7-1高性能混凝土组成材料(精)
《高性能混凝土简介》课件
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REPORTING
运输工艺
总结词
运输工艺是连接搅拌工艺和浇注工艺的重要环节，需要保证混凝土在运输过程中 的质量稳定。
详细描述
在运输工艺中，需要选择合适的运输工具，控制运输时间和温度，避免混凝土出 现离析、泌水和硬化等质量问题。同时，还需要根据实际情况调整运输路线和运 输方式，以提高运输效率。
浇注与养护工艺
总结词
浇注与养护工艺是高性能混凝土生产中的最后环节，对混凝土的性能和使用寿命具有重 要影响。
外加剂的选择和使用应充分考虑其对混凝土其他组分的影响，以及对外界环境的影 响。
PART 03
高性能混凝土的生产工艺
REPORTING
搅拌工艺
总结词
搅拌工艺是高性能混凝土生产中的重要环节，直接影响混凝土的质量和性能。
详细描述
在搅拌工艺中，需要选择合适的搅拌设备，控制搅拌时间和投料顺序，确保混 凝土充分混合均匀，无离析现象。同时，还需要根据不同的混凝土配方和性能 要求，调整搅拌工艺参数，以满足生产需求。
案例二：某高层建筑项目
总结词
高层建筑的结构安全性和抗震性能得 到优化
详细描述
在高层建筑项目中，高性能混凝土的 应用提高了结构的强度和刚度，增强 了建筑物的抗震性能。通过合理的结 构设计，有效降低了风荷载和地震对 高层建筑的影响。
案例三：某大坝工程
总结词
大坝工程的抗冲刷和耐磨性能得到显著提高
详细描述
产生不利影响。
掺合料
掺合料是为了改善混凝土的性能 而加入的矿物材料。
高性能混凝土
高性能混凝土(High Performance Concrete，HPC)是20世纪80年代末90年代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土，它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有可能为基础设施工程提供100年以上的使用寿命。
区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受。
③. 细掺合料配制高性能混凝土时,掺入活性细掺合料可以使水泥浆的流动性大为改善,空隙得到充分填充,使硬化后的水泥石强度有所提高。
更重要的是,加入活性细掺合料改善了混凝土中水泥石与骨料的界面结构,使混凝土的强度、抗渗性与耐久性均得到提高。
活性细掺合料是高性能混凝土必用的组成材料。
在高性能混凝土中常用的活性细掺合料有硅粉(SF)、磨细矿渣粉(BFS)、粉煤灰(FA)、天然沸石粉(NZ)等。
粉煤灰是火电厂燃煤锅炉排出的烟道灰,它能有效提高混凝土的抗渗性,显著改善混凝土拌合物的工作性,大掺量粉煤灰混凝土还对环境保护和节约资源有重要意义。
配制高性能混凝土的粉煤灰宜用含碳量低、细度低、需水量低的优质粉煤灰。
矿渣是高炉炼铁排出的熔融矿渣在高温状态下迅速水淬冷却而成的,用于高性能混凝土的磨细矿渣细度大于水泥,能提高混凝土的工作性和耐久性。
硅粉是电炉法生产硅铁合金所排放的烟道灰,SiO2含量大于90﹪,平均粒径约011μm,比表面积>20000㎡/kg,借助大剂量高效减水剂和强力搅拌作用,可以填充到水泥或其他掺合料的间隙中去,并且具有很高的活性,在各种掺合料中对混凝土的增强作用最为显著,是国际上制备超高强混凝土最通用的超细活性掺合料1.高性能混凝土的性能与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下独特的性能：(1). 耐久性高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能够有效的减少用水量，减少混凝土内部的空隙，能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。
