高性能混凝土---试验知识

第一部分 高性能砼试验知识

目 录

1高性能砼的定义 1 2高性能砼的原材料 3 2.1水泥 3 2.2粉煤灰 5 2.3细骨料 6 2.4粗骨料 9 2.5外加剂 12 2.6水 14

3高性能砼配合比的选定依据 15

3.1

砼的强度等级

15 3.2砼耐久性设计参数

15 3.3砼中氯离子

20 4砼配合比换算 20

5施工中砼的检测项目及检验批次控制 21 5.1塌落度 21 5.2含气量 21 5.3施工质量控制 21

第一部分 高性能混凝土试验知识

1 高性能混凝土的定义

高性能混凝土一词是从英文High （高级的、高科技的） Performance （履行、演出、行为） Concrete （混凝土）翻译过来的，简称(HPC)。对于高性能混凝土在不同的国家、不同学者依照各自的认识、实践、应用范围和目的的要求的差异，对高性能混凝土有不同的定义和解释。

美国国家标准与技术研究所（NIST ）与美国混凝土协会（ACI ）于1990年5月召开的讨论会上提出：高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制的，便于浇捣，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有韧性和体积稳定性能的耐久性的混凝土，特别适用于高层建筑，桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。

1992年法国Malier Y A 认为：高性能混凝土的特点在于有良好的工作性、高的强度和早期强度、工程经济性高和耐久性，特别适用于桥梁、港工、核反应堆以及高速公路等重要的混凝土建筑结构。 对于不同的工程和应用部门对于高性能混凝土也有不同的要求，会提出不同的性能指标。例如： 1.1 公路工程应满足下列要求 A 水胶比不大于0.35; B 耐久性指数大于80%

C 4h 抗压强度高于17.2Mpa,或24h 抗压强度高于34.5Mpa,或28d 抗压强度高于68.9Mpa 。 1.2 桥梁工程 A 水胶比不大于0.4; B 强度高于41.4Mpa;

C 徐变率低。

1.3 高层建筑应

要求混凝土具有高强度、高弹性模量、轻质、低徐变率、较高的工作性、早期强度与耐久性高的特性，使长期以来的建筑物安全使用期从30~50年提高到100年以上。

1.4 港工工程

要求混凝土具有高耐久性（抗腐蚀、抗冻融循环等）、高抗渗性、体积安定性好、强度与抗冲击疲劳性高。

1.5 重要水工建筑物（包括大体积混凝土工程）

对耐久性与体积稳定性有很高的要求，而对于强度和早期强度要求并不高。水工建筑常要求有很长的安全使用期。在寒冷、干热以及高速水流冲刷等条件下应用的高性能混凝土，尤其需要某些特殊性能。由于水工混凝土的工程量常较大，工作性对均匀性、工程安全性以及施工经济性有极大影响，因此对工作性有较高的要求。

综合以上论点，对高性能混凝土可以提出以下定义

高性能混凝土是一种新型高科技混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求，高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。为此，高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。

高性能混凝土不仅是对传统混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境等方面都具有重要意义，是一种环保型的新型材料，可称为“绿色混凝土”，它将为建筑工程自动化准备条件。

2 高性能混凝土的原材料

高性能混凝土使用和普通混凝土基本相同的原材料（如水泥、砂石），同时必须使用外加剂和矿物细掺料。但是由于高性能的要求和配制特点，原材料原来对普通混凝土影响不明显的因素，对高性能混凝土就可能影响显著，因此又和普通混凝土所用原材料有所不同。

2.1 水泥

一般地，对普通混凝土来说，使用旋窑水泥时，只考虑水泥的强度。高性能混凝土所用水胶比很低，要满足施工工作性能的要求，水泥用量就要大。但为了尽量降低混凝土的内部温升和减小收缩，又应当降低水泥用量。同时，为了使混凝土有足够的弹性模量和体积稳定性，对胶凝材料总量也要加以限制。因此，用于高性能混凝土的水泥的流变性能比强度更重要。

对于铁路客运专线的高性能混凝土所使用的水泥宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混合材宜为矿渣或矿粉。有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥。不宜使用早强水泥。

