高性能混凝土的研究與發(fā)展畢業(yè)論文

1、摘 要高性能混凝土(high performance concrete，hpc) 由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認為是目前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。本文主要介紹了高性能混凝土發(fā)展背景及現(xiàn)狀，闡明了高性能混凝土的特性，列舉了高性能混凝土研究應(yīng)用中的重要成果。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 - 1 -目 錄引 言錯誤！未定義書簽。一、高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀- 1 -（一）背景- 1 -（二）研究

2、現(xiàn)狀及發(fā)展方向- 1 -二、高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析- 2 -（一）高性能混凝土的概念- 2 -（二）高性能混凝土的性能- 2 -（三）高性能混凝土發(fā)展和應(yīng)用中所面臨的問題- 3 -三、高性能混凝土質(zhì)量與施工控制- 3 -（一）高性能混凝土原材料及其選用- 3 -（二）配合比設(shè)計控制要點- 4 -1.設(shè)計思路有很大區(qū)別- 4 -2.膠凝材料用量及粉煤灰所占比例- 4 -3.含氣量的要求- 5 -（三）高性能混凝土的施工控制- 5 -四、高性能混凝土的特點錯誤！未定義書簽。（一）高耐久性能錯誤！未定義書簽。（二）高工作性能- 6 -五、結(jié) 論- 6 -參考文獻- 7 - 高性能混凝土的研

3、究與發(fā)展一、高性能混凝土產(chǎn)生的背景和研究現(xiàn)狀（一）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)致過早失效甚至出現(xiàn)惡性事故造成巨大損失，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、資源短缺嚴重影響進一步發(fā)展的嚴酷現(xiàn)實。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點的各項性能, 多使用天然材料及工業(yè)廢渣保護環(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逐步發(fā)展的。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

4、1tco2，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也給環(huán)境帶來威脅。因此，未來的混凝土必須減少水泥用量，更多地利用各種工業(yè)廢渣作為其原材料；充分考慮廢棄混凝土的再生利用，尤其是耐久的。耐久和高強都意味著節(jié)約資源。高性能混凝土正是在這種背景下產(chǎn)生的。（二）研究現(xiàn)狀及發(fā)展方向針對混凝土的過早劣化，在20世紀

5、80年代中期掀起了一個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80年代開始，各國混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范中逐漸突出了耐久設(shè)計的考慮，從只重視強度設(shè)計向強度與耐久性并重。進入20世紀90后代以后，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法成為土木工程領(lǐng)域中的研究重點。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?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)計方法的主流。高性能混凝土的發(fā)展有以下幾個方向：(1)綠色高性能混凝土綠色高性能混凝土應(yīng)用較多的是粉煤灰混凝土，粉煤灰混凝土與基準混凝土相比，大大提高了新拌混凝土的工作性能，明顯降低混凝土硬化

6、階段的水化熱，提高混凝土強度特別是后期強度。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。- 3 -(2)超高性能混凝土超高性能混凝土，其特點是高強度，抗壓強度高達300mpa，且具有高密實性，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)。二、高性能混凝土的性能研究和應(yīng)用分析（一）高性能混

7、凝土的概念我國土木工程學(xué)會高強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。在不同的國家，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)者更強調(diào)高強度和尺寸穩(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。但是他們的基本點都是高耐久性，這方面的認識是一致的。（二）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特的性能：1.耐久性。高效減水劑和礦物質(zhì)超細粉的配合使用，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。坍落度是評價混

8、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，在相同振動時間內(nèi)，下沉距離短，穩(wěn)定性和均勻性好。同時，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且摻入超細粉，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,強度受諸多因素的影響，水灰比是影響混凝土強度的主要因素，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、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)，提高混凝土的密實度，提高強

9、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)濟性。高性能混凝土較高的強度、良好的耐久性和工藝性都能使其具有良好的經(jīng)濟性。高性能混凝土良好的耐久性可以減少結(jié)構(gòu)的維修費用，延長結(jié)構(gòu)的使用壽命，收到- 4 -良好的經(jīng)濟效益；高性能混凝土的高強度可以減少構(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度，加快施工速度，減少成本。（三）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

10、量大，級配較差，細骨料細度模數(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)護措施不到位，使hpc的密實性和質(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，水分通過微管擴散到內(nèi)部，未水化的水泥粒子進一步水化，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

