何谓高性能混凝土

1、何谓高性能混凝土？
术语：高性能混凝土
High Performance concrete
表演、执行、性能
Performance
性质、特性
Properties
1、何谓高性能混凝土？
• NIST与ACI于1990年5月提出： ◇高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土
◇采用优质材料配制的
◇必须采用严格的施工工艺
＜C30: ≤25 ≥C30: ≤12
≤0.5 ≤0.02 合格
＜C30 : ≤10 C30～C45 : ≤10 ≥C50 : ≤8
≤0.5 ≤0.02 合格
4 5 6
◇ 原材料性能特点
不同混凝土用外加剂比较
序号 项 目 普通混凝土 —— —— —— —— 高性能混凝土
1 2 3
4
水泥净浆流动度，mm 硫酸钠含量，% 氯离子含量，%
◇ 原材料性能特点 粉煤灰
序号 1 项目 细度，% 普通混凝土 高性能混凝土 Ⅰ级≤12 ；Ⅱ级≤25 ；Ⅲ级≤45 ≤20；≤12
2
3 4 5 6 7 8
氯离子含量，%
需水量比，% 烧失量，%
/
Ⅰ级≤95 ；Ⅱ级≤105 ；Ⅲ级 ≤115 Ⅰ级≤5 ；Ⅱ 级≤8 ；Ⅲ级≤15
不宜大于0.02
≤105； ≤100 ≤5.0； ≤3.0
普通混凝土 0~220 一般 一般 1%~2% ＜3% /
高性能混凝土 0~220 好 好 2%~7% 0 5℃~30℃
/ 2200~2450 /
好 2200~2450 /
测5s和3min的坍扩度
L
型 流 动 仪 测 定
◇ 力学性能特点
不同混凝土力学性能要求比较
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 8 项目 抗压强度 抗拉强度 轴心抗压强度 抗拉强度 劈拉强度 抗弯强度 弹性摸量 抗剪强度 疲劳抗压强度 普通混凝土 √ √ √ √ √ 高性能混凝土 √ √ √ √ √ √ √ √ √
性。 吴中伟
2、高性能混凝土的性能特点
◇ 原材料的性能特点 ◇ 配合比特点 ◇ 拌和物性能特点 ◇ 力学性能特点 ◇ 耐久性能特点
◇ 原材料性能特点 水 泥
序号 1 品种 混合材 比表面积 80µm方孔筛筛余 游离氧化钙含量 碱含量 熟料中的C3A含量 项目 普通混凝土 硅酸盐水泥、普通硅酸盐 水泥、矿渣硅酸盐水泥、 粉煤灰水泥、复合水泥 矿渣、粉煤灰、石灰石、 煤矸石、磷渣 高性能混凝土 硅酸盐水泥或普通硅酸盐水 泥 矿渣或粉煤灰
◇ 配合比特点
引气剂的作用
• 明显提高混凝土的抗冻性， 缓减硫酸盐腐蚀和
碱—骨料反应产生的膨胀应力。
• 有轻微减水作用， 减少表面泌水和骨料底部泌 水。 • 改善混凝土的匀质性和工作性能，尤其是明显 提高可泵性。
◇ 拌和物性能特点 不同混凝土拌和物性能要求比较
序号 1 2 3 项目
4 5 6 7 8 8
◇ 力学性能特点 不同混凝土力学性能比较
序号 1 2 3 4 5 6 7 8 项目 早期抗压强度 后期抗压强度 抗拉强度 轴心抗压强度 抗拉强度 劈拉强度 抗弯强度 弹性摸量 普通混凝土 高 低 低 / 低 低 低 / 高性能混凝土 低 高 高 / 高 高 高 /
9
疲劳抗压强度
/
/
◇ 耐久性能特点 不同混凝土耐久性能要求比较
含泥量，% 泥块含量，%
云母含量，%
轻物质含量，% 氯离子含量，% SO3含量，%
≤1.0；≤ 1.0； ＜ 0.5
≤1.0；≤ 1.0； ≤ 1.0 / ＜1.0；＜1.0； ＜ 0.5
≤0.5
≤0.5 ≤0.02 ≤0.5
有机物含量
坚固性 吸水率
合格
/ /
合格
不大于8% 不大于2%
◇ 原材料性能特点 石 子
◇ 原材料性能特点 石 子
序号 1 2 3
项目
普通混凝土
＜C30: ≤2.0 ≥C30: ≤1.0 ≤0.25
高性能混凝土
＜C30 : ≤1.0 C30～C45 :≤1.0 ≥C50: ≤0.5 ≤0.25
含泥量，% 泥块含量，% 针、片颗粒含量，% 硫化物及硫酸盐含量 （折算成SO3），% 氯离子含量，% 碎卵石中有机质含量
◇ 高耐久性（如抗冻融循环、抗碳化和抗化学侵蚀） ◇ 高抗渗性 ◇ 低水胶比
1、何谓高性能混凝土？
高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，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，是以耐久性作为设计的主要指标，
针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：
耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济
0