水泥的技术要求、检验要求

2、C40及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60%。

水泥的检验要求

2.2 粉煤灰

电厂煤粉炉烟道气体收集的粉末称为粉煤灰。按煤分为F类、C类。F类粉煤灰是由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。C类粉煤灰是由褐煤或次烟煤煅烧收集起来的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。不能用于硫酸盐侵蚀环境下的混凝土。粉煤灰按照级别分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级。三个级别。

在配制混凝土加入粉煤灰，可降低温升，改善工作性，增进后期强度，并可改善混凝土的内部结构，提高抗腐蚀能力。

对粉煤灰的技术指标要求：

对粉煤灰的检验要求：

2.3 细骨料

细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然中粗河砂，也可用专门机组生产的人工砂。不宜用山砂。不得用海砂。砂不应混有草根、树叶、树枝、塑料、煤块、炉渣等杂务。

除5.00mm和0.63mm筛档外，细骨料的实际颗粒级配与上表中所列的累计筛余百分率相比允许稍有超出分界线，但其总量不应大于5%。

细骨料的粗细程度按细度模数分为粗、中、细3种规格，其细度模数分别为：

粗级 3.7～3.1

中级 3.0～2.3

细级 2.2～1.6

细骨料的颗粒级配（累计筛余百分数）应满足下表的规定。

10～0

配制混凝土时宜优先选用中级细骨料。当采用粗级细骨料时，应提高砂率，并保持足够的水泥或胶凝材料用量，以满足混凝土的和易性；当采用细级细骨料时，宜适当降低砂率。

当所用细骨料的颗粒级配不符合上表的要求时，应采取经试验证明能确保工程质量的技术措施后，方允许使用。

细骨料的坚固性用硫酸钠溶液循环浸泡法检验，试样经5次循环后其重量损失应不超过8%。细骨料的吸水率应不大于2％。

采用天然河砂配制混凝土时，砂中含泥量、泥块含量、云母、轻物质、有机物、硫化物及硫酸盐等有害物质的含量应符合下表的规定。

项目

对于长期处于水中或土中、干湿交替区、水位变化区以及年平均相对湿度大于75%的潮湿环境中的混凝土结构，细骨料应采用砂浆棒法检验其碱活性，且砂浆棒的膨胀率应小于0.10%，否则应采取抑制碱—骨料反应的技术措施。

当采用以专门机组生产的人工砂或混合砂配制混凝土时，人工砂及混合砂的压碎指标值应小于25%；经亚甲蓝试验判定后，石粉含量应符合下表的规定。

2.4 粗骨料

天然的石子有很高的强度，即使是经强烈风化的低强度花岗岩，其岩石抗压强度也可达80~120Mpa；粗粒（伟晶）花岗岩岩石抗压强度可达到120~140 Mpa；非常坚硬的粗粒花岗岩强度可达到180~200 Mpa。因此，对于C80以下的混凝土来说，石子本身懂得强度并不是最重要的，应引起注意的因素是粒径、粒形、表面状况、级配以及软弱颗粒和石粉含量等。这些因素既影响混凝土的强度，又影响新拌混凝土的工作性。因此，理想的石子是清洁的，颗粒尽量接近等径状、针片状颗粒尽量少、不含能与碱反应的活性成分。

选用高性能混凝土用石子应级配合理，粒形良好，质地均匀坚固，线胀系数小的洁净碎石，也可采用卵碎石，不宜采用砂岩碎石。

粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋的混凝土保护层厚度的2/3，且不得超过钢筋最小间距的3/4。配制强度等级C50及以上预应力混凝土时，粗骨料最大公称粒径不应大于25mm。

粗骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于1500kg/m3，紧密空隙率宜小于40%，吸水率应小于2%（用于干湿交替或冻融循环下的混凝土应小于1%）。

当粗骨料为碎石时，碎石的强度用岩石抗压强度表示，且岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5。施工过程中碎石的强度可用压碎指标值进行控制，若粗骨料为卵石，卵石的强度用压碎指标值表示，且应符合下表的规定。

变质岩或深成的火

火成岩水成岩

注：水成岩包括石灰岩、砂岩等；变质岩包括片麻岩、石英岩等；深成的火成岩包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等；喷出的火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。

