完整word版,高性能混凝土

高性能混凝土技术（应用推广）

河北省高速公路石安改扩建筹建处马洪忠

2013年12月沧州

高性能混凝土技术应用推广

一高性能混凝土简介

1 定义

对于高性能混凝土的定义，不同国家、不同学者由于各自认识、实践、应用范围和目的要求存在差异，对高性能混凝土有着不同的定义和解释。

我国著名混凝土专家、中国工程院院士吴中伟教授在其与廉慧珍教授合著的《高性能混凝土》中总结了国外学者的观点，结合中国实际情况，提出以下定义：高性能混凝土是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，它以耐久性作为设计的主要指标。针对不同用途要求，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掺和料和高效外加剂。

这一定义目前已被我国工程界广泛接受。

2 高性能混凝土的优点

与普通混凝土相比，高性能混凝土具有如下优点：

（1）具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。

（2）具有良好的工作性，混凝土拌和物具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。（3）使用寿命要长，对于一些特殊工程的特殊部位，控制结构设计的并不是混凝土的强度，而是其耐久性。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。

（4）具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。

因此可以说，高性能混凝土可以为社会各个方面、各个层次的人员带来无穷的好处：◆对业主或用户——因耐久性好，工程安全使用期延长，可减少维修费，保证安全，这实际上是最大的经济效益。

◆对社会——降低能耗、料耗，利用工业废渣、减少噪声污染，对环境有利，并消除不安全感。

◆对施工者——提高机械化作业程度，促进工程施工进度。

◆对设计者——减小断面，减轻结构自身重量，增加使用空间，取得明显的节约效果。便于建筑艺术与灵活性的发挥。

概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构使用年限，降低工程造价。

3 高性能混凝土与普通混凝土的区别和联系

高性能混凝土是在普通混凝土技术的基础上发展起来的一种新技术混凝土，无论从原材料组成、结构、生产制造工艺到性能要求，两者之间既存在区别，也存在联系，见下表。

高性能混凝土与普通混凝土的区别与联系

二高性能混凝土的配制

高性能混凝土以耐久性为主要设计指标，配合比设计不仅要考虑强度等级的要求，还要考虑耐久性能的要求，这是高性能混凝土与普通混凝土配合比设计的根本区别。高性能混凝土的配制应根据结构设计基准期、环境条件和施工工艺等，通过试配、调整、试件检测和试浇筑后确定，并应充分考虑原材料、施工工艺、环境条件可能出现的变化，选定备

用配合比。

配合比设计应按以下流程图进行：

1 一般要求

1.1 混凝土的原材料和配合比参数应根据混凝土结构的设计基准期、所处环境条件和作用等级确定。

1.2 混凝土中应适量掺加能够改善混凝土性能的粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等矿物掺和料。

1.3 混凝土中应适量掺加能够提高混凝土性能的高效减水剂，尽量减少用水量和胶凝材料用量；含气量要求大于或等于4.0%的混凝土应同时掺加高效减水剂（或聚羧酸系高性能减水剂）和引气剂。

1.4 混凝土配合比应按最小浆骨体积比原则设计。

1.5 混凝土中的总碱含量应符合设计要求。当设计无要求时，混凝土总中的总碱含量一般不应超过3.0kg/m3。混凝土的碱含量是指混凝土中各种原材料的碱含量之和。其中，矿物掺和料的碱含量以其所含可溶性碱量计算。粉煤灰的可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/6，磨细矿渣粉的可溶性碱量取磨细矿渣粉总碱量的1/2，硅灰的可溶性碱量取硅灰总碱量的1/2。

1.6 混凝土的最大氯离子含量应满足下表的要求。

1.7 混凝土的三氧化硫含量不应超过胶凝材料总量的4.0%。

2 参数要求

2.1 不同强度等级混凝土的最大胶凝材料用量、最小胶凝材料用量和最大水胶比应满足下表的要求。

2.2 不同环境作用下，矿物掺和料的掺量宜满足下表要求。

2.3 混凝土的砂率应根据骨料的最大粒径和混凝土的水胶比确定，一般情况下宜满足下表要求。

2.6 混凝土的浆体体积应满足下表要求。

3 配合比设计

3.1 首先根据混凝土工作性、设计强度和耐久性指标要求，结合工程上所选水泥的性能、外加剂的性能，初步确定胶凝材料总用量、矿物掺和料的种类及掺量、外加剂的掺量、水胶比和砂率，并计算出单位体积混凝土的水泥用量、矿物掺和料用量、用水量以及外加剂的用量。

3.2 采用体积法按公式（1）、公式（2）和公式（3）计算砂、石用量，确定基准配合比。

1212,1p p w c a s g

w c p p a m m m m m V αρρρρρ??

