高性能與超高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用培訓(xùn)教材課件

高性能與超高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用高性能與超高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用1

第七屆HS/HPC國(guó)際會(huì)議上，認(rèn)為超高性能混凝土是混凝土技術(shù)突破性進(jìn)展，UHPC應(yīng)用的強(qiáng)度高達(dá)250MPa，而且耐久性比HPC大幅度提高，說(shuō)明混凝土材料和技術(shù)已進(jìn)入了高科技時(shí)代。第七屆HS/HPC國(guó)際會(huì)議上，認(rèn)為超高性能21、世界上最古老的混凝土將含僵石的粘土煅燒，壓碎之后得到膠凝材料，其中有石灰、燒粘土及粘土。把砂石膠結(jié)起來(lái)，或把僵石膠結(jié)起來(lái)，做成房屋的地面，經(jīng)長(zhǎng)期碳化，表面堅(jiān)硬，像石材。這就是5000年前中國(guó)最古老的混凝土。5000年前的混凝土我國(guó)甘肅大地灣發(fā)現(xiàn)的遺址中，有許多住宅群。這些住宅群地面是一種很堅(jiān)硬的混凝土材料，顏色灰白。距今已有5000年的歷史。1、世界上最古老的混凝土將含僵石的粘土煅燒，壓碎之后得到膠32、古羅馬的混凝土古羅馬利用火山灰、石灰為膠凝材料，將火山渣或砂石膠結(jié)起來(lái)，得到了古羅馬時(shí)代的混凝土，他們利用這種混凝土建造了教堂、斗獸場(chǎng)等建筑物。比較著名的有古羅馬的萬(wàn)神廟。距今2000年前古羅馬colosseo（公元72~80年）復(fù)原圖2、古羅馬的混凝土古羅馬利用火山灰、石灰為膠凝材料，4古羅馬神殿古羅馬神殿53、英國(guó)人發(fā)明的現(xiàn)代混凝土1824年英國(guó)的阿斯普丁發(fā)明了波特蘭水泥（Portlandcement）。因這種水泥凝結(jié)硬化后顏色與英國(guó)波特蘭的石頭顏色相同，故有此命名。波特蘭水泥將砂、石粘結(jié)在一起，就得到了現(xiàn)代混凝土。1824年1835年修建的全混凝土房屋3、英國(guó)人發(fā)明的現(xiàn)代混凝土1824年英國(guó)的阿斯普丁發(fā)64、鋼筋混凝土發(fā)明

1875年威廉·拉塞爾斯申請(qǐng)了鋼筋混凝土專利，并用鋼筋混凝土預(yù)制件建造了低層住宅。4、鋼筋混凝土發(fā)明

1875年威廉·拉塞爾斯申請(qǐng)了鋼筋78、通過(guò)元素分析（EPMA）了解混凝土的結(jié)構(gòu)和組成將含僵石的粘土煅燒，壓碎之后得到膠凝材料，其中有石灰、燒粘土及粘土。fc(56d,MPa)=194.聚羧酸高效減水劑的發(fā)展與應(yīng)用，使混凝土從干硬性—半干硬性—塑性—流態(tài)化方向發(fā)展。所用材料對(duì)強(qiáng)度的影響很大；上的UHPC，粗、細(xì)骨料的用量幾乎相同。（2）控制混凝土的單方用水量7(w/c)0.（1）評(píng)價(jià)新拌混凝土兩個(gè)指標(biāo)2）球狀水泥：將水泥粒子加工成球狀，而普通水泥粒子為碎石狀。在UHPC和HPC中，薄弱環(huán)節(jié)是骨料與砂漿界面。11、20世紀(jì)混凝土材料的重大突破各種混凝土流動(dòng)度性質(zhì)范圍3(w/cm)0.剪切力：兩不同流速平行流動(dòng)液體，流層間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。骨料改善級(jí)配，低吸水性高性能與超高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用使用調(diào)粒水泥混凝土的配合比11、20世紀(jì)混凝土材料的重大突破5、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土的發(fā)明

1917年法國(guó)人歐仁、弗雷西內(nèi)開(kāi)發(fā)了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系。到了19世紀(jì)90年代，混凝土已廣泛應(yīng)用于各種工程項(xiàng)目，如碼頭、橋梁、河岸護(hù)坡及建筑等。8、通過(guò)元素分析（EPMA）了解混凝土的結(jié)構(gòu)和組成5、預(yù)應(yīng)力86、普通混凝土的組成根據(jù)社會(huì)發(fā)展，工程需要，除上述四種主要成分外，還有其它材料用于混凝土中，如化學(xué)外加劑、礦物摻合料、金屬或聚合物纖維等。膠凝相水泥+水（膠凝相）砂、碎石或卵石水泥漿骨料巖石相混凝土水+水泥+砂+石6、普通混凝土的組成根據(jù)社會(huì)發(fā)展，工程需要，除上述四種主要成9自收縮開(kāi)裂及不同W/C混凝土的自收縮裂縫長(zhǎng)度（mm/mm2）能得到的MDF的性能：抗壓300Mpa，抗彎150Mpa。Dmax=10～20mm（R拉/R壓）UHPC<(R拉/R壓）NC水泥漿—骨料界面的微觀結(jié)構(gòu)模型圖例如：倒筒時(shí)間（秒）今后用高C2S水泥+硅粉+聚羧酸系高效減水劑效果更好。（超細(xì)粒子密實(shí)填充的水泥材料）質(zhì)量保證可預(yù)測(cè)性圖20-1各種高效減水劑的變遷分散劑（聚羧酸系高效減水劑）的摻入，使相鄰顆粒之間表面力的連接作用消除，粘性物質(zhì)的應(yīng)力場(chǎng)降低。不同W/C不同齡期強(qiáng)度不同養(yǎng)護(hù)條件不同齡期強(qiáng)度11、20世紀(jì)混凝土材料的重大突破DSP的重要特征就是密實(shí)填充→密實(shí)度最大填充，孔隙率最低。3(w/cm)0.這是混凝土結(jié)構(gòu)省資源、省能源與環(huán)境相容性的重要體現(xiàn)。骨料與水泥漿之間的界面上：所用材料對(duì)強(qiáng)度的影響很大；（2）清水混凝土模板4、鋼筋混凝土發(fā)明