108
Time(h)
水泥水化热和水泥速率试验结果
Q(t)(J/g)
◇ 配合比特点
混凝土水化温升公式
T(t) = WQ(1-e -mt) /CB
T(t)—随时间变化的绝热温升温度
W— Q — B — C — 水泥用量，kg/M3 单位水泥发热量，kJ/kg 混凝土表观密度，2400kg/m3 比热，(0.92~1.0)×103，J/kg.c 矿渣水泥0.55+0.001W
◇不离析，便于浇捣
◇早期强度高，力学性能稳定
◇ 具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土
1、何谓高性能混凝土？
• 1990年美国Mehta PK认为：
◇高强度
◇高耐久性（和低温度应变）
◇高抗渗性
◇高工作性
1、何谓高性能混凝土？
• 1992年法国Malier YA认为： ◇良好的工作性
◇ 配合比特点
矿物掺合料的贡献
2. 滚珠效应—玻璃球体减小水泥颗粒之间的摩擦阻力，改 善混凝土的和易性。
3. 颗粒填充作用—水泥、矿渣、硅灰末水化颗粒大小差别
大， 颗粒互相填充，减小水泥石孔隙率。 4. 削减温峰作用—水化速度慢,放热总量小。 5. 提高耐久性—改善耐硫酸盐侵蚀性，抑制碱骨料反应， 增加密实性，提高抗渗性和氯离子渗透性。
◇ 配合比特点
粉煤灰的 火山灰效应
◇ 配合比特点
微粒填充效应
◇ 配合比特点
混凝土温度随水泥用量增加而上升
◇ 配合比特点
水泥放热量随矿物掺和料掺量的增加而降低
30
300
25
250
20
200
dQ/dt(J/gh)
15
150
10
5
配合比1 配合比2 配合比3
100
50
0 0 12 24 36 48 60 72 84 96
含水量，%
SO3含量，% CaO含量，% 游离CaO含量，%
≤1.0（干排灰）
≤3.0 / /
≤1.0（干排灰）
≤3.0 ≤10（对于硫酸盐侵蚀 环境） ≤1.0；4.0%
◇ 原材料性能特点 矿渣粉
序号
1 2 3 4 5 名称 普通混凝土 高性能混凝土
MgO含量，%
SO3含量，% 烧失量，% 氯离子含量，% 比表面积，m2/kg 流动度比，% 含水率，% 活性指数，%， 28d
序号 1 项目 抗碳化性能 普通混凝土 高性能混凝土 √ √
2 3
4 5
抗水渗性能 抗氯离子渗透性能
抗冻性能 抗碱—骨料反应性
√
√ √
√ √
√ √
6 7 8
耐腐蚀性能 抗裂性能 护筋性
√
√
√ √ √
◇ 耐久性能特点 不同混凝土耐久性能要求比较
序号 1 2 3 4 项目 抗碳化性能 抗水渗性能 抗氯离子渗透性能 抗 冻 性 能 冻融次数 气泡间距系数 普通混凝土 一般 P6～P20 / 200次以下 / 一般 一般 大 高性能混凝土 好 P20以上 1000库仑以下 200次或 300次以上 宜<250微米 3kg/m3以下 好 小
碱含量， (Na2O+0.658K2O),%
≥240 ≤10.0 ≤0.2 ≤10.0
◇ 原材料性能特点
接上表
序号
5 6 7 8 9 10 11
项
减水率，% 含气量，%
目
普通混凝土
≥12 ≤3.0 ≥3.0（仅对引气剂） ≥150 ≥120 ≤90 ≤90 3d ≥130 ≥125 ≥120 无锈蚀 7d 28d
M — 系数，普硅0.43+0.0018W；
◇ 配合比特点
减水剂的作用
• 减少混凝土用水量, 降低水泥石孔隙率， 改善孔结构；
界面Ca(OH) 2结晶无序化。 界面过渡层减少， 水化硫
铝酸钙Aft结晶尺寸减少，界面强度提高， 因此提高混
凝土的各项力学性能。
• 由于提高混凝土的密实性和强度, 改善混凝土的耐久性 能。
/
≤4.0 ≤3.0 ≤0.02 ≥350 ≥85； ≥90； ≥95 ≤1.0 ≥85 ≥90 ≥95
≤14
≤4.0 ≤3.0 ≤0.02 350～500 ≥ 100 ≤1.0 ≥95
6
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◇ 原材料性能特点 砂 子
项目 品种 ＜C30 ： ≤5.0 C30～C5： ≤3.0 ＞C50： ＜2.0 ＜1.0；＜0.5；0.5 普通混凝土 高性能混凝土 不宜使用山砂。不得使用海砂。优先 使用非碱活性骨料 ＜C30 ： ≤3.0 C30～C45： ≤2.5 ≥C50： ≤2.0 ≤0.5
高性能混凝土配制技术要点
• 选用优质的水泥和砂石料 • 掺加优质化学外加剂---减水剂，引气剂 • 掺加矿物掺合料---粉煤灰，矿渣粉
• 低水胶比(<0.40；0.45)
• 限制胶凝材料总量和水泥用量
◇ 配合比特点
矿物掺合料的贡献
1. 火山灰效应—高碱性(CSH)转化为低碱性(CSH)，消耗 Ca(HO)2，结晶变小，界面过渡层变小，富集和取向性减少，提