高性能混凝土的养护
如果在HPC中加入养护剂(代号为SAP,它是 一种高分子吸水材料,白色粉状颗粒,吸水性较 强)。它对高性能混凝土的作用是在混凝土新 拌合物中吸收多余水量,并且在水化过程中缓 慢释放水分供水泥水化作用。它能抑制部分自 收缩,改善高性能混凝土的脆性,减轻微裂缝的 形成,对HPC的耐久性和强度无不良影响,有利 于高性能混凝土自养护的实现。由于SAP的保 水作用在科研实践上得到了大部分的验证,它 极有可能在工程中得到广泛地应用。养护剂养 护极有可能成为HPC最广泛的一种养护方法。
主讲人：赵文经
高性能混凝土的养护
一、引言
在过去的50年里,普通混凝土在养护方面 没有很大的变化。近年来,随着高性能混凝土 (HPC)的出现和推广使用,不同的养护条件对 HPC的性能有较大的影响,普通混凝土的养护方 法不可能完全适宜高性能混凝土。与普通混凝 土相比,HPC对养护条件更加敏感,特别在早期。
二、高性能混凝土的组成结构特点
1、组成材料多 高性能混凝土是大组分混凝土,即在普通 混凝土四组分基础上增加化学外加剂和超细粉 矿物掺合料,由于上述二组分的超叠加效应,使 HPC与普通混凝土相比产生了质的飞跃。 2、水胶比低 普通混凝土与HPC在耐久性和强度方面的 本质区别在于二者的水胶比不同,其分界线为 水泥的理论水胶比0·38。
⑵养护剂保水养护
首先,在中国西部或沙漠地带,水资源缺乏, 水养护比较困难。其次,高性能混凝土由于结 构致密,孔隙率低,外界水分很难渗入其内部, 必须采取有效的养护方法。在水中养护的普通 混凝土,由于水易渗入混凝土中,使混凝土中相 对湿度接近于100%。然而,在水中养护两年的 高性能混凝土,水分只能渗入到表层较小的范 围,混凝土表层的相对湿度接近100%,但HPC内 层的相对湿度依然很小,其内层混凝土的相对 湿度值明显低于表层混凝土的值,且两者之间 的差别随着水灰比降低,特别是硅灰的掺入而 显著增大,这清楚表明,自干燥仍然在内层HPC 中存在。因此,即使处在水中的HPC,其自干燥 也应引起重视。
高性能混凝土
2、绿色高性能混凝土
特征: 特征
a) 砂石料的开采应十分有次序,不应过分破坏环境; b) 应更多地节约熟料水泥,减少环境污染,同时提高 混凝土的性能; c) 更大地发挥高性能的优势,减少水泥和混凝土的 用量; d) 将高性能混凝土的极限降到C30 ,扩大绿色高性 能混凝土的应用范围如用于大体积水工建筑中; e) 集中搅拌和大力发展商品混凝土,减少现场搅拌 混凝土所产生的废料,粉尘,废水和噪音。
2. 砂 ◇ 高性能混凝土要用中粗砂，细度模数大于 2.6。细度模数为3.0时，工作性最好，抗压强度 最高。 ◇ 0.63mm 筛的累计筛余大于70%， 0.315mm筛的累计筛余为85%~95%，0.15mm筛 的累计筛余大于98%。 ◇ 严格控制云母和泥土的含量。砂的含泥量 应小于1.5%。 ◇ 选用低碱活性砂
三、脆性较为严重
解决办法：
在RPC中掺入钢纤维或用钢管对RPC施加侧向 约束,可使RPC的极限应变达到普通混凝土的2～3 倍,有效地解决了高强混凝土脆性严重的问题,尤 其是钢管约束的方法,必要时还可以施加沿钢管轴 线方向的预应力,不仅效果好,而且价格低廉,非常 适合在工程实践中推广应用。
高性能混凝土的应用： 高性能混凝土的应用：
高性能混凝土
挪威学者在1986 年首度提出高性能混凝 土的概念并进行研究。 20世纪80年代，美国国家材料委员会提 出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能 的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。 1990年5月，在美国马里兰州Gaithersburg 城由 NIST 和 ACI 主办了第一次关于 HPC的国际研讨会，会议首次提出关于高性 能混凝土的定义。
