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高速鐵路高性能混凝土,四川路橋西成鐵路客運專線工程指揮部中心試驗室,第一節(jié) 高性能混凝土的性能特點 一、何謂高性能混凝土？ 高性能混凝土為一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計的主要指標，針對不同用途的要求，對下列性能有重點的加以保證：耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。,高性能混凝土,高性能混凝土不一定必須高強，高強混凝土也不一定具有高性能。我國著名的混凝土科學(xué)家吳中偉教授定義高性能混凝土為一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計的主要指標，針對不同用途的要求，對下列性能有重點的加以保證：耐久性、施工性、適用性、強度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟性。高性能混凝土不僅在性能上對傳統(tǒng)混凝土有很大突破，在節(jié)約資源、能源、改善勞動條件、經(jīng)濟合理等方面，尤其對環(huán)境保護有著重要的意義。,二、高性能混凝土的性能特點 高性能混凝土的性能特點包括：原材料的性能特點；配合比特點；拌和物性能特點；力學(xué)性能特點；耐久性能特點?；炷聊途眯灾笜艘话闶侵富炷恋目沽研?、護筋性、耐蝕性、抗凍性、耐磨性及抗堿骨料反應(yīng)性等。具體的混凝土耐久性指標應(yīng)根據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計使用年限、所處的環(huán)境類別及作用等級等確定。,1、原材料性能特點： 水 泥,細集料,粗骨料,2、高性能混凝土配制技術(shù)要點 ： （1）選用優(yōu)質(zhì)的水泥和砂石料 （2）摻加優(yōu)質(zhì)化學(xué)外加劑-減水劑，引氣劑 （3）摻加礦物摻合料-粉煤灰，礦渣粉 （4）低水膠比(0.40；0.45) （5）限制膠凝材料總量和水泥用量,礦物摻合料的貢獻： a. 火山灰效應(yīng)高堿性(CSH)轉(zhuǎn)化為低堿性(CSH)，消耗 Ca(HO)2，結(jié)晶變小，界面過渡層變小，富集和取向性減少，提高水泥石界面強度。低堿性CSH(C/S1.5)，晶須強度高，溶解度低，較穩(wěn)定。礦物摻合料(粉煤灰,礦渣,硅灰等)與水泥的二次水化反應(yīng)最終產(chǎn)物是C-S-H(1)為主的低堿性水化硅酸鈣凝膠，其次是水化鋁酸鈣，鐵酸鈣固溶體， 以及水化硫鋁酸鈣。 b. 滾珠效應(yīng)玻璃球體減小水泥顆粒之間的摩擦阻力，改善混凝土的和易性。 c. 顆粒填充作用水泥、礦渣、硅灰末水化顆粒大小差別大， 顆粒互相填充，減小水泥石孔隙率。 d. 削減溫峰作用水化速度慢,放熱總量小。 e. 提高耐久性改善耐硫酸鹽侵蝕性，抑制堿骨料反應(yīng)， 增加密實性，提高抗?jié)B性和氯離子滲透性。,減水劑的作用： a.減少混凝土用水量, 降低水泥石孔隙率， 改善孔結(jié)構(gòu)； 界面 Ca(OH) 2結(jié)晶無序化。 界面過渡層減少，水化硫鋁酸鈣Aft結(jié)晶尺寸減少，界面強度提高， 因此提高混凝土的各項力學(xué)性能。 b.由于提高混凝土的密實性和強度, 改善混凝土的耐久性能。 c.改善混凝土施工工作性能。 引氣劑的作用： a.明顯提高混凝土的抗凍性， 緩減硫酸鹽腐蝕和堿骨料反應(yīng)產(chǎn)生 的膨脹應(yīng)力。 b.有輕微減水作用， 減少表面泌水和骨料底部泌水。 c.改善混凝土的勻質(zhì)性和工作性能，尤其是明顯提高可泵性。,3、力學(xué)性能特點 不同混凝土力學(xué)性能比較,4、高性能混凝土的負面作用 （1）、水膠比小于0.4時，自收縮率增大，增加了開裂趨勢。 （2）、一些超細摻和料，如磨細礦渣(30%) ，尤其是硅灰可使混凝土早期收縮增加，增加了混凝土的開裂傾向。 （3）、高性能混凝土對養(yǎng)護期間的溫度和濕度控制要求更加嚴格，增加了施工難度和成本。,第二節(jié) 高性能混凝土原材料的采用 1、水泥 水泥宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，混合材宜為礦渣或粉煤灰。有耐硫酸鹽侵蝕要求的混凝土也可選用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。不宜使用早強水泥。 2、礦物摻合料 礦物摻合料應(yīng)選用品質(zhì)穩(wěn)定的產(chǎn)品。礦物摻合料的品種宜為粉煤灰、磨細粉煤灰、礦渣粉或硅灰。,3、細骨料 細骨料應(yīng)選用級配合理、質(zhì)地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然中粗河砂，也可選用專門機組生產(chǎn)的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海砂。 細骨料的粗細程度按細度模數(shù)分為粗、中、細三級，其細度模數(shù)分別為： 粗級 3.73.1 中級 3.02.3 細級 2.21.6 配制混凝土?xí)r宜優(yōu)先選用中級細骨料。當采用粗級細骨料時，應(yīng)提高砂率，并保持足夠的水泥或膠凝材料用量，以滿足混凝土的和易性；當采用細級細骨料時，宣適當降低砂率。,4、粗骨料 粗骨料應(yīng)選用級配合理、粒形良好、質(zhì)地均勻堅固、線脹系數(shù)小的潔凈碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂巖碎石。 粗骨料的最大公稱粒徑不宜超過鋼筋的混凝土保護層厚度的23(在嚴重腐蝕環(huán)境條件下不宜超過鋼筋的混凝上保護層厚度的12)，且不得超過鋼筋最小問距的34。配制強度等級c50及以上混凝土?xí)r，料骨料最大公稱粒徑不應(yīng)大于25mm。,5、外加劑 外加劑應(yīng)采用減水率高、坍落度損失小、適量引氣、能明顯提高混凝土耐久性且質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品。外加劑與水泥之問應(yīng)有良好的相容性。外加劑須經(jīng)鐵道部鑒定或評審，并經(jīng)鐵道部產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢驗合格。,6、水 拌合用水可采用飲用水。 用拌合用水和蒸餾水(或符合因家標準的生活飲用水)進行水泥凈漿試驗所得的水泥初凝時間差及終凝時問差均不得大于30min，其初凝和終凝時間尚應(yīng)符合水泥國家標準的規(guī)定。 用拌合用水配制的水泥砂漿或混凝土的28d抗壓強度不得低于用蒸餾水(或符合困家標準的生活飲用水)拌制的對應(yīng)砂漿或混凝土抗壓強度的90。拌合用水不得采用海水。當混凝土處于氯鹽環(huán)境時，拌合水氯離子含量應(yīng)不大于200mgL。,第三節(jié) 高性能混凝土的施工 1、施工前準備 應(yīng)制定嚴密的施工技術(shù)方案，特別應(yīng)制定明確的混凝土養(yǎng)護措施方案。 應(yīng)建立完善的質(zhì)量保證體系和健全的施工質(zhì)量檢驗制度，加強對施工過程每道工序的檢驗，發(fā)現(xiàn)與規(guī)定不符的問題應(yīng)及時糾正，并按規(guī)定作好記錄。 應(yīng)針對不同混凝土結(jié)構(gòu)的特點和施工季節(jié)、環(huán)境條件特點進行混凝土試澆筑，驗證并完善混凝土的施工工藝，發(fā)現(xiàn)問題及時調(diào)整。,2、原材料儲存與管理 混凝土用水泥、礦物摻合料等應(yīng)采用散料倉分別存儲。袋裝粉壯材料在運輸和存放期間應(yīng)用專用庫房存放，不得露天堆放，且應(yīng)特別注意防潮。