【文章內容簡介】 具體要求和環(huán)境條件 ， 滿足的特殊組合性能且均勻、致密的高品質的混凝土。在大幅度提高普通混凝土性能的基礎上采用現(xiàn)代混凝土技術 ， 選用優(yōu)質原材料 ， 除水泥、水、集料外 ， 必須摻加足夠數(shù)量的活性細摻料和復合高效外加劑制作的新型高技術混凝土。 、高性能混凝土的發(fā)展 1824 英國 發(fā)明硅酸鹽水泥 ， 為混凝土結構的誕生奠定了基礎。 1855年 ， 法國人 Joseph Louis Lambot 早年在巴黎國際展覽會上展出的申請了 專利的水泥砂漿絲船 ， 標志著混凝土結構的誕生。同年 ， 弗朗索瓦 Francois Coigent 申請了鋼筋混凝土樓板的生產(chǎn)專利?；炷良夹g自誕生后 ， 發(fā)展十分迅速： 1928年 ， 法國學者 提出了采用預應力混凝土結構技術。 1965 美國開始使用高性能混凝土。 1964 年 ， 使用高效減水劑配制的高強度混凝土首先在日本興起。 1990 年以后 ， 美國和加拿大的工地上已能獲得 60～ 100MPa, 最高可達120MPa 的混凝土。在實驗室中 ， 混凝土的抗壓強度甚至可以達到 300MPa 的。高強度混凝土的應用在我國越來越 普遍 ， 很多單位也已準備強度等級 C80、 C100高強度混凝土 ， 并用于實際的項目 ， 實驗室已經(jīng)配制出了 200MPa 以上的高強度混凝土。經(jīng)過一個多世紀的發(fā)展 ， 土建混凝土已成為最重要的結構材料 ， 廣泛適用于建筑、交通運輸、水利、能源等行業(yè)。 然而 ， 鑒于高強度混凝土在實際應用中的情況分析 ， 混凝土的質量劣化的問題也逐漸暴露 ， 這不僅造成巨大的經(jīng)濟損失 ， 甚至因為結構提前失效而造成了重大的交通事故。宗此種種原因 ， 在 20 世紀 80 年代末的先進工業(yè)國家爭先恐后地投入巨資 ， 致力于研究和開發(fā)的高性能混凝土。近年來 ， 高性能混凝土的在過去的大 發(fā)展 ， 從傳統(tǒng)的 C20， C30， 到今天普遍的 C50， C60， 甚至達 C100， C200。根據(jù)文獻 ， 國外水泥在實驗室條件下的抗壓強度高達 662MPa， 彎曲強度可達。在我國 ， 高性能混凝土也得到了快速發(fā)展 ， 從 20 世紀 90 年代初掀起了高潮高性能混凝土。 、高性能混凝土相較普通混凝土的高性能 耐久性 河北工業(yè)大學碩士學位論文 3 高效減水劑和礦物質超細粉的配合使用 ， 能夠有效的減少用水量 ， 減少混凝土內部的空隙 ， 能夠使混凝土結構安全可靠地工作 50 ～ 100 年以上 ， 是高性能混凝土應用的主要目的。 工作性 坍落度是評價混凝 土工作性的主要指標 ， 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 ，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。 力學性能 由于混凝土是一種非均質材料 ， 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 ， 改善界面結構 ， 提高混凝土的密實度 ， 提高強度。 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具有較低的水化熱 ， 硬化后期具有較小的收縮變形。 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構的維修費用 ， 延長結構的使用壽命 ，收到良好的經(jīng)濟效益 。高性能混凝土的高強度可以減少構件尺寸 ， 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 。前蘇聯(lián)學者研究發(fā)現(xiàn)用 C110 ～ C137 的高性能混凝土替代 C40 ～ C60 的混凝土 ， 可以節(jié)約 15% ～ 25% 的鋼材和 30% ～ 70%的水泥。雖然 HPC 本身的價格偏高 ， 但是其優(yōu)異的性能使其具有了良好的經(jīng)濟性。