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高性能混凝土的发展前景： 高性能混凝土的发展前景：
高性能混凝土
高性能混凝土（HPC）的发展及应用摘要：高性能混凝土是一种具有高强度、高耐久性与高工作性的混凝土，本文主要分析了HPC的组成材料及特性，同时介绍了在工程中的实际应用，并结合目前的研究和应用现状论述丁其应用前景。
关键词：高性能混凝土；材料；应用；发展前景1．前言自从1984年波特兰水泥问世以来，随着水泥与混凝土的生产技术迅速发展，混凝土目前已成为世界上用量最大的人造建筑材料。
由于学术界普遍认为强度是衡量混凝土性能的最主要的指标，所以长期以来许多研究都是围绕着如何提高强度来做的。
然而，“高强”只是混凝土性能的一个方面，大量工程实践表明，目前大约80%的混凝土结构裂缝或破坏并非由于其承载力不足，而是在未达到设计年限就因为混凝土材料在环境温度变化的影响下耐久性较差导致结构产生裂缝或破坏。
高性能混凝土（High Performance Concrete简称HPC）则是在高强混凝土的基础上发展起来的，同时考虑了混凝土的强度和耐久性问题，目前在HPC 研究方面，主要以耐久性为主，强度做修正。
据蒋家奋考证，是挪威学者首先提出HPC的研究，因为挪威盛产硅灰，硅灰的掺入大大提高了混凝土的强度、抗渗性、抗氯离子扩散性，从而提高耐久性。
在国际上，各个国家都相继投入大量的财力、物力、人力致力于HPC的应用和研究，我国主要是从20世纪90年代开始引入HPC的概念，已经成功地应用在了许多工程中。
2. HPC的定义及其特性2.1 HPC的定义[1-2]1990年5月，在美国国家标准与技术研究所（AIST）和美国混凝土协会（ACI）主板的第一届高性能混凝土会议上，首次提出了高性能混凝土（HPC）的概念。
HPC被定义为具有所有性能和均质性的混凝土，这些性能包括：易于浇注、捣实而不离析；高强的、能长期保持力学性能；早期强度高、人性高和体积稳定好；在恶劣的使用条件下寿命长。
即HPC要求高强度、高流动性与优异的耐久性。
但是究竟什么是高性能混凝土，学术界至今还没有一个公认的定义，由于各个学者的认识、实践、应用范围和目的等的差异，不同的国家甚至同一个国家的不同的学者都有不同的定义和理解。
建筑材料课件：高性能混凝土的研究与应用
主要组成材料和配合比
水泥
使用高品质水泥可以提高混凝土的强度和耐 久性。
粗骨料
粗骨料可以提供混凝土的强度和稳定性。
细骨料
细骨料的选择和搭配对混凝土的性能至关重 要。
掺合料
掺合料的使用可以改善混凝土的工作性能和 耐久性。
高性能混凝土的制备工艺
高性能混凝土的制备工艺包括材料搭配、混凝土搅拌和浇筑，以及养护过程。精确的工艺可以确保高性 能混凝土的质量和性能。
高性能混凝土的施工应用
1
地下结构
高性能混凝土在地下结构中的应用可
桥梁
2
以提供更好的抗渗透性和耐久性。
高性能混凝土在桥梁结构中的应用可
以提供更高的强度和耐久性。
3
高层建筑
高性能混凝土可以用于高层建筑的结 构组件，提供更好的抗震性和耐久性。
高性能混凝土在特殊工程中的应用
高性能混凝土在特殊工程中的应用包括海洋工程、核能工程、航天工程等领域，以满足特殊的结构和性 能要求。
高性能混凝土的物理和力学性 能分析
高性能混凝土的物理和力学性能分析包括抗压强度、抗拉强度、弹性模量、 破坏韧性等指标的测试和评估，以确定其性能是否符合设计要求。
高性能混凝土的耐久性能研究
高性能混凝土的耐久性能研究包括抗渗透性、抗化学侵蚀、耐久性等方面的评估，以确保其在不同环境 下的长期使用性能。
高性能混凝土的研究与应 用
高性能混凝土是指具有良好的耐久性、多功能性和可持续性的一种特殊混凝 土。本课件将探讨高性能混凝土的特性、制备工艺和应用领域。
什么是高性能混凝土？
高性能混凝土是一种具有优异力学性能和耐久性的混凝土，通常通过优化材 料配比和制备工艺来实现。
高性能混凝土的特性和优点
普通混凝土的基本组成材料
