客運(yùn)專線高性能混凝土

1、第二講第二講 高性能混凝土高性能混凝土 概念的提出概念的提出:混凝土的性能向來(lái)都以強(qiáng)度表示，對(duì)于普通混凝土，甚至高強(qiáng)混凝土，一般認(rèn)為抗壓強(qiáng)度是混凝土性能的代表性指標(biāo)，強(qiáng)度愈高、性能愈好也愈耐久。上世紀(jì)80年代以來(lái)，許多工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家面臨基礎(chǔ)設(shè)施老化的問題，其中一些是混凝土結(jié)構(gòu)，需要維修或更新，面對(duì)巨額投資，于是一個(gè)提高混凝土耐久性的設(shè)想便提了出來(lái)，即所謂的高性能混凝土（HPC）。 法國(guó)是最早研究開發(fā)高性能混凝土的國(guó)家。首次公開發(fā)表有關(guān)HPC研究與應(yīng)用論文的是法國(guó)人，申請(qǐng)第一個(gè)HPC專利的是法國(guó)人，編著第一本HPC專著的是法國(guó)人。我國(guó)是在1992年有關(guān)學(xué)術(shù)刊物第一次提到HPC，當(dāng)時(shí)譯為“高功能混凝

2、土”。一、定義一、定義定義：定義：法國(guó)人：法國(guó)人：將具有良好的施工性能、高強(qiáng)度及高早期強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)性及高耐久性，而且150mm300mm試件的抗壓強(qiáng)度應(yīng)在50MPa以上的混凝土定義為高性能混凝土。特別適用于海港建筑物，橋梁，高速公路，高層建筑，核反應(yīng)堆等混凝土結(jié)構(gòu)。日本人：日本人：將具有高和易性、高耐久性、低水化熱、低干縮和100mm200mm試件的28天抗壓強(qiáng)度為42MPa45MPa的混凝土定義為高性能混凝土。日本學(xué)者強(qiáng)調(diào)HPC的自流密實(shí)性。將HPC研究的技術(shù)線路分為三個(gè)階段。見表2-1HPC研究的技術(shù)線路研究的技術(shù)線路 表表2-1階段特點(diǎn)性能要求塑性階段高流變性，高粘聚性。澆注不需要振搗，自

3、流密實(shí)硬化早期少沉降，少化學(xué)收縮；少干縮，高抗裂；低水化熱。內(nèi)部無(wú)初始缺陷硬化后期高抗?jié)B抵御外部因素侵蝕，高耐久性 美國(guó)人：美國(guó)人： (1) 低滲透性。將抗?jié)B性作為混凝土耐久性的一個(gè)指標(biāo)，以氯離子滲透性試驗(yàn)(AASHTO T277)表示不得超過(guò)500C（庫(kù)侖）,這表示混凝土實(shí)際上是不透水和不滲透氯離子的。 (2) 具有高彈性模量、低收縮、低徐變和低溫度應(yīng)變。即HPC具有尺寸穩(wěn)定性，以消除結(jié)構(gòu)中任何有害應(yīng)力。 (3) 150mm300mm試件的抗壓強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到60MPa120MPa。 美國(guó)NIST與ACI組織召開的關(guān)于HPC的討論會(huì)，把HPC定義為:具有要求性質(zhì)和均勻性的混凝土，靠傳統(tǒng)的組分和普通

4、的拌和、澆筑與養(yǎng)生方法不可能制造出這種混凝土，其性能包括： (1) 易于澆筑、搗實(shí)而不離析； (2) 優(yōu)良且長(zhǎng)期保持的力學(xué)性能； (3) 高早強(qiáng)、高韌性、體積穩(wěn)定； (4) 在惡劣環(huán)境下使用壽命長(zhǎng)。 事實(shí)上，海港、橋梁、公路、污水等工程結(jié)構(gòu)物的破壞，并不都是混凝土強(qiáng)度不夠引起的，而是耐久性不良引起的，從這個(gè)意義上說(shuō)，高耐久性混凝土必須能夠抵御氣候作用和化學(xué)侵蝕，具有耐磨性及抵抗其它破壞作用的能力。這些耐久性與混凝土的尺寸穩(wěn)定性及滲透性能有關(guān)。重視混凝土的滲透性與尺寸穩(wěn)定性使混凝土設(shè)計(jì)的注意點(diǎn)從強(qiáng)度轉(zhuǎn)移到比強(qiáng)度更為重要的性能方面。在大多數(shù)情況下，滿足滲透性和尺寸穩(wěn)定性會(huì)得到高強(qiáng)度混凝土。高強(qiáng)度并

5、不能保證混凝土具有高耐久性，工程經(jīng)驗(yàn)反復(fù)證明，用不適當(dāng)材料制造的高強(qiáng)度混凝土在惡劣的環(huán)境中會(huì)遭到破壞。因此高性能混凝土的特點(diǎn)是具有良好的耐久性,旨在提高結(jié)構(gòu)物的使用壽命，這意味著將耐久性要求提高到了更重要的地位?，F(xiàn)代化的生產(chǎn)技術(shù)，新型外加劑和膠凝材料的出現(xiàn)，也使得既具有良好的施工性能，又有良好的力學(xué)性能和耐久性的混凝土的生產(chǎn)成為可能。應(yīng)該指出：高強(qiáng)混凝土并非高性能混凝土，而高性能混凝土也并非都高強(qiáng)。 二、原材料二、原材料(一一)、水泥、水泥 1.水泥品種水泥品種 高性能混凝土都必須摻加礦物細(xì)粉料，因此應(yīng)使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥。2.水泥的流變性水泥的流變性 高性能混凝土由于水膠比很低，為

