DB15-T 3720-2024 公路高韧性混凝土应用技术规范

ICSCCS93.080.0115IDB15/T3720—2024前言 12规范性引用文件 13术语和定义 14原材料 25配合比设计方法 36性能要求 57生产与施工 68质量检验 7附录A（规范性）高韧性混凝土抗拉性能测试方法 9附录B（规范性）高韧性混凝土弯曲韧性测试方法 DB15/T3720—2024本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起草。本文件由内蒙古自治区交通运输厅归口。本文件起草单位：内蒙古路桥集团有限责任公司、内蒙古大学、呼和浩特新机场高速公路管理有限责任公司、内蒙古交通集团有限公司、内蒙古交通集团蒙通养护有限责任公司、内蒙古交科路桥建设有限公司、内蒙古交工养护工程技术有限责任公司、内蒙古路桥建筑安装工程有限责任公司、哈尔滨工业大学、长安大学、广州鼎兴土木科技有限公司、广西科技大学、内蒙古自治区产品质量检验研究院。本文件主要起草人：沈永飞、李国栋、郭枫、乔志、刘凯、蔚江江、付二全、赵胜、戴玉东、梅晓峰、李志忠、李雅鑫、徐军、乌兰托亚、杨宁、李洋、张雨洋、党彦、李小兵、程思奇、高健、耿玥、马慧、王智远、李伟钊、张磊、许佳波、张岗、米丽、李淑慧、贺瑞锋、王怡昕、余金山、李永超、任志强、任永强、韩燕飞、何占海。DB15/T3720—20241公路高韧性混凝土应用技术规范本文件规定了公路高韧性混凝土原材料、配合比设计方法、性能指标、生产与施工等内容。本文件适用于各等级公路的桥涵工程，市政工程可参照执行。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB175通用硅酸盐水泥GB/T1596用于水泥和混凝土中的粉煤灰GB/T2611试验机通用技术要求GB/T3159液压式万能试验机GB/T14685建设用卵石、碎石GB/T18046用于水泥、砂浆和混凝土中的粒化高炉矿渣粉GB/T27690砂浆和混凝土用硅灰GB/T28293钢铁渣粉GB/T31387活性粉末混凝土GB/T39147混凝土用钢纤维GB/T50080普通混凝土拌合物性能试验方法标准GB/T50081混凝土物理力学性能试验方法标准GB/T50082普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准GB/T50107混凝土强度检验评定标准GB50119混凝土外加剂应用技术规范GB50164混凝土质量控制标准GB/T51003矿物掺合料应用技术规范JGJ63混凝土用水标准JG/T472钢纤维混凝土JTG3362公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1高韧性混凝土hightoughnessconcrete(HTC)DB15/T3720—20242由水泥、矿物掺合料、外加剂、骨料、钢纤维和水等原材料拌合后水化而成的具有超高耐久性和韧性性能，氯离子扩散系数不大于20×10-14m2/s、极限抗拉强度不小于5MPa、抗压强度不小于100MPa且弯曲韧性比不小于0.8的混凝土材料。3.2韧性指数toughnessindex高韧性混凝土在受力过程中能够继续承受载荷而不断变形的能力衡量指标。3.3弯曲初裂强度bendinginitialcrackstrength由弯曲荷载作用下混凝土构件开裂荷载计算得到的弯曲强度。3.4等效弯曲强度equivalentbendingstrength由弯曲荷载-挠度曲线计算出表征纤维混凝土弯曲性能的强度参数。弯曲韧性比bendingtoughnessratio等效弯曲强度与弯曲初裂强度的比值。4原材料型。普通硅酸盐水泥、硅酸盐水泥应符合GB175的有关规定。4.2骨料4.2.1高韧性混凝土用骨料宜为石英砂或机制砂，单颗粒最大粒径不宜超过1.25mm，且应满足GB/T31387相关规定。4.2.2高韧性混凝土有特殊需求采用粗骨料时，其最大颗粒粒径不应超过9.50mm，粗骨料性能应满4.3掺合料4.3.1高韧性混凝土用粉煤灰应为I级粉煤灰，应满足GB/T1596要求。