1875年威廉·拉塞爾斯申請(qǐng)了鋼筋混凝土專利，并用鋼筋混凝土預(yù)制件建造了低層住宅。（2）清水混凝土模板硅粉置換率與抗壓強(qiáng)度比①通過(guò)吸附基單體m與分散基單體n之比控制流動(dòng)度損失。水泥石、骨料身的特性及兩者之間的界面結(jié)構(gòu)性能決定了混凝土硬化后的性能。水泥石、骨料身的特性及兩者之間的界面結(jié)構(gòu)性能決定了混凝土硬化后的性能。C80→10~15mm明石大橋的結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。不同W/C不同齡期強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度（N/mm2）硅酸鹽水泥混凝土中，大量的CH結(jié)晶在骨料的表面形成一個(gè)粗糙的結(jié)構(gòu)。隨后，美國(guó)、日本、瑞典也開(kāi)展了該項(xiàng)研究。27(w/cm)-269.超高性能混凝土（UHPC）。W/B=20%，W=150Kg/m3，C=500Kg/m3，①BFS+GP=250Kg/m3，②BFS+GP+SF=250Kg/m3（SF=25）把砂石膠結(jié)起來(lái)，或把僵石膠結(jié)起來(lái)，做成房屋的地面，經(jīng)長(zhǎng)期碳化，表面堅(jiān)硬，像石材。超細(xì)粉的回收、加工與應(yīng)用剪切力：兩不同流速平行流動(dòng)液體，流層間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。7、硬化后混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)造水泥漿粗骨料氣孔細(xì)骨料自收縮開(kāi)裂及不同W/C混凝土的自收縮裂縫長(zhǎng)度（mm/mm2）10（膠凝材料相）硬化水泥漿（水泥石）（骨料相）骨料兩者之間的粘結(jié)面（界面）可以把混凝土看成三相結(jié)構(gòu)水泥石界面骨料水泥石、骨料身的特性及兩者之間的界面結(jié)構(gòu)性能決定了混凝土硬化后的性能。（膠凝材料相）（骨料相）兩者之間的粘結(jié)面可以把混凝土看成三相118、通過(guò)元素分析（EPMA）了解混凝土的結(jié)構(gòu)和組成硬化混凝土拋光面的EPMAA—骨料；C—Ca(OH)2;h—C-H-S；m—硫鋁酸鈣水化物(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O);u—未水化水泥粒子8、通過(guò)元素分析（EPMA）了解混凝土的結(jié)構(gòu)和組成硬化混凝土127(w/c)0.22、UHPC配制技術(shù)及特點(diǎn)美國(guó)：改性木質(zhì)素磺酸鹽不同強(qiáng)度等級(jí)不同齡期強(qiáng)度將水泥組成中粒度分布進(jìn)行調(diào)整，使膠凝材料填充率提高，并使水泥粒子的最大粒徑增大，粒度分布向粗方向轉(zhuǎn)移，同時(shí)摻合超細(xì)粉，以獲得最密實(shí)的填充。德國(guó)：三聚氰胺高效減水劑化學(xué)外加劑超塑性強(qiáng)度低、抗?jié)B性及耐久性不好。W/B與強(qiáng)度關(guān)系的線性模型R2②摻入超細(xì)粉（如硅粉），提高拌合物粘度，與Ca(OH)2反應(yīng)，生成Ｃ－S－H相。8、通過(guò)元素分析（EPMA）了解混凝土的結(jié)構(gòu)和組成骨料的體積V≤400L/m3；該項(xiàng)技術(shù)成為HPC、UHPC的基礎(chǔ)。（無(wú)宏觀缺陷的水泥材料）（1）高強(qiáng)度、高密實(shí)度、高耐久性模板糖鈉與載體控制坍落度損失20，C=500Kg/m3，BFS=212.球狀水泥和普通水泥混凝土相比：13、在DSP的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)HPC、UHPC

混凝土材料德國(guó)：三聚氰胺高效減水劑硅粉置換率與抗壓強(qiáng)度比m—硫鋁酸鈣水化物(3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O);u—未水化水泥粒子11、20世紀(jì)混凝土材料的重大突破9、水泥漿—骨料界面微觀結(jié)構(gòu)水泥漿—骨料界面的微觀結(jié)構(gòu)模型圖在接觸層與骨料表面處幾乎是垂直板狀或?qū)訝畹腃a(OH)2結(jié)晶。（以CH代表）定向結(jié)晶，在中間層則分布著CH及鈣礬石的粗大結(jié)晶及少量的C-H-S，呈現(xiàn)出一種強(qiáng)度不好的狀態(tài)。硅酸鹽水泥混凝土中，大量的CH結(jié)晶在骨料的表面形成一個(gè)粗糙的結(jié)構(gòu)。強(qiáng)度低、抗?jié)B性及耐久性不好。7(w/c)0.9、水泥漿—骨料界1310、界面結(jié)構(gòu)骨料與水泥漿之間的界面上：水膜層Ca(OH)2富集及結(jié)晶的定向排列對(duì)策：①抑制混凝土泌水②摻入超細(xì)粉（如硅粉），提高拌合物粘度，與Ca(OH)2反應(yīng)，生成Ｃ－S－H相。10、界面結(jié)構(gòu)骨料與水泥漿之間的界面上：水膜層對(duì)策：①抑制混1411、20世紀(jì)混凝土材料的重大突破超高性能混凝土（UHPC）?；厩疤幔盒滦透咝p水劑的發(fā)明與應(yīng)用德國(guó)：三聚氰胺高效減水劑日本：萘系高效減水劑美國(guó)：改性木質(zhì)素磺酸鹽聚羧酸高效減水劑的發(fā)展與應(yīng)用，使混凝土從干硬性—半干硬性—塑性—流態(tài)化方向發(fā)展。11、20世紀(jì)混凝土材料的重大突破超高性能混凝土（UHPC）15超細(xì)粉的回收、加工與應(yīng)用挪威、瑞典、冰島與丹麥對(duì)硅粉的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。日本等國(guó)對(duì)超細(xì)礦渣的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。美國(guó)等對(duì)偏高嶺土超細(xì)粉應(yīng)用。中國(guó)對(duì)天然沸石超細(xì)粉應(yīng)用。使混凝土從高強(qiáng)—超高強(qiáng)—超高性能方面發(fā)展。金屬纖維、有機(jī)纖維及無(wú)機(jī)纖維的發(fā)明與應(yīng)用，使混凝土向ECC方向發(fā)展。超細(xì)粉的回收、加工與應(yīng)用1612、新型高性能水泥基材料的發(fā)明（1）MDF水泥基材料（macro-defectfree）（無(wú)宏觀缺陷的水泥材料）