6、了減少水化熱和收縮，水泥用量又不能大，同時(shí)為了使混凝土有足夠的彈性模量和體積穩(wěn)定性，也要限制膠凝材料的用量。因此用于高性能混凝土的水泥的流變性能比強(qiáng)度更重要。強(qiáng)度在52.2Mpa或以上就能滿足要求。對(duì)于高強(qiáng)度的高性能混凝土，為了保證水泥質(zhì)量的穩(wěn)定，要求禁止使用立窯水泥。使用很低水膠比的混凝土如果沒有相應(yīng)的措施，最好不要使用早強(qiáng)型的水泥，以免影響混凝土的流變性和后期強(qiáng)度的發(fā)展。3.3.水泥與高效減水劑的相容性水泥與高效減水劑的相容性 在低水膠比的高性能混凝土中，水泥與高效減水劑的相容性問題就更加突出、普遍，它不僅影響減水劑的減水率，而且會(huì)造成混凝土坍落度的嚴(yán)重?fù)p失。 C3A含量含量 C3A含量高

7、的水泥與C3A含量低的水泥相比，達(dá)到相同坍落度的混凝土，因水灰比比較高，混凝土的強(qiáng)度相對(duì)比較低，即C3A含量高的水泥流變性差。 堿含量堿含量 水泥熟料中同時(shí)存在堿和SO3時(shí)，就會(huì)形成堿的硫酸鹽，稱為堿的硫酸鹽化，堿的硫酸鹽化程度越高，混凝土的坍落度損失越小。堿的硫酸鹽化程度（SD）度用下式表示： OKONaSOSD22385. 0292. 1 顆粒組成顆粒組成 水泥中顆粒小于3m只起早強(qiáng)作用；3m30m的顆粒主要起增強(qiáng)作用，其含量應(yīng)在90%以上，；大于60m的顆粒對(duì)強(qiáng)度不起作用。但顆粒小于10m的顆粒需水量大，因此流變性好的水泥，小于10m的顆粒含量應(yīng)當(dāng)小于10%。 SO3的形態(tài)的形態(tài) 不同水

8、泥產(chǎn)品，C3A的結(jié)晶形態(tài)和溶解速率不同，不同形態(tài)的石膏其溶解速率也不同，二者的匹配也影響水泥的流變性。石膏的形態(tài)有生石膏、半水石膏、可溶性硬石膏、天然硬石膏，它們的溶解度和溶解速率有很大的差異。若C3A的結(jié)晶度高、活性大、溶解速率快，水泥生產(chǎn)加入的石膏應(yīng)有一部分溶解速率快、溶解度大的半水石膏；若C3A活性差可以使用天然石膏，或取代一部分生石膏。一般不宜完全使用天然石膏，否則會(huì)因引起溶解速率慢不足以控制C3A的水化而影響水泥的流變性。 4.石膏的摻量石膏的摻量 水泥熟料中加入石膏是為了控制C3A的水化而調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間，但在目前的水泥生產(chǎn)中，石膏的摻量與水泥中C3A和堿的含量大小、細(xì)度沒有掛起

9、鉤。事實(shí)上石膏的作用不僅僅是調(diào)整凝結(jié)時(shí)間，而且對(duì)水泥的強(qiáng)度、流變性和收縮等都有影響，因此應(yīng)根據(jù)水泥中C3A的含量、細(xì)度、堿的含量確定石膏的摻量，使之達(dá)到最佳匹配。1.礦物細(xì)摻料在高性能混凝土中的作用礦物細(xì)摻料在高性能混凝土中的作用1).增加混凝土的粘性。增加混凝土的粘性?；炷恋牧鲃?dòng)性提高后很容易引起離析和泌水，摻入礦物細(xì)摻料可提高混凝土的粘性，需水量小的細(xì)摻料（如礦渣、粉煤灰）還可進(jìn)一步降低混凝土的水膠比而保持良好的工作性。2).降低混凝土的溫升。降低混凝土的溫升。水泥水化是放熱反應(yīng)，混凝土類似絕熱體，會(huì)因水化放熱使混凝土內(nèi)部溫度上升。同時(shí)混凝土外部散熱較快，造成內(nèi)外溫差而產(chǎn)生溫差應(yīng)力，引起

10、混凝土開裂，影響耐久性。高性能混凝土水膠比小，水泥用量大，摻入礦物細(xì)摻料，可減少水泥用量，從而降低混凝土的溫升。3).調(diào)整混凝土強(qiáng)度的發(fā)展調(diào)整混凝土強(qiáng)度的發(fā)展摻入不同的礦物細(xì)摻料對(duì)混凝土的強(qiáng)度會(huì)有不同的影響。在相同水灰比下，硅灰、沸石凝灰?guī)r、油母頁(yè)巖灰、偏高嶺土等，在摻量合適時(shí)可以提高混凝土的強(qiáng)度，礦渣、粉煤灰等會(huì)使混凝土的早期強(qiáng)度降低，而后期強(qiáng)度卻均有較大的持續(xù)增長(zhǎng)。因需水量小還可以降低水灰比，故在達(dá)到相同坍落度的情況下，混凝土的早期強(qiáng)度實(shí)際上也不會(huì)下降。（二）、礦物細(xì)摻料（二）、礦物細(xì)摻料4）.增進(jìn)混凝土的后期強(qiáng)度增進(jìn)混凝土的后期強(qiáng)度摻入除硅灰外的礦物細(xì)摻料時(shí)，混凝土的早期強(qiáng)度隨摻量的增加