概括起來說 ， 高性能混凝土就是能更好地滿足結構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構的使用年限 ， 降低工程造價。 、高性能混凝土的耐久性 高性能混凝土近些年來已將耐久性作為其首要設計指標，這種混凝土有可能為基礎設施工程提供 100 年以上的使用壽命。 高性能混凝土 的耐久 性 是普通混凝土的 310 倍。 作為一種現(xiàn)代混凝土 ,高性能混凝土在配制上的特點是低水膠比，選用優(yōu)質原材料，并除水泥、水和集料外 ,必須摻加足夠數(shù)量的礦物細摻料和高效外加劑。 高性能混凝土技術的研究及應用 4 目前國內外有關高強高性能混凝土發(fā)展趨勢有以下幾個方面高強度和超高強度，高工作性，高耐久性，高體積穩(wěn)定特性，有效利用工業(yè)廢渣，低水泥用量，將高強高性能混凝土納入標準規(guī)范中。 本文結合高性能混凝土在橋梁工程中的試驗，進一步討論了高性能混凝土耐久性的各項影響因素。高性能混凝土的高耐久性可增加對惡劣環(huán)境的抵御能力 , 延長的使用壽命 , 減少維修費用及對 環(huán)境帶來的影響 , 是最好的節(jié)材措施之一 , 具有顯著的社會和經(jīng)濟效益。 混凝土的耐久性即抵抗劣化的能力，主要包括：抗?jié)B性、抗侵蝕性、抗凍性、耐磨性、抗碳化性、抗堿－骨料反映等 ， 對于一些工程的特殊部位 ,控制結構設計的不是混凝土的強度 ,而是耐久性。能夠使混凝土結構安全可靠地工作 100 年以上 ,是高性能混凝土應用的主要目的。 要提高混凝土的耐久性，必須降低混凝土的孔隙率，特別是毛細管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果純粹的降低用水量，混凝土的工作性將隨之降低，又會導致?lián)v實成型工作困難，同樣造成混凝土 結構不致密，甚至出現(xiàn)蜂窩等宏觀缺陷，不但混凝土強度降低，而且混凝土的耐久性也同時降低。目前減少孔隙率的途徑往往是摻入高效減水劑。 、 摻入高效減水劑 在保證混凝土拌和物所需流動性的同時，盡可能降低用水量，減小水灰比，使混凝土的總孔隙，特別是毛細管孔隙率大幅度降低。 水泥在加水攪拌后，會產(chǎn)生一種絮凝狀結構。在這些絮凝狀結構中，包裹著許多拌和水，從而降低了新拌混凝土的工作性。施工中為了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必須在拌和時相應地增加用水量，這樣就會促使水泥石結構中形成過多的孔隙。當加入減水劑后， 減水劑的定向排列，使水泥質點表面均帶有相同電荷。在電性斥力的作用下，不但使水泥體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，還在水泥顆粒表面形成一層溶劑化水膜，同時使水泥絮凝狀的絮凝體內的游離水釋放出來，因而達到減水的目的。 、 摻入高效活性礦物摻料 普通水泥混凝土的水泥石中水化物穩(wěn)定性的不足，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中摻入活性礦物的目的，在于改善混凝土中水泥石的膠凝物質的組成?；钚缘V物摻料 (礦渣、粉煤灰等 )中含有大量活性 SiO2 及活性Al2O3，它們能和水泥水化過程中產(chǎn)生的游離石灰及高堿性水 化矽酸鈣產(chǎn)生二次反應，生成強度更高，穩(wěn)定性更優(yōu)的低堿性水化矽酸鈣，從而達到改善水化膠凝物質的組成，消除游離石灰的目的。有些超細礦物摻料，其平均粒徑小于水泥粒 河北工業(yè)大學碩士學位論文 5 子的平均粒徑，能填充于水泥粒子之間的空隙中，使水泥石結構更為致密，并阻斷可能形成的滲透路。 、大幅提高 混凝土的強度 和耐久性 盡管強度與耐久性是不同概念，但又密切相關，它們之間的本質聯(lián)系是基于混凝土的內部結構，都與水灰比這個因素直接相關。在混凝土能充分密實條件下，隨著水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的強度不斷提高，與此同時，隨著孔隙率 降低，混凝土的抗?jié)B性提高，因而各種耐久性指標也隨之提高。