=-+++++??????

(1)

,s s g m s m V S ρ=

……………………（2） ,(1)g s g m g m V S ρ=-

(3)

,s g V ——每立方米混凝土中砂、石的绝对体积，m 3；

w m ——每立方米混凝土用水量，kg ；

c m ——每立方米混凝土水泥用量，kg ；

1p m ——每立方米混凝土掺和料1用量，kg ； 2p m ——每立方米混凝土掺和料2用量，kg ；

a m ——每立方米混凝土外加剂用量，kg ； s m ——每立方米混凝土砂子用量，kg ；

g m ——每立方米混凝土石子用量，kg ；

α——混凝土含气量，m 3；

m S ——体积砂率；

w ρ——水的密度，kg/m 3； c ρ——水泥的密度，kg/m 3；

1

p ρ——掺和料1的密度，kg/m 3；

2

p ρ——掺和料2的密度，kg/m 3；

a ρ——外加剂的密度，kg/m 3；

s ρ——砂子饱和面干的密度，kg/m 3；

g ρ——石子饱和面干的密度，kg/m 3。

3.3 核算单方混凝土的碱含量、氯离子含量和三氧化硫含量是否符规定，核算浆体比是否符规定。否则，应重新选择原材料或调整基准配合比，直至满足要求为止。

3.4 按上述确定的配合比拌和混凝土，测试混凝土的坍落度、含气量、泌水率和凝结时间等。若试验值与要求值存在差别，可适当调整砂率和外加剂用量，直至调配出拌合物性能、碱含量、氯离子含量和三氧化硫含量满足设计要求的混凝土。试拌时，每盘混凝土的最小搅拌量应在20 L 以上，且不少于搅拌机容量的1/3。

混凝土配合比设计拌和物性能检验项目和有害物计算项目

3.5 将上述确定的混凝土配合比的胶凝材料用量、矿物掺和料掺量、砂率和水胶比略作调整，重新按上述步骤计算并调整出3个满足设计要求的混凝土配合比。按规定的项目对这些混凝土的力学性能、耐久性能和长期性能进行检验。

3.6 按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则，从上述试验结果满足要求的配合比中选择合适的配合比作为试验室理论配合比。

3.7 采用工程实际使用的原材料和搅拌方式搅拌混凝土，测定混凝土的表观密度。根据实测混凝土拌和物的表观密度，求出校正系数，以便对试验室理论配合比进行校正（即以理论配合比中每项材料用量乘以校正系数），即得到混凝土的理论配合比。校正系数按公式（4）计算：

校正系数= 实测拌和物表观密度/试验室理论配合比拌和物表观密度 (4)

三、高性能混凝土原材料的要求

3.1 水泥应选用品质稳定、强度等级为42.5级的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。技术要求和检验方法应满足下表要求。

3.2 矿物掺和料应选用品质稳定的粉煤灰或矿渣粉。粉煤灰或矿渣粉可单掺使用，也可复掺使用。粉煤灰和矿渣粉复掺使用时，应对粉煤灰和矿渣粉进行分别采购、检验、存放和计量。当使用其它新型掺和料时，应对混凝土的性能进行专题试验研究并经审定通过后方可使用。

粉煤灰的技术要求和检验方法应满足下表要求。

矿渣粉的技术要求和检验方法应满足下表要求。

3.3 细骨料应选用级配合理、质地坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂，也可选用采用专门机组生产的人工砂，不得使用海砂。技术要求和检验方法应满足下表要求。