11、而降低，但后期強(qiáng)度會(huì)有較大幅度的增長(zhǎng)。英國(guó)Dunstan對(duì)粉煤灰體積摻量為60的碾壓混凝土中粉煤灰和水泥對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)進(jìn)行分離，結(jié)果表明，粉煤灰對(duì)混凝土強(qiáng)度的貢獻(xiàn)隨齡期的增加而增加，隨水膠比(水與水泥和粉煤灰總量之比)的降低而增加。粉煤灰對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)與水膠比的關(guān)系比水泥對(duì)強(qiáng)度的貢獻(xiàn)與水灰比的關(guān)系還要敏感。水灰比越低，粉煤灰的貢獻(xiàn)越大。故加入粉煤灰后，應(yīng)當(dāng)相應(yīng)降低水灰比，以保持早期強(qiáng)度不降低，并且后期強(qiáng)度有顯著的增長(zhǎng)，發(fā)揮粉煤灰的作用。但簡(jiǎn)單地在高水灰比(例如大于0.54)的純水泥混凝土中以粉煤灰取代水泥，是不可能發(fā)揮粉煤灰的作用的。 水灰比不變時(shí)，混凝土的強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而呈非線型的

12、降低。但是，當(dāng)水膠比很低時(shí)，粉煤灰摻量在一定范圍內(nèi)，上述影響并不顯著；超過(guò)此范圍時(shí)，則上述影響隨粉煤灰摻量的增加而增加得很快。 5）.提高抗化學(xué)侵蝕能力，增強(qiáng)耐久性提高抗化學(xué)侵蝕能力，增強(qiáng)耐久性當(dāng)硅酸鹽水泥混凝土處在有侵蝕性介質(zhì)的環(huán)境中時(shí)，侵蝕性介質(zhì)會(huì)與水泥石中水化生成的Ca(OH)和CA水化物發(fā)生反應(yīng)，逐漸使混凝土破壞。在混凝土中摻入礦物細(xì)摻料后，一方面，由于減少了水泥用量，也就減少了受腐蝕的內(nèi)部因素；另一方面，礦物細(xì)摻料的細(xì)微顆粒均勻分散到水泥漿體中時(shí)，會(huì)成為大量水化物沉積的核心，隨著水化齡期的進(jìn)展，這些細(xì)微顆粒及其水化反應(yīng)產(chǎn)物填充水泥石孔隙，改善了混凝土孔結(jié)構(gòu)(這稱作“微粉效應(yīng)”)，逐漸

13、降低混凝土的滲透性，阻礙侵蝕性介質(zhì)浸入。因此，摻入礦物細(xì)摻料可提高混凝土的耐久性。長(zhǎng)期試驗(yàn)觀察證明，摻入硅灰或礦渣的混凝土對(duì)硫酸鹽、氯鹽和海水的腐蝕有較好的抵抗能力?；炷恋臐B透性隨粉煤灰摻量的增加而下降；養(yǎng)護(hù)28d，粉煤灰摻量達(dá)30時(shí)可使高滲透性的混凝土達(dá)到中等滲透性；養(yǎng)護(hù)91d，則達(dá)到低滲透性。2. 礦物細(xì)摻料的種類礦物細(xì)摻料的種類礦物細(xì)摻料可分為四類：膠凝性：如?；郀t礦渣、水硬性石灰；火山灰性：本身沒有或極少有膠凝性，但在有水存在時(shí)，能與Ca（OH）2在常溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成膠凝性的組分，如粉煤灰；膠凝性與火山灰性：同時(shí)具有膠凝性與火山灰性，如粒化高爐礦渣；其他：未包括在上述三類中，

14、本身有一定化學(xué)反應(yīng)性的材料。1 1）. .硅灰硅灰 硅灰中的主要活性成分是SiO2, 而SiO2的含量依所生產(chǎn)合金的類型不同，在一個(gè)很寬的范圍內(nèi)變化。用于高性能混凝土的硅灰，SiO2的含量應(yīng)在90%以上，若以10%的硅灰取代等量水泥，混凝土強(qiáng)度可提高25%以上。但隨著硅灰摻量的增加，混凝土的需水量、收縮率也隨之增加。因此一般摻量在5%10%之間，并必須用高效減水劑調(diào)節(jié)需水量。 2）.粉煤灰粉煤灰 用于高性能混凝土的粉煤灰的含碳量（用燒失量表示）最好小于3%；需水量比應(yīng)小于1；只要含碳量很低，對(duì)細(xì)度可不必苛求，有條件可稍加磨細(xì)，在不增加需水量比的前提下，可增加粉煤灰的比表面積，提高均勻性和活性。

