高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀畢業(yè)論文

1、題目：高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀摘 要隨著我國改革開放和現(xiàn)代化進(jìn)程的加快，我國的建設(shè)規(guī)模正日益增大，如何保證建筑工程質(zhì)量的同時(shí)也能使工程能長久的安全使用下去，日益受到各級政府和社會各界的廣泛關(guān)注。在眾多的土木工程建設(shè)中，混凝土的應(yīng)用面之廣，使用次數(shù)之多是很少見的。尤其中近年來，一種較新的混凝土技術(shù)正在快速發(fā)展并且運(yùn)用到許多實(shí)際工程項(xiàng)目中，那就是高性能混凝土。高性能混凝土(high performance concrete，hpc) 由于具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、

2、海港建筑等工程。本文主要介紹了高性能混凝土發(fā)展的歷史背景及目前國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，闡明了高性能混凝土的特性，列舉了高性能混凝土在國內(nèi)外研究應(yīng)用中的重要成果，并對其發(fā)展趨勢作出展望。隨著我國建筑向高層化、大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展，hpc必將成為新世紀(jì)的重要建筑工程材料。關(guān)鍵詞：高性能混凝土；耐久性；體積穩(wěn)定性目 錄摘 要.i目 錄.第一章 引 言11 高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀11.1 背景11.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向22 高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析22.1 高性能混凝土的概念22.2 高性能混凝土的性能32.3 高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題33 高性能混凝土質(zhì)量與施工控制43.1

3、 高性能混凝土原材料及其選用43.2 配合比設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)53.2.1 設(shè)計(jì)思路有很大區(qū)別53.2.2 膠凝材料用量及粉煤灰所占比例63.2.3 含氣量的要求63.2.4 電通量指標(biāo)63.3 高性能混凝土的施工控制64 高性能混凝土的特點(diǎn)74.1 高耐久性能74.2 高工作性能84.3 其它85 綠色高性能混凝土85.1 研發(fā)綠色高性能混凝土的必要性85.2 綠色高性能混凝土的可行性95.3 綠色高性能混凝土的發(fā)展96 高性能混凝土的發(fā)展前景10結(jié) 論10參考文獻(xiàn)11致 謝12第一章引 言從1824年波特蘭水泥發(fā)明開始，混凝土材料至今已有100多年的歷史，以水泥為膠結(jié)材的混凝土也取得了具大的發(fā)展

4、，由普通混凝土向高性能混凝土發(fā)展。從20世紀(jì)以來，混凝土就己成為房屋建筑、橋梁、水利、公路等現(xiàn)代工程結(jié)構(gòu)首選材料，混凝土作為土木工程中最大宗的人造材料，其用量巨大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，當(dāng)今我國每年混凝土用量約109m3，并且隨著我國近年來工業(yè)化、城市化進(jìn)程的加快，其用量將繼續(xù)快速增長。人類進(jìn)入21世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，一種又一種新型混凝土涌現(xiàn)出來?；炷聊芊耖L期作為最主要的建筑結(jié)構(gòu)材料，其本身必須具有高強(qiáng)度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是現(xiàn)代混凝土技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是混凝土的發(fā)展方向。高性能混凝土(high performance concrete，hpc)是20世紀(jì)80年代末90

5、年代初，一些發(fā)達(dá)國家基于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)提出的一種全新概念的混凝土，它以耐久性為首要設(shè)計(jì)指標(biāo)，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)施工程提供100年以上的使用壽命。區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強(qiáng)度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認(rèn)為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨(dú)特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟(jì)合理性、環(huán)境條件的適應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，因此被各國學(xué)者所接受，被認(rèn)為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。1 高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀1.1 背景當(dāng)代大跨、高層、海洋、軍事工程結(jié)構(gòu)的發(fā)展對混

6、凝土提出的更高的要求;處在惡劣環(huán)境下既有建筑不斷劣化、退化導(dǎo)致過早失效、退役甚至出現(xiàn)惡性事故造成巨大損失的嚴(yán)重后果;原材料生產(chǎn)、開采造成的生態(tài)環(huán)境惡化以及砂石料枯竭、資源短缺嚴(yán)重影響進(jìn)一步發(fā)展的嚴(yán)酷現(xiàn)實(shí)。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點(diǎn)的各項(xiàng)性能, 多使用天然材料及工業(yè)廢渣保護(hù)環(huán)境, 走可持續(xù)發(fā)展的道路, 高性能混凝土就是在這種背景下出現(xiàn)并逐步完善與發(fā)展的?；炷磷鳛橛昧孔畲蟮娜嗽觳牧希荒懿豢紤]它的使用對生態(tài)環(huán)境的影響。傳統(tǒng)混凝土的原材料都來自天然資源。每用1t水泥，大概需要0.6t以上的潔凈水，2t砂、3t以上的石子；每生產(chǎn)1t硅酸鹽水泥約需1.5t石灰石和大量燃煤與電能，并排放1tc

