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土木工程高性能混凝土的研究與發(fā)展狀況(編輯修改稿)

2025-01-12 09:41 本頁面
 

【文章內容簡介】 高性能混凝土原材料及其選用 。 細集料宜選用質地堅 硬、潔凈、級配良好的天然中、粗河砂 ,其質量要求應符合普通混凝土用砂石標準中的規(guī)定。砂的粗細程度對混凝土強度有明顯的影響 ,一般情況下 ,砂子越粗 ,混凝土的強度越高。配制 C50~ C80的混凝土用砂宜選用細度模數大于 ,對于 C80~ C100的混凝土用砂宜選用細度模數大于 。 。 高性能混凝土必須選用強度高、吸水率低、級配良好的粗集料。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質砂巖、石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖碎石 ,級配符合規(guī)范要求。由于高性能混凝土要求強度較高 ,就必須使粗集料具有足夠 高的強度 ,一般粗集料強度應為混凝土強度的 115倍~ 210倍或控制壓碎指標值> 10﹪。最大粒徑不應大于 25mm,以 10mm~ 20mm為佳 ,這是因為 ,較小粒徑的粗集料 ,其內部產生缺陷的幾率減小 ,與砂漿的粘結面積增大 ,且界面受力較均 勻。另外 ,粗集料還應注意集料的粒型、級配和巖石種類 ,一般采取連續(xù)級配 ,其中尤以級配良好、表面粗糙的石灰?guī)r碎石為最好。粗集料的線膨脹系數要盡可能小 ,這樣能大大減小溫度應力 ,從而提高混凝土的體積穩(wěn)定性。 。 配制高性能混凝土時 ,摻入活性細摻合料可以使水泥漿的流動性大為改善 ,空隙得 到充分填充 ,使硬化后的水泥石強度有所提高。更重要的是 ,加入活性細摻合料改善了混凝土中水泥石與骨料的界面結構 ,使混凝土的強度、抗?jié)B性與耐久性均得到提高?;钚约殦胶狭鲜歉咝阅芑炷帘赜玫慕M成材料。在高性能混凝土中常用的活性細摻合料有硅粉 (SF)、磨細礦渣粉 (BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉 (NZ)等。粉煤灰是火電廠燃煤鍋爐排出的煙道灰 ,它能有效提高混凝土的抗?jié)B性 ,顯著改善混凝土拌合物的工作性 ,大摻量粉煤灰混凝土還對環(huán)境保護和節(jié)約資源有重要意義。配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、細度低、需水量低的優(yōu)質粉煤 灰。礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài)下迅速水淬冷卻而成的 ,用于高性能混凝土的磨細礦渣細度大于水泥 ,能提高混凝土的工作性和耐久性。硅粉是電爐法生產硅鐵合金所排放的煙道灰 ,SiO2含量大于90﹪ ,平均粒徑約 011μ m,比表面積 20210㎡ /kg,借助大劑量高效減水劑和強力攪拌作用 ,可以填充到水泥或其他摻合料的間隙中去 ,并且具有很高的活性 ,在各種摻合料中對混凝土的增強作用最為顯著 ,是國際上制備超高強混凝土最通用的超細活性摻合料。 。 由于高性能混凝土具有較高的強度 ,且一般混凝土拌合物的坍落 度較大 (15~ 20 ㎝左右 ),在低水膠比 (一般< )一般的情況下 ,要使混凝土具有較大的坍落度 ,就必須使用高效減水劑 ,且其減水率宜在 20﹪ 以上。有時為減少混凝土坍落度的損失 ,在減水劑內還宜摻有緩凝的成份。此外 ,由于高性能混凝土水膠比低 ,水泥顆粒間距小 ,能進人溶液的離子數量也少 ,因此減水劑對水泥的適應性表現更為敏感。因大部分高性能混凝土施工時采用泵送 ,故摻減水劑后混凝土拌合物的坍落度損失不能太快太大 ,否則影響泵送。 。 (1)粉煤灰 ,粉煤灰是燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細微粉末 ,又稱“飛灰” (Fly Ash),其顆粒多呈球形 ,表面光滑。大量的實踐證明 :摻用粉煤灰的混凝土 ,其長期性能可得到大幅度的改善 ,對延長構筑物的使用壽命有重要意義。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下幾個方面 :① 填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤滑層 ,產生“滾珠潤滑”效應 。②對水泥顆粒起物理分散作用 ,使其分布得更均勻 。③粉煤灰和聚集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結晶發(fā)生火山灰反應 ,生成具有膠凝性質的產物 ,加強了薄弱的過渡區(qū) ,對改善混凝土的各項性能有顯著作用 。④粉煤灰延緩了水化速度 ,減小混凝土因水化熱引起的溫升 ,對防止混凝土產生溫度裂縫十 分有利 。⑤可減小混凝土溫度開裂的危險 ,同時由于 加快了火山灰反應 ,還可提高 28d 強度。值得注意的是 ,粉煤灰的水泥取代率對強度影響顯著 ,較好的早期強度和后期強度的水泥取代率應小于 10%。當粉煤灰摻量較低時 ,只會對水泥早期水化熱有影響 ,但對 7d 齡期的水化熱幾乎沒有影響。(2)硅粉 (Silica Fume,簡寫 SF)又稱硅灰 ,是從生產硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細的煙塵。