水泥儲運過程中，還應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）裝運水泥的車、船應(yīng)有棚蓋。 （2）貯存水泥的倉庫應(yīng)設(shè)在地勢較高處，周圍應(yīng)設(shè)排水溝。 （3）在裝卸、搬移過程中不得拋擲袋裝水泥。 （4）應(yīng)按品種、強度等級分批堆垛，堆垛高度不宜大干15m。堆垛應(yīng)架離地而02m以上，并距離四周墻壁0203m，或預(yù)留通道。 （5） 臨時露天堆放時應(yīng)上蓋下墊。 （6）儲存散裝水泥過程中，應(yīng)采取措施降低水泥的溫度或防止水泥升溫。 混凝土用粗骨料應(yīng)按要求分級采購、分級運輸、分級堆放、分級計量。,3、配合比的選定 混凝土的配合比應(yīng)根據(jù)原材料品質(zhì)、混凝土設(shè)計強度等級、混凝土耐久性以及施工工藝對工作性的要求，通過計算、試配、調(diào)整等步驟選定。配制的混凝土拌合物性能應(yīng)滿足施工要求，配制成的混凝土應(yīng)滿足設(shè)計強度、耐久性等質(zhì)量要求。 選定混凝土配合比應(yīng)遵循如下基本規(guī)定： （1）C 30及以下混凝土的膠凝材料總量不宜高于400 kgm3，C35C40混凝土不宜高于450kgm3，C50及以上混凝土不宜高于500 kgm3。 （2）為提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中宜適量摻加優(yōu)質(zhì)的粉煤灰、礦渣粉或硅灰等礦物摻合料。不同礦物摻合料的摻量應(yīng)根據(jù)混凝土的性能通過試驗確定?；炷林蟹勖夯覔搅看笥?0時，混凝土的水膠比不得大于0.45。預(yù)應(yīng)力混凝土以及處于凍融環(huán)境的混凝土中粉煤灰的摻量不宜大于30。,4、攪拌 混凝土原材料應(yīng)嚴格按照施工配合比要求進行準確稱量，稱量最大允許偏差應(yīng)符合下列規(guī)定 (按重量計)：膠凝材料(水泥、摻合料等)1；外加劑1；骨料2；拌合用水1。 攪拌混凝土前，應(yīng)嚴格測定粗細骨料的含水率，準確測定因天氣變化而引起的粗細骨料含水量變化，以便及時調(diào)整施工配合比。一般情況下，含水量每班抽測2次，雨天應(yīng)隨時抽測，并按測定結(jié)果及時調(diào)整混凝土施工配合比。 應(yīng)采用臥軸式、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌混凝土，采用電子計量系統(tǒng)計量原材料。攪拌時，宜先向攪拌機投入細骨料、水泥、礦物摻合料和外加劑，攪拌均勻后，再加入所需用水量，待砂漿充分攪拌后再投入粗骨料，并繼續(xù)攪拌至均勻為止。上述每一階段的攪拌時間不宜少于30s，總攪拌時間不宜少于2min，也不宜超過3min。,5、運輸 應(yīng)保持運輸混凝土的道路平坦暢通，保證混凝土在運輸過程中保持均勻性，運到澆筑地點時不分層、不離析、不漏漿，并具有要求的坍落度和含氣量等工作性能。 應(yīng)對運輸設(shè)備采取保溫隔熱措施，防止局部混凝土溫度升高(夏季)或受凍(冬季)。應(yīng)采取適當措施防止水份進入運輸容器或蒸發(fā)，嚴禁在運輸過程中向混凝土內(nèi)加水。 應(yīng)盡量減少混凝土的轉(zhuǎn)載次數(shù)和運輸時間。從攪拌機卸出混凝上到混凝土澆筑完畢的延續(xù)時問以不影響混凝土的各項性能為限。,6、澆筑 澆筑混凝土前，應(yīng)仔細檢查鋼筋保護層墊塊的位置、數(shù)量及其緊固程度，并指定專人作重復(fù)性檢查，以提高鋼筋保護層厚度尺寸的質(zhì)量保證率。構(gòu)件側(cè)面和底面的墊塊至少成為4個m。，綁扎墊塊和鋼筋的鐵絲頭不得伸入保護層內(nèi)。 保護層墊塊的尺寸應(yīng)保證保護層厚度的準確性，其形狀(宜為工字形或錐形)應(yīng)有利于鋼筋的定位，不得使用砂漿墊塊。當采用細石混凝土墊塊時，其抗腐蝕能力和抗壓強度應(yīng)高于構(gòu)件本體混凝土，且水膠比不大于0.4。