7、o2，而大氣中co2濃度增加是造成地球溫室效應(yīng)的原因之一。盡管與鋼材、鋁材、塑料等其它建筑材料相比，生產(chǎn)混凝土所消耗的能源和造成的污染相對較小或小得多，混凝土本身也是一種潔凈材料，但由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少地方造成資源破壞并嚴(yán)重影響環(huán)境和天然景觀。有些大城市現(xiàn)已難以獲得質(zhì)量合格的砂石。另一方面，由于混凝土過早劣化，如何處置費(fèi)舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環(huán)境帶來威脅。因此，未來的混凝土必須從根本上減少水泥用量，必須更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料；必須充分考慮廢棄混凝土的再生利用，未來的混凝土必須是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高強(qiáng)都意味著節(jié)約資源?！案咝阅芑炷痢闭?/p>

8、是在這種背景下產(chǎn)生的。1.2 研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向針對混凝土的過早劣化，發(fā)達(dá)國家在20世紀(jì)80年代中期掀起了一個(gè)以改善混凝土材料耐久性為主要目標(biāo)的“高性能混凝土”開發(fā)研究的高潮，并得到了各國政府的重視。從20世紀(jì)80年代開始，各國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范中逐漸突出了耐久設(shè)計(jì)的考慮，從只重視強(qiáng)度設(shè)計(jì)向強(qiáng)度與耐久性并重。進(jìn)入20世紀(jì)90后代以后，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)方法成為土木工程領(lǐng)域中的研究重點(diǎn)。針對不同環(huán)境類別的侵蝕作用，提出材料性能劣化的理論或經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ?，并?jù)此估算結(jié)構(gòu)的使用壽命，成為發(fā)展和研究耐久性設(shè)計(jì)方法的主流。目前，高性能混凝土的發(fā)展有以下幾個(gè)方向：(1)綠色高性能混凝土水泥混凝土是當(dāng)代最大宗的

9、人造材料，對資源、能源的消耗和對環(huán)境的破壞十分巨大，與可持續(xù)發(fā)展的要求背道而馳。綠色高性能混凝土研究和應(yīng)用較多的是粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土與基準(zhǔn)混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明顯降低混凝土硬化階段的水化熱，提高混凝土強(qiáng)度特別是后期強(qiáng)度。而且，節(jié)約水泥，減少環(huán)境污染，成為綠色高性能混凝土的代表性材料。(2)超高性能混凝土超高性能混凝土，如活性粉末混凝土（reactive powder con-crete,rpc）,其特點(diǎn)是高強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度高達(dá)300mpa，且具有高密實(shí)性，已在軍事、核電站等特殊工程中成功應(yīng)用。(3)智能混凝土智能混凝土是在混凝土原有的組分基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分，使混

10、凝土材料具有自感知、自適應(yīng)、自修復(fù)特性的多功能材料，對環(huán)境變化具有感知和控制的功能。隨著損傷自診斷混凝土、溫度自調(diào)節(jié)混凝土、仿生自愈合混凝土等一系列機(jī)敏混凝土的出現(xiàn)，為智能混凝土的研究、發(fā)展和智能混凝土結(jié)構(gòu)的研究應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。2 高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析2.1 高性能混凝土的概念高性能混凝土是近20余年發(fā)展起來的一種新型混凝土。歐洲混凝土學(xué)會和國際預(yù)應(yīng)力混凝土協(xié)會將hpc定義為水膠比低于0.40的混凝土；在日本，將高流態(tài)的自密實(shí)混凝土（即免振混凝土）稱為hpc；中國土木工程學(xué)會高強(qiáng)與高性能混凝土委員會將hpc定義為以耐久性和可持續(xù)發(fā)展為基本要求并適合工業(yè)化生產(chǎn)與施工的混凝土。雖然在不

11、同的國家，不同的學(xué)者或工程技術(shù)人員，對hpc的理解有所不同。比如美國學(xué)者更強(qiáng)調(diào)高強(qiáng)度和尺寸穩(wěn)定性，歐洲學(xué)者更注重耐久性，而日本學(xué)者偏重于高工作性。但是他們的基本點(diǎn)都是高耐久性，這方面的認(rèn)識是一致的。2.2 高性能混凝土的性能 與普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下獨(dú)特的性能：1.耐久性。高效減水劑和礦物質(zhì)超細(xì)粉的配合使用，能夠有效的減少用水量，減少混凝土內(nèi)部的空隙，能夠使混凝土結(jié)構(gòu)安全可靠地工作50100年以上，是高性能混凝土應(yīng)用的主要目的。2.工作性。坍落度是評價(jià)混凝土工作性的主要指標(biāo)，hpc的坍落度控制功能好，在振搗的過程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振動時(shí)間內(nèi)，下沉距

