砼耐久性和高性能砼介紹

砼耐久性和高性能砼介紹目錄第一部分砼耐久性第二部分高性能砼一砼結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命一高性能砼的概念二砼材料的耐久性二砼原材料

砼的凍融破壞砼的化學(xué)侵蝕三配合比設(shè)計(jì)砼物理結(jié)晶、砼中鋼筋銹蝕四施工質(zhì)量控制

砼的堿-骨料反應(yīng)三砼的防裂砼開(kāi)裂原因、開(kāi)裂變形分析大體積砼開(kāi)裂、砼防裂措施第一部分砼耐久性一砼結(jié)構(gòu)耐久性和使用壽命（一）砼結(jié)構(gòu)耐久性取決于:

使用環(huán)境條件;

砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);

材料(砼和鋼筋);

施工質(zhì)量和維護(hù).(二)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀a

結(jié)構(gòu)類型實(shí)際使用狀況民用房屋(多為銹蝕)30-40年需大修工業(yè)廠房20-30年需大修海港碼頭(浪濺區(qū)嚴(yán)重)10-20年需大修公路市政橋梁(除冰鹽)10-20年需大修隧道鐵路隧道10%以上裂損,50%漏水(二)混凝土結(jié)構(gòu)耐久性現(xiàn)狀b鐵路橋梁調(diào)查(2002年底-2003年秋):3345孔順筋開(kāi)裂(占2.5%)3390孔大面積銹蝕5000多孔梁碳化深度大于20mm3000孔T梁橫隔板斷裂7352座橋梁失格,占18.15%膠濟(jì)、京滬、隴海等線有膨脹開(kāi)裂梁近千孔,(三)耐久性不夠的原因

設(shè)計(jì)規(guī)范不重視環(huán)境條件對(duì)結(jié)構(gòu)耐久性的影響,沒(méi)有結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限和耐久性要求的明確規(guī)定;

片面追求施工進(jìn)度和不適當(dāng)降低成本,損害工程質(zhì)量;

混凝土結(jié)構(gòu)在使用中缺乏科學(xué)的觀測(cè)和合理的養(yǎng)護(hù)維修.（四）砼結(jié)構(gòu)耐久性規(guī)范

1.歐盟標(biāo)準(zhǔn)EN206-1中砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)EN19922.《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/Txxxx-20093.《鐵路砼結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定》鐵建設(shè)(2005)157《混凝土原材料標(biāo)準(zhǔn)局部修訂通知》鐵建設(shè)(2009)152

《鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)規(guī)范》TB10005-20104.《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)規(guī)定鐵建設(shè)(2005)160號(hào)

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》TB10424-20105.《鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南》鐵建設(shè)(2010)-241《鐵路混凝土》TBxxxx-2010(五)砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限

砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限指砼結(jié)構(gòu)在規(guī)定的工作環(huán)境和維護(hù)條件下，能保持設(shè)計(jì)使用性能的年限。砼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限〔壽命〕取決于砼結(jié)構(gòu)耐久性、使用條件和環(huán)境、結(jié)構(gòu)的及時(shí)維修。

鐵路混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)使用年限

100年:橋梁、涵洞、隧道等主體結(jié)構(gòu)，路基支擋及承載結(jié)構(gòu)，無(wú)砟軌道道床板、底座板;60年:路基防護(hù)結(jié)構(gòu)，200km/h及以上鐵路路基排水結(jié)構(gòu)，接觸網(wǎng)支柱等;30年:其它鐵路路基排水結(jié)構(gòu)，電纜溝槽、防護(hù)砌塊、欄桿等可更換小型構(gòu)件;注:無(wú)砟軌道軌道板、支承層設(shè)計(jì)使用年限至少為60年基礎(chǔ)上，研究試驗(yàn)再創(chuàng)新實(shí)現(xiàn)與橋梁結(jié)構(gòu)等壽命期。工程質(zhì)量與全壽命成本

砼結(jié)構(gòu)使用年限〔壽命〕包括結(jié)構(gòu)良好狀態(tài),維護(hù)階段,修理階段。工程全壽命成本包括施工成本和以后的維護(hù)、修理成本.

對(duì)于質(zhì)量差的砼結(jié)構(gòu),處于良好狀態(tài)的時(shí)間不長(zhǎng),經(jīng)常要維修,維修費(fèi)投資要增加許多倍.這就是所謂的五倍定律.