15、在相同水膠比下，粉煤灰的摻量不超過(guò)20%，對(duì)混凝土的性能影響不大，只是混凝土的溫升有所降低。3）.磨細(xì)石粉磨細(xì)石粉 磨細(xì)石灰石粉、石英砂粉等低活性細(xì)粉料主要用于改善混凝土的工作性和降低溫升，摻量應(yīng)小于10%，否則會(huì)影響混凝土的強(qiáng)度。磨細(xì)石粉在混凝土中的作用主要取決于磨細(xì)程度，越細(xì)效果越好，對(duì)混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和抗化學(xué)侵蝕性都會(huì)產(chǎn)生有利的效果。4）.?；郀t礦渣粒化高爐礦渣 ?；郀t礦渣是將煉鐵高爐的熔融物，經(jīng)水淬急冷處理后得到的疏松粒狀產(chǎn)物。其活性成分一般認(rèn)為含有CaO、MgO、SiO2、Al2O3、FeO等氧化物和少量的CaS、MnS、FeS等硫化物。其中CaO、MgO、SiO2、Al2O

16、3的含量通常在各種礦渣中占總量的90%以上。因此礦渣的化學(xué)成分與硅酸鹽水泥的化學(xué)成分相似，其主要成分是活性氧化硅和活性氧化鋁。在含CaO較高的堿性礦渣中還含有硅酸二鈣。?；郀t礦渣磨成細(xì)粉后，易與Ca(OH)2作用而具有強(qiáng)度，又因其中含有硅酸二鈣成分，所以本身也具有微弱的水硬性。由于粒化高爐礦渣具有微弱的自身水硬性，是屬于第一類的礦物細(xì)粉料。 用?；郀t礦渣等量取代部分水泥，可以改善混凝土的工作性，降低水化熱，減少高效減水劑的用量，減少坍落度的經(jīng)時(shí)損失，提高混凝土的強(qiáng)度，還可以控制混凝土中的堿集料反應(yīng)。當(dāng)摻量在20%以上時(shí)，還具有抗海水及化學(xué)侵蝕的能力。在高強(qiáng)或高性能混凝土中，同時(shí)摻加?；郀t

17、礦渣和硅灰效果更好。 粒化高爐礦渣摻入混凝土的效果決定于其活性，水淬愈迅速，水淬前溫度愈高，其活性愈高。同時(shí)細(xì)度也有重要影響，一般粒徑小于10m的礦渣顆粒對(duì)28d前對(duì)混凝土產(chǎn)生增強(qiáng)作用，10m45m的顆粒對(duì)后期強(qiáng)度產(chǎn)生作用，大于45m的顆粒則很難水化。因此礦渣應(yīng)干磨細(xì)到比表面積為400m2/500m2/（勃氏細(xì)度）。若比表面積能達(dá)到800m2/1000m2/，作為高強(qiáng)或高性能混凝土摻合料效果會(huì)更佳，而且有良好的后期強(qiáng)度。 ?；郀t礦渣按（GB/T180462000）規(guī)定的方法進(jìn)行試驗(yàn)。其質(zhì)量應(yīng)符合表2-2的規(guī)定。 項(xiàng)目級(jí)別S105S95S75密度/(g/cm3) 比表面積/(m2/kg) 2.

18、8350活性指數(shù)/% 7d28d9510575955575流動(dòng)度比/% 859095含水量/%1.0三氧化硫/%4.0氯離子/%0.02燒失量/%3.0礦渣粉技術(shù)要求礦渣粉技術(shù)要求 表表2-22-2 可根據(jù)用戶要求協(xié)商提高。 選擇性指標(biāo)。當(dāng)用戶有要求時(shí)，供貨方應(yīng)提供礦渣粉的氯離子和燒失量數(shù)據(jù)。 5）.天然沸石粉天然沸石粉 天然沸石巖即沸石凝灰?guī)r。天然沸石巖的沸石含量差別很大，低的只有30%，高的可達(dá)90%。沸石凝灰?guī)r所含沸石有30余種，其中適合作水泥混凝土細(xì)粉料的為斜發(fā)沸石和絲光沸石。在水灰比不變的情況下，摻量為10%15%時(shí)，混凝土的強(qiáng)度可得到提高，摻量超過(guò)20%，強(qiáng)度開始下降，而且需水量隨

19、摻量而增加。 沸石是一簇架狀構(gòu)造的含水鋁硅酸鹽礦物，主要含N和C及少數(shù)的S、B、K、M等金屬離子。沸石的種類有三十余種，常見而且有用的有斜發(fā)沸石、絲光沸石、菱沸石和毛沸石等，沸石在我國(guó)分布也比較廣泛，以斜發(fā)沸石、絲光沸石居多。 我國(guó)較大的幾個(gè)沸石礦是：河北省赤城縣獨(dú)石口沸石礦，礦石為中、高品位的斜發(fā)沸石，礦物含量5070%，儲(chǔ)量大，礦層穩(wěn)定，屬火山灰沉積礦床。浙江縉云縣沸石礦，礦層以斜發(fā)石為主，含一定的絲光沸石。黑龍江海林縣沸石礦，礦層以斜發(fā)石為主，含量為65%左右，是國(guó)內(nèi)用于水泥工業(yè)最早、效果最好、開發(fā)規(guī)模最大的沸石礦。吸銨值吸銨值 沸石有良好的陽(yáng)離子交換性能。沸石結(jié)構(gòu)是由硅氧四面體和鋁氧四