粗骨料的坚固性用硫酸钠溶液循环浸泡法法进行检验，试样经5次循环后，其重量损失率应符合下表的规定。

粗骨料中的有害物质含量应符合下表的规定。

对于长期处于水中或土中、干湿交替区、水位变化区以及年平均相对湿度大于75%的潮湿环境中的混凝土结构，粗骨料应采用岩相法检验其矿物组成。若粗骨料含有碱—硅酸反应活性矿物，其砂浆棒膨胀率应小于0.10%，否则应采取抑制碱—骨料反应的技术措施。不得使用具有碱—碳酸盐反应活性的骨料。 粗骨料的检测项目:

②使用同厂家、同验一次，不足400m

√

2.5 外加剂

外加剂主要指无需取代水泥而外掺小于5%的化合物。外加剂主要是有机的，也有无机的。用于高性能混凝土的外加剂有减水剂、缓凝剂、引气剂等。其中高效减水剂（超塑化剂）是高性能混凝土必要的组分。正是因为高效减水剂的出现，才使混凝土的水胶比能降得很低却仍可有很好的工作性，高性能混凝土的实现才能成为可能。因外加剂的掺量都很少，故使用外加剂时应当延长搅拌时间，以得到均匀的混凝土拌和物。 选用外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。外加剂与水泥之间应有良好的相融性。客运专线要求外加剂须经铁道部鉴定或评审，并经铁道部产品质量监督检验中心检验合格。

外加剂的性能指标应满足下表要求：

注：坍落度保留值、压力泌水率比仅对泵送混凝土用外加剂的要求。

②使用同厂家、同批号、同品种、同出厂日期的产品2.6 水

高性能混凝土拌合用水可采用引用水，不得用海水。当采用其它水源时，应对水的品质做检测。

pH值

3 高性能混凝土的配合比选定依据

3.1 混凝土强度等级

有耐久性设计要求的混凝土配合比设计时，需采用设计规定的强度等级。

3.2 混凝土耐久性设计参数

掌握设计文件中有关对混凝土耐久性设计要求，并参照《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》选用。

3.2.1 基本规定

A C30及以下的混凝土的胶凝材料总量不宜高于400kg/m3，C35～C40混凝土不宜高于450kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500kg/m3。

B 一般情况下，混凝土中的矿物掺合料掺量不宜小于20%。混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土水胶比不宜大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境的混凝土中粉煤灰的掺量不宜大于30%。

C 选用多功能复合外加剂。

3.2.2 最大水胶比和最小胶凝材料用量

有耐久性设计要求的混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量应符合表1～表3规定。

3

0.50 300

320

D4

磨蚀环境M1

M2

M3

料用量水胶比

280 0.65

注：“※”表示不宜采用素混凝土结构。

3.2.3 混凝土含气量

有耐久性设计要求的混凝土的含气量应符合表4的规定。

环境条件 无抗冻要求混凝土

3.2.4 混凝土电通量

有耐久性设计要求的混凝土的电通量应符合表5～表7的规定。

环境时，混凝土的耐久性指标还应满足表6、表7的规定。

3.2.5 混凝土的抗冻性

有耐久性设计要求的冻融破坏环境下的混凝土结构，混凝土的抗冻性应符合表8的规定。

3.2.6 混凝土中的碱含量

有耐久性设计要求的混凝土中的碱含量应符合设计要求。设计无具体要求的，当骨料的碱—硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%～0.20%时，混凝土中的碱含量应符合表9的规定；当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20%～0.30%时，除了混凝土的碱含量应符合表9的规定外，应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺和料和外加剂，并经试验证明抑制有效。 3

注：①带※号项目混凝土必须换用非碱活性骨料。②混凝土的总碱含量包括水泥、矿物掺合料、外加剂及水的碱含量之和。其中，矿物掺合料的碱含量以其所含可溶性碱计算。粉煤灰的可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/6，矿渣粉的可溶性碱量取矿渣粉总碱量的1/2，硅灰的可溶性碱量取硅灰总碱量的1/2。③干燥环境是指不直接和水接触、空气平均相对湿度长期不大于76%的环境；潮湿环境是指与水直接接触、干湿交替变化的环境、水下或与潮湿土壤接触以及空气平均相对湿度长期大于75%的环境；含碱环境是指直接与海水、含碱工业废水、钾（钠）盐等接触的环境；干燥环境或潮湿环境与含碱环境交替变化时，均按含碱环境对待。④处于含碱环境中的设计年限为60年、30年的混凝土工程，在限制混凝土碱含量的同时，应对混凝土表面作防水、防碱涂层处理，否则应换用非碱活性骨料。