當采用塑料墊塊時，塑料的耐堿和抗老化性能應(yīng)良好且抗壓強度不低于50MPa。 混凝土的澆筑應(yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進行，間隙時間不得超過90min，不得隨意留置施工縫。 混凝上的一次攤鋪厚度不宜大于600mm(當采用泵送混凝土?xí)r)或400mm(當采用非泵送混凝土?xí)r)。澆筑豎向結(jié)構(gòu)的混凝土前，底部應(yīng)先澆入50100mm厚的水泥砂漿(水灰比略小于混凝土)。 在炎熱季節(jié)澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)避免模板和新澆混凝士直接受陽光照射，保證混凝土入模前模板和鋼筋的溫度以及附近的局部氣溫均不超過40。應(yīng)盡可能安排在傍晚而避開炎熱的白天澆筑混凝土。 在低溫條件下(當晝夜平均氣溫低于5或最低氣溫低于一3時)澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)采取適當?shù)谋胤纼龃胧?，防止混凝土提前受凍?在相對濕度較小、風(fēng)速較大的環(huán)境下澆筑混凝土?xí)r，應(yīng)采取適當擋風(fēng)等措施，防止混凝土失水過快，此時應(yīng)避免澆筑有較大暴露面積的構(gòu)件。,7、振搗 可采用插入式振動棒、附著式平板振搗器、表面平板振搗器等振搗設(shè)備振搗混凝土。振搗時應(yīng)避免碰撞模板、鋼筋及預(yù)埋件。 按事先規(guī)定的工藝路線和方式振搗混凝土，應(yīng)在混凝土澆筑過程中及時將入模的混凝士均勻振搗密實，不得隨意加密振點或漏振，每點的振搗時問以表面泛漿或不冒大氣泡為準，一般不宜超過30s，避免過振。 采用插入式振搗器振搗混凝土?xí)r，宜采用垂直點振方式振搗。若需變換振搗棒在混凝土拌合物中的水平位置，應(yīng)首先豎向緩慢將振搗棒拔出，然后再將振搗棒移至新的位置，不得將振搗棒放在拌合物內(nèi)平拖，也不得用插入式振搗棒平拖驅(qū)趕下料口處堆積的混凝土拌合物。 在振搗混凝土過程中，應(yīng)加強檢查模板支撐的穩(wěn)定性和接縫的密合情況，以防漏漿?；炷翝仓瓿珊?，應(yīng)仔細將混凝土暴露面壓實抹平，抹面時嚴禁灑水。,8、養(yǎng)護 混凝土振搗完成后，應(yīng)及時對混凝土暴露面進行緊密覆蓋(可采用蓬布、塑料布等進行覆蓋)，盡量減少暴露時間，防止表面水分蒸發(fā)。暴露面保護層混凝土初凝前，應(yīng)卷起覆蓋物，用抹子搓壓表面至少二遍，使之平整后再次覆蓋，此時應(yīng)注意覆蓋物不要直接接觸混凝土表面，直至混凝土終凝為止。 混凝上帶模養(yǎng)護期間，應(yīng)采取帶模包裹、澆水、噴淋灑水或通蒸汽等措施進行保濕、潮濕養(yǎng)護。 混凝土去除表面覆蓋物或拆模后，應(yīng)對混凝土采用蓄水、澆水或覆蓋灑水等措施進行潮濕養(yǎng)護。也可在混凝土表面處于潮濕狀態(tài)時，迅速采用麻布、草簾等材料將暴露面混凝土覆蓋或包裹，再用塑料布或帆布等將麻布、草簾等保濕材料包覆(裹)完好。包覆(裹)期間，包覆(裹)物應(yīng)完好無損，彼此搭接完整，內(nèi)表面應(yīng)具有凝結(jié)水珠。有條件地段應(yīng)盡量延長混凝土的包覆(裹)養(yǎng)護時問。 混凝土采用噴涂養(yǎng)護液養(yǎng)護時，應(yīng)確保不漏噴。,9、拆模 混凝土拆模時的強度應(yīng)符合設(shè)計要求。當設(shè)計未提出要求時，應(yīng)符合下列規(guī)定： （1）側(cè)模應(yīng)在混凝土強度達到2.5MPa以上，且其表面及棱角不因拆模而受損時，方可拆除。 （2）底模應(yīng)在混凝土強度符合表5-1的規(guī)定后，方可拆除。,表5-1 拆除底模時所需混凝土強度,混凝土的拆模時間除需考慮拆模時的混凝土強度外，還應(yīng)考慮到拆模時的混凝土溫度(由水泥水化熱引起)不能過高，以免混凝土接觸空