4.3.2高韧性混凝土用粒化高炉矿渣粉应为S95级及以上，应符合GB/T18046的有关规定。4.3.3高韧性混凝土用钢铁渣粉应为G85级及以上，应符合GB/T28293的有关规定。4.3.4高韧性混凝土用硅灰为不加密或半加密硅灰，应满足GB/T27690要求，SiO2含量宜＞90%。4,4钢纤维DB15/T3720—20243高韧性混凝土宜掺入圆形截面的钢纤维，钢纤维直径不宜大于0.4mm，长度不宜大于30mm，钢纤维性能指标应符合GB/T39147要求。4.5水高韧性混凝土拌合用水应符合JGJ63规定。4,6外加剂高韧性混凝土宜选用减水率不小于30%的高性能减水剂，且应符合GB50119的规定。5配合比设计方法5.1.1高韧性混凝土应根据工程结构形式、施工工艺和环境因素进行配合比设计，宜采用绝对体积法。5.1.2高韧性混凝土的最大水胶比不应大于0.25。5.1.3钢纤维体积掺量不小于0.5%。5.1.4高韧性混凝土中的矿物掺合料应符合GB/T51003的规定，矿物掺合料的最大掺量宜符合表1的规定，对于粉煤灰、粒化高炉矿渣粉的最大掺量可增加5%。表1高韧性混凝土中矿物掺合料最大掺量>0.20>0.20——5.1.5高韧性混凝土配合比应综合考虑其力学性能、工作性能和耐久性等性能要求，确定计算配合比、基准配合比和施工配合比。5.2配合比设计与调整5.2.1高韧性混凝土的配制强度应按公式（1）计算：fcu,0≥1.15fcu,kfcu,0——高韧性混凝土的配制强度，单位为兆帕（MPa）；fcu,k——要求高韧性混凝土力学等级对应的立方体抗压强度，单位为兆帕（MPa）。5.2.2高韧性混凝土的水胶比、水泥掺量、胶凝材料用量和钢纤维掺量宜符合表2规定。DB15/T3720—20244表2高韧性混凝土的水胶比、水泥产量、胶凝材料用量和钢纤维掺量%%5.2.3高韧性混凝土中骨料体积应为总体积减去胶凝材料、水、钢纤维体积和含气量所得到。骨料总用量应由骨料总体积乘以骨料表观密度得到。骨料体积率应根据其物理性能、级配信息、拌合物工作性能以及成型后的物理力学性能综合确定。5.2.4胶凝材料体系中各粒级的相对比例确定应遵循颗粒最紧密堆积理论，根据所选择的原材料颗粒级配范围。5.2.5确定胶凝材料比例后，对胶凝材料最小需水量进行确定，当恰好使拌合物从潮湿的固体（形成球状）变成平坦均匀浆体时对应的用水量为最小需水量。5.2.6减水剂用量根据其类型和减水效率确定，减水剂掺量一般不大于胶凝材料的0.30%。5.2.7高韧性混凝土应采用工程实际使用的原材料进行试配，每盘最小搅拌量不应小于20L。5.2.8确定用水量后应进行试拌，检查拌合物工作性能指标。当拌合物坍落扩展度＜500mm时，应在水胶比不变、胶凝材料用量和外加剂用量合理的原则下，调整胶凝材料、外加剂用量或不同粒级骨料的体积比例，直到符合要求为止。根据试拌结果，提出高韧性混凝土基准配合比。5.2.9高韧性混凝土搅拌时应先对纤维和水泥等胶凝材料进行干拌，干拌时间不小于60s，随后加入水和外加剂，充分搅拌90s后加入细骨料（砂再充分搅拌60s后浇入模具。若配制的高韧性混凝土包含粗骨料，应在掺入细骨料充分搅拌后加入粗骨料，搅拌时间不小于30s。高韧性混凝土配合比设计流程如图1所示。图1高韧性混凝土配合比设计流程DB15/T3720—202455.2.10测定高韧性混凝土强度时，应至少采用三个不同配合比。其中一个为5.2.8提出的基准配合比，另外两个配合比的水胶比宜较基准配合比分别增加和减少1.0%，骨料的体积分数可分别增加和减5.2.11高韧性混凝土强度试验时，每种配合比应至少制作一组（六块）试件。如耐久性有要求时，还应制作相应的试件并检测相应的指标。6性能要求6.1工作性能6.1.1高韧性混凝土拌合物应具有良好的工作性能，不应离析和泌水，无纤维结团和基体结块。6.1.2UHPC拌合物工作性能应采用坍落扩展度(SF)表征，试验方法应符合GB/T50080的规定，按表3的规定进行分级。