【正文】 我國建筑向高層化、大型化、現(xiàn)代化的發(fā)展， HPC 必將成為新世紀的重要建筑工程材料。 高耐久性能 .................................................................................. 錯誤 !未定義書簽。 ~ 1 ~ 第一章 引 言 從 1824 年波特蘭水泥發(fā)明開始，混凝土材料至今已有 100 多年的歷史，以水泥為膠結(jié) 材的混凝土也取得了具大的發(fā)展， 由普通混凝土向高性能混凝土發(fā)展。據(jù)統(tǒng)計，當今我國每年混凝土用量約 109m3，并且隨著我國近年來工業(yè)化、城市化進程的加快，其用量將繼續(xù)快速增長?；炷聊芊耖L期作為最主要的 建筑結(jié)構(gòu)材料，其本身必須具有高強度、高工作性、高耐久性等性能 ，因此高性能混凝土是現(xiàn)代混凝土技術(shù)發(fā)展的必然結(jié)果，是混凝土的發(fā)展方向。區(qū)別于傳統(tǒng)混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高強度和高體積穩(wěn)定性等許多優(yōu)良特性，被認為是目前全世界性能最為全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特別是在橋梁、高層建筑、海港建筑等工程中顯示出其獨特的優(yōu)越性，在工程安全使用期、經(jīng)濟合理性、環(huán)境條件的適 應(yīng)性等方面產(chǎn)生了明顯的效益，因此被各國學者所接受，被認為是今后混凝土技術(shù)的發(fā)展方向。處在惡劣環(huán)境下既有建筑不斷劣化、退化導致過早失效、退役甚至出現(xiàn)惡性事故造成巨大損失的嚴重后果 。這就要求混凝土不斷提高以耐久性為重點的各項性能 , 多使用天然材料及工業(yè)廢渣保護環(huán)境 , 走可持續(xù)發(fā)展的道路 , 高性能混凝土 就是在這種背景下出現(xiàn)并逐步完善與發(fā)展的。傳統(tǒng)混凝土的原材料都來自天然資源。盡管與鋼材、鋁材、塑料等其它建 ~ 2 ~ 筑材料相比，生產(chǎn) 混 凝土所消耗的能源和造成的污染相對較小或小得多，混凝土本身也是 一種潔凈材料，但由于它的用量龐大，過度開采礦石和砂、石骨料已在不少 地方造成資源破壞并嚴重影響環(huán)境和天然景觀。另一方面，由于混凝土過早劣化，如何處置費舊工程拆除后的混凝土垃圾也給環(huán)境帶來威脅。耐久和高強都意味著節(jié)約資源。 研究現(xiàn)狀 及發(fā)展方向 針對 混凝土的過早劣化，發(fā)達國家在 20 世紀 80 年代中期掀起了一個以改善混凝土材 料 耐久性為 主要目標的“高性能混凝土”開發(fā)研究的高潮，并得到了各國政府的重視。進入 20 世紀 90 后代以后，混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計方法成為土木工程領(lǐng)域中的研究重點。目前，高性能混凝土的發(fā)展有 以下幾個方向： (1)綠色高性能混凝土 水泥混凝土是當代最 大宗的人造材料，對資源、能源的消耗和對環(huán)境的破壞 十分巨大，與可持續(xù)發(fā)展的要求背道而馳。而且，節(jié)約水泥，減少環(huán)境污染，成為綠色高性能混凝土的代表性材料。 (3)智能混凝土 智能混凝土 是在混凝土原有的組分基礎(chǔ)上復(fù)合智能型組分，使混凝土材料具有自感知、自適應(yīng)、自修復(fù)特性的多功能材料，對環(huán)境變化具有感知和控制的功能。 2 高性能混凝土的性能 研究 和應(yīng)用分析 高性能混凝土 的概念 高性能混凝土 是近 20余年發(fā)展起來的一種新型混凝土。雖然在不同的國家，不同的學者或工程技術(shù)人員，對 HPC的理解有所不同。但是他們的基本點都是高耐久性，這方面的認識是一致的。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(yīng)用的主要目的。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。 。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。 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(yīng)具有較低的水化熱，硬化后期具有較小的收縮變形。 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。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。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。在 高性能混凝土 的施工過程中，施工人員的技術(shù)水平有限，養(yǎng)護措施不到位，使 HPC的密實性和質(zhì)量不穩(wěn)定；在 高性能混凝土 的耐久性方面，由于 高性能混凝土 微管中水分的蒸發(fā)與凝聚而產(chǎn)生的收縮，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，這對 HPC的抗碳化、抗凍融循環(huán)作用以及抗氯離子擴散等都是不利的， 高性能混凝土 的水泥 用量高，水灰比低，硬化后長期處于水中時，水分通過微管擴散到內(nèi)部，未水化的水泥粒子進一步水化，產(chǎn)生微膨脹也會使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，為各種有害介質(zhì)滲透提供通道，給氯離子侵入、堿骨料反應(yīng)的發(fā)生和鋼筋銹蝕創(chuàng)造可能；在 高性能混凝土 的設(shè)計方面，由于 高性能混凝土 的后期強度增長不及普通混凝 土，而且脆性大，需要特別注意。 3 高性能混凝土質(zhì)量 與施工 控制 高性能混凝土原材料及其選用 。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。 。宜選擇表面粗糙、外形有棱角、針片狀含量低的硬質(zhì)砂巖、石灰?guī)r、花崗巖、玄武巖碎石 ,級配符合規(guī)范要求。最大粒徑不應(yīng)大于 25mm,以 10mm～ 20mm為佳 ,這是因為 ,較小粒徑的粗集料 ,其內(nèi)部產(chǎn)生缺陷的幾率減小 ,與砂漿的粘結(jié)面積增大 ,且界面受力較均勻。粗集料的線膨脹系數(shù)要盡可能小 ,這樣能大大減小溫度應(yīng)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?；钚约殦胶狭鲜歉咝阅芑炷帘赜玫慕M成材料。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。礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài) ~ 5 ~ 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。 及緩凝劑 。有時為減少混凝土坍落度的損失 ,在減水劑內(nèi)還宜摻有緩凝的成份。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。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(chǎn)生“滾珠潤滑”效應(yīng) 。③粉煤灰和聚集在骨料顆粒周圍的氫氧化鈣結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng) ,生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)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 。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(yīng) ,還可提高 28d 強度。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。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。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 。③提高了混凝土的耐久性。在選擇減水劑時 ,應(yīng)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。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。 配合比 設(shè)計控制要點 在以往的配合比設(shè)計方法 中，是按混凝土的強度等級要求計算水灰比，而現(xiàn)在則是按耐久性的要求，首先根據(jù)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。