（六）環(huán)境類別及其作用等級(jí)

環(huán)境類別作用等級(jí)

（1）碳化環(huán)境*T1T2T3（2）氯鹽環(huán)境L1L2L3（3）化學(xué)侵蝕環(huán)境H1H2H3H4（4）凍融破壞環(huán)境D1D2D3D4(5)磨蝕環(huán)境M1M2M3(6)鹽結(jié)晶破壞環(huán)境Y1Y2Y3Y4環(huán)境作用等級(jí)環(huán)境條件特征T1室內(nèi)年平均相對(duì)濕度＜60%;長(zhǎng)期在水下（不包括海水）或土中;T2室外環(huán)境室內(nèi)年平均相對(duì)濕度≧60%;T3水位變動(dòng)區(qū)干濕交替區(qū)（1）碳化環(huán)境（2）氯鹽環(huán)境環(huán)境作用等級(jí)環(huán)境條件特征L1長(zhǎng)期在海水、鹽湖水水下或土中;高于平均水位15m的海上大氣區(qū);離漲潮岸線100m～300m的陸上近海區(qū)氯離子濃度：水中100~500mg/l,土中150~750mg/kg,并有干濕交替L2平均水位15m以內(nèi)的海上大氣區(qū);離漲潮岸線100m以內(nèi)的陸上近海區(qū);海水潮汐區(qū)或浪濺區(qū)（非炎熱地區(qū)）氯離子濃度：水中500~5000mg/l,土中750~7500mg/kg,并有干濕交替L3海水潮汐區(qū)或浪濺區(qū)（炎熱地區(qū):年平均氣溫高于20oC

）鹽漬土地區(qū)露出地表的毛細(xì)吸附區(qū)；氯離子濃度：水中大于5000mg/l,土中大于7500mg/kg,并有干濕交替（3）化學(xué)侵蝕環(huán)境化學(xué)侵蝕類型環(huán)境作用等級(jí)H1H2H3H4硫酸鹽侵蝕環(huán)境水中SO42-含量，mg/L≥200≤1000＞1000≤4000＞4000≤10000＞10000強(qiáng)透水性環(huán)境土中SO42-含量(水溶值,mg/kg)≥300≤1500＞1500≤6000＞6000≤15000＞15000弱透水性環(huán)境土中SO42-含量(水溶值,mg/kg)≥1500≤6000＞6000≤15000＞15000酸性侵蝕環(huán)境水中pH值≤6.5≥5.5＜5.5≥4.5＜4.5≥4.0二氧化碳侵蝕環(huán)境水中侵蝕性CO2含量，mg/L≥15≤40＞40≤100＞100鎂鹽侵蝕環(huán)境水中Mg2+含量，mg/L≥300≤1000＞1000≤3000＞3000（4）凍融破壞環(huán)境環(huán)境作用等級(jí)環(huán)境條件特征D1微凍地區(qū)且頻繁接觸水D2微凍地區(qū)且水位變動(dòng)區(qū)嚴(yán)寒和寒冷地區(qū)且頻繁接觸水微凍地區(qū)頻繁接觸氯鹽水體D3嚴(yán)寒和寒冷條件且水位變動(dòng)區(qū)微凍條件且氯鹽水體的水位變動(dòng)區(qū)嚴(yán)寒和寒冷條件且頻繁接觸氯鹽水體D4嚴(yán)寒和寒冷條件且氯鹽水體的水位變動(dòng)區(qū)嚴(yán)寒：t≤-8oC，寒冷：-8oC

＜t＜-3oC

，微凍：-3oC≤t≤2.5oC

(5)鹽結(jié)晶破壞環(huán)境

作用等級(jí)水中SO42-（mg/L）土中SO42-(mg/kg)Y1≥200,≤500≥300,≤750Y2＞500,≤2000＞750,≤3000Y3＞2000,≤5000＞300,≤7500Y4＞5000＞7500(6)磨蝕環(huán)境M1

:

風(fēng)力等級(jí)≥7級(jí)，且年累計(jì)刮風(fēng)天數(shù)大于90d的風(fēng)沙地區(qū)M2:

風(fēng)力等級(jí)≥9級(jí)，且年累計(jì)刮風(fēng)天數(shù)大于90d的風(fēng)沙地區(qū);強(qiáng)烈流冰撞擊的河道（冰層水位線下0.5m～冰層水位線上1.0m）;汛期含砂量為200kg/m3~1000kg/m3的河道M3:

風(fēng)力等級(jí)≥11級(jí)，且年累計(jì)刮風(fēng)天數(shù)大于90d的風(fēng)沙地區(qū);汛期含砂量＞1000kg/m3的河道;西北戈壁荒漠區(qū)洪水期間夾雜大量粗顆粒砂石的河道（七）不同環(huán)境砼配合比限值1.最大水膠比---水膠比小,其用水量也少,砼總孔隙率低,密實(shí)性強(qiáng),抵抗水氣侵入能力提高各項(xiàng)耐久性好.2.最低強(qiáng)度等級(jí)---強(qiáng)度高,抵抗侵蝕破壞能力強(qiáng).3.最小膠凝材料用量,最大另有限制---膠材過(guò)少,砼的強(qiáng)度和密實(shí)性受影響,工作性也不好.膠材過(guò)多,砼收縮徐變?cè)龃?抗裂性變差.4.不同環(huán)境類別,對(duì)水泥,外加劑,摻合料還另有要求環(huán)境類別環(huán)境作用等級(jí)使用年限級(jí)別一（100年）二（60年）三（30年）碳化環(huán)境T1C30,0.50，