表3高韧性混凝土拌合物工作性能分级6.2性能等级6.2.1高韧性混凝土原材料的要求和制备方法应符合GB/T31387的规定。6.2.2高韧性混凝土强度等级应按边长为100mm立方体试件的抗压强度标准值确定。6.2.3高韧性混凝土立方体抗压强度标准值fcuk、轴心抗压强度标准值fck和轴心抗拉强度标准值ftk应符合表4的要求。高韧性混凝土立方体抗压强度标准值fcuk和轴心抗拉强度标准值ftk按GB/T50081试验方法进行测定。表4高韧性混凝土强度标准值6.2.4高韧性混凝土轴心抗压强度按照JTG3362的方法计算。6.2.5高韧性混凝土轴心抗压强度设计值fcd和轴心抗拉强度设计值ftd应按表5采用。表5高韧性混凝土强度设计值6.2.6高韧性混凝土的抗拉强度等级应符合表6规定。DB15/T3720—20246表6高韧性混凝土抗拉性能等级>1.00>1.00>1.05<0.1/////6.2.7高韧性混凝土的抗弯拉强度不应小于18MPa，抗弯拉强度按照JG/T472的相应规定进行测试。6.2.8高韧性混凝土的弯曲韧性等级应符合表7规定。表7高韧性混凝土弯曲韧性等级弯曲韧性指数I弯曲韧性指数I弯曲韧性指数I6.2.9高韧性混凝土弯曲韧性指数和弯曲韧性比应按照附录B进行测定计算。6.2.10高韧性混凝土受压或受拉时的弹性模量Ec应按表8采用。表8高韧性混凝土的弹性模量E6.2.11高韧性混凝土的剪切模量Gc可按表8数值的0.4倍计算确定，高韧性混凝土的泊松比ν可采用0.2。6.2.12高韧性混凝土线膨胀系数应按1.1×10-5/℃采用。6.2.13承载能力极限状态高韧性混凝土受压应力-应变关系应根据试验确定。其中高韧性混凝土的极7生产与施工原材料计量应采用电子计量设备。固体原材料、预混料应按质量计量，水和液体外加剂可按质量或体积计量。7.2搅拌DB15/T3720—20247高韧性混凝土的搅拌设备宜采用强制式搅拌机，加料过程中宜有纤维分散装置，搅拌量宜小于搅拌机最大搅拌量的70%。高韧性混凝土现场施工应保证纤维分布的均匀性和结构的整体性，应符合下列规定：a)浇筑前要检查模板及其支架、钢筋以及保护层厚度、预埋件位置、尺寸，确认无误后，方可进行浇筑。浇筑的混凝土应填充到钢筋、埋设物周围及模板内各角落；b)高韧性混凝土的浇筑应从模板一侧以均匀的速率浇筑，宜一次性浇筑完毕；c)高韧性混凝土应采用平板振捣或模外振捣器振捣成型，不宜采用插入式振捣器。所采用的振捣机械和振捣方法除应保证密实外，还应避免拌合物离析、分层以及纤维下沉或露出构件表面。7,4养护7.4.1高韧性混凝土养护方式可以采取蒸汽养护和自然养护，宜优先采用蒸汽养护。7.4.2高韧性混凝土蒸汽养护包括浇筑后的保湿养护（静停）和终凝后的高温蒸汽养护。蒸汽养护相对湿度不应低于95%，升温速度不应大于12h/℃。养护结束后，降温速度应不超过15h/℃。7.4.3高韧性混凝土自然养护应按GB/T50081的规定进行标准养护。8质量检验8.1.1原材料应按品种、规格和生产厂家分别标识，贮存于干燥、通风、防尘、防潮、防雨的场所，并应符合GB/T31387规定。8.1.2原材料检验应包括以下内容：a)厂家、品牌、规格和数量等信息应正确无误；b)质量证明文件应齐全；c)包装方式和外观质量应符合合同要求。8.1.3水泥、掺合料、细骨料、粗骨料、外加剂、纤维等高韧性混凝土原材料进场前均需按照GB50164的规定进行检验及评定。8.1.4对于高韧性混凝土拌合物检验，检验项目包括：坍落扩展度、维勃稠度、凝结时间、表观密度、含气量、均匀性、抗离析性能绝热升温性能等，应符合GB/T50080的相关规定。在搅拌地点随机采样，每50m3相同配合比的高韧性混凝土取样不应少于1次。每一工作班相同配合比的高韧性混凝土不足50m3时，取样不应少于1次。8.2力学性能检验8.2.1高韧性混凝土的抗压强度、弹性模量和抗弯拉强度应按GB/T50081的相关规定测试检验。8.2.2高韧性混凝土的抗拉性能应按照附录A的规定进行测定。