高性能混凝土講稿—高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用.pdf

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1、中鐵三局高速鐵路施工技術(shù)培訓(xùn)班資料高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用鐵道部科學(xué)研究院2004.03.高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用謝永江[摘要]高性能混凝土（HighPerformanceConerete，簡(jiǎn)稱HPC）是一種具有高強(qiáng)度、高耐久性與高工作性的混凝土，HPC的W/C≤0.38，混凝土中的水泥石只有凝膠孔無(wú)毛細(xì)孔，具有高的抗?jié)B性和耐久性。HPC組成材料中必須具有礦物質(zhì)超細(xì)粉和高效減水劑，HPC的ASTMC12026h總導(dǎo)電量應(yīng)＜1000庫(kù)侖，相應(yīng)抗壓強(qiáng)度≥60MPa。關(guān)鍵詞高性能混凝土礦物質(zhì)超細(xì)粉高效減水劑導(dǎo)電量一、引言1990年5月在馬里蘭州，由美國(guó)NIST和ACI主辦的討論會(huì)上，HP

2、C定義為具有所要求的性能和勻質(zhì)性的混凝土。這些性能包括：易于澆注、搗實(shí)而不離析；高超的、能長(zhǎng)期保持的力學(xué)性能；早期強(qiáng)度高、韌性高和體積穩(wěn)定性好；在惡劣的使用條件下壽命長(zhǎng)。也就是說(shuō)，HPC要求高的強(qiáng)度、高的流動(dòng)性與優(yōu)異的耐久性。1993年，P.C.Aitcin和A.Neville發(fā)表了“高性能混凝土揭密”（HPCDemysitied）的文章，定義了高性能混凝土，并說(shuō)明了高性能混凝土與高強(qiáng)混凝土的區(qū)別。混凝土達(dá)到高性能最重要的技術(shù)手段是使用新型高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉。前者能降低混凝土的水灰比、增大坍落度和控制坍落度損失，也即賦予混凝土高的密實(shí)度和優(yōu)異的施工性能；后者填充膠凝材料的空隙

3、，參與膠凝材料的水化反應(yīng)，除了提高混凝土的密實(shí)度外，還改善混凝土的界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的耐久性與強(qiáng)度?？梢哉f(shuō)，20世紀(jì)60年代高效減水劑的發(fā)明與應(yīng)用，使混凝土技術(shù)進(jìn)入高強(qiáng)度與高流態(tài)的新領(lǐng)域；20世紀(jì)90年代的粉體工程，進(jìn)一步使混凝土進(jìn)入了高性能時(shí)代。在中國(guó)大陸，C60的高性能混凝土已廣泛應(yīng)用于橋梁、高層建筑及機(jī)場(chǎng)建設(shè)等工程；C80混凝土也在工程中試點(diǎn)應(yīng)用。在國(guó)際上強(qiáng)度為90MPa、100MPa、110MPa、120MPa、150MPa，甚至230MPa的高性能混凝土，在工程中都獲得了應(yīng)用。今后在高層與超高層建筑物、橋梁和嚴(yán)酷條件下工作的結(jié)構(gòu)上，HPC會(huì)獲得越來(lái)越多的應(yīng)用。二、定義、

4、方法與途徑定義：（1）美國(guó)戰(zhàn)略公路研究項(xiàng)目（SHRP）定義①W/C≤0.35；..②300次凍融循環(huán)，相對(duì)動(dòng)彈模≥80%；③澆注后4小時(shí)內(nèi)達(dá)到21MPa；24h時(shí)≥34MPa；28d時(shí)≥67MPa。（2）ACI定義易于澆筑搗實(shí)但不影響強(qiáng)度；長(zhǎng)期力學(xué)性能好；高早期強(qiáng)度；韌性好；體積穩(wěn)定性好；在惡劣環(huán)境中長(zhǎng)期強(qiáng)度好。（3）日本學(xué)者岡村的定義：免振自密實(shí)混凝土就是高性能混凝土。強(qiáng)度一般為40~45MPa，混凝土材料中除了水泥外，還有礦渣粉、粉煤灰及膨脹劑。（4）作者的觀點(diǎn)W/C≤0.38，組成材料中必須含有高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉，混凝土56d的ASTMC12026h總導(dǎo)電量＜1000庫(kù)

5、侖；凍害地區(qū)凍融300次相對(duì)動(dòng)彈模≥80%；抗壓強(qiáng)度≥60MPa；并具有滿足施工要求的流動(dòng)性。途徑：（1）W/C≤0.38按照Rüsch提出的相圖，水灰比與水泥漿組成關(guān)系如圖-1。圖-1水泥漿組成與水灰比關(guān)系(水泥水化程度100%)由圖-1可見(jiàn)，當(dāng)混凝土的W/C＞0.38（例如為0.5時(shí)），水泥全部水化后，水泥石中有水泥凝膠、凝膠水、毛細(xì)水和空隙。毛細(xì)水是可以在混凝土中擴(kuò)散滲透的。也就是說(shuō)，如果W/C＞0.38時(shí)，混凝土中有毛細(xì)管存在，抗?jié)B性降低，耐久性降低。從圖-2也可以看出來(lái)，水灰比（W/C）=0.2時(shí)，水泥顆粒沒(méi)有全部水化，在硬化的水泥石中，還有一部分未水化的水泥顆粒。水灰比

6、（W/C）＝0.6時(shí)，水泥顆粒已全部水化完，水泥石中還有多余自由水存在，水分蒸發(fā)后變成毛細(xì)管留下來(lái)，使抗?jié)B性和耐久性降低。只有當(dāng)W/C=0.4時(shí)，水泥顆粒全部水化，既無(wú)毛細(xì)水也無(wú)未水化顆粒，混凝土具有良好的抗?jié)B性。由此可見(jiàn)，高性能混凝土的水灰比必須≤0.38，才能具有高的抗?jié)B性和耐久性。..W/C=0.20W/C=0.40W/C=0.40WaterCementgelCementcornW/C=0.60W/C=1.0CementstoneCementpaste圖-2水灰比與水泥石結(jié)構(gòu)（2）改善混凝土中水泥石與粗骨料之間的界面結(jié)構(gòu)普通混凝土粗骨料與水泥石之間的界面上積滯著大量的Ca(O

7、H)2；Ca(OH)2在界面上的結(jié)晶與定向排列，是混凝土強(qiáng)度與耐久性低下的主要原因。因此，改善混凝土中骨料與水泥石之間的界面結(jié)構(gòu)，是高性能混凝土必須解決的關(guān)鍵技術(shù)。高性能混凝土中，摻入部分礦物質(zhì)超細(xì)粉，是改善界面結(jié)構(gòu)的重要途徑，如圖-3所示。圖-3含不含SF混凝土的界面區(qū)形成..（3）改善混凝土中水泥石的孔結(jié)構(gòu)以20%的復(fù)合超細(xì)粉等量取代水泥，W/C=0.35制成的水泥凈漿試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d、28d，測(cè)定的含與不含超細(xì)粉的孔結(jié)構(gòu)如圖-4所示。圖4含與不含超細(xì)粉的水泥石