280C25,0.55，

260C25,0.55，

260T2C35,0.45，

300C30,0.50，

280C25,0.50，

280T3C40,0.45，

320C35,0.45，

300C30,0.45，

300氯鹽環(huán)境L1C40,0.45，

320C35,0.50，

300C35,0.50，

300L2C45,0.40，

340C40,0.45，

320C40,0.45，

320L3C50,0.36，

360C45,0.40，

340C45,0.40，

340化學(xué)侵蝕環(huán)境(鹽類結(jié)晶)H1,Y1C35,0.45，

300C30,0.50，

280C30,0.55，

280H2,Y2C40,0.40，

320C35,0.45，

300C35,0.50，

300H3,Y3C45,0.36，

340C40,0.40，

320C40,0.45，

320H4,Y4C50,0.34，

360C45,0.36，

340C45,0.40，

340凍融破壞環(huán)境D1C35,0.45，

300C35,0.50，

280C30,0.55，

280D2C40,0.40，

320C35,0.45，

300C35,0.50，

300D3C45,0.36，

340C40,0.40，

320C40,0.45，

320D4C50,0.34，

360C45,0.36，

340C45,0.40，

340磨蝕環(huán)境M1C35,0.45，

300C30,0.45，

280C30,0.50，

260M2C40,0.40，

320C35,0.40，

300C30,0.45，

280M3C45,0.36，

340C40,0.36，

320C35,0.40，

300二砼材料的耐久性(一)砼侵蝕劣化的類型

(二)砼的孔與水氣遷移

(三)砼的凍融破壞

(四)砼的化學(xué)腐蝕

(五)砼內(nèi)鋼筋銹蝕

(六)砼的堿-骨料反應(yīng)破壞(一)砼劣化的主要類型砼的凍融循環(huán)破壞環(huán)境水對(duì)砼的化學(xué)腐蝕和鹽結(jié)晶破壞砼內(nèi)鋼筋銹蝕(碳化或氯鹽引起)砼的堿-骨料反應(yīng)破壞砼的磨蝕破壞砼的開(kāi)裂(二)砼的孔與水氣遷移

砼是多孔〔連通毛細(xì)孔占20%以上〕的材料.使用中又要接觸水和空氣.氣體、水以及含在水氣中的有害物質(zhì)在砼的孔隙和裂縫中的遷移、結(jié)合和變化是砼劣化的基本條件。1.連通孔隙率----指水泥石中互相連通,水氣可以遷移的孔隙所占的體積百分率,相當(dāng)于最大可逆水含量,通常為20~30%.2.孔徑分布-----不同大小的孔和毛細(xì)管所占的比例.包括微孔、毛細(xì)孔和大孔.微孔主要是凝膠孔;毛細(xì)孔和引入的大孔對(duì)耐久性影響很大;毛細(xì)孔和大孔增加,耐久性一般要降低.砼越密實(shí),耐久性越好

空氣和水中有害物質(zhì),通過(guò)擴(kuò)散、滲透和毛細(xì)吸引等動(dòng)力,隨著水氣進(jìn)入砼的大小不等的孔隙中,、與砼材料發(fā)生物理的、化學(xué)的變化,這就是砼劣化的基本條件.

砼水膠比越小,孔隙率越低,砼越密實(shí),強(qiáng)度越高,砼各類劣化速度都可以大大降低,耐久性越好.

砼孔中的水氣遷移

含在水氣中的有害物質(zhì)在砼的孔隙和裂縫中遷移的動(dòng)力是:

濃度差產(chǎn)生的擴(kuò)散作用;

壓力差產(chǎn)生的滲透作用;

毛細(xì)管產(chǎn)生的吸引作用.

環(huán)境的影響

對(duì)砼結(jié)構(gòu)耐久性影響

起決定性作用的是結(jié)構(gòu)砼周圍(以厘米距離計(jì))的微觀氣侯〔溫度、濕度及其變化〕和與砼接觸的空氣、環(huán)境水或環(huán)境土的狀況.

足夠的水份,水中有害物質(zhì)和溫度是環(huán)境特征的三個(gè)主要因素.(三)砼的凍融破壞

（1）

破壞機(jī)理

1.結(jié)晶壓:水變冰體積增加9%,充滿水的孔結(jié)冰膨脹會(huì)引起水泥石開(kāi)裂;首先是充水大孔結(jié)冰破壞.

由于孔表面能使孔中水的冰點(diǎn)下降,孔徑越小冰點(diǎn)越低,許多凝膠孔中水在很低的負(fù)溫下都不結(jié)冰;2.滲透壓:不完全充水的孔,溫度降低過(guò)程中,由于孔表面能,小孔中相對(duì)濕度提高更多,在水變冰過(guò)程中有相當(dāng)數(shù)量水向大孔中擴(kuò)散,產(chǎn)生滲透壓.（2）

臨界水飽和度

砼處于飽水狀態(tài)是凍融破壞的先決條件,臨界水飽和度約為90%.