Birchall提出，1979年英國(guó)化學(xué)工業(yè)公司和牛津大學(xué)研究。隨后，美國(guó)、日本、瑞典也開(kāi)展了該項(xiàng)研究。12、新型高性能水泥基材料的發(fā)明（1）MDF水泥基材料（ma17MDF(macro-defectfree)

（無(wú)宏觀缺陷水泥）Birchall提出：高標(biāo)號(hào)硅酸鹽水泥或鋁酸鹽水泥（90～99％）水溶性樹(shù)脂（4～7％）水灰比≤20％強(qiáng)制式高效剪切攪拌機(jī)熱壓成型工藝。能得到的MDF的性能：抗壓300Mpa，抗彎150Mpa。彈模50Gpa例：原材料：硅酸鹽水泥（水泥）水溶性聚乙烯醇（PVA）（有機(jī)物）丙三醇（外加劑）制備工藝：(水泥+PVC+外加劑）→制成混凝土→剪切攪拌→熱壓成型→養(yǎng)護(hù)→制品

日本大學(xué)教授笠井芳夫評(píng)價(jià)：無(wú)流動(dòng)性，成型困難，耐水性差，收縮大。至今仍未實(shí)用。MDF(macro-defectfree)

（無(wú)宏觀缺陷水18（2）DSP水泥基材料（densifiedsystemcontaininghomogenouslyarrangedultra-fineparticles）（超細(xì)粒子密實(shí)填充的水泥材料）由Bache詳細(xì)闡述（專利）。是在瑞典、挪威、冰島等國(guó)家對(duì)硅粉開(kāi)發(fā)與應(yīng)用的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。日本電氣化學(xué)工業(yè)公司將該項(xiàng)技術(shù)引入日本?；窘M成：水泥、硅粉、聚羧酸高效減水劑。（2）DSP水泥基材料（densifiedsystem19DSP模樣圖及性能DSP模樣圖及性能20Bache強(qiáng)調(diào)密實(shí)填充重要性。DSP的重要特征就是密實(shí)填充→密實(shí)度最大填充，孔隙率最低。分散劑（聚羧酸系高效減水劑）的摻入，使相鄰顆粒之間表面力的連接作用消除，粘性物質(zhì)的應(yīng)力場(chǎng)降低。20～25％SF代替相應(yīng)的硅酸鹽水泥，W/B=0.12～0.22,抗壓強(qiáng)度≥500Mpa，彈?！?0Gpa，抗彎75Mpa。今后用高C2S水泥+硅粉+聚羧酸系高效減水劑效果更好。該項(xiàng)技術(shù)成為HPC、UHPC的基礎(chǔ)。Bache強(qiáng)調(diào)密實(shí)填充重要性。DSP的重要特征就是密實(shí)填充→2113、在DSP的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)HPC、UHPC

混凝土材料DSPECC，（UHPC）（DSP+S+F）抗壓強(qiáng)度＞200MPa（達(dá)到250MPa）HPC，UHPC（DSP+S+G）抗壓強(qiáng)度＞150MPa（達(dá)到180MPa）13、在DSP的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)HPC、UHPC

混凝土材料DSP2214、HPC、UHPC應(yīng)用實(shí)例高度超過(guò)400m（435m）的超高層建筑，大量使用了C70、C80、C90、C100的HPC和UHPC。14、HPC、UHPC應(yīng)用實(shí)例高度超過(guò)400m（435m）的23明石大橋（海上最大跨度2km）明石大橋（海上最大跨度2km）24明石大橋的結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。海水中2個(gè)橋墩基礎(chǔ)（2p、3p）（主塔基礎(chǔ)）混凝土35~36萬(wàn)m3HPC明石大橋的結(jié)構(gòu)構(gòu)造圖。海水中2個(gè)橋墩基礎(chǔ)（2p、3p）（主塔25超高層大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅

應(yīng)用UHPC，抗壓強(qiáng)度超過(guò)180MPa超高層大跨度鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅26UHPC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

梁的跨度增大，柱子斷面減小，可利用空間增大增多UHPC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)梁的跨度增大，柱子斷面減小，可利用空27UHPC在大跨度過(guò)街橋梁（人行天橋）中應(yīng)用

跨度＞30m，厚度由2.0m→1.2mUHPC在大跨度過(guò)街橋梁（人行天橋）中應(yīng)用2815、ECC（Engineeredcementitionscomposites）（UHPC）DSP+S+F+高效減水劑→ECCECC及應(yīng)用實(shí)例15、ECC（Engineeredcementitions292）粗細(xì)骨料品種與混凝土抗壓強(qiáng)度使用調(diào)粒水泥混凝土的性能DSP+S+F+高效減水劑→ECC（1）MDF水泥基材料（macro-defectfree）13、在DSP的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)HPC、UHPC