20、面體構(gòu)成的各種形狀的三維硅（鋁）氧格架狀結(jié)構(gòu)，在沸石中形成許多孔穴和孔道，這些孔穴和孔道通常被水分子填充，水以結(jié)晶形態(tài)存在，在不破壞沸石結(jié)構(gòu)脫除水后，留下的孔穴和孔道具有吸附的性能。為了平衡沸石結(jié)構(gòu)中電荷而進(jìn)入沸石晶體結(jié)構(gòu)的堿金屬或堿土金屬的離子，可以被其它離子所置換，把這種和鹽基置換的容量稱作陽(yáng)離子交換容量?？晒┙粨Q的陽(yáng)離子比較多，有銫、銣、銨、鉀、鈉、鋰等，全部陽(yáng)離子交換容量可通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得。由于沸石粉對(duì)混凝土性能的改善主要取決于其沸石含量，因此天然沸石粉應(yīng)用技術(shù)規(guī)程規(guī)定測(cè)銨離子交換容量，即吸銨值，根據(jù)銨離子交換容量可以計(jì)算出沸石巖中的沸石含量，吸銨值大，沸石含量則高。但技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)并未采用沸石

21、含量劃分沸石粉的等級(jí)，而是采用吸銨值。吸銨值測(cè)定方法見天然沸石粉在混凝土與砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程附錄A。（1）技術(shù)性質(zhì)）技術(shù)性質(zhì) 沸石粉加入混凝土中，其可溶性和與水泥水化產(chǎn)物發(fā)生二次反應(yīng)，生成C-S-H凝膠及水化硫鋁酸鈣，使水泥石密實(shí)度提高，強(qiáng)度增加。這種二次反應(yīng)與沸石粉的細(xì)度有關(guān)，細(xì)度大，活性高，強(qiáng)度也高，因此細(xì)度是沸石粉的重要性能指標(biāo)。沸石粉的細(xì)度用0.08mm篩孔的篩余量表示，按水泥細(xì)度水篩試驗(yàn)方法檢驗(yàn)。 由于沸石粉具有許多空腔和孔道，用比表面積測(cè)定其細(xì)度，測(cè)定結(jié)果比實(shí)際細(xì)度高的多。用負(fù)壓篩試驗(yàn)也因沸石粉吸附在篩網(wǎng)上不易通過(guò)而影響試驗(yàn)精度，因此對(duì)沸石粉采用水篩法測(cè)定細(xì)度更為合適。.細(xì)度細(xì)度

22、.沸石粉水泥膠砂需水量比沸石粉水泥膠砂需水量比以硅酸鹽水泥為基準(zhǔn)，用沸石粉取代30%的水泥，在標(biāo)準(zhǔn)砂用量、膠砂流動(dòng)度相同的條件下確定各自的需水量，后者與前者的需水量比值稱為沸石粉水泥膠砂需水量比。以評(píng)價(jià)沸石粉的質(zhì)量，用于水泥混凝土的沸石粉需水量比不能大于相應(yīng)的規(guī)定值。沸石粉水泥膠砂需水量比測(cè)定方法見天然沸石粉在混凝土與砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程附錄B。 .沸石粉水泥膠砂沸石粉水泥膠砂28天抗壓強(qiáng)度比天抗壓強(qiáng)度比 以硅酸鹽水泥為基準(zhǔn)，用沸石粉取代30%的水泥分別進(jìn)行膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)，后者與前者28天的強(qiáng)度之比稱為沸石粉水泥膠砂28天抗壓強(qiáng)度比，用于水泥混凝土的沸石粉該值不能小于相應(yīng)的規(guī)定值。沸石粉水泥膠砂2

23、8天抗壓強(qiáng)度比試驗(yàn)方法見天然沸石粉在混凝土與砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程附錄C。 （2 2）礦物組成及化學(xué)成分）礦物組成及化學(xué)成分 沸石粉的化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法可參考粉煤灰化學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)方法進(jìn)行。表2-3是幾家沸石礦沸石巖的礦物組成和沸石含量試驗(yàn)結(jié)果。表2-4是幾家沸石礦沸石巖的化學(xué)成分含量。名稱及產(chǎn)地礦物組成銨離子交換容量（毫克當(dāng)量/100g）沸石含量(%)河北赤誠(chéng)獨(dú)石口 斜 法 沸 石（層礦）以斜法沸石為主，伴生蒙脫石、石英等147.3270獨(dú)石口斜法沸石（層礦）以斜法石為主，還有少量絲光沸石、方石英等107.8150山東涌泉莊鈣斜法沸石鈣斜發(fā)沸石伴生有蒙脫石、石英和方石英等10050浙江縉云絲光沸石以斜

24、法沸石為主，其余為蒙脫石等801204060宣化的沸石凝灰?guī)r以斜法沸石為主，含有透長(zhǎng)石、石英等401052050化學(xué)成分含量化學(xué)成分含量 表表2-42-4 地成分河 北 赤 誠(chéng)獨(dú) 石 口 斜法沸石（層礦）獨(dú) 石 口 斜法沸石（層礦）山 東 涌 泉莊 鈣 斜 法沸石浙 江 縉 云絲光沸石河 北 宣 化的 沸 石 凝灰?guī)rSiO265.0162.3566.2465.6463.09TiO20.140.180.220.200.03Al2O311.8512.8212.8211.8510.98FeO0.361.320.480.120.16Fe2O30.672.571.421.070.85CaO3.673.6

25、72.402.831.29MgO0.481.441.080.916.79K2O1.751.753.652.653.94MnO0.100.020.020.030.08P2O50.050.050.040.030.00H2O-2.892.792.823.8712.79H2O+9.279.016.227.86Na2O1.650.651.101.000.40SO30.0170.0080.0070.008 揮發(fā)物0.460.0080.0070.11 （3）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)天然沸石粉在混凝土與砂漿中應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，對(duì)沸石粉的質(zhì)量指標(biāo)作了詳細(xì)的規(guī)定，見表2-5序號(hào)指標(biāo)沸石粉級(jí)別1吸銨值（m

