【文章內(nèi)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(zhì)的混凝土。在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù) ， 選用優(yōu)質(zhì)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(shù)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(jié)構(gòu)的誕生奠定了基礎(chǔ)。 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(jié)構(gòu)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(shù)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(jié)構(gòu)技術(shù)。 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(jié)構(gòu)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(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 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(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。 力學性能 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(jié)構(gòu)的維修費用 ， 延長結(jié)構(gòu)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(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 。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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(shè)計指標，這種混凝土有可能為基礎(chǔ)設(shè)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(zhì)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(shù)的研究及應用 4 目前國內(nèi)外有關(guān)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(jié)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(jié)構(gòu)設(shè)計的不是混凝土的強度 ,而是耐久性。能夠使混凝土結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)。在這些絮凝狀結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)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(zhì)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(nèi)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(zhì)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(zhì)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(jié)構(gòu)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(guān)，它們之間的本質(zhì)聯(lián)系是基于混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，都與水灰比這個因素直接相關(guān)。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(guān)鍵技術(shù)措施。 目前，我國的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)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(shù)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(zhì)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(zhì)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(zhì)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(zhì)量 (g) 3m —— 用于水洗的干燥粗集料總質(zhì) 量 (g) 4m —— 水洗后的干燥粗集料總質(zhì)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(zhì)量， g 0m ——試驗后烘干試驗試樣質(zhì)量， g 以上兩個試樣試驗結(jié)果的算術(shù)平均值作為測定值，準確至 ％。 高性能混凝土技術(shù)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(zhì)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(zhì)量， g 0m ——試驗前試樣的質(zhì)量， g 以三次平行試驗結(jié)果的算術(shù)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(zhì)量評定表 公 稱最大顆粒（ mm） 16 19 試樣最小質(zhì)量（ Kg） 1 2 3 5 10 稱量由各粒級挑出的片狀和針狀的總質(zhì)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(zhì)量， g