混凝土材料8、通過(guò)元素分析（EPMA）了解混凝土的結(jié)構(gòu)和組成3、UHPC的施工應(yīng)用過(guò)程中注意的問(wèn)題。水泥石、骨料身的特性及兩者之間的界面結(jié)構(gòu)性能決定了混凝土硬化后的性能。球狀水泥與普通水泥混凝土強(qiáng)度的比較18、UHPC中的骨料比表面積（㎡/Kg）水灰比≤20％聚羧酸高效減水劑的發(fā)展與應(yīng)用，使混凝土從干硬性—半干硬性—塑性—流態(tài)化方向發(fā)展。建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋W/B=20%，W=150Kg/m3，C=500Kg/m3，①BFS+GP=250Kg/m3，②BFS+GP+SF=250Kg/m3（SF=25）建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋水150→140Kg/m3，攪拌機(jī)負(fù)荷＞60Kw坍落度流動(dòng)值500mm時(shí)T↑。7(w/c)0.ECC及應(yīng)用實(shí)例新材料、新技術(shù)、新結(jié)構(gòu)工法、抗震、舒適的居住空間2）粗細(xì)骨料品種與混凝土抗壓強(qiáng)度ECC及應(yīng)用實(shí)例30ECC及應(yīng)用實(shí)例ECC抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)造；ECC人行天橋；ECC復(fù)合桁架ECC及應(yīng)用實(shí)例ECC抗震結(jié)構(gòu)構(gòu)造；ECC人行31ECC及應(yīng)用實(shí)例建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋ECC及應(yīng)用實(shí)例建造在德國(guó)及3216、UHPC用的纖維纖維一般用于UHPC的纖維有碳纖維、鋼纖維、有機(jī)纖維等。16、UHPC用的纖維纖維一般用于UHPC的纖維有碳纖維、鋼33UHPC的特點(diǎn)之一是低水灰比，為了確保流動(dòng)性，必須加入高效減水劑。因此：1）適宜于水灰比低特性的水泥，細(xì)度及粒子組成：粒子形狀系數(shù)NC:0.67(w/c:0.18~0.20)，BC:0.8~0.9→(w/c:0.14)，加水后早期水化性能（希望C3A↓，C2S↑，C3S↓

）17、UHPC用的水泥UHPC的特點(diǎn)之一是低水灰比，為了確保流動(dòng)性342）球狀水泥：將水泥粒子加工成球狀，而普通水泥粒子為碎石狀。普通水泥球狀水泥2）球狀水泥：將水泥粒子加工成球狀，而普通水泥粒子為35球狀水泥和普通水泥混凝土相比：水泥種類坍落度(cm)含氣量(%)W/C(%)砂率(%)單方混凝土用量（kg）水泥水砂粗骨料外加劑O.P.C1821214115432204945373104925171671571158827856609369781143P(0.75)A(1.5)M(6.0)M(23.0)SF(58)S.C1821214114927144945373104925171521338190281667395710171182P(0.75)A(1.5)M(6.0)M(23.0)SF(58)球狀水泥和普通水泥混凝土相比：水泥種類坍落度含氣量(%)W36球狀水泥與普通水泥混凝土強(qiáng)度的比較圖17-1球狀水泥與普通水泥混凝土強(qiáng)度的比較球狀水泥與普通水泥混凝土強(qiáng)度的比較圖17-1球狀水泥與普通水373)調(diào)整粒子（級(jí)配）水泥