砼結(jié)構(gòu)不同部位的砼含水量不同,同樣的溫度環(huán)境,砼凍融破壞有很大區(qū)別,水位變化區(qū)是破壞最嚴(yán)重部位.（3）引氣作用引氣劑引入的封閉氣孔,即使在砼處于水飽和狀態(tài)也不會(huì)充水.孔中水凍結(jié)過(guò)程中,由于水向大孔擴(kuò)散作用,封閉氣孔可以作為膨脹空間容納正在結(jié)冰的水,緩解了對(duì)水泥石的壓力.為了保證封閉孔系統(tǒng)充分發(fā)揮作用,孔的間距要足夠小.凍害越嚴(yán)重,這個(gè)臨界孔間距就應(yīng)更小.一般含氣量越大(4~6%),孔間距越?。ㄉ儆?00微米),砼抗凍性越好.水凍結(jié)時(shí)向大孔擴(kuò)散是不可逆過(guò)程,隨著凍融循環(huán)增加大孔充水程度不斷增加,如不能干燥,凍融循環(huán)進(jìn)行到一定次數(shù)后,凍害仍會(huì)發(fā)生.（4）骨料對(duì)抗凍性影響

吸水嚴(yán)重的砂巖粗骨料在凍結(jié)過(guò)程中產(chǎn)生膨脹并破壞水泥石,典型現(xiàn)象是粗骨料處表面局部爆裂剝落.（5）提高砼抗凍性的措施1.降低水膠比可明顯提高抗凍性.在水膠比大于0.4時(shí),礦物摻和料對(duì)抗凍性有不利的影響,要控制摻量.2.摻加引氣減水劑或引氣劑.砼拌和物的含氣量應(yīng)根據(jù)抗凍等級(jí)的要求經(jīng)試驗(yàn)確定?？箖龅燃?jí)F300以上,砼含氣量一般要大于4-6%,.氣泡間距系數(shù)宜<300微米.....3.齡期越長(zhǎng),強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)變得更有利于抗凍.(四)砼的化學(xué)侵蝕腐蝕類型離子交換型腐蝕:分鎂鹽,碳酸和一般酸性腐蝕結(jié)晶膨脹型腐蝕:分硫酸鹽腐蝕,鹽類物理結(jié)晶（1）硫酸鹽腐蝕

水化鋁酸鈣反應(yīng),生成硫鋁酸鈣(鈣礬石）和硫酸鈣(石膏)，產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力引起砼的破壞.

近年發(fā)現(xiàn)碳硫硅鈣石的破壞類型,是C-S-H凝膠中的硅,與碳酸鹽(石灰石骨料或粉)和環(huán)境水中的硫酸鹽反應(yīng),生成無(wú)強(qiáng)度的碳硫硅鈣石,雖不膨脹,但強(qiáng)度下降.

主要反應(yīng)式①NaSO4·10H2O+Ca(OH)2=CaSO4·2H2O+2NaOH+8H2O石膏結(jié)晶

②4CaO·AI2O3·12H2O+3(CaSO4·2H2O)+14H2O=3CaO·AI2O3·3CaSO4·31H2O+Ca(OH)2鈣礬石結(jié)晶③環(huán)境水中SO4-2濃度(㎎/l)不同,結(jié)晶類型也不同.SO4-2250~15001500~50005000~10000

結(jié)晶鈣礬石鈣礬石和石膏石膏

抗硫酸鹽腐蝕措施

1)降低水泥熟料中鋁酸三鈣的含量(<5%)2)砼中摻加較多的礦渣或粉煤灰;3)摻加高效減水劑降低水膠比和用水量,提高砼密實(shí)性;4)嚴(yán)重腐蝕環(huán)境下,砼外應(yīng)采取隔離腐蝕環(huán)境水的強(qiáng)化措施.

(2)酸侵蝕

侵蝕酸與氫氧化鈣、水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣反應(yīng)生成侵蝕酸的鈣鹽,侵蝕的程度決定于侵蝕酸的腐蝕性和生成的鈣鹽的溶解度.

流動(dòng)溶解和高溫環(huán)境將加速侵蝕.

酸侵蝕使水泥石完全轉(zhuǎn)化,破壞了孔系統(tǒng).(3)海水侵蝕

海水中硫酸根約2500~2700㎎/l,鎂離子約1300㎎/l,氯離子約19000㎎/l.

海水中硫酸鎂與砼中水化硅酸鈣反應(yīng)產(chǎn)生石膏和沒(méi)有強(qiáng)度的氫氧化鎂,對(duì)砼有腐蝕作用.但由于大量氯離子存在,提高硫鋁酸鈣的溶解度,產(chǎn)生不結(jié)晶的氯鋁酸鈣,對(duì)硫酸鹽腐蝕的破壞程度大大減弱,所以海水的化學(xué)侵蝕程度要專門考慮.