普通混凝土的基本组成材料：水泥浆（水泥、水）、骨料（砂子、石子）适量的掺合剂和外加剂。
1.水泥浆：1.润滑作用——与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性 3.胶结作用——包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体2砂：砂按其产源可分天然砂、人工砂。
由自然条件作用而形成的，粒径在5mm 以下的岩石颗粒，称为天然砂。
天然砂可为河砂、湖砂、海砂和山砂。
人工砂又分机制砂、混合砂。
人工砂为经除土处理的机制砂、混合砂的统称。
机制砂是由机械破碎、筛分制成的，粒径小于4.75mm的岩石颗粒，但不包括软质岩、风化岩石的颗粒。
混合砂是由机制砂和天然砂混合制成的砂。
按砂的粒径可分为粗砂、中砂和细砂，目前是以细度模数来划分粗砂、中砂和细砂，习惯上仍用平均粒径来区分3骨料：普通混凝土所用的石子可分为碎石和卵石。
由天然岩石或卵石经破碎、筛分而得的粒径大于5mm的岩石颗粒，称为碎石；由自然条件作用而形成的粒径大于5mm的岩石颗粒，称为卵石作用：1.廉价的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架 2.减小收缩，抑制裂缝的扩展3.传力作用4.降低水化热5.提供耐磨性4水：一般符合国家标准的生活饮用水，可直接用于拌制各种混凝土。
地表水和地下水首次使用前，应按有关标准进行检验后方可使用。
海水可用于拌制素混凝土，但不得用于拌制钢筋混凝土和预应力混凝土。
有饰面要求的混凝土也不应用海水拌制。
作用：1.混凝土中的拌和水有两个作用:2.供水泥的水化反应3.赋予混凝土的和易性5.剩余水留在混凝土的孔（空）隙中5.使混凝土中产生孔隙6.对防止塑性收缩裂缝与和易性有利7.对渗透性、强度和耐久性不利5.矿物掺合料，指以氧化硅、氧化铝为主要成分，在混凝土中可以代替部分水泥、改善混凝土性能，且掺量不小于5%的具有火山灰活性的粉体材料。
矿物掺合料是混凝土的主要组成材料，它起着根本改变传统混凝土性能的作用。
在高性能混凝土中加入较大量的磨细矿物掺合料，可以起到降低温升，改善工作性，增进后期强度，改善混凝土内部结构，提高耐久性，节约资源等作用。
高强高性能混凝土技术
高强高性能混凝土技术2.2.1 技术内容高强高性能混凝土（简称HS-HPC）是具有较高的强度（一般强度等级不低于C60）且具有高工作性、高体积稳定性和高耐久性的混凝土（“四高”混凝土），属于高性能混凝土（HPC）的一个类别。
其特点是不仅具有更高的强度且具有良好的耐久性，多用于超高层建筑底层柱、墙和大跨度梁，可以减小构件截面尺寸增大使用面积和空间，并达到更高的耐久性。
超高性能混凝土（UHPC）是一种超高强（抗压强度可达150MPa以上）、高韧性（抗折强度可达16MPa以上）、耐久性优异的新型超高强高性能混凝土，是一种组成材料颗粒的级配达到最佳的水泥基复合材料。
用其制作的结构构件不仅截面尺寸小，而且单位强度消耗的水泥、砂、石等资源少，具有良好的环境效应。
HS-HPC的水胶比一般不大于0.34，胶凝材料用量一般3，硅灰掺量不宜大于10%，其他优质矿物为480～600kg/m掺合料掺量宜为25%～40%，砂率宜为35%~42%，宜采用聚羧酸系高性能减水剂。
UHPC的水胶比一般不大于0.22，胶凝材料用量一般为3。
超高性能混凝土宜掺加高强微细钢纤维，1000kg/m～700，体积掺量不宜小于2000MPa钢纤维的抗拉强度不宜小于1.0%，宜采用聚羧酸系高性能减水剂。
2.2.2 技术指标（1）工作性新拌HS-HPC最主要的特点是粘度大，为降低混凝土的粘性，宜掺入能够降低混凝土粘性且对混凝土强度无负面影响的外加剂，如降粘型外加剂、降粘增强剂等。
UHPC的水胶比更低，粘性更大，宜掺入能降低混凝土粘性的功能型外加剂，如降粘增强剂等。
混凝土拌合物的技术指标主要是坍落度、扩展度和倒坍落度筒混凝土流下时间（简称倒筒时间）等。