將水泥組成中粒度分布進(jìn)行調(diào)整，使膠凝材料填充率提高，并使水泥粒子的最大粒徑增大，粒度分布向粗方向轉(zhuǎn)移，同時(shí)摻合超細(xì)粉，以獲得最密實(shí)的填充。材料相對(duì)密度比表面積（cm2/g）體積加權(quán)平均粒徑（μm）細(xì)度模量硅酸鹽水泥硅水生產(chǎn)時(shí)回收粗粉石灰石粉硅粉細(xì)骨料粗骨料3.173.172.712.262.582.6234006001800020000019.5790.746.042.736.63調(diào)粒水泥原料及物性表3)調(diào)整粒子（級(jí)配）水泥材料相對(duì)密度比表面積（cm2/g38代號(hào)混合比例（%）填充率普通水泥粗粉重質(zhì)碳酸鈣硅粉A10000.5B70300.57C7020100.55D7020100.55E7020550.55調(diào)粒水泥粉體的配比、符號(hào)及填充率代號(hào)混合比例（%）填充率普通水泥粗粉重質(zhì)碳酸鈣硅粉A39（R彎/R壓）UHPC<(R彎/R壓）NC對(duì)策：①抑制混凝土泌水抗壓強(qiáng)度＞200MPa正確選擇粗骨料的巖種、粒徑、粒型及良好的級(jí)配是配制UHPC的重要環(huán)節(jié)。（1）評(píng)價(jià)新拌混凝土兩個(gè)指標(biāo)建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋fc(56d,MPa)=181.（2）DSP水泥基材料（densifiedsystemcontaininghomogenouslyarrangedultra-fineparticles）到了19世紀(jì)90年代，混凝土已廣泛應(yīng)用于各種工程項(xiàng)目，如碼頭、橋梁、河岸護(hù)坡及建筑等。22-2UHPC早期性能圖20-2各種減水劑的摻量和減水率挪威、瑞典、冰島與丹麥對(duì)硅粉的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。使用各種骨料的混凝土強(qiáng)度22,抗壓強(qiáng)度≥500Mpa，彈模≥80Gpa，抗彎75Mpa。骨料與水泥漿之間的界面上：（1）高強(qiáng)度、高密實(shí)度、高耐久性模板在UHPC和HPC中，薄弱環(huán)節(jié)是骨料與砂漿界面。（1）MDF水泥基材料（macro-defectfree）試驗(yàn)代號(hào)W/B(%)s/a(%)重量（kg/m3）化學(xué)外加劑（B×%）含氣量（%）單位水量水泥粉體細(xì)骨料粗骨料高減水性外加劑含氣量調(diào)節(jié)劑A2525.039.61656606189501.80.0082.0A3030.043.81555337369501.40.0062.1B2020.033.81658254829502.40.0152.4B2525.040.71606406479501.40.0072.5B3030.044.71555177629501.40.0062.2C17.517.530.21609144099503.50.0181.7C2020.036.31557765379502.40.0121.1C2525.042.61506007009501.80.0081.9C3030.046.31454838129501.50.0062.5D2020.030.61708504179503.20.0182.5D2525.038.71656605949502.30.0122.8D3030.043.21605337189502.00.0152.5E17.517.527.01659433489504.00.0281.9E2020.034.21608004909503.00.0181.5E2525.041.11556206589502.00.0142.7E3030.045.31505007819502.00.0142.9使用調(diào)粒水泥混凝土的配合比（R彎/R壓）UHPC<(R彎/R壓）NC試驗(yàn)代號(hào)W/Bs/40試驗(yàn)代號(hào)W/B(%)混凝土物性砂漿的物性抗壓強(qiáng)度坍落度(cm)坍落度流動(dòng)值(cm)粘度(s)屈服值(Pa)3d7d28d91dA2525.026.06116.167.576.592.7105.3118.3A3030.026.56511.944.263.677.892.6103.0B2020.027.06324.691.177.293.7110.1117.2B2525.025.06810.827.864.880.694.7110.9B3030.026.56411.938.345.664.578.692.4C17.517.526.56054.0161.886.096.3108.3121.3C2020.0-7418.517.686.795.4109.8122.9C2525.028.07113.615.963.277.691.2100.0C3030.025.5598.943.555.069.784.297.2D2020.027.06438.1111.776.895.8124.5135.3D2525.027.56617.241.958.880.5107.9127.1D3030.027.06413.940.551.271.6101.0109.4E17.517.527.06259.7158.382.699.1125.0133.7E2020.0-7026.628.688.0102.9124.8143.1E2525.0-6816.527.465.984.5106.8117.1E3030.027.06613.124.753.670.996.6113.3使用調(diào)粒水泥混凝土的性能試驗(yàn)代號(hào)W/B混凝土物性砂漿的物性抗壓強(qiáng)度坍落度(cm)坍落4118、UHPC中的骨料正確選擇粗骨料的巖種、粒徑、粒型及良好的級(jí)配是配制UHPC的重要環(huán)節(jié)。1）不同品種粗骨料與混凝土抗壓強(qiáng)度18、UHPC中的骨料正確選擇粗骨料的巖種422）粗細(xì)骨料品種與混凝土抗壓強(qiáng)度2）粗細(xì)骨料品種與混凝土抗壓強(qiáng)度433）巖石與水泥石粘結(jié)強(qiáng)度3）巖石與水泥石粘結(jié)強(qiáng)度44對(duì)策：①抑制混凝土泌水化學(xué)外加劑超塑性①通過(guò)吸附基單體m與分散基單體n之比控制流動(dòng)度損失。粗骨料強(qiáng)度R2，粗骨料本身無(wú)缺陷。（R拉/R壓）UHPC<(R拉/R壓）NC9％,水泥100％，漿體流動(dòng)度240mm硅酸鹽水泥混凝土中，大量的CH結(jié)晶在骨料的表面形成一個(gè)粗糙的結(jié)構(gòu)。（2）控制混凝土的單方用水量18、UHPC中的骨料骨料的體積V≤400L/m3；fc(56d,MPa)=181.建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋（以CH代表）定向結(jié)晶，在中間層則分布著CH及鈣礬石的粗大結(jié)晶及少量的C-H-S，呈現(xiàn)出一種強(qiáng)度不好的狀態(tài)。UHPC在大跨度過(guò)街橋梁（人行天橋）中應(yīng)用Bache強(qiáng)調(diào)密實(shí)填充重要性。（5）UHPC施工中注意事項(xiàng)7σ10，也即骨料粒徑增大斷裂應(yīng)力降低，故Dmax≤10mm的斷裂應(yīng)力大于4、UHPC進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用古羅馬colosseo（公元72~80年）復(fù)原圖能得到的MDF的性能：抗壓300Mpa，抗彎150Mpa。3(w/cm)0.（1）MDF水泥基材料（macro-defectfree）4）細(xì)骨料種類與砂漿抗壓強(qiáng)度5）粗骨料表觀密度與混凝土抗壓強(qiáng)度對(duì)策：①抑制混凝土泌水4）細(xì)骨料種類5）粗骨料表觀密度456）吸水率與抗壓強(qiáng)度7）體積含量與抗壓強(qiáng)度6）吸水率與抗壓強(qiáng)度7）體積含量與抗壓強(qiáng)度468）骨料對(duì)耐久性能影響8）骨料對(duì)耐久性能影響479）粒徑大小的選擇如以E=4.5×104MPa，γ=10×103erg/cm2,v=0.2,潛在缺陷尺寸（橢圓形孔半徑a）可以看孔是骨料的D。