海水對(duì)鋼筋的銹蝕作用和機(jī)械沖刷作用比硫酸鹽腐蝕危害更大.(4)鹽結(jié)晶破壞

砼結(jié)構(gòu)一部分接觸含鹽環(huán)境水,另一部分為蒸發(fā)表面時(shí),由于水遷移(壓力,擴(kuò)散,毛細(xì)吸引,蒸發(fā)),蒸發(fā)面附近的砼孔隙中鹽溶液不斷

濃縮、

結(jié)晶、

積聚.反復(fù)干濕循環(huán)產(chǎn)生結(jié)晶和溫度變化引起晶型轉(zhuǎn)化,在孔隙中產(chǎn)生的結(jié)晶壓力導(dǎo)之砼破壞.除了這種鹽類物理結(jié)晶破壞外,由于孔中有害離子濃度提高,化學(xué)侵蝕的速度也加快.結(jié)晶水化物的晶變溫度及膨脹率(五)砼中的鋼筋銹蝕

（1）鋼筋鈍化和脫鈍鈍化作用---砼孔隙中水的堿度很高(PH>12.5),此時(shí)鋼筋表面形成一層很薄的鈍化膜,阻止鐵元素的溶解,即使提供足夠的氧和水,鋼筋也不會(huì)生銹.脫鈍原因---鈍化膜溶解:1.鋼筋保護(hù)層中性化(碳化),PH<9;2.氯化物的破壞;3.保護(hù)層砼質(zhì)量差,由于水流沖刷堿大量流失（2）砼的碳化

碳化---空氣中二氧化碳通過(guò)孔隙進(jìn)入砼內(nèi)與氫氧化鈣反應(yīng)生成碳酸鈣,使堿度從PH>12.5降到PH<9.

二氧化碳由表及里的擴(kuò)散決定碳化的速度,碳化深度和時(shí)間的平方根相關(guān).

（3）氯離子的危害

氯離子是通過(guò)砼孔隙的水由表及里的擴(kuò)散,氯離子濃度隨深度而降低,擴(kuò)散深度也與時(shí)間平方根相關(guān).

砼表面的干濕交替使氯鹽不斷富集,氯離子侵入砼的深度與保護(hù)層滲透性即孔結(jié)構(gòu)密切相關(guān).（4）鋼筋的電化學(xué)銹蝕

在鋼筋的兩點(diǎn)間,都有可能產(chǎn)生電位差,組成電池.電化學(xué)過(guò)程:

陽(yáng)極過(guò)程:鐵元素溶解,產(chǎn)生帶正電的鐵離子進(jìn)入溶液,多余兩個(gè)電子;

陰極過(guò)程:多余電子在陰極與水和氧氣結(jié)合形成氫氧根離子;

經(jīng)過(guò)若干電化學(xué)過(guò)程,鐵離子與氫氧根化合生成鐵銹(帶水氧化鐵),如果砼是干燥的(無(wú)水,電解過(guò)程被阻止)或水飽和狀態(tài)(缺少氧氣),即使鋼筋脫鈍也不會(huì)銹蝕.（5）鋼筋銹蝕的后果鋼筋截面積減小,承載能力成線性下降,延伸性能和疲勞強(qiáng)度急劇降低;鐵銹體積膨脹數(shù)倍,造成砼保護(hù)層剝落,進(jìn)一步加速銹蝕過(guò)程;在有些情況下,銹蝕嚴(yán)重但沒(méi)有可見(jiàn)的預(yù)兆,出現(xiàn)突然性破壞,尤其是預(yù)應(yīng)力鋼筋的氫脆和應(yīng)力腐蝕斷裂,更具危害性.（6）預(yù)防砼中鋼筋銹蝕1.鋼筋砼中氯離子總含量（包括水泥、礦物摻合料、粗骨料、細(xì)骨料、水、外加劑等所含氯離子含量之和）不應(yīng)超過(guò)膠凝材料總量的0.10%，預(yù)應(yīng)力砼的氯離子總含量不應(yīng)超過(guò)膠凝材料總量的0.06%.2.鋼筋保護(hù)層厚度不能少于下表限值:鋼筋保護(hù)層最小厚度(mm)結(jié)構(gòu)類型碳化環(huán)境氯鹽環(huán)境凍融環(huán)境T1T2T3L1L2L3D1D2D3橋梁涵洞353545455060354550隧道襯砌353540404555354045路基支擋303040404555304045(六)砼的堿-骨料反應(yīng)堿－骨料反應(yīng)類型1.堿-硅酸反應(yīng):

含有微晶氧化硅的礦物有蛋白石,黑硅石,燧石,方石英,玉髓等.2.堿-硅酸鹽反應(yīng):

粘土質(zhì)巖石及千板巖.3.堿-碳酸鹽反應(yīng):

白云石質(zhì)石灰?guī)r（1）堿-硅酸反應(yīng)

砼孔隙中堿(NaOH,KOH)和骨料中活性二氧化硅在顆粒表面反應(yīng),形成堿硅膠.

堿硅膠吸引微孔中水產(chǎn)生體積膨脹,當(dāng)膨脹壓超過(guò)砼抗拉強(qiáng)度時(shí),引起開(kāi)裂.

堿-硅酸反應(yīng)的破壞程度與砼中堿濃度、骨料中活性二氧化硅的數(shù)量、

孔隙中含水量有關(guān).砼中摻加礦渣和粉煤灰可減緩膨脹破壞.（2）堿-碳酸鹽反應(yīng)

破壞原因一種假說(shuō)是白云石質(zhì)石灰石骨料脫白云石化引起體積膨脹,它不發(fā)生在骨料界面而在顆粒內(nèi)部;還有一種硅膠化假說(shuō),認(rèn)為堿溶液與活性骨料在界面生成硅酸鎂反應(yīng)環(huán),造成破壞.