8.2.3高韧性混凝土的性能检验应符合GB/T50107的相关规定，每组高韧性混凝土试件强度代表值的确定，应符合下列规定：a)取3个试件强度的算数平均值作为每组试件的强度代表值；b)当一组试件中强度的最大值或最小值与中间值之差超过中间值的15%时，取中间值作为该组试件的强度代表值；DB15/T3720—20248c)当一组试件中强度的最大值和最小值与中间值之差均超过中间值的15%时，该组试件的强度不应作为评定的依据。8.3耐久性能检验8.3.1高韧性混凝土的氯离子扩散系数和单边盐冻质量损失率应按照GB/T50082的规定测试。8.3.2高韧性混凝土的单边盐冻质量损失率应按照GB/T50082中的规定进行测定。8.3.3高韧性混凝土的氯离子扩散系数不大于20×10-14m2/s。8.3.4高韧性混凝土耐久性检验取样方法应符合GB/T50080的规定。8.3.5高韧性混凝土耐久性检验取样应在施工现场进行，应随机从同一车(盘)中取样，并不宜在首车(盘)混凝土中取样。从车中取样时，应将混凝土搅拌均匀，并应在卸料量的四分之一至四分之三之间取样。8.3.6取样数量应至少为计算试验用量的1.5倍。计算试验用量应根据GB/T50082的规定计算。8.3.7对于同一检验批只进行一组试验的检验项月，应将试验结果作为检验结果。对于抗冻试验、抗水渗透试验和抗硫酸盐侵蚀试验，当同一检验批进行一组以上试验时，应取所有组试验结果中的最小值作为检验结果。DB15/T3720—20249高韧性混凝土抗拉性能测试方法A.1范围本试验方法适用于测定高韧性混凝土在单轴拉伸试验条件下的弹性极限抗拉强度、弹性极限抗拉应变、弹性拉伸模量、极限抗拉强度和极限抗拉应变，以评价其抗拉性能。A.2试件尺寸和数量A.2.1抗拉性能测试试件尺寸如图A.1所示，其中B-C弧段由包括点B、点C在内的21个点连接而成的20条线段组成，每个点的坐标见表A.1，F-E、I-J、M-L弧段构成与B-C弧段相同。A.2.2抗拉性能试件厚度分为100mm和30mm两种，供需双方可根据需要选择合适厚度的抗拉性能试件。当高韧性混凝土中纤维长度不大于13mm且不含粗骨料时，宜采用厚度为30mm的试件；当高韧性混凝土中纤维长度大于13mm或含有粗骨料时，宜采用厚度为100mm的试件。不同厚度试件的测试结果在进行合格评定时不考虑尺寸效应。A.2.3每组试件数量为6个。图A.1抗拉性能测试试件尺寸示意图DB15/T3720—2024表A.1B-C弧段内各点连接坐标点234567点89点A.3试验仪器A.3.1拉力试验机应符合下列规定：a)试件破坏荷载宜大于拉力机最大量程的20.0%且宜小于拉力机最大量程的80.0%；b)示值相对误差应为±1.0%；c)拉力机应具有加载速率指示装置或加载速度控制装置，并应能均匀连续的加载；d)拉力机拉伸间距不应小于800mm；e)其他要求应符合GB/T3159和GB/T2611的有关规定。A.3.2用于应变测量的仪器装置应符合下列规定：a)用于应变测量的仪器应采用位移传感器，也可以采用激光传感器和引伸计。采用位移传感器时应备有用于微变形测量的固定骨架，试件的变形通过微变形固定骨架传递到位移传感器。采用位移传感器测量试件应变时，应备有数据自动采集系统；条件认可时，采用位移和荷载数据同步采集系统；b)采用位移传感器时，其测量精度应为0.001mm；采用激光传感器和引伸计时，其测量精度应为±0.001%；c)应变测量的标距宜为200mm。A.4试验步骤A.4.1每种高韧性混凝土进行抗拉性能试验时，应同时确定弹性极限抗拉强度、弹性极限抗拉应变、弹性拉伸模量、极限抗拉强度和极限抗拉应变5个参数。A.4.2到达试验期龄前，将制作的试件从养护室取出，待表面水分干燥后，将试件放置于试验机上下夹具中，保证上下夹具与试件中轴线对齐并一致。在试件弧形段与夹具接触部位放置0.5mm～1.0mm的橡胶垫片。将试件上端与试验机上夹头固定，升降拉力试验机至合适高度，调整试件方向，将试件下端固定。A.4.3当采用位移传感器测定变形时，应将位移传感器固定在变形测量架，并由标距定位杆进行定位，然后将变形测量架通过紧固螺丝固定在试件中部。从试件取出至试验完毕，不宜超过4h。应提前做好变形测量准备工作。A.4.4启动试验机进行预拉，其荷载相当于破坏荷载的15%～20%。