3.3 混凝土中氯离子的控制

钢筋混凝土由水泥、矿物掺和料、骨料、外加剂、拌合用水引入的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的0.10%。

预应力混凝土结构的氯离子含量不应超过胶凝材料总含量的0.06%。

4 混凝土施工配合比换算

4.1 混凝土搅拌生产前，应测定砂、石含水率和砂中含石量，并据以换算施工配合比。要对首盘浇注的混凝土进行温度、坍落度、含气量、水胶比和泌水率等检测，并做好记录。

4.2 生产中，应根据混凝土拌和物工作性能（坍落度与和易性）和环境条件（日晒刮风下雨）等测定砂、石含水率，及时调整施工配合比。

A 当发现混凝土坍落度明显增大时，在计量系统计量准确的前提下，应是砂石含水率增大所引起，此时可按坍落度每增大20㎜减水约5㎏的经验，同时增加5㎏湿砂和减少5㎏水以降低坍落度。

B

按坍落度每降低20㎜增水约5㎏的经验，同时减少5㎏湿砂和增加5㎏水以提高坍落度。

C 当发现混凝土拌和物和易性明显变坏时，在计量系统计量准确的前提下，应是砂中含石率或粗骨料级配发生了明显变化所至，此时应实测砂的含石率和粗骨料的实际级配，再通过计算使粗骨料的大小两种粒级搭配合理，将粗骨料的级配调整到适宜范围内，并据砂的实际含石率调整湿砂和小石子用量，以改善混凝土拌和物的和易性。

5 混凝土生产中的检验项目及检验批次控制

5.1 坍落度

混凝土拌制过程中，应对混凝土拌和物的坍落度进行测定，测定值应符合理论配合比的要求，偏差不宜大于±20㎜。每拌制50m3混凝土或每工作班测试不应少于1次。

5.2 含气量

混凝土拌和物的入模含气量应满足设计要求，每拌制50m3混凝土或每工作班测试不应少于1次。

5.3 混凝土施工质量控制

5.3.1 坍落度

混凝土运至浇筑地点后入模前，应对混凝土拌和物的坍落度进行测定，测定值应符合浇筑工艺要求。每拌制50m3混凝土或每工作班测试不应少于1次。

5.3.2 含气量

混凝土拌和物的入模含气量应满足设计要求，每拌制50m3混凝土或每工作班测试不应少于1次。

5.3.3 混凝土入模温度

冬期施工时，混凝土的入模温度不应低于5℃；夏期施工时，混凝土的入模温度不宜高于气温且不宜超过30℃。每工作班至少测温3次，并填写测温记录。

5.3.4 检查试件

①每拌制100盘且不超过100m3的同配合比的混凝土，取样不得少于一次。

②每工作班拌制的同一配合比的混凝土不足100盘时，取样不得少于一次。

③现浇混凝土的每一结构部位，取样不得少于一次。

④每次取样应至少留置一组试件，具体留置组数按设计要求、相关标准规定和实际需要确定。

⑤当设计对混凝土的弹性模量有要求时，其弹性模量必须符合设计要求。其在浇筑地点随机抽样制作的标准条件养护28d弹性模量试件不得少于一组。

⑥当设计对混凝土抗渗等级有要求时，其抗渗等级应符合设计要求。抗渗试件应在混凝土的浇筑地点随机抽样制作。每5000m3同配合比、同施工工艺的混凝土应至少制作抗渗检查试件一组（6个），不足5000m3时也应制作抗渗检查试件一组。

5.3.5 同条件养护试件

a 桥梁每墩台、每孔（片）梁和按不同强度等级制作抗压强度同条件养护试件检验各不少于一次。且累计养护温度1200℃时进行检测。

b 当设计对混凝土的弹性模量有要求时，其弹性模量必须符合设计要求。其在浇筑地点随机抽样制作的随构件同条件养护的终张拉、放张弹性模量试件不得少于一组。