堿-碳酸鹽反應(yīng)比較少見(jiàn),但沒(méi)有有效遏制辦法.（3）抗堿-骨料反應(yīng)砼

（1）骨料的堿—硅酸反應(yīng)砂漿棒膨脹率不得大于0.30%(預(yù)應(yīng)力梁和軌道板不得大于0.20%).

（2）砼總堿含量應(yīng)少于3-3.5Kg/M3(其中水泥中少于0.6%,外加劑中小于10%)；

(3)當(dāng)骨料的砂漿棒膨脹率在0.20%～0.30%時(shí)，除了砼的總堿含量應(yīng)滿足要求外，砼中還應(yīng)摻加具有明顯抑制效能的礦物摻合料，并經(jīng)試驗(yàn)證明抑制有效。三砼的防裂無(wú)砟軌道砼開(kāi)裂

橋墩砼網(wǎng)狀裂縫(一)砼開(kāi)裂原因

1.砼受外部荷載過(guò)大或基礎(chǔ)不均勻沉降;2.砼由于鋼筋銹蝕、硫酸鹽腐蝕、堿骨料反應(yīng)等引起的局部膨脹;3.砼由于各種收縮(干縮、自收縮、碳化收縮和溫降)引起的變形,當(dāng)變形受約束時(shí).不同裂縫的開(kāi)裂時(shí)間(三)大體積砼的溫因和縮因裂縫

1.溫度原因裂縫---(3)上下環(huán)境溫差變形

砼路面和軌道砼白天,上熱下冷,砼上拱;夜間,上冷下熱,砼下彎.如果砼約束很大,當(dāng)上下溫差足夠大時(shí),表面開(kāi)裂,開(kāi)裂往往從肉眼不可見(jiàn)的微裂縫開(kāi)始,逐漸擴(kuò)展變大.(三)大體積砼的溫因和縮因裂縫

1.溫度原因裂縫---(4)表里溫差開(kāi)裂a(bǔ).大體積砼截面降溫時(shí)溫度分布;b.截面簿層自由冷縮示意圖;c.截面冷縮開(kāi)裂示意圖;d.截面拉壓應(yīng)力分布圖.(三)大體積砼的溫因和縮因裂縫

1.溫度原因裂縫---大體積砼水化熱(三)大體積砼的溫因和縮因裂縫

3.干縮與溫縮的疊加作用

橋墩砼的外層,在砼升溫階段處于拉應(yīng)力,如果內(nèi)外溫差不超過(guò)20℃,在拆模時(shí)砼表面狀況良好,外表不至于開(kāi)裂,但有可能出現(xiàn)肉眼看不見(jiàn)的微細(xì)裂縫.當(dāng)砼完全暴露在外時(shí),馬上經(jīng)受干燥收縮,隨著齡期增加干縮率逐漸增加,由于空氣干燥多風(fēng),干縮率增速提高.干縮率可超過(guò)350微應(yīng)變(當(dāng)量溫度35℃).

如果外層砼溫降20℃,兩者疊加的溫差大于55℃,將產(chǎn)生大于550微應(yīng)變的拉應(yīng)變.其拉應(yīng)力估算如下:σ=k×ε×E/〔1+ф〕=0.5×550×10-6×3×104÷〔1+1.2〕=3.74Mpa(三)大體積砼的溫因和縮因裂縫

4.砼網(wǎng)狀表面裂縫的討論1)橋墩砼的表層,在干燥收縮和降溫收縮疊加作用下,由于內(nèi)層砼的約束產(chǎn)生拉應(yīng)變和拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)變超過(guò)砼的極限拉伸率或拉應(yīng)力〔減去徐變松弛〕大于砼的抗拉強(qiáng)度時(shí),砼就可能出現(xiàn)開(kāi)裂.2)如砼的水化熱溫升過(guò)高〔△T＞25℃〕,砼外層降溫過(guò)大或遇急冷,都可能在砼表層產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫.3)降低砼入模溫度和減小溫升,使砼的最大內(nèi)外溫差不大于20℃;加強(qiáng)保溫、養(yǎng)護(hù)、防風(fēng)和延期拆模;避免急冷、迎風(fēng)、日照對(duì)砼表層的溫降和干縮的沖擊.這些應(yīng)對(duì)措施都是有效的.第二部分高性能砼(HPC)

一、高性能砼的概念（一）主要特點(diǎn)采用常規(guī)材料和生產(chǎn)工藝,能保證混凝土結(jié)構(gòu)所要求的各項(xiàng)力學(xué)性能,并具有高耐久性、高工作性、高體積穩(wěn)定性和良好外觀的混凝土.

高性能混凝土不一定是高強(qiáng)混凝土.