12、離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時(shí)，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且摻入超細(xì)粉，基本上無泌水，其水泥漿的粘性大，很少產(chǎn)生離析的現(xiàn)象。3.力學(xué)性能。由于混凝土是一種非均質(zhì)材料,強(qiáng)度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強(qiáng)度的主要因素，對于普通混凝土，隨著水灰比的降低，混凝土的抗壓強(qiáng)度增大，高性能混凝土中的高效減水劑對水泥的分散能力強(qiáng)、減水率高，可大幅度降低混凝土單方用水量。在高性能混凝土中摻入礦物超細(xì)粉可以填充水泥顆粒之間的空隙，改善界面結(jié)構(gòu)，提高混凝土的密實(shí)度，提高強(qiáng)度。4.體積穩(wěn)定性。高性能混凝土具有較高的體積穩(wěn)定性，即混凝土在硬化早期應(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。5.經(jīng)濟(jì)

13、性。高性能混凝土較高的強(qiáng)度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟(jì)性。高性能混凝土良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費(fèi)用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到良好的經(jīng)濟(jì)效益；高性能混凝土的高強(qiáng)度可以減少構(gòu)件尺寸，減小自重，增加使用空間；hpc良好的工作性可以減少工人工作強(qiáng)度，加快施工速度，減少成本。前蘇聯(lián)學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)用c110c137的高性能混凝土替代c40c60的混凝土，可以節(jié)約15%25%的鋼材和30%70%的水泥。雖然hpc本身的價(jià)格偏高，但是其優(yōu)異的性能使其具有了良好的經(jīng)濟(jì)性。概括起來說，高性能混凝土就是能更好地滿足結(jié)構(gòu)功能要求和施工工藝要求的混凝土，能最大限度地延長混凝土結(jié)構(gòu)的使用年限，降低工程

14、造價(jià)。2.3 高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題在高性能混凝土的應(yīng)用過程中也存在一些問題，在高性能混凝土的原材料方面，我國水泥質(zhì)量不穩(wěn)定，離散性大；在骨料方面，粗骨料質(zhì)量低劣，含泥量大，級配較差，細(xì)骨料細(xì)度模數(shù)不合要求；在外加劑和外摻料的選擇上，尚缺乏充分的適用性的研究。在高性能混凝土的施工過程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護(hù)措施不到位，使hpc的密實(shí)性和質(zhì)量不穩(wěn)定；在高性能混凝土的耐久性方面，由于高性能混凝土微管中水分的蒸發(fā)與凝聚而產(chǎn)生的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，這對hpc的抗碳化、抗凍融循環(huán)作用以及抗氯離子擴(kuò)散等都是不利的，高性能混凝土的水泥用量高，水灰比低，硬化后長期處于水中時(shí)，水分

15、通過微管擴(kuò)散到內(nèi)部，未水化的水泥粒子進(jìn)一步水化，產(chǎn)生微膨脹也會使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，為各種有害介質(zhì)滲透提供通道，給氯離子侵入、堿骨料反應(yīng)的發(fā)生和鋼筋銹蝕創(chuàng)造可能；在高性能混凝土的設(shè)計(jì)方面，由于高性能混凝土的后期強(qiáng)度增長不及普通混凝土，而且脆性大，需要特別注意。同時(shí)，在高性能混凝土的研究方面，現(xiàn)在的研究以實(shí)驗(yàn)室研究為主，但是實(shí)驗(yàn)室的情況與實(shí)際工況相差較大，這不利于今后高性能混凝土的推廣應(yīng)用。3 高性能混凝土質(zhì)量與施工控制3.1 高性能混凝土原材料及其選用3.1.1.細(xì)集料。細(xì)集料宜選用質(zhì)地堅(jiān)硬、潔凈、級配良好的天然中、粗河砂,其質(zhì)量要求應(yīng)符合普通混凝土用砂石標(biāo)準(zhǔn)中的規(guī)定。砂的粗細(xì)程度對混凝土強(qiáng)度

16、有明顯的影響,一般情況下,砂子越粗,混凝土的強(qiáng)度越高。配制c50c80的混凝土用砂宜選用細(xì)度模數(shù)大于2.3的中砂,對于c80c100的混凝土用砂宜選用細(xì)度模數(shù)大于2.6的中砂或粗砂。3.1.2.粗集料。高性能混凝土必須選用強(qiáng)度高、吸水率低、級配良好的粗集料。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖碎石,級配符合規(guī)范要求。由于高性能混凝土要求強(qiáng)度較高,就必須使粗集料具有足夠高的強(qiáng)度,一般粗集料強(qiáng)度應(yīng)為混凝土強(qiáng)度的115倍210倍或控制壓碎指標(biāo)值10。最大粒徑不應(yīng)大于25mm,以10mm20mm為佳,這是因?yàn)?較小粒徑的粗集料,其內(nèi)部產(chǎn)生缺陷的幾率減小,與砂漿的粘