26、eq/100g） 不小方孔水篩篩余（%） 不大于410153水泥膠砂需水比（%） 不大于125120120428天水泥膠砂抗壓強(qiáng)度（%）不小于757062沸石粉的質(zhì)量指標(biāo)分級(jí) 表2-5a.級(jí)沸石粉宜用于強(qiáng)度等級(jí)不低于C60的混凝土。b.級(jí)沸石粉宜用于強(qiáng)度等級(jí)低于C60的混凝土。經(jīng)專門試驗(yàn)，也可用于C60以上的混凝土。c.級(jí)沸石粉主要用于砌筑砂漿和抹灰砂漿。經(jīng)過(guò)專門試驗(yàn)，亦可用于強(qiáng)度等級(jí)低于C60的混凝土。d.配制沸石粉混凝土和砂漿時(shí)，宜用標(biāo)號(hào)為42.5以上的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥，不宜用火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥和復(fù)合硅酸鹽水泥。如需采用

27、后三種水泥時(shí)，應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。e.沸石粉可與各類外加劑同時(shí)使用，外加劑的適應(yīng)性及合理?yè)搅繎?yīng)由試驗(yàn)確定，并應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程的有關(guān)規(guī)定。 f.沸石粉混凝土和沸石粉輕集料混凝土的強(qiáng)度等級(jí)不得低于基準(zhǔn)混凝土和基準(zhǔn)輕集料混凝土的強(qiáng)度等級(jí)。它們的強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值、強(qiáng)度設(shè)計(jì)值和彈性模量等與基準(zhǔn)混凝土和基準(zhǔn)輕集料混凝土相同，應(yīng)按有關(guān)規(guī)范、規(guī)程取值。（4 4）沸石粉應(yīng)用的基本規(guī)定）沸石粉應(yīng)用的基本規(guī)定（5 5）. .沸石粉取代水泥的最大限量沸石粉取代水泥的最大限量沸石粉在混凝土中的摻量，宜按等量置換法取代水泥，其取代率不宜超過(guò)表2-6規(guī)定的限量。若超過(guò)限量時(shí)，應(yīng)經(jīng)試驗(yàn)確定。 沸石粉取代水泥的最

28、大限量() 表2-6混凝土強(qiáng)度等級(jí)硅酸鹽水泥普通硅酸鹽水泥礦渣硅酸鹽水泥C15C30202015C35C45151510C45以上10105（6 6）對(duì)混凝土性能的影響）對(duì)混凝土性能的影響. .與水泥的作用機(jī)理與水泥的作用機(jī)理 沸石粉與水泥的作用機(jī)理可歸納為：a. 沸石粉摻入水泥-水體系后起分散作用，增加水泥粒子的水化空間；b. 沸石粉微孔吸附漿體中的水，同時(shí)放出少量空氣，使界面減弱，水泥漿體早期強(qiáng)度降低；同時(shí)漿體水灰比下降，使?jié){體終凝后的水灰比低于表觀水灰比，有利于水泥的后期強(qiáng)度。c. 沸石粉吸收由于水泥熟料水化生成的Ca（OH）2生成C-S-H相，并同時(shí)和CaSO4反應(yīng)生成Aft相，液相C

29、a（OH）2濃度降低，促進(jìn)熟料繼續(xù)水化；熟料水化生C-S-H相和Aft相等水化產(chǎn)物包裹沸石反應(yīng)產(chǎn)物，互相穿插；d. 漿體自由水逐漸減少，沸石粉逐漸釋放出沸石水，對(duì)水泥水化進(jìn)行自養(yǎng)護(hù)，使界面附近反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行，反應(yīng)產(chǎn)物不斷填充界面微裂縫，界面附近漿體逐漸緊密，界面得到加強(qiáng)。. .對(duì)高性能混凝土的影響對(duì)高性能混凝土的影響將天然沸石（沸石含量大于60%）磨細(xì)成超細(xì)粉（平均粒徑小于8m），在低水灰比的混凝土中，以515%的超細(xì)沸石粉取代等量的水泥，配以高效減水劑，可獲得流動(dòng)性大、強(qiáng)度高、耐久性好的高性能混凝土。A.A.對(duì)混凝土拌和物性能的影響對(duì)混凝土拌和物性能的影響在混凝土的單位用水量、粗細(xì)集料的用量不

30、變的前提下，改變沸石粉的細(xì)度、種類、摻量等，混凝土的坍落度在100200mm之間變化。綜合地對(duì)坍落度進(jìn)行分析時(shí)，摻入沸石粉的混凝土的坍落度比基準(zhǔn)混凝土的坍落度降低15mm30mm。而且隨沸石粉摻量增加，坍落度降低越大。這是沸石粉是一種多孔材料所致，一部分拌和水被沸石粉吸收，但混凝土的含氣量不因摻入沸石粉而發(fā)生變化。B.B.沸石粉細(xì)度對(duì)混凝土性能的影響沸石粉細(xì)度對(duì)混凝土性能的影響沸石粉的細(xì)度越大，對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果越大。摻入平均粒徑為6.8m、6.4m和5.6m的沸石粉的混凝土，與不摻沸石粉混凝土相比，7d強(qiáng)度依次提高10%、12%和15%；28d強(qiáng)度依次提高10%、10%和13%。但沸石粉對(duì)混