D=10mm時(shí)斷裂應(yīng)力σ10；D=20mm時(shí)斷裂應(yīng)力σ20；σ20=0.7σ10，也即骨料粒徑增大斷裂應(yīng)力降低，故Dmax≤10mm的斷裂應(yīng)力大于Dmax≤20mm的斷裂應(yīng)力。9）粒徑大小的選擇如以E=4.5×104MPa，γ=10×14819、超細(xì)粉利用超細(xì)粉與水泥之間的填充效應(yīng)，使膠凝材料達(dá)到空隙率最低，得到最密實(shí)的水泥石結(jié)構(gòu)。圖19-1粒子組合與空隙率變化19、超細(xì)粉利用超細(xì)粉與水泥之間的填充效應(yīng)，使膠4920、高效減水劑當(dāng)前高效減水劑主要有四大類：聚羧酸系，萘系，胺基磺酸鹽系及三聚氰胺系，由于功能不同，發(fā)展如20-1.1）分類與發(fā)展圖20-1各種高效減水劑的變遷20、高效減水劑當(dāng)前高效減水劑主要有四大類：508、通過(guò)元素分析（EPMA）了解混凝土的結(jié)構(gòu)和組成把砂石膠結(jié)起來(lái)，或把僵石膠結(jié)起來(lái)，做成房屋的地面，經(jīng)長(zhǎng)期碳化，表面堅(jiān)硬，像石材。2）粗細(xì)骨料品種與混凝土抗壓強(qiáng)度水150Kg/m3，拌合2m3混凝土，攪拌機(jī)電負(fù)荷60Kw。糖鈉緩凝，以控制流動(dòng)性損失方法。（超細(xì)粒子密實(shí)填充的水泥材料）超細(xì)粉的回收、加工與應(yīng)用分散劑（聚羧酸系高效減水劑）的摻入，使相鄰顆粒之間表面力的連接作用消除，粘性物質(zhì)的應(yīng)力場(chǎng)降低。粗骨料強(qiáng)度R2，粗骨料本身無(wú)缺陷。12、新型高性能水泥基材料的發(fā)明22-3硬化混凝土性能球狀水泥與普通水泥混凝土強(qiáng)度的比較7(w/cm)-107.對(duì)策：①抑制混凝土泌水（3）坍落度及倒坍落度筒流下時(shí)間使用各種骨料的混凝土強(qiáng)度所用材料對(duì)強(qiáng)度的影響很大；化學(xué)外加劑超塑性18，F(xiàn)c130Mpa的混凝土，聚羧酸系摻3.（2）DSP水泥基材料（densifiedsystemcontaininghomogenouslyarrangedultra-fineparticles）2）粗細(xì)骨料品種與混凝土抗壓強(qiáng)度2）摻量與減水率圖20-2各種減水劑的摻量和減水率8、通過(guò)元素分析（EPMA）了解混凝土的結(jié)構(gòu)和組成2）摻量與513）保塑圖20-3(1)聚羧酸高效減水劑的分子構(gòu)造3）保塑圖20-3(1)聚羧酸高效減水劑的分子構(gòu)造52圖20-3(2)吸附基(m)與分散基(n)之比(m/n)對(duì)吸附速度的影響圖20-3(3)吸附基(m)與分散基(n)之比(m/n)對(duì)流動(dòng)性經(jīng)時(shí)影響圖20-3(2)吸附基(m)與分散基(n)之比(m/n)對(duì)534）載體硫化劑與保塑圖20-4含與不含載體硫化劑混凝土坍落度經(jīng)時(shí)變化4）載體硫化劑與保塑圖20-4含與不含載體硫化劑混凝土坍落54建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋2）粗細(xì)骨料品種與混凝土抗壓強(qiáng)度中國(guó)對(duì)天然沸石超細(xì)粉應(yīng)用。（7）粉體效應(yīng)的利用（微填充效應(yīng)的利用）今后用高C2S水泥+硅粉+聚羧酸系高效減水劑效果更好。壓縮強(qiáng)度（N/mm2）（1）高強(qiáng)度、高密實(shí)度、高耐久性模板（超細(xì)粒子密實(shí)填充的水泥材料）這樣，在單方用水量相同情況下，流動(dòng)性最大。骨料與水泥漿之間的界面上：強(qiáng)制式高效剪切攪拌機(jī)熱壓成型工藝。載體緩慢釋放減水劑控制流動(dòng)性損失的方法應(yīng)用UHPC，抗壓強(qiáng)度超過(guò)180MPa同品種不同細(xì)度的礦渣對(duì)UHPC流動(dòng)性影響（徐文彬等）1990年混凝土強(qiáng)度100Mpa，坍落度270mm，可泵送，自密實(shí)。將水泥組成中粒度分布進(jìn)行調(diào)整，使膠凝材料填充率提高，并使水泥粒子的最大粒徑增大，粒度分布向粗方向轉(zhuǎn)移，同時(shí)摻合超細(xì)粉，以獲得最密實(shí)的填充。剪切力：兩不同流速平行流動(dòng)液體，流層間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋3(w/cm)0.高標(biāo)號(hào)硅酸鹽水泥或鋁酸鹽水泥（90～99％）（1）高強(qiáng)度、高密實(shí)度、高耐久性模板（1）膠凝材料需要多組分配合，使其微觀級(jí)配合理，孔隙體積降低；UHPC組成材料M1M1QM2QB1B1QB2QB3Q水泥kg/m3900733832800630723580砂0/1mmkg/m310161008975440433425354玄武巖2/8kg/m3——————870867850711硅粉kg/m3225230135200197118177鋼纖維2.5voL%kg/m3192192192192192192194石英粉Ⅰkg/m3————183207158181325石英粉Ⅱkg/m3————————————131超塑化劑kg/m328.228.228.629.424.725.630.4水9/m3185161161166151157141（W/C）W/B(0.23)0.18(0.24)0.19(0.22)0.19(0.23)0.18(0.27)0.20(0.24)0.21(0.28)0.21坍落度cm5555556555656521、UHPC配合比UHPC與ECC配比實(shí)例建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋UHPCM1M1QM255UHPC配合比膠結(jié)料：水泥+硅粉+礦渣超細(xì)粉等。高效減水劑用量為水泥質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。不同強(qiáng)度等級(jí)不同齡期強(qiáng)度UHPC配合比膠結(jié)料：水泥+硅粉+礦渣超細(xì)粉等。高效減水劑用5622、UHPC配制技術(shù)及特點(diǎn)22-1新拌混凝土（1）評(píng)價(jià)新拌混凝土兩個(gè)指標(biāo)剪切力：兩不同流速平行流動(dòng)液體，流層間產(chǎn)生的內(nèi)摩擦力。結(jié)構(gòu)粘度：粘性液體由于攪動(dòng)作用粘性減退，停止攪動(dòng)后粘性又增大；這種可變性粘度，稱結(jié)構(gòu)粘度。22、UHPC配制技術(shù)及特點(diǎn)22-1新拌混凝土57正確選擇粗骨料的巖種、粒徑、粒型及良好的級(jí)配是配制UHPC的重要環(huán)節(jié)。高層超高層泵送希望倒筒時(shí)間10～12秒范圍。27(w/cm)-269.自收縮與自收縮開(kāi)裂，塑性收縮開(kāi)裂。（1）MDF水泥基材料（macro-defectfree）（超細(xì)粒子密實(shí)填充的水泥材料）分散劑（聚羧酸系高效減水劑）的摻入，使相鄰顆粒之間表面力的連接作用消除，粘性物質(zhì)的應(yīng)力場(chǎng)降低。壓縮強(qiáng)度（N/mm2）（7）粉體效應(yīng)的利用（微填充效應(yīng)的利用）跨度＞30m，厚度由2.古羅馬利用火山灰、石灰為膠凝材料，將火山渣或砂石膠結(jié)起來(lái)，得到了古羅馬時(shí)代的混凝土，他們利用這種混凝土建造了教堂、斗獸場(chǎng)等建筑物。圖20-1各種高效減水劑的變遷高層超高層泵送希望倒筒時(shí)間10～12秒范圍。硅粉置換率與抗壓強(qiáng)度比（超細(xì)粒子密實(shí)填充的水泥材料）13、在DSP的基礎(chǔ)上開(kāi)發(fā)HPC、UHPC