具有實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性、技術(shù)先進(jìn)性和鐵路適用性.（二）技術(shù)措施優(yōu)質(zhì)的水泥和砂石料摻加優(yōu)質(zhì)化學(xué)外加劑---減水劑,引氣劑摻加礦物摻合料---粉煤灰,礦渣粉,硅灰低水膠比(<0.40)限制膠凝材料總量和水泥用量;控制砼中堿含量,氯含量嚴(yán)格的施工過(guò)程技術(shù)管理力學(xué)性能、工作性能、耐久性的全面檢驗(yàn)

（三）基本原理

全面提升砼微結(jié)構(gòu)三部分的質(zhì)量，增加砼的密實(shí)性，削除薄弱因素，提高砼整體耐久性和強(qiáng)度。減少水泥石的孔隙率---水化硅酸鈣凝膠,氫氧化鈣和鈣礬石晶體,未水化顆粒,其它小顆粒,毛細(xì)孔和各種孔隙.

粗細(xì)骨料的質(zhì)量和級(jí)配更科學(xué)---骨料強(qiáng)度和表面狀態(tài),級(jí)配及在砼中所占比例.

減少骨料界面層厚度，增加其密實(shí)性---富集氫氧化鈣和鈣礬石結(jié)晶,界面層的密實(shí)性和厚度很重要.（四）存在問(wèn)題1.水膠比少于0.4時(shí),自收縮率增大,早期彈模較高,應(yīng)力松弛能力降低,增加了開(kāi)裂趨勢(shì).2.磨細(xì)礦渣(比表面大于4000),尤其是硅灰使砼早期收縮增加,彈模增大,應(yīng)力松弛能力降低,增加了砼的開(kāi)裂傾向.但粉煤灰使砼早期收縮減少,彈模也較低,可降低開(kāi)裂的趨勢(shì).3.高性能砼的水膠比較低,摻合料較多,因此對(duì)砼的溫度控制和濕養(yǎng)護(hù)要求更加嚴(yán)格,增加了施工難度和成本.二、砼原材料

（一）水泥宜用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥,不宜用C3A大于8%的水泥或其它早強(qiáng)型水泥.

硅酸鹽水泥的比表面積應(yīng)300-350m2/Kg.

當(dāng)骨料具有堿-硅酸反應(yīng)活性或C40及以上砼時(shí),水泥的堿含量不宜超過(guò)0.6%.

有抗硫酸鹽侵蝕要求的砼,水泥熟料中

C3A含量應(yīng)不超過(guò)6%.水泥礦物成份及性能硅酸三鈣(C3S)水化較快,強(qiáng)度高硅酸二鈣(C2S)水化慢,發(fā)熱量少,后期強(qiáng)度高鋁酸三鈣(C3A)水化很快,發(fā)熱量大,強(qiáng)度低,

收縮大,耐硫酸鹽侵蝕性差鐵鋁酸四鈣(C4AF)耐硫酸鹽侵蝕性差

（二）砂石料細(xì)骨料應(yīng)選用級(jí)配合理、質(zhì)地堅(jiān)固、含泥量少、空隙率小的中粗砂,不宜用山砂,不得用海砂.粗骨料應(yīng)選用級(jí)配合理、粒形良好、質(zhì)地堅(jiān)固、空隙率小的潔凈碎石.粗細(xì)骨料的堿活性要經(jīng)過(guò)檢驗(yàn),并符合有關(guān)技術(shù)要求.

（三）化學(xué)外加劑1.減水劑的作用減少砼用水量,降低水泥石孔隙率,改善孔結(jié)構(gòu);界面Ca(OH)2結(jié)晶無(wú)序化.界面過(guò)渡層減少,水化硫鋁酸鈣Aft結(jié)晶尺寸減少,界面強(qiáng)度提高.因此提高砼的各項(xiàng)力學(xué)性能.改善砼施工工作性能.由于提高砼的密實(shí)性和強(qiáng)度,改善砼的耐久性能.2.減水劑種類類型系列

減水率普通減水劑木質(zhì)磺酸鈣5~12%高效減水劑萘系,密胺系,氨基磺酸系15~30%高性能減水劑聚羧酸系25~45%3.聚羧酸系減水劑優(yōu)點(diǎn)

摻量少(0.15~0.3%),減水率高(25~45%).

砼工作性好,坍落度損失小.

砼收縮小.

堿含量很少.

早強(qiáng)、緩凝、引氣性可視需要復(fù)配調(diào)節(jié).

無(wú)污染的環(huán)保產(chǎn)品但與水泥和摻和料的工作度敏感性很強(qiáng)4.引氣劑的作用明顯提高砼的抗凍性,緩減硫酸鹽腐蝕和堿骨料反應(yīng)產(chǎn)生的膨脹應(yīng)力.有輕微減水作用,減少表面泌水和骨料底部泌水.改善砼的勻質(zhì)性和工作性能,尤其是明顯提高可泵性.