17、結(jié)面積增大,且界面受力較均勻。另外,粗集料還應(yīng)注意集料的粒型、級配和巖石種類,一般采取連續(xù)級配,其中尤以級配良好、表面粗糙的石灰?guī)r碎石為最好。粗集料的線膨脹系數(shù)要盡可能小,這樣能大大減小溫度應(yīng)力,從而提高混凝土的體積穩(wěn)定性。3.1.3.細(xì)摻合料。配制高性能混凝土?xí)r,摻入活性細(xì)摻合料可以使水泥漿的流動性大為改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石強(qiáng)度有所提高。更重要的是,加入活性細(xì)摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu),使混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高?；钚约?xì)摻合料是高性能混凝土必用的組成材料。在高性能混凝土中常用的活性細(xì)摻合料有硅粉(sf)、磨細(xì)礦渣粉(bfs)、粉煤灰(fa)、天

18、然沸石粉(nz)等。粉煤灰是火電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰,它能有效提高混凝土的抗?jié)B性,顯著改善混凝土拌合物的工作性,大摻量粉煤灰混凝土還對環(huán)境保護(hù)和節(jié)約資源有重要意義。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、細(xì)度低、需水量低的優(yōu)質(zhì)粉煤灰。礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài)下迅速水淬冷卻而成的,用于高性能混凝土的磨細(xì)礦渣細(xì)度大于水泥,能提高混凝土的工作性和耐久性。硅粉是電爐法生產(chǎn)硅鐵合金所排放的煙道灰,sio2含量大于90,平均粒徑約011m,比表面積20000/kg,借助大劑量高效減水劑和強(qiáng)力攪拌作用,可以填充到水泥或其他摻合料的間隙中去,并且具有很高的活性,在各種摻合料中對混凝土的增強(qiáng)作用最

19、為顯著,是國際上制備超高強(qiáng)混凝土最通用的超細(xì)活性摻合料。3.1.4.減水劑及緩凝劑。由于高性能混凝土具有較高的強(qiáng)度,且一般混凝土拌合物的坍落度較大(1520左右),在低水膠比(一般0.35)一般的情況下,要使混凝土具有較大的坍落度,就必須使用高效減水劑,且其減水率宜在20以上。有時(shí)為減少混凝土坍落度的損失,在減水劑內(nèi)還宜摻有緩凝的成份。此外,由于高性能混凝土水膠比低,水泥顆粒間距小,能進(jìn)人溶液的離子數(shù)量也少,因此減水劑對水泥的適應(yīng)性表現(xiàn)更為敏感。因大部分高性能混凝土施工時(shí)采用泵送,故摻減水劑后混凝土拌合物的坍落度損失不能太快太大,否則影響泵送。3.1.5.礦物摻合料。(1)粉煤灰,粉煤灰是燃燒

20、煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細(xì)微粉末,又稱“飛灰”(fly ash),其顆粒多呈球形,表面光滑。大量的實(shí)踐證明:摻用粉煤灰的混凝土,其長期性能可得到大幅度的改善,對延長構(gòu)筑物的使用壽命有重要意義。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下幾個(gè)方面:填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層,產(chǎn)生“滾珠潤滑”效應(yīng);對水泥顆粒起物理分散作用,使其分布得更均勻;粉煤灰和聚集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng),生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物,加強(qiáng)了薄弱的過渡區(qū),對改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用;粉煤灰延緩了水化速度,減小混凝土因水化熱引起的溫升,對防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利;可減小混凝土溫度開裂的危險(xiǎn),同時(shí)由于加

21、快了火山灰反應(yīng),還可提高28d強(qiáng)度。值得注意的是,粉煤灰的水泥取代率對強(qiáng)度影響顯著,較好的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的水泥取代率應(yīng)小于10%。當(dāng)粉煤灰摻量較低時(shí),只會對水泥早期水化熱有影響,但對7d齡期的水化熱幾乎沒有影響。(2)硅粉(silica fume,簡寫sf)又稱硅灰,是從生產(chǎn)硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細(xì)的煙塵。硅粉主要由非常微小、表面光滑的玻璃態(tài)球形顆粒組成，粒徑為0.1m1.0m,是水泥粒徑的1/501/100,一般比表面積為18500/kg20000/kg,主要化學(xué)成分為二氧化硅,其含量在90%以上。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥,結(jié)合應(yīng)用減水劑,可使混凝