预拉时，应测量应变值，计算偏心率，计算方法应按照GB/T50081的轴向拉伸试验方法。当试件偏心率＞15%时，应对试件重新进行对中调整。DB15/T3720—2024A.4.5预拉完毕后，应重新调整测量仪器，进行正式测试。拉伸试验时，对试件进行连续均匀加荷，宜采用位移控制加荷，加荷速率宜控制在0.2mm/min。当采用位移传感器测量变形时，试件测量标距内的变形应由数据采集系统自动记录，绘制荷载-变形曲线。A.4.6当满足下列条件之一时，应终止加载，停止试验：a)试件进入拉伸应变软化阶段后拉应力低于抗拉强度30%时；b)试件的拉应变达到10000×10-6时。A.5计算结果和确定A.5.1弹性极限点在计算结果前，首先应确定抗拉弹性极限点。在位移传感器和数据采集系统绘制的荷载-变形曲线中，由线性阶段转变为非线性阶段的点为弹性极限点。当弹性极限点不明显时，应取拉应变为200×10-6对于曲线上的点作为弹性极限点。A.5.2弹性极限抗拉强度应按公式（A.1）进行计算：fte——弹性极限抗拉强度，单位为兆帕（MPa），计算结果应精确至0.01MPa；Fte——弹性极限荷载，取弹性极限点处的荷载，单位为牛（N）；A——抗拉试件中部截面积，单位为平方毫米（mm2）。A.5.3弹性极限拉应变应按公式（A.2）进行计算：μte——弹性极限拉应变，计算结果应精确至10×10-6，无单位；lte——弹性极限点处变形，单位为毫米（mm）；L——抗拉试件标距，单位为毫米（mm）。A.5.4拉伸弹性模量应按公式（A.3）进行计算：Ete——拉伸弹性模量，单位为吉帕（GPa），计算结果精确至0.1GPa。A.5.5抗拉强度应按公式（A.4）进行计算：ftu——抗拉强度，单位为兆帕（MPa），计算结果精确至0.01MPa；Fmax——抗拉试验加载过程中的最大荷载，单位为牛（N）。A.5.6拉应变应按公式（A.5）进行计算：μtu——抗拉应变，计算结果应精确至10×10-6；ltu——最大拉应力处变形，取荷载-位移曲线中最大拉应力处的试件变形，单位为毫米（mm）。DB15/T3720—2024A.5.7试验结果处理开裂位置位于标距内的试件为有效拉伸试件，一批中有效拉伸试件数量不应少于4个。当有效拉伸试件数量少于4个时，该组试件无效。以所有有效拉伸试件测量的平均值确定弹性极限抗拉强度、弹性极限抗拉应变、弹性拉伸模量、极限抗拉强度和极限抗拉应变的最终试验结果。DB15/T3720—2024高韧性混凝土弯曲韧性测试方法B.1范围本试验方法适用于测定高韧性混凝土在四点弯曲试验条件下的弯曲初裂强度、弯曲韧性指数和弯曲韧性比，以评价其抗弯拉韧性性能。B.2试件尺寸和数量B.2.1棱柱体试件尺寸为a×a×4a，其中a取70mm～200mm之间，且应为高韧性混凝土所采用最长纤维长度的5至7倍。试件可利用模具单独浇筑或者从实际结构上切割得到。对于从实际结构上切割得到的棱柱体试件，在保证长高比不变的情况下，试件宽度可在0.5至1.5倍试件高度范围变化。B.2.2每组试件数量为6个。B.3试验装置及加载设备B.3.1对于四点弯曲试验，是为了确定弹性极限抗拉强度，位移传感器应通过特定支架固定在试件上，以测量试验过程中的挠度（见图B.1）。图B.1四点弯曲试验中的挠度测量B.3.2弯曲加载试验机应符合下列规定：a)试件破坏荷载宜大于试验机最大量程的20.0%且宜小于拉力机最大量程的80.0%；b)示值相对误差应为±1.0%；c)拉力机应具有加载速率指示装置或加载速度控制装置，并应能均匀连续的加载；d)试验机加载间距不应小于800mm。B.4试验步骤DB15/T3720—2024试验加载设备可采用万能试验机，并通过载荷、位移作动器或外部传感器进行伺服控制。万能试验机的加载速率应按如下方式之一进行控制：a)通过试验机位移作动器控制0.25±0.1）mm/min；b)通过位移传感器控制0.1±0.05）mm/min。B.5检测布置B.5.1试件的试验加载面采用浇筑时的两个侧面。B.5.2正式试验前需要对试件预加载，预加载应小于理论弹性极限荷载大小的10%，且