混凝土材料1990年混凝土強(qiáng)度100Mpa，坍落度270mm，可泵送，自密實(shí)。硬化混凝土拋光面的EPMA11、20世紀(jì)混凝土材料的重大突破16、UHPC用的纖維日本：萘系高效減水劑（2）UHPC的流動(dòng)特性NC與HPC流動(dòng)特性各種混凝土流動(dòng)度性質(zhì)范圍正確選擇粗骨料的巖種、粒徑、粒型及良好的級(jí)配是配制UHPC的58（3）坍落度及倒坍落度筒流下時(shí)間

塌落度損失以及倒坍落度筒流下時(shí)間倒坍落度筒流下時(shí)間反映混凝土在錐形管流動(dòng)情況。高層超高層泵送希望倒筒時(shí)間10～12秒范圍。倒筒時(shí)間太長(zhǎng)（例如20秒以上），泵送困難。例如：倒筒時(shí)間（秒）初始1h后9～1220～25（超高泵送難）（3）坍落度及倒坍落度筒流下時(shí)間59超細(xì)粉的回收、加工與應(yīng)用7(w/c)0.Ca(OH)2富集及結(jié)晶的定向排列Marushima：?jiǎn)畏接盟渴窃u(píng)估新拌混凝土性能的一種方法。這樣可以降低粗骨料的影響，提高砂漿強(qiáng)度。超細(xì)粉的回收、加工與應(yīng)用②摻入超細(xì)粉（如硅粉），提高拌合物粘度，與Ca(OH)2反應(yīng)，生成Ｃ－S－H相。球狀水泥與普通水泥混凝土強(qiáng)度的比較在UHPC和HPC中，薄弱環(huán)節(jié)是骨料與砂漿界面。硅粉置換率和CL-擴(kuò)散深度經(jīng)時(shí)變化圖20-1各種高效減水劑的變遷（1）高強(qiáng)度、高密實(shí)度、高耐久性模板聚羧酸高效減水劑的發(fā)展與應(yīng)用，使混凝土從干硬性—半干硬性—塑性—流態(tài)化方向發(fā)展。高效減水劑用量為水泥質(zhì)量百分?jǐn)?shù)。①通過(guò)吸附基單體m與分散基單體n之比控制流動(dòng)度損失。通過(guò)摻入糖鈉與減水劑載體控制流動(dòng)度損失4、UHPC進(jìn)一步發(fā)展與應(yīng)用建造在德國(guó)及法國(guó)的ECC收費(fèi)站及行人橋（4）解決方法單方用水量控制聚羧酸高效減水劑骨料品種、級(jí)配和用量粉體效應(yīng)（包括水泥品種）超細(xì)粉的回收、加工與應(yīng)用（4）解決方法60（5）單方用水量控制Marushima：?jiǎn)畏接盟渴窃u(píng)估新拌混凝土性能的一種方法。例如：W/B=0.18，F(xiàn)c130Mpa的混凝土，聚羧酸系摻3.0％。水150Kg/m3，拌合2m3混凝土，攪拌機(jī)電負(fù)荷60Kw。坍落度流動(dòng)值740mm，流動(dòng)值500mm時(shí)，T8～10秒。水150Kg/m3↑攪拌負(fù)荷↓流動(dòng)值500mm時(shí),T↓水150→140Kg/m3，攪拌機(jī)負(fù)荷＞60Kw坍落度流動(dòng)值500mm時(shí)T↑。而且坍落度損失快。（5）單方用水量控制61（6）坍落度損失控制①通過(guò)吸附基單體m與分散基單體n之比控制流動(dòng)度損失?？刂凭埕人岣咝p水劑中單體比值。（6）坍落度損失控制①通過(guò)吸附基單體m與分散基單體n之比控制62高性能與超高性能混凝土的發(fā)展與應(yīng)用培訓(xùn)教材課件63通過(guò)摻入糖鈉與減水劑載體控制流動(dòng)度損失糖鈉與載體控制坍落度損失編號(hào)倒筒時(shí)間（s）坍落度（mm）擴(kuò)展度（mm）0h1h2h0h1h2h0h1h2h②787270265265730690675③767.5265255255700640590通過(guò)摻入糖鈉與減水劑載體控制流動(dòng)度損失編號(hào)倒筒時(shí)間（s）坍落64（7）粉體效應(yīng)的利用（微填充效應(yīng)的利用）不同品種礦物超細(xì)粉的細(xì)度、摻量與漿體流動(dòng)性（石云興等）1-磷渣；2-礦渣；3-沸-磷粉；4-沸-礦粉；5-沸-硅粉W/B=0.29,NF0.9％,水泥100％，漿體流動(dòng)度240mm不同超細(xì)粉水泥漿流動(dòng)度（7）粉體效應(yīng)的利用（微填充效應(yīng)的利用）1-磷渣；2-礦渣；65同品種不同細(xì)度的礦渣對(duì)UHPC流動(dòng)性影響（徐文彬等）比表面積（㎡/Kg）SL(mm)KJD(mm)DT(s)400265670/63018.36800275660/6707.891000265630/6208.36W/B=0.20，C=500Kg/m3，BFS=212.5，GP=12.5，SF=25，W=150Kg/m3同品種不同細(xì)度的礦渣對(duì)UHPC流動(dòng)性影響（徐文彬等）比表面積66不同礦物質(zhì)超細(xì)粉搭配提高UHPC流動(dòng)性（馮乃謙）粉體組合SL(mm)KJD(mm)DT(s)C+BFS265650/63018C+BFS+SF275660/6709W/B=20%，W=150Kg/m3，C=500Kg/m3，①BFS+GP=250Kg/m3，②BFS+GP+SF=250Kg/m3（SF=25）不同礦物質(zhì)超細(xì)粉搭配提高UHPC流動(dòng)性（馮乃謙6722-2UHPC早期性能UHPC中W/B↓↓，對(duì)早期和后期性能影響均大。（1）22-2UHPC早期性能UHPC中W/B↓↓，對(duì)早期68（2）（3）由于W/B↓↓，水泥用量大，W/C↓↓，故造成自收縮。（2）69(4)自收縮開(kāi)裂及不同W/C混凝土的自收縮裂縫長(zhǎng)度（mm/mm2）(4)自收縮開(kāi)裂及不同W/C混凝土的自收縮裂縫長(zhǎng)度（mm/m70（5）UHPC施工中注意事項(xiàng)