（四）礦物摻合料(粉煤灰,礦渣粉,硅灰)火山灰效應(yīng)---低堿性CSH(C/S<1.5),晶須強(qiáng)度高,溶解度低,較穩(wěn)定.二次反應(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(guò)渡層變小,富集和取向性減少,提高水泥石界面強(qiáng)度.顆粒填充作用---水泥.礦渣.硅灰末水化顆粒大小差別大,顆?；ハ嗵畛?減小水泥石孔隙率,改善次中心質(zhì)和次介質(zhì)的顆粒級(jí)配,強(qiáng)化了中心質(zhì)網(wǎng)絡(luò)骨架.削減溫峰作用---水化速度慢,放熱總量小.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(shí)性,提高抗?jié)B性和氯離子滲透性.三、

砼配合比設(shè)計(jì)（一）配合比參數(shù)（二）砼拌合物性能（三）砼力學(xué)性能（四）砼的耐久性能（五）配合比設(shè)計(jì)步驟（一）配合比參數(shù)1.抗壓強(qiáng)度等級(jí)：根據(jù)砼結(jié)構(gòu)的環(huán)境類別和作用等級(jí)以及設(shè)計(jì)使用年限，查限值表可知最低強(qiáng)度等級(jí)。2.水膠比：查限值表滿足最大水膠比限值要求。3.膠凝材料用量：查限值表滿足最小用量要求，同時(shí)要符合最大量的限值：C30及以下砼的膠凝材料總量不宜大于400kg/m3，C35～C40砼不宜大于450kg/m3，C50及以上砼不宜大于500kg/m3。4.鋼筋砼中氯離子總含量不應(yīng)超過(guò)膠材總量的0.10%，預(yù)應(yīng)力砼不應(yīng)超過(guò)0.06%。5.不同環(huán)境下，混凝土的三氧化硫含量不應(yīng)超過(guò)膠凝材料總量的4.0%。

（6.不同環(huán)境下礦物摻和料用量范圍（%）環(huán)境類別礦物摻和料水膠比≤0.40＞0.40碳化環(huán)境粉煤灰≤40≤30

磨細(xì)礦渣粉≤50≤40氯鹽環(huán)境粉煤灰30~5020~40

磨細(xì)礦渣粉40~6030-50化學(xué)侵蝕粉煤灰30~5020~40

磨細(xì)礦渣粉40~6030~50

鹽類結(jié)晶粉煤灰≤40≤30

磨細(xì)礦渣粉≤50≤40凍融破壞粉煤灰≤30≤20

磨細(xì)礦渣粉≤40≤30磨蝕環(huán)境粉煤灰≤30≤20

磨細(xì)礦渣粉≤40≤30注：1本表中的摻量是指單摻一種礦物摻和料時(shí)的適宜范圍。當(dāng)采用雙摻時(shí)，其摻量參考本表并經(jīng)過(guò)試驗(yàn)確定。

2本表規(guī)定的礦物摻和料的用量范圍僅限于使用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥的混凝土。7.混凝土中總堿含量的規(guī)定.

骨料的砂漿棒膨脹率不得大于0.30%(預(yù)應(yīng)力梁不得大于0.20%);當(dāng)骨料砂漿棒膨脹率0.20-0.30%時(shí),混凝土中應(yīng)摻加適量具有抑制效能的礦物摻合料，并應(yīng)通過(guò)試驗(yàn)證明抑制有效。使用年限一（100年）二（60年）三（30年）條件干燥環(huán)境3.53.53.5潮濕環(huán)境3.03.03.0含堿環(huán)境*3.03.08.不同環(huán)境下含氣量最低限值

凍融破壞環(huán)境和鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境下，砼中應(yīng)加引氣劑或引氣減水劑:

凍融破壞環(huán)境作用等級(jí)D1、D2、D3、D4時(shí),最低含氣量分別是

4.0%、5.0%、5.0%、6.0%;

鹽類結(jié)晶破壞環(huán)境作用等級(jí)Y1、Y2、Y3、Y4時(shí),最低含氣量分別是

4.0%、5.0%、5.0%、6.0%;

其硬化混凝土氣泡間距系數(shù)應(yīng)小于300μm.

其他環(huán)境條件下砼最低含氣量2.0%.

梁、軌道板混凝土的含氣量應(yīng)為2.0%~4.0%。（三）砼力學(xué)性能1、立方體抗壓強(qiáng)度

28d或56d2、靜力彈性模量

28d或56d（四）砼耐久性試驗(yàn)1、密實(shí)性(電通量、氯離子滲透系數(shù)、抗?jié)B標(biāo)號(hào))

應(yīng)根據(jù)設(shè)計(jì)要求或結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境條件確定2、抗凍性：快凍法（五）配合比設(shè)計(jì)1、根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行原材料檢驗(yàn)；2、根據(jù)環(huán)境條件和使用年限對(duì)砼強(qiáng)度等級(jí)和耐久性的設(shè)計(jì)要求，以及施土工藝對(duì)砼拌合物的要求，確定配合比基本參數(shù)：設(shè)計(jì)強(qiáng)度、水膠比、摻和料品種和摻加數(shù)量范圍、含氣量、坍落度等；3、計(jì)算各原材料單方用量，其中水膠比、膠凝材料用量、摻和