22、土各方面的物理力學(xué)性能都得到顯著提高,硅粉的適宜摻量為水泥用量的510。硅粉的加入,對混凝土的性能的影響主要有:改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量;提高了混凝土的強(qiáng)度,增大了彈性模量和混凝土的干縮;提高了混凝土的耐久性。另外,在配制硅粉混凝土?xí)r必須注意:由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土?xí)r,一般要摻加減水劑。在選擇減水劑時(shí),應(yīng)使之與所用的水泥具有相容性,否則,容易影響混凝土的工作性能。同時(shí),根據(jù)減水劑性能及需求的減水需求來選擇合適的摻量。比表面積和活性sio2含量是硅粉的重要指標(biāo),硅粉比表面積越大、活性sio2含量越高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需選擇具有良好性能的硅粉。

23、硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大,配制高性能混凝土?xí)r應(yīng)采取補(bǔ)償收縮的措施,如摻加粉煤灰等。3.2 配合比設(shè)計(jì)控制要點(diǎn)3.2.1.設(shè)計(jì)思路有很大區(qū)別在以往的配合比設(shè)計(jì)方法中，是按混凝土的強(qiáng)度等級要求計(jì)算水灰比，而現(xiàn)在則是按耐久性的要求，首先根據(jù)環(huán)境作用等級確定電通量指標(biāo)，由此來選擇水膠比、控制膠凝材料最小用量以及摻和料的比例。由于客專隧道的襯砌和仰拱設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級為c30或c35，一般來說，為滿足電通量要求和水膠比限值要求，混凝土的強(qiáng)度一般都是超強(qiáng)的。3.2.2.膠凝材料用量及粉煤灰所占比例在進(jìn)行配合比參數(shù)設(shè)計(jì)時(shí)，為保證混凝土的耐久性，混凝土中膠凝材料總量應(yīng)處在一個(gè)適宜范圍內(nèi)，不僅有最低限要求，

24、同時(shí)，對于c30及以下混凝土，膠凝材料總量不宜高于400kg/m3，c35c40不宜高于450kg/m3。鐵路客運(yùn)專線大力提倡使用粉煤灰、礦渣粉等礦物摻和料，與普通硅酸鹽水泥一起作為膠凝材料。使用粉煤灰等礦物摻和料，并不是單純地考慮降低混凝土成本，首先是為了混凝土耐久性的需要，特別是可以有效改善混凝土抵抗化學(xué)侵蝕的能力（包括氯化物侵蝕、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應(yīng)等）。國內(nèi)外的大量研究表明，粉煤灰的摻量在20%以上時(shí)，改善混凝土耐久性的效果較佳，更有研究資料表明，粉煤灰的最大摻量可達(dá)到50%左右。在鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定中明確規(guī)定，一般情況下，礦物摻和料摻量不宜小于膠凝材料總量的20%，當(dāng)

25、大于30%時(shí)，混凝土的水膠比不得大于0.45。3.2.3.含氣量的要求含氣量的要求也是客運(yùn)專線高性能混凝土與普通混凝土的重要區(qū)別之一。以往工程僅在有抗凍要求時(shí)才考慮適當(dāng)提高混凝土的含氣量，這是對混凝土耐久性的規(guī)律認(rèn)識不足的表現(xiàn)。實(shí)際上，混凝土中適量的引氣，不僅能改善抗凍性，同時(shí)可顯著減輕混凝土的泌水性，使水在拌合物中的懸浮狀態(tài)更加穩(wěn)定，從而提高混凝土材料的均勻性和穩(wěn)定性。因此，客運(yùn)專線規(guī)定，即使配制非抗凍混凝土?xí)r，含氣量也應(yīng)不小于2%，并且作為施工質(zhì)量控制的必檢項(xiàng)目之一。為適當(dāng)提高混凝土的含氣量，并獲得較佳的減水和保塑效果，可使用新型聚羧酸鹽減水劑。3.2.4.電通量指標(biāo)該指標(biāo)是客運(yùn)專線對混凝