在現(xiàn)代的高性能混凝土中，除摻入高效減水劑外，還摻入了活性礦物材料，它們不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游離氧化鈣的含量。在大幅度提高混凝土強度的同時，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。 對 高性能 混凝土來說 ,混凝土本體的抗裂性是首要考慮因素 ,基于對水化熱和體積穩(wěn)定性的考慮決定了應積極選擇粉煤灰和磨細礦粉作為輔助膠凝材料 ,并選擇適應施工的兼有低收縮、早強、緩凝性能的聚羧酸系高性能外加劑配制混凝土成為關鍵技術措施。 目前，我國的基礎設施建設工程規(guī)模 宏大，每年高達 2 萬億元人民幣以上，約 3050 年后，這些工程也將進入維修期，所需的維修費或重建費將更為巨大。作為 21 世紀的高性能混凝土，更要從提高混凝土耐久性入手，以降低巨額的維修和重建費用 ，具有重要的理論意義和工程實用價值。 高性能混凝土技術的研究及應用 6 第二章 主要試驗項目及過程 碎石篩分試驗 、主要試驗步驟： 干篩法：按篩孔大小順序進行篩分，稱取每個篩上的篩余量，準確至總質量的 ％。 水洗法：用 或 篩及 篩組成套篩進行水洗，按干篩方法篩分出 篩以上各篩的篩余量。 、計算 干篩法： 50 ( im m m m? ? ?? 底 ） (21) ? ?39。 05( ) 10 0iip m m m? ? ? (22) 式中： 5m —— 由于篩分造成的損耗 (g) 0m —— 用于干篩的干燥集料總質量 (g) im —— 各號篩上的分計篩余 (g) i—— 依次為 、 ……至集料最大粒徑的排序 m底 —— 篩底（ 以下部分）集料總質量 p39。i—— 各號篩上的分計篩余百分率 (%) 水篩法： 3 4m m m?? (23) 河北工業(yè)大學碩士學位論文 7 ? ?0 .0 7 5 0 .0 7 5 3 100P m m?? (24) ? ?5 3 0 .0 7 5im m m m? ? ?? (25) 式中： —— 粗集料中小于 的含量（通過率）（％） —— 粗集料中水洗得到的小于 部分的質量 (g) 3m —— 用于水洗的干燥粗集料總質 量 (g) 4m —— 水洗后的干燥粗集料總質量 (g) 5m —— 由于篩分造成的損耗 (g) im —— 各號篩上的分計篩余 (g) i—— 依次為 、 ……至集料最大粒徑的排序 粗集料含泥量及泥塊含量試驗 、試驗器材 臺 秤： 感量不大于稱量的 1％ 標準篩： 孔徑為 、 方孔篩各一只；測泥塊含量時，則用 及 的方孔 篩各一只。 容 器：容積約 10L 的筒或搪瓷盤、烘箱、淺盤、毛刷等 、計算 ? ?n 0 1 0100Q m m m? ? ? (26) 式中： Qn——碎石或礫石的含泥量，％ 1m ——試驗前烘干試驗試樣質量， g 0m ——試驗后烘干試驗試樣質量， g 以上兩個試樣試驗結果的算術平均值作為測定值，準確至 ％。 高性能混凝土技術的研究及應用 8 粗集料壓碎值試驗 、主要試驗步驟 （ 1）取 ～ 的試樣 3g。 （ 2）將試樣分三份倒入試筒，整平；將試筒和壓柱一起放在壓力機上，加荷。當達到總荷載 400kN 后，穩(wěn)壓 5s，然后卸荷。 （ 3）稱取通過 篩孔的全部細料質量（ 1m ）。 、計算 39。 10100aQ m m?? （ 27） 式中： 39。aQ ——石料壓碎值，％ 1m ——試驗后通過篩孔的試樣質量， g 0m ——試驗前試樣的質量， g 以三次平行試驗結果的算術平均值作為壓碎指標的測定值。 粗集料針片狀含量試驗 按下表規(guī)定的粒級用規(guī)準儀對試樣進行鑒定，判斷針狀或片狀。、 表 篩分質量評定表 公 稱最大顆粒（ mm） 16 19 試樣最小質量（ Kg） 1 2 3 5 10 稱量由各粒級挑出的片狀和針狀的總質量。 計算碎石或礫石中片狀、針狀的含量： 10100eQ m m?? （ 28） 式中： Qe——試樣片狀、針狀的含量 ,% 1m ——試樣中片狀和針狀的總質量， g