31、凝土的增強(qiáng)效果不是越細(xì)越好，一般平均粒徑在6m左右即可。 C.C.取代水泥量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響取代水泥量對(duì)混凝土強(qiáng)度的影響沸石粉取代10%的水泥，無(wú)論摻入那一種沸石粉，其抗壓強(qiáng)度都比基準(zhǔn)混凝土強(qiáng)度高；沸石粉等量取代15%的水泥，與取代10%水泥相比，對(duì)混凝土的增強(qiáng)效果稍差些；沸石粉取代20%的等量水泥，混凝土強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土的強(qiáng)度大體相等。因此10%的取代量效果最好。D.D.對(duì)不同水泥品種混凝土強(qiáng)度的影響對(duì)不同水泥品種混凝土強(qiáng)度的影響采用硅酸鹽水泥和礦渣水泥分別摻入等量沸石粉，在不同水灰比下與基準(zhǔn)配合比進(jìn)行強(qiáng)度比較，強(qiáng)度均有不同程度的提高，硅酸鹽水泥混凝土強(qiáng)度提高幅度大于礦渣水泥混凝土。 E.

32、E.沸石粉高性能混凝土的力學(xué)性能沸石粉高性能混凝土的力學(xué)性能 a. 強(qiáng)度隨齡期增長(zhǎng)規(guī)律：摻沸石粉混凝土3d強(qiáng)度可達(dá)到28d強(qiáng)度的70%以上，7d強(qiáng)度可達(dá)到28d強(qiáng)度的80%以上，后期強(qiáng)度可比28d強(qiáng)度增長(zhǎng)626%。 b.抗壓強(qiáng)度和棱柱體強(qiáng)度：摻沸石粉混凝土的抗壓強(qiáng)度和棱柱體強(qiáng)度與基準(zhǔn)混凝土的抗壓強(qiáng)度和棱柱體強(qiáng)度基本相近。 c.抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)： 摻沸石粉混凝土的抗折強(qiáng)度比基準(zhǔn)混凝土的抗折強(qiáng)度偏高，劈裂抗拉強(qiáng)度二者相近。 d. 彈性模量：取0.4倍極限破壞荷載下的應(yīng)力應(yīng)變曲線斜率，強(qiáng)度等級(jí)為C80級(jí)高性能混凝土的彈性模量為4.0104MPa左右。強(qiáng)度等級(jí)為C50C60級(jí)高性能混凝土的彈性模量

33、為3.63.7104MPa左右。 e.握裹力：用光圓鋼筋埋入混凝土試件中，進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，摻沸石粉混凝土與基準(zhǔn)混凝土的握裹力相近。F.F.摻沸石粉混凝土的耐久性摻沸石粉混凝土的耐久性a.收縮與徐變：在室溫下，摻沸石粉高性能混凝土的收縮值略大，徐變偏高。摻沸石粉高性能混凝土180d的收縮為401.7，水泥高性能混凝土254d的收縮為410。摻沸石粉高性能混凝土180d的徐變度為59.9，水泥高性能混凝土200d的徐變度為28.3。b.抗?jié)B性：在2MPa的壓力下無(wú)滲水現(xiàn)象，滲水高度僅在30mm以內(nèi)。c.抗凍性：摻沸石粉混凝土有良好的抗凍性。d.碳化性能：C60的沸石粉混凝土，在CO2氣體中碳化一個(gè)月

34、強(qiáng)度損失為3.5%，碳化兩個(gè)月強(qiáng)度損失為2.5%，與不摻沸石粉的混凝土有相同的碳化性能。e.抑制堿-集料反應(yīng)：具有優(yōu)良的抑制堿-集料反應(yīng)的性能。即使集料都是堿活性集料，水泥中的堿含量高大1.82%，也不會(huì)引起堿-集料反應(yīng)破壞。f.對(duì)鋼筋銹蝕的抑制：沸石粉雖然對(duì)陽(yáng)離子鈉有交換作用，但交換Cl-和抑制Cl-對(duì)鋼筋銹蝕的能力較弱。外加劑是高性能混凝土必不可少的組分，主要有高效減水劑、緩凝劑、引氣劑、膨脹劑等。1.高效減水劑高效減水劑 高效減水劑的減水率應(yīng)在15%以上，用于高性能混凝土的高效減水劑主要是萘系高效減水劑，按硫酸鈉的多少分為高、中、低濃度，濃度越高，減水率越大。2.緩凝劑緩凝劑 夏季施工，

35、高性能混凝土中應(yīng)復(fù)合使用緩凝劑，一延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間，減少坍落度損失，在大面積混凝土施工中還可以控制硬化速度，消除冷縫，防止出現(xiàn)裂縫。緩凝劑的品種比較多，不同緩凝劑存在與與高效減水劑匹配和與水泥相容的問題，選用時(shí)應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)，同時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制摻量，以免影響混凝土的早期強(qiáng)度或?qū)е履Y(jié)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)。3.引氣劑引氣劑 高性能混凝土中適量使用引氣劑，可以提高混凝土的流動(dòng)性，減少離析和泌水，提高混凝土的均勻性，改善抗凍和抗?jié)B等耐久性。引氣劑引入的孔對(duì)混凝土的強(qiáng)度影響較大，孔隙率增加1%，強(qiáng)度將下降4%以上。但當(dāng)水膠比很小，引氣量在一定范圍內(nèi)時(shí)，反而可補(bǔ)償強(qiáng)度損失。高性能混凝土中摻用引氣劑一定要謹(jǐn)慎。（三）、外加劑（三