26、土耐久性最重要、最具體的指標(biāo)。目前我國尚無電通量試驗(yàn)的國家標(biāo)準(zhǔn)，鐵路行業(yè)電通量試驗(yàn)方法是以美國astmc1202 快速電量測定方法為基礎(chǔ)制定的，其所測指標(biāo)可以最大程度地區(qū)分和評價(jià)混凝土的密實(shí)度，而密實(shí)度正是影響混凝土耐久性最為關(guān)鍵的因素。以往多是以抗?jié)B性來評價(jià)混凝土的密實(shí)程度，但實(shí)踐證明，抗?jié)B試驗(yàn)只適合于判定較低強(qiáng)度等級混凝土的密實(shí)性，當(dāng)強(qiáng)度等級超過c30后，抗?jié)B等級幾乎都能達(dá)到p20以上，再往下試驗(yàn)比較困難。這正是用電通量指標(biāo)取代抗?jié)B標(biāo)號作為混凝土耐久性控制的主要原因。混凝土的電通量主要取決于水膠比，通過大量試驗(yàn)得到規(guī)律，一般水膠比小于0.5時(shí)基本可滿足電通量小于2000 的要求，水膠比小于

27、0.45時(shí)基本可滿足電通量小于1500的要求。3.3 高性能混凝土的施工控制3.3.1.攪拌?；炷猎牧蠎?yīng)嚴(yán)格按照施工配合比要求進(jìn)行準(zhǔn)確稱量,稱量最大允許偏差應(yīng)符合下列規(guī)定(按重量計(jì)):膠凝材料(水泥、摻合料等)1%；外加劑1%；骨料2%；拌合用水1%。應(yīng)采用臥軸式、行星式或逆流式強(qiáng)制攪拌機(jī)攪拌混凝土,采用電子計(jì)量系統(tǒng)計(jì)量原材料。攪拌時(shí)間不宜少于2min,也不宜超過3min。炎熱季節(jié)或寒冷季節(jié)攪拌混凝土?xí)r,必須采取有效措施控制原材料溫度,以保證混凝土的入模溫度滿足規(guī)定。3.3.2.運(yùn)輸。應(yīng)采取有效措施，保證混凝土在運(yùn)輸過程中保持均勻性及各項(xiàng)工作性能指標(biāo)不發(fā)生明顯波動。應(yīng)對運(yùn)輸設(shè)備采取保溫隔熱

28、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(dāng)措施防止水分進(jìn)入運(yùn)輸容器或蒸發(fā)。3.3.3.澆筑。(1)混凝土入模前,應(yīng)采用專用設(shè)備測定混凝土的溫度、坍落度、含氣量、水膠比及泌水率等工作性能；只有拌合物性能符合設(shè)計(jì)或配合比要求的混凝土方可入模澆筑。混凝土的入模溫度一般宜控制在530(2)混凝土澆筑時(shí)的自由傾落高度不得大于2m當(dāng)大于2m時(shí),應(yīng)采用滑槽、串筒、漏斗等器具輔助輸送混凝土,保證混凝土不出現(xiàn)分層離析現(xiàn)象。（3）混凝土的澆筑應(yīng)采用分層連續(xù)推移的方式進(jìn)行,間隙時(shí)間不得超過90min,不得隨意留置施工縫。（4）新澆混凝土與鄰接的己硬化混凝土或巖土介質(zhì)間澆筑時(shí)的溫差不得大于15。3

29、.3.4振搗?？刹捎貌迦胧秸駝影?、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(shí)應(yīng)避免碰撞模板、鋼筋及預(yù)埋件。采用插入式振搗器振搗混凝土?xí)r,宜采用垂直點(diǎn)振方式振搗。每點(diǎn)的振搗時(shí)間以表面泛漿或不冒大氣泡為準(zhǔn),一般不宜超過30s,避免過振。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。3.3.5.養(yǎng)護(hù)。高性能混凝土早期強(qiáng)度增長較快,一般3天達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的60%,7天達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%,因而,混凝土早期養(yǎng)護(hù)特別重要。通常在混凝土澆注完畢后采取以帶模養(yǎng)護(hù)為主,澆水養(yǎng)護(hù)為輔,使混凝土表面保持濕潤。養(yǎng)護(hù)時(shí)間不

30、少于14天。3.3.6質(zhì)量檢驗(yàn)控制。除施工前嚴(yán)格進(jìn)行原材料質(zhì)量檢查外，在混凝土施工過程中，應(yīng)對混凝土的以下指標(biāo)進(jìn)行檢查控制：混凝土拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫度、泌水率、勻質(zhì)性。硬化混凝土：標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度、同條件養(yǎng)護(hù)試件抗壓強(qiáng)度、抗?jié)B性、電通量等。4 高性能混凝土的特點(diǎn)4.1 高耐久性能高性能混凝土的重要特點(diǎn)是具有高耐久性, 而耐久性則取決于抗?jié)B性;抗?jié)B性又與混凝土中的水泥石密實(shí)度和界面結(jié)構(gòu)有關(guān)。由于高性能混凝土摻加了高效減水劑,其水膠比很低(0138),水泥全部水化后,混凝土沒有多余的毛細(xì)水,孔隙細(xì)化,最可幾孔徑很小, 總孔隙率低;再者高性能混凝土中摻加礦物質(zhì)超細(xì)粉后,混凝土