硅粉主要由非常微小、表面光滑的玻璃態(tài)球形顆粒組成,粒徑為 m~ m,是水泥粒徑的 1/50~ 1/100,一般比表面積為18500 ㎡ /kg~ 20210 ㎡ /kg,主要化學成分為二氧化硅 ,其含量在 90%以上。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥 ,結合應用減水劑 ,可使混凝土各方面的物理力學性能都得到顯著提高 ,硅粉的適宜摻量為水泥用量的 5﹪~ 10﹪ 。硅粉的加入 ,對混凝土的性能的影響主要有 :①改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性 ,提高了需水量 。②提高了混凝土的強度 ,增大了彈性模量和混凝土的干縮 。③提高了混凝土的耐久性。另外 ,在配制硅粉混凝土時必須注意 :①由于硅粉的需水量比水泥大 ,在配制硅粉混凝土時 ,一般要摻加減水劑。在選擇減水劑時 ,應使之與所用的水泥具有相容性 ,否則 ,容易影響混凝土的工作性能。同時 ,根據減水劑性能及需求的減水需求來選擇合適的摻量。②比表面積和活性 SiO2 含量是硅粉的重要指標 ,硅粉比表面積越大、活性 SiO2 含量越高 ,硅粉性能越好 ,配制硅粉混凝土需選擇具有良好性能的硅粉。③硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大 ,配制高性能混凝土時應采取補償收縮的措施 ,如摻加粉煤灰等。 (二)配合比設計控制要點 在以往的配合比設計方法中,是按混凝土的強度等級要求計算水灰比,而現在則是按耐久性的要求,首先根據環(huán)境作用等級確 定電通量指標,由此來選擇水膠比、控制膠凝材料最小用量以及摻和料的比例。由于客專隧道的襯砌和仰拱設計強度等級為 C30或 C35,一般來說,為滿足電通量要求和水膠比限值要求,混凝土的強度一般都是超強的。 在進行配合比參數設計時,為保證混凝土的耐久性,混凝土中膠凝材料總量應處在一個適宜范圍內,不僅有最低限要求,同時,對于 C30及以下混凝土,膠凝材料總量不宜高于 400kg/m3, C35~ C40不宜高于 450kg/m3。鐵路客運專線大力提倡使用粉煤灰、礦渣粉等礦物摻和料,與普通硅酸鹽水 泥一起作為膠凝材料。使用粉煤灰等礦物摻和料,并不是單純地考慮降低混凝土成本,首先是為了混凝土耐久性的需要,特別是可以有效改善混凝土抵抗化學侵蝕的能力(包括氯化物侵蝕、硫酸鹽侵蝕、堿骨料反應等)。國內外的大量研究表明,粉煤灰的摻量在 20%以上時,改善混凝土耐久性的效果較佳,更有研究資料表明,粉煤灰的最大摻量可達到 50%左右。在《鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規(guī)定》中明確規(guī)定,一般情況下,礦物摻和料摻量不宜小于膠凝材料總量的 20%,當大于 30%時,混凝土的水膠比不得大于 。 含氣量的要求也 是客運專線高性能混凝土與普通混凝土的重要區(qū)別之一。以往工程僅在有抗凍要求時才考慮適當提高混凝土的含氣量,這是對混凝土耐久性的規(guī)律認識不足的表現。實際上,混凝土中適量的引氣,不僅能改善抗凍性,同時可顯著減輕混凝土的泌水性,使水在拌合物中的懸浮狀態(tài)更加穩(wěn)定,從而提高混凝土材料的均勻性和穩(wěn)定性。因此,客運專線規(guī)定,即使配制非抗凍混凝土時,含氣量也應不小于 2%,并且作為施工質量控制的必檢項目之一。為適當提高混凝土的含氣量,并獲得較佳的減水和保塑效果,可使用新型聚羧酸鹽減水劑。 該指標是客運專線對混凝 土耐久性最重要、最具體的指標。目前我國尚無電通量試驗的國家標準,鐵路行業(yè)電通量試驗方法是以美國 ASTMC1202 快速電量測定方法為基礎制定的,其所測指標可以最大程度地區(qū)分和評價混凝土的密實度,而密實度正是影響混凝土耐久性最為關鍵的因素。以往多是以抗?jié)B性來評價混凝土的密實程度,但實踐證明,抗?jié)B試驗只適合于判定較低強度等級混凝土的密實性,當強度等級超過 C30后,抗?jié)B等級幾乎都能達到 P20以上,再往下試驗比較困難。這正是用電通量指標取代抗?jié)B標號作為混凝土耐久性控制的主要原因?;炷恋碾娡恐饕Q于水膠比,通過 大量試驗得到規(guī)律,一般水膠比小于 基本可滿足電通量小于 2021 的要求,水膠比小于 1500的要求。 (三)高性能混凝土的施工控制 。 混凝土原材料應嚴格按照施工配合比要求進行準確稱量 ,稱量最大允許偏差應符合下列規(guī)定 (按重量計 ):膠凝材料 (水泥、摻合料等 )177。 1%;外加劑177。1%;骨料177。 2%;拌合用水177。 1%。應采用臥軸式、行星式或逆流式強制攪拌機攪拌混凝土 ,采用電子計量系統(tǒng)計量原材料。攪拌時間不宜少于 2min,也不宜超過3min。炎熱季節(jié)或寒冷季節(jié)攪拌混凝土時 ,必須采取有 效措施控制原材料溫度 ,以保證混凝土的入模溫度滿足規(guī)定。 。 應采取有效措施,保證混凝土在運輸過程中保持均勻性及各項工作性能指標不發(fā)生明顯波動。應對運輸設備采取保溫隔熱措施 ,防止局部混凝土溫度 升高 (夏季 )或受凍 (冬
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