对于HS-HPC，混凝土坍落度不宜小于220mm，扩展度不宜小于500mm，倒置坍落度筒排空时间宜为5~20s，混凝土经时损失不宜大于30mm/h。
≥1.15f计算；HS-HPC的配制强度可按公式f（2）cu,kcu,0≥1.1f计算；f UHPC的配制强度可按公式cu,kcu,0（3）HS-HPC 及UHPC因其内部结构密实，孔结构更加合理，通常具有更好的耐久性，为满足抗硫酸盐腐蚀性，宜掺加优质的掺合料，或选择低CA含量（＜8％）的水泥。
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④化学性能要好。首先应是无碱活性骨料, 避免高强 高性能混凝土发生碱- 骨料反应; 其次要不含泥块, 含 泥量< 1.0%;再次应不含有机物、硫化物和硫酸盐等 杂质。
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3 细骨料
高强高性能混凝土的细骨料宜优先选用细度模 数为2.7~3.1 中等偏粗的天然河砂, 最佳砂率为 35%~45%, 含泥量不应大于1.5%, 当配制C70 以上 混凝土, 含泥量不应大于1.0%。砂率, 是高强高性能 混凝土配合比设计中一个很重要的参数。
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②物理性能要好。骨料的表观密度和堆积密度要大, 吸水率要低, 表面要粗糙, 粒形要好, 宜方正。通常要 求表观密度>2650kg/m3, 堆积密度≥1450kg/m3。这样 可以降低骨料空隙率,减少水泥浆用量, 提高流动性、 耐久性和强度。要求吸水率<1.0%, 以保证骨料致密, 稳定性好。含泥量不应大于1.0%, 对强度等级大于 C100 的混凝土, 含泥量不应大于0.5%。
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③力学性能要好。不能含软弱颗粒的骨料或风化骨料。 混凝土的弹性模量与骨料的弹性模量有以下关系: y=2.5+0.2x( 初始弹模, 其中y 为混凝土弹性模量, x 为 骨料弹性模量) 。由此可见, 骨料的弹性模量越大, 混 凝土的弹性模量也相应增大, 故要选择弹性模量大的 骨料。
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7-1 高性能混凝土组成材料
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一、 高性能混凝土概述
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①级配要好, 粒径要适中。在同样的流动性要求下, 空 隙率越低, 水泥浆的用量就越少, 混凝土的自收缩变形、 水化热就越低, 体积稳定性、强度耐久性就越好。针 片状颗粒含量直接决定混凝土的体积稳定性, 针片状 颗粒含量越大, 混凝土早期膨胀和收缩也越大, 直接导 致混凝土耐久性的下降, 所以应严格控制集料中针片 状颗粒的含量。一般针片状含量不宜大于5%。最大 骨料粒径一般不宜大于25mm, 对强度等级大于C80 的 混凝土, 最大粒径不宜大于20mm。因此混凝土用骨料, 既要求级配合理( 空隙率要小) , 也要粗细、大小适中。
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普通混凝土在满足强度等性能要求后, 砂率宜尽量 低, 因为当水泥浆量一定时, 砂率在混凝土中的最主 要作用是影响新拌混凝土的和易性。由于高强高性 能混凝土的用水量较低, 砂浆量要通过增加砂率来 补充, 所以砂率宜适当增加。影响砂率的因素除了 其自身的细度模数与级配外, 还与胶凝材料用量、 粗骨料粒径以及施工工艺有关。