31、中骨料與水泥石之間的界面過渡區(qū)孔隙能得到明顯的降低,而且礦物質(zhì)超細(xì)粉的摻加還能改善水泥石的孔結(jié)構(gòu), 使其100m的孔含量得到明顯減少,礦物質(zhì)超細(xì)粉的摻加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高。以上這些措施對于混凝土的抗凍融、抗中性化、抗堿- 集料反應(yīng)、抗硫酸鹽腐蝕,以及其它酸性和鹽類侵蝕等性能都能得到有效的提高。4.2 高工作性能高性能混凝土具有良好的流變學(xué)性能, 高流動性,不泌水,不離析,能在正常施工條件下保證混凝土結(jié)構(gòu)的密實(shí)性和均勻性,對于某些結(jié)構(gòu)的特殊部位(如梁柱接頭等鋼筋密集處)還可采用自流密實(shí)成型混凝土,從而保證該部位的密實(shí)性,這樣就可以減輕施工勞動強(qiáng)度,節(jié)約施工能耗。4.3 其

32、它高性能混凝土具有較高的韌性、良好體積穩(wěn)定性和長期的力學(xué)性能穩(wěn)定性。高性能混凝土的高韌性要求其具有能較好地抵抗地震荷載、疲勞荷載及沖擊荷載的能力,混凝土的韌性可通過在混凝土摻加引氣劑或采用高性能纖維混凝土等措施得到提高。高性能混凝土的體積穩(wěn)定性表現(xiàn)在其優(yōu)良的抗初期開裂性, 低的溫度變形、低徐變及低的自收縮變形。雖然高性能混凝土的水灰比比較低, 但是如果將新型高效減水劑和增粘劑一起使用, 盡可能地降低單方用水量, 防止離析,澆筑振實(shí)后立即用濕布或濕草簾加以覆蓋養(yǎng)護(hù), 避免太陽光照射和風(fēng)吹, 防止混凝土的水分蒸發(fā), 這樣高性能混凝土早期開裂就會得到有效的抑制。高性能混凝土摻加了粉的普通混凝土都得到

33、了顯著降低, 這對于大體積混凝土的溫控和防裂十分有利。國內(nèi)已有研究表明,對于外摻加40%粉煤灰的高性能混凝土,不管是在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)還是在蒸壓養(yǎng)護(hù)條件下,其360d齡期的徐變度(單位徐變應(yīng)力的徐變值)均小于同強(qiáng)度等級的普通混凝土,高性能混凝土徐度度僅為普通混凝土的50%左右。高性能混凝土長期的力學(xué)穩(wěn)定性要求其在長期的荷載作用及惡劣環(huán)境侵蝕下抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度及彈性模量等力學(xué)性能保持穩(wěn)定。5 綠色高性能混凝土5.1 研發(fā)綠色高性能混凝土的必要性1990年美國首先提出了高性能混凝土,得到了世界各國和專家的認(rèn)可,法國政府組織包括政府研究機(jī)構(gòu)、高等院校、建筑公司等單位開展了高性能混凝土的研究。1996年,法

34、國公共工程部和教育與研究部又組織了為期4年的國家研究項(xiàng)目“高性能混凝土2000,投人了600萬美元作為研究經(jīng)費(fèi)。1994年,美國聯(lián)邦政府16個(gè)機(jī)構(gòu)聯(lián)合提出了一個(gè)在基礎(chǔ)設(shè)施施工中應(yīng)用高性能混凝土的決議,并決定在10年投資2億美元進(jìn)行研究。綠色是綠色環(huán)保,人類社會越發(fā)展,對綠色環(huán)保的要求越迫切。國外有位學(xué)者寫一篇綜述,題為“昨天和今天的水泥,明天的混凝土”,文中指出21世紀(jì)水泥工業(yè)應(yīng)改名為水硬性膠凝材料工業(yè),而且應(yīng)是一種綠色工業(yè)。水泥和混凝土堪稱為世界上耗用量最大的材料,在我國尤其如此。我國人多地少,資源缺乏,同時(shí)也是世界上能源消耗的大國,以水泥和混凝土為例,我國水泥的年產(chǎn)量大約9億噸,占世界水泥