36、）、外加劑4.膨脹劑膨脹劑 高性能混凝土中摻入膨脹劑，可在約束條件下產(chǎn)生一定的自應(yīng)力，以補(bǔ)償水泥的干縮和由于低水灰比造成的自生收縮，增加混凝土的強(qiáng)度，國(guó)產(chǎn)膨脹劑主要是鈣礬石類，如UEA和EA，其它均屬UEA和EA的派生產(chǎn)品。高性能混凝土的各種礦物細(xì)粉料摻量比較大，不同品種的礦物細(xì)粉料對(duì)膨脹劑有不同的作用，應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)選定膨脹劑的品種和摻量，包括與水泥的相容性。另外，摻膨脹劑混凝土的拌和均勻性、養(yǎng)護(hù)條件對(duì)混凝土質(zhì)量和膨脹劑效果有重要的影響，應(yīng)嚴(yán)格控制。 當(dāng)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度不很高時(shí)（小于C80），粗集料本身的強(qiáng)度并不是很重要的，應(yīng)引起注意的是粒徑、粒形、表面狀況、級(jí)配、軟弱顆粒和粉塵含量，這些因素影響

37、混凝土的強(qiáng)度和拌和物的工作性。石子的粒徑越小，存在內(nèi)在缺陷的幾率越小，從增強(qiáng)石子與水泥漿粘結(jié)性和石子的勻質(zhì)性考慮，石子的粒徑也不能過(guò)大，60MPa100MPa的混凝土石子的最大粒徑不宜大于20mm，強(qiáng)度大于100Mpa的混凝土，石子粒徑不宜大于12mm。石子的粒形應(yīng)盡量為等徑狀，針片狀顆粒應(yīng)嚴(yán)格限制，且從5mm至最大粒徑級(jí)配必須連續(xù)。從混凝土彈性模量的角度考慮，以致密的石灰?guī)r或深層巖漿巖（輝綠巖、玄武巖）為優(yōu)。（五）砂（五）砂 高性能混凝土應(yīng)用中砂，當(dāng)粗集料級(jí)配比較差時(shí)，砂子以偏粗為好。細(xì)度模數(shù)約等于3時(shí)，混凝土工作性最好，抗壓強(qiáng)度最高。級(jí)配應(yīng)滿足： 0.63mm篩的累計(jì)篩余大于70%，0.3

38、15mm篩的累計(jì)篩余為85%95%，0.15mm篩的累計(jì)篩余大于98%。有害雜質(zhì)的含量應(yīng)滿足普通混凝土用砂要求，并應(yīng)更嚴(yán)格限制云母和泥土含量。 （四）、粗集料（四）、粗集料 三、配合比設(shè)計(jì)三、配合比設(shè)計(jì)（一）高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法（一）高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法由于混凝土是一種多組分的不均勻的多相體，影響配合比的因素很復(fù)雜，原材料的品質(zhì)變化也很大，涉及各性能之間的相互平衡，還有工藝條件的影響，所以與普通混凝土一樣，高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)也是建立在經(jīng)驗(yàn)和試驗(yàn)的基礎(chǔ)上。有關(guān)文獻(xiàn)介紹的高性能混凝土的配合比設(shè)計(jì)方法比較多，其中一種是固定漿集體積比為35：65的方法，在高強(qiáng)混凝土中已介紹。這里

39、再介紹一種日本采用的方法。日本阿部道彥等在試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)設(shè)計(jì)強(qiáng)度為36MPa以上的混凝土，提出了在適當(dāng)?shù)脑牧线x定和給定配制條件下的混凝土配合比計(jì)算流程。如圖2-1所示。在該流程中，混凝土的強(qiáng)度、空氣含量、坍落度是給定的。水膠比按鮑羅米公式計(jì)算，并考慮空氣含量的影響。其余參數(shù)都是以經(jīng)驗(yàn)表格選用，因此該方法是在原材料和工藝的特定條件下建立的。 1細(xì)摻料的水泥置換率細(xì)摻料的水泥置換率 細(xì)摻料應(yīng)根據(jù)廠家所推薦范圍的細(xì)摻料種類、品牌和使用目的進(jìn)行選定。表2-7為在“新RC計(jì)劃”中所研究的細(xì)摻料水泥置換率。使用不同細(xì)摻料時(shí)，細(xì)摻料和水泥的相容性有差別。當(dāng)混凝土得到最高強(qiáng)度時(shí)，其他性質(zhì)可能會(huì)受影響，故使用范圍超過(guò)表2-7數(shù)值很多時(shí)，有必要確認(rèn)強(qiáng)度以外的其他性質(zhì)。 “新RC總計(jì)劃”中所研究的細(xì)摻料水泥置換率 表2-7 細(xì)摻料種類 推薦的水泥置換率 硅 灰 10 粉 煤 灰 10 8000cm3/g級(jí)的磨細(xì)礦渣 3050 鈣礬石系的細(xì)摻料 17本應(yīng)用體積比表示的水膠比，實(shí)際上常習(xí)慣于用質(zhì)量來(lái)表示。對(duì)于實(shí)用的細(xì)摻料的水泥置換率，用質(zhì)量表示和用體積表示在實(shí)用上都沒有發(fā)生問題，故此處用質(zhì)量來(lái)表示。考慮