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优化这些因子, 可以获得更适宜的流动性。高强高 性能混凝土还具有强度高的特点, 为了提高混凝土的 强度, 可通过提高水泥的活性, 也就是增加C- S- H 的 生成量。方法是在水泥熟料烧制时, 在高温烧制过程 中急冷, 使熟料中的3CaO· SiO2 及2 CaO· SiO2 固溶体 产生高温变态, 溶化微量成分, 增加其活性; 降低C3A、 钙矾石的含量, 使低硫酸铁水化物及Ca(OH)2 的生成 量降低。硅酸二钙含量高的水泥, 在低水胶比下, 水化 热低, 强度发展好。
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为了获得高性能混凝土, 对水泥性能的要求, 除了确保最低限度的流动性之外, 还要求水泥在 低的水胶比下, 能促进水泥的水化反应, 使水泥石 的结构密实。
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2 粗骨料
一般情况下, 一个建筑物的设计使用年限都不低于50 年,有的甚至达到100 年, 因此混凝土的耐久性必须超过 50 年。按照这样的目标, 高强高性能混凝土粗骨料的 选择必须考虑到下述问题。
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高强高性能混凝土具有低水胶比的特点, 为了确 保其流动性, 必须掺入高效减水剂, 但必须选择适宜低 水胶比特性的水泥。一方面要考虑水泥的细度及粒子 的组成, 另一方面要考虑加水后的早期水化。水泥粒 子群的比表面积、粒子形状、密度及粒子之间的级配 ( 互相填充) 等, 对浆体的流动性影响很大。比表面积 小, 粒子形状接近球状, 比重大, 填充性好, 流动性就大。
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二、 组成材料
为了获得符合工程要求的高强高性能混凝土, 通常需要在普通混凝土的四大组分( 即水泥、砂、 石、水这四大组分) 基础上, 掺加高效减水剂和各 种超细矿物掺合料, 作为第五、第六组分。
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1 水泥
配制高强高性能混凝土用的水泥宜选用52.5 级 或更高标号的硅酸盐或普通硅酸盐水泥。强度等级 选择一般为:C50~C80 混凝土宜用强度等级42.5; C80 以上应选用更高强度等级的水泥。配制高强高性能 混凝土的水泥用量较多, 一般在400kg/m3~550kg/m3 之间, 但不宜过多, 否则会增加混凝土的发热量, 导致 混凝土的开裂。因此为获得高强度混凝土, 不能单靠 增加水泥用量, 这时可通过掺加硅粉等矿物掺合料来 提高混凝土的强度, 但水泥和矿物掺合料的总量不应 大于600kg/m3。
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4水
高强高性能混凝土对水的质量要求与普通混凝 土一样, 应符合《混凝土拌和物用水标准》 ( JGJ63) 要求, 用自来水即可。
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对于碎石和卵石混凝土, 其选择范围通常分别为 0.34~0.42、0.26~0.36。有研究表明, 随着砂率的降 低, 混凝土的早期自收缩逐渐减少, 这是由于砂率的 降低减少了用水量, 在密封的条件下, 可为水泥水化 提供更多的水分, 从而使毛细孔中暂时不会产生凹 液面, 也不会产生拉应力, 反而使混凝土出现了一定 程度的湿胀。因此粗骨料体积用量对混凝土早期自 收缩影响显著, 一般情况下高性能混凝土的自收缩 均随集料体积含量的增加而减小, 并且同配比的混 凝土其自收缩随集料弹性模量的增加而减少。