35、產(chǎn)量的三分之一,混凝土產(chǎn)量約12億m3,世界混凝土年產(chǎn)量大約30億m3,混凝土的大量使用,需要大量水泥,水泥的生產(chǎn)又極大地影響了環(huán)境,直接影響子孫后代的生活,所以綠色高性能的發(fā)展是事在必行。綠色高性能混凝土的研究及使用,即保護(hù)了環(huán)境,又提高了混凝土的性能。以粉煤灰為例,現(xiàn)已研發(fā)與使用的綠色高性能混凝土,絕大部分把粉煤灰作主要摻料,粉煤灰是工業(yè)廢料,如不很好利用,會對環(huán)境造成二次污染,在綠色高性能混凝土中采用粉煤灰,即解決了二次污染,又降低了混凝土的成本,同時(shí)提高了混凝土的性能,主要表現(xiàn)在提高了混凝土的耐久性和工作性?；炷恋脑u價(jià)已由高強(qiáng)度轉(zhuǎn)為高性能,高性能中耐久性是一個(gè)主要的評定標(biāo)準(zhǔn),混凝土不

36、是一勞永逸的材料,它也是隨時(shí)間的增長、環(huán)境的影響和使用情況直接影響其使用壽命,一些發(fā)達(dá)國家面臨這個(gè)問題, 我們國家也面臨同樣的問題。1991年美國在提交國會國家公路與橋梁現(xiàn)狀的報(bào)告中指出,為了修理或更換現(xiàn)已存在缺陷的橋梁,需投資91 億美元如拖延維護(hù)進(jìn)程,費(fèi)用將增至1310億美元,美國每年用于混凝土維修的費(fèi)用大約300億美元。我國是發(fā)展中國家,在工程建設(shè)中基本沒有維修費(fèi)用,工程費(fèi)用主要在新建工程,建國以來,五、六十年代的工程量大,經(jīng)過幾十年的使用,可以說需維修的工程量肯定也是巨大的,費(fèi)用是驚人的,因此,站在歷史的角度,站在發(fā)展的角度,研究混凝土高性能的意義巨大。5.2 綠色高性能混凝土的可行性

37、綠色高性能混凝土是混凝土發(fā)展的方向,是我國國情的需要,是建筑工程發(fā)展的需要,是為了子孫后代造福的需要, 2005年建設(shè)部發(fā)布了關(guān)于進(jìn)一步做好建筑業(yè)10項(xiàng)新技術(shù)推廣應(yīng)用的通知(建質(zhì)2005)26號)文件中第2項(xiàng)既是“高性能混凝土技術(shù)”。建設(shè)部部長汪光熹在第2屆國際智能綠色節(jié)能大會上表示:中國將大力開展科技創(chuàng)新以支援和促進(jìn)行業(yè)發(fā)展,將對既有建筑節(jié)能改造成套技術(shù),低能耗大型公關(guān)建筑技術(shù)等加快技術(shù)公關(guān),推動以節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材和環(huán)保為核心的建筑技術(shù)發(fā)展,逐步提高綠色建筑比重。因此,研發(fā)綠色高性能混凝土體現(xiàn)科學(xué)發(fā)展觀,是利國利民,惠及子孫之事。上述這些都為綠色高性能混凝土的研究與應(yīng)用打下了良好的基礎(chǔ)

38、。5.3 綠色高性能混凝土的發(fā)展1997年3月的“高強(qiáng)與高性能混凝土”會議上,吳中偉院士首次出“綠色高性能混凝土(ghpc) ”的概念,并指出: ghpc是混凝土的發(fā)展方向,更是混凝土的未來。提高混凝土的綠色度,可以節(jié)約更多的資源與能源,將對環(huán)境的破壞減到最小。人類已經(jīng)進(jìn)入21世紀(jì),混凝土應(yīng)該更多地?fù)郊庸I(yè)廢渣摻和料,更多地節(jié)約水泥,有更高的強(qiáng)度和耐久性。高性能混凝土(hpc)具有下列特征:(1)更多地節(jié)約熟料水泥,降低能耗與環(huán)境污染;(2)更多地?fù)郊庸I(yè)廢料為主的細(xì)摻料;(3)更大地發(fā)揮混凝土的高性能優(yōu)勢,減少水泥與混凝土的用量。因此,高性能混凝土本身就可成為綠色混凝土。事實(shí)上,許多工程如大體積水工建筑、基礎(chǔ)等對強(qiáng)度要求不高,但對耐久性、工作性、體積穩(wěn)定性、低水化熱等有很高要求,都應(yīng)采用hpc。例如日本跨海明石大橋基墩混凝土(50萬m3)要求高耐久性、高抗沖刷性與低升溫,而強(qiáng)度只要求20mpa,使用的就是摻加了復(fù)合外加劑與復(fù)合細(xì)摻料的hpc。由此可見,高性能混凝土并不一定強(qiáng)調(diào)高強(qiáng),我國目前也己完成了普通混凝土的高性能化的研究和應(yīng)用。因此,傳統(tǒng)的ghpc的應(yīng)用范圍可以進(jìn)一步擴(kuò)大,可以將歐美對hpc強(qiáng)度的低限50mpa降低到c30左