要求1MgO含量，%142SO3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，%1.0

6、8活性指数，%，28d95矿渣技术要求第13页/共95页序 号项 目技术要求1烧失量，%62氯离子含量，%不宜大于0.023SiO2含量，%854比表面积，m2/kg 180005需水量比，%1256含水率，%3.07活性指数，%，28d85硅灰技术要求第14页/共95页 外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。外加剂与水泥之间应有良好的相容性。外加剂须经质检部门检验、鉴定。第15页/共95页序 号项 目技术指标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),%10.0混凝土外加剂技

7、术指标第16页/共95页序 号项 目指 标备 注5减水率，%206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，%，200次80混凝土外加剂技术指标第17页/共95页 砂子应选择质地坚硬、级配良好的中、粗河砂或人工砂。不宜使用山砂，不得使用海砂。第18页/共95页序 号项 目技术指标C30C30C45C501含泥量，%3

8、.02.52.02泥块含量，%0.53云母含量，%0.54轻物质含量，%0.55氯离子含量，%0.026SO3含量，%0.57有机物含量合格混凝土用砂技术指标第19页/共95页 粗骨料应选择级配良好、质地坚硬的碎石或碎卵石。骨料最大粒径不宜大于25mm，宜采用1525mm和515mm两级粗骨料配合。粗骨料为碎石时，碎石的强度用岩石抗压强度表示，且岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。第20页/共95页序 号项 目技术指标1级配二级或多级级配2堆积密度1500kg/m33吸水率2%4紧密孔隙率C4AFC3SC2S比表面积越大，即对减水剂分子的吸附量也越大。水泥越新鲜、温度越高，减水剂对

9、其的塑化效果也越差。水泥水泥第80页/共95页 减水剂减水剂聚羧酸盐减水剂或氨基磺酸盐减水剂与水泥的相容性优于萘磺酸盐系减水剂与水泥的相容性。复合型减水剂在水泥中的分散效果要优于单一型减水剂的效果。液剂优于粉剂。液剂减水剂在混凝土拌合物中的分散性要优于粉剂减水剂在拌合物中的分散性，因此能更充分地被水泥颗粒所吸附,从而对水泥颗粒有更好的分散效果。 采用后掺法或二次添加法对改善水泥与减水剂相容性有明显的效果。第81页/共95页高性能混凝土坍落度损失 预拌混凝土施工过程中，要求具有良好的工作性，以保证运输、浇注与捣实，使硬化混凝土获得高的密实度。但是，混凝土的坍落度损失，往往给施工带来困难，特别是H

10、PC水灰比较低，掺入高效减水剂后，坍落度损失更快，给施工带来的难度更大。第82页/共95页（1 1）物理机理）物理机理 自由水减少：水泥水化、集料吸水、水分蒸发 高效减水剂的影响：水泥颗粒Zeta电位降低，产生凝聚（2 2）化学机理）化学机理水泥初期水化反应，高效减水剂被消耗引起液相中高效减水剂的浓度降低，对水泥的分散作用减弱。水泥水化产生Ca(OH)2、CSH等水化产物造成使新拌砼粘度增大。第83页/共95页（1）水泥成分（2）骨料级配及砂率（4）矿物掺合料（3）减水剂品种及掺加方法第84页/共95页（1）采用复合高效减水剂（2）分次添加高效减水剂（3）选用新型高效减水剂（4）优选水泥（5）

11、合理添加矿物掺合料（6）优化配合比设计第85页/共95页展 望第86页/共95页 高性能混凝土不仅是对传统混凝土技术的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境等方面都具有重要意义，是一种环保型、集约型的新型材料，并将为建筑工程自动化准备条件。高性能混凝土将成为现代混凝土技术的主要发展方向。 未来高性能混凝土的发展还需着眼以下几方面内容：v矿物掺合料性能的科学评定以及复合矿物掺合料的使用方法矿物掺合料性能的科学评定以及复合矿物掺合料的使用方法v高效减水剂与复合外加剂的开发改性和使用问题高效减水剂与复合外加剂的开发改性和使用问题v适应高性能混凝土需要的高性能水泥的研究与生产应用适应高

12、性能混凝土需要的高性能水泥的研究与生产应用v配合比计算机软件开发配合比计算机软件开发v发展绿色高性能混凝土，实现可持续发展发展绿色高性能混凝土，实现可持续发展第87页/共95页 感谢聆听！感谢聆听！Thanks for your attention！第88页/共95页第89页/共95页序 号项 目技术指标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),%10.0混凝土外加剂技术指标第90页/共95页浆集比 水泥浆和集料的比例为浆集比。美国Mehta和Aitcin认为，采用适宜的集料时，固定浆集体积比35：65可以很好地解决强度、

13、工作性和尺寸稳定性(弹性模量、干缩和徐变)之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。 根据经验，高性能混凝土中胶凝材料总用量不能低于300kg/m3，不应超过550kg/m3。水泥用量应尽量减少，而以干缩小的矿物细掺料部分取代之，以减少混凝土的温升和干缩，提高抗化学侵蚀的能力，增加密实度，降低造价。 根据国内外有关研究报告和工程实践资料，建议配制C50C70的高性能混凝土，可单独掺加15%30%的优质粉煤灰或20%50%矿渣代替水泥；配制C80以上的混凝土，可用5%10%的硅灰和15%35%的优质粉煤灰或矿渣混合掺入。第91页/共95页砂率砂率的选择 在水泥浆量一定的情况下，砂率在混凝土中主要影响

14、工作性。砂率不宜超过0.46，超过此值后，混凝土坍落度损失较多。石子级配越差，则要求的砂率越大，越要求使用粗的砂。掺入密度小的辅助胶凝材料时，可减小砂率。第92页/共95页混凝土收缩开裂 高性能混凝土具有水胶比较低、水泥用量较大以及砂率较高等特点，使得混凝土收缩较大，容易开裂。“收缩”简单地说，就是混凝土失水造成体积缩小的现象。严格地说，它是三维的变形,但通常以线性变形表示。通常所谓收缩，是指混凝土暴露在相对湿度小于100%的空气中产生“干燥收缩”的简称。然而由于环境的作用，混凝土还会产生许多其它种类的收缩变形。混凝土的收缩主要包括：化学减缩、干燥收缩、自收缩、温度收缩、塑性收缩和碳化收缩。上述各种收缩，它们彼此独立地发生或者同时出现。第93页/共95页（6）加强混凝土的早期养护 及时采取养护措施可有效地减小高性能混凝土的早期收缩，为获得良好的减缩效果，养护宜从混凝土初凝甚至浇筑后就开始。随着起始养护龄期的推迟，养护的“减缩效果”下降，在初凝后h8再开始养护已经收效甚微。随着水灰比的减小，混凝土的早期收缩增加，其中温度变形和自收缩的比重增大，养护的减缩作用也有所减弱，因此对起始养护龄期的要求也更高。低水灰比条件下，混凝土的早期收缩不