11、方面，由于高性能混凝土的后期強度增長不及普通混凝土，而且脆性大，需要特別注意。同時，在高性能混凝土的研究方面，現(xiàn)在的研究以實驗室研究為主，但是實驗室的情況與實際工況相差較大，這不利于今后高性能混凝土的推廣應(yīng)用。三、高性能混凝土質(zhì)量與施工控制（一）高性能混凝土原材料及其選用1.細集料。細集料宜選用質(zhì)地堅硬、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)準中的規(guī)定。砂的粗細程度對混凝土強度有明顯的影響,一般情況下,砂子越粗,混凝土的強度越高。配制c50c80的混凝土用砂宜選用細度模數(shù)大于2.3的中砂,對于c80c100的混凝土用砂宜選用細度模數(shù)大于2.6的中砂或粗砂。2.粗集料

12、。高性能混凝土必須選用強度高、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度較高,就必須使粗集料具有足夠高的強度,一般粗集料強度應(yīng)為混凝土強度的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,這是因為,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

13、提高混凝土的體積穩(wěn)定性。3.細摻合料。配制高性能混凝土?xí)r,摻入活性細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度有所提高。更重要的是,加入活性細摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結(jié)構(gòu),使混凝土的強度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高。- 5-活性細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摻合料有硅粉(sf)、磨細礦渣粉(bfs)、粉煤灰(fa)、天然沸石粉(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

14、低、細度低、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礦渣細度大于水泥,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作用最為顯著,是國際上制備超高強混凝土最通用的超細活性摻合料。4.減水劑及緩凝劑。由于高性能混凝土具有較高的強度,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

15、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。5.礦物摻合料。(1)粉煤灰,其顆粒多呈球形,表面光滑。大量的實踐證明: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。 (2)硅粉由非常微小、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/

16、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。（二）配合比設(shè)計控制要點1.設(shè)計思路有很大區(qū)別在以往的配合比設(shè)計方法中，是按混凝土的強度等級要求計算水灰比，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。為滿足電通量要求和水膠比限值要求，混凝土的強度一般都是超強的。2.膠凝材料用量及粉煤灰所占比例在進行配合比參數(shù)設(shè)計時，為保證混凝土的耐

17、久性，混凝土中膠凝材料總量應(yīng)處在一個適宜范圍內(nèi)，不僅有最低限要求，同時，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。使用粉煤灰等礦物摻和料，并不是單純地考慮- 6 -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）。大量研究表明，粉煤灰的摻量在20%以上時，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到50%左右。在鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計暫行規(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)大于30%時，混凝

18、土的水膠比不得大于0.45。3.含氣量的要求含氣量的要求也是客運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)律認識不足的表現(xiàn)。實際上，混凝土中適量的引氣，不僅能改善抗凍性，同時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。（三）高性能混凝土的施工控制1.攪拌?；炷猎牧蠎?yīng)嚴格按照施工配合比

19、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%。應(yīng)采用臥軸式、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌，攪拌時間不宜少于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。待添加的隱藏文字內(nèi)容22.運輸。應(yīng)采取有效措施，保證混凝土在運輸過程中保持均勻性及各項工作性能指標(biāo)不發(fā)生明顯波動。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(dāng)措施防止水分進入運輸容器或蒸發(fā)。3.澆筑。(1)混凝土入模前,應(yīng)采用專用設(shè)備測定混凝

20、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)計或配合比要求的混凝土方可入模澆筑?；炷恋娜肽囟纫话阋丝刂圃?30(2)混凝土澆筑時的自由傾落高度不得大于2m當(dāng)大于2m時,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)推移的方式進行,間隙時間不得超過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)間澆筑時的溫差不得大于15。4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。采用插入式振搗器振搗混凝土?xí)r,宜采用垂

21、直點振方式振搗。每點的振搗時間以表面泛漿或不冒大氣泡為準,一般不宜超過30s,- 7 -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。5.養(yǎng)護。高性能混凝土早期強度增長較快,一般3天達到設(shè)計強度的60%,7天達到設(shè)計強度的80%,因而,混凝土早期養(yǎng)護特別重要。通常在混凝土澆注完畢后采取以帶模養(yǎng)護為主,澆水養(yǎng)護為輔,使混凝土表面保持濕潤。養(yǎng)護時間不少于14天。6質(zhì)量檢驗控制。除施工前嚴格進行原材料質(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)進行檢查控制：混凝土拌合物：水膠比、坍落度、含氣量、入模溫

22、度、泌水率、勻質(zhì)性。硬化混凝土：標(biāo)準養(yǎng)護試件抗壓強度、同條件養(yǎng)護試件抗壓強度、抗?jié)B性、電通量等。四、高性能混凝土的特點（一）高耐久性能高性能混凝土的重要特點是具有高耐久性, 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水,孔隙細化,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)超細粉后,混凝土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。（二）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