水泥用量大水化大易出現(xiàn)溫度開(kāi)裂。要控制入模溫度和溫度差。

W/C↓→混凝土泌水量↓→相應(yīng)混凝土澆注面容易干燥而產(chǎn)生塑性變形開(kāi)裂。澆注完后立即把澆注面用濕草席蓋上進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。（5）UHPC施工中注意事項(xiàng)7122-3硬化混凝土性能（1）強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度（N/mm2）使用各種骨料的混凝土強(qiáng)度每組左邊為標(biāo)養(yǎng)試件，右邊為簡(jiǎn)易絕熱養(yǎng)生22-3硬化混凝土性能（1）強(qiáng)度壓縮強(qiáng)度（N/mm2）使用各72硅粉置換率與抗壓強(qiáng)度比硅粉置換率與抗壓強(qiáng)度比73不同骨料不同C/W強(qiáng)度不同W/C不同齡期強(qiáng)度不同養(yǎng)護(hù)條件不同齡期強(qiáng)度不同骨料不同C/W強(qiáng)度不同W/C不同齡期強(qiáng)度不同養(yǎng)護(hù)條件不同74強(qiáng)度與水灰比（水膠比）的數(shù)學(xué)模型W/B與強(qiáng)度關(guān)系的線性模型R2fc（1d,MPa）=111.0-2191(w/cm)0.293fc(28dMPa)=165.1-257.2(w/cm)0.535fc(56d,MPa)=177.2-279.3(w/cm)0.512W/C與強(qiáng)度關(guān)系的線型數(shù)學(xué)模型R2fc(1d,MPa)=151.0-311.0(w/c)0.530fc(28d,MPa)=171.1-242.6(w/c)0.409fc(56d,MPa)=181.7-257.7(w/c)0.366W/B和W/C與強(qiáng)度關(guān)系的多重線性回歸模型R2fc（1d,MPa）=156.2-65.27(w/cm)-269.5(w/c)0.546fc(28d,MPa)=185.6-191.0(w/cm)-119.1(w/c)0.598fc(56d,MPa)=194.8-216.7(w/cm)-107.7(w/c)0.550強(qiáng)度與水灰比（水膠比）的數(shù)學(xué)模型W/B與強(qiáng)度關(guān)系的線性模型75（2）HPC、UHPC與NC相對(duì)比所用材料對(duì)強(qiáng)度的影響很大；因UHPC強(qiáng)度往往大于骨料強(qiáng)度。在UHPC和HPC中，薄弱環(huán)節(jié)是骨料與砂漿界面。W/B=20％，砂漿強(qiáng)度R1。粗骨料強(qiáng)度R2，粗骨料本身無(wú)缺陷。R1>R2，粗骨料與砂漿界面無(wú)缺陷。在UHPC中骨料起增強(qiáng)作用。骨料的體積V≤400L/m3；Dmax=10～20mm?UHPC抗壓強(qiáng)度與抗拉強(qiáng)度、抗彎強(qiáng)度相比低于NC比值。（R拉/R壓）UHPC<(R拉/R壓）NC

（R彎/R壓）UHPC<(R彎/R壓）NC脆性增大（2）HPC、UHPC與NC相對(duì)比所用材料對(duì)強(qiáng)度的影響很大；76（3）耐久性硅粉置換率和CL-擴(kuò)散深度經(jīng)時(shí)變化（3）耐久性硅粉置換率和CL-擴(kuò)散深度經(jīng)時(shí)變化77各種礦物質(zhì)超細(xì)粉置換率和水滲透深度關(guān)系各種礦物質(zhì)超細(xì)粉置換率和水滲透深度關(guān)系78（4）HPC和UHPC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)ECCDSP+S+F（4）HPC和UHPC結(jié)構(gòu)特點(diǎn)ECCDSP+S+F7922-4經(jīng)驗(yàn)總結(jié)（1）挪威HPC發(fā)展成功的因素

1970年混凝土50Mpa，坍落度→120mm勞動(dòng)密集水泥高強(qiáng)度骨料改善級(jí)配，低吸水性化學(xué)外加劑超塑性硅粉體積穩(wěn)定性，強(qiáng)度批量生產(chǎn)廠高效率經(jīng)驗(yàn)置信度高質(zhì)量保證可預(yù)測(cè)性

1990年混凝土強(qiáng)度100Mpa，坍落度270mm，可泵送，自密實(shí)。

22-4經(jīng)驗(yàn)總結(jié)（1）挪威HPC發(fā)展成功的因素1970