（1）配制混凝土时宜优先选用细度模数为3.0~2.3的中砂。当采用细度模数为3.7~3.1的粗砂时，应提高砂率，并保持足够的胶凝材料用量，以满足混凝土的和易性要求；当采用细度模数为2.2~1.6的细砂时，宜适当降低砂率。

（2）如发现砂中含有颗粒状的硫酸盐或硫化物杂质时，应进行专门检验，确认其能满足混凝土的耐久性要求时方能采用。

（3）砂中粒径大于5mm的颗粒含量不宜大于5%，否则在混凝土试配时应扣除超出限量的石子部分，并计入粗骨料。

（4）砂的级配不满足要求时，应进行加工复配处理，否则不得使用。

3.4 粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石。技术要求和检验方法应满足下表要求。

（1）粗骨料应选用二级或多级级配，各级配碎石的比例关系应根据混合后级配连续和紧密孔隙率最小的原则确定。

（2）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。

（3）各级配碎石应混合成连续粒级后进行各项性能指标的检测。

3.5混凝土外加剂应选用质量稳定、且与选用水泥及矿物掺和料之间具有良好相容性的产品。技术要求和检验方法应满足下表的要求。

3.6混凝土拌和用水可采用饮用水，当采用地表水或自备深井水时，水质应经检验合格后方可使用。技术要求和检验方法应满足下表的要求。

3.7混凝土膨胀剂应选用符合要求且对混凝土工作性影响较小的产品，不得使用高碱膨胀剂（总碱量超过膨胀剂质量0.75%）或以铝粉未膨胀源的膨胀剂，膨胀剂在混凝土中的实际掺量应根据混凝土限制膨胀率的要求经试验后确定。技术要求和检验方法应满足下表的要求。

四高性能混凝土耐久性要求及检测技术

4.1耐久性要求

高性能混凝土的耐久性要求根据结构所处的环境条件和作用等级确定。一般情况，桥涵下部结构所处的环境为碳化环境、化学侵蚀环境或冻融破坏环境，上部结构所处的环境为碳化环境。不同环境作用下的耐久性要求应满足下表的规定。

4.2 检测技术

1 拌和物性能的检测

坍落度、含气量、泌水率和凝结时间试验按GB/T 50080-2002检验，匀质性试验按GB/T 9142-2000检验。

2 力学性能的检测

抗压强度、弹性模量试验按GB/T 50081-2002检验。其中，施工控制试件应进行同条件养护；抽检试件应在现场同条件养护脱模后再转入标准条件养护至规定龄期时进行试验；标准试件成型后应在标准养护条件下养护至规定龄期时进行试验。

3 耐久性能的检测

电通量、抗渗性能、抗冻性能试验按GB/T 50082-2009检验，试验龄期为56d；抗硫酸盐侵蚀试验按GB/T 749-2008（K法）检验。当混凝土采用自然养护时，耐久性试件成型后应在标准养护条件下养护至规定龄期时进行试验。当混凝土采用蒸汽养护时，耐久性试件应在现场同条件下养护至脱模后再转入标准养护条件下养护至规定龄期时进行试验。

含气量检验方法要点

试验装置如下图：

方法简述：

（1）将混凝土拌和物分三层装入含气量仪，每层用捣棒均匀插捣25下，再用橡皮锤沿容器外壁重击10次～15次。捣实完毕后立即用刮尺刮平，表面如有凹陷应予填平抹光。

（2）关闭操作阀，打开进水阀和排气阀，用注水器从进水阀加水，当排气阀流出的水流不含气泡时，在注水的状态下，同时关闭进水阀和排气阀。

（3）打开进气阀用手泵打压，使气室内的压力略大于初始压力线，待压力稳定后，微微开启气室排气阀，调整压力至初始压力线，关闭气室排气阀。

（4）开启操作阀，待指针稳定后读数，即为混凝土拌和物含气量。

电通量检验方法要点

适用范围：本方法适用于测定以通过混凝土试件的电通量为指标来确定混凝土抗氯离子渗透性能。本方法不适用于掺有亚硝酸盐和钢纤维等良导电材料的混凝土抗氯离

子渗透试验。

试验装置：

试件尺寸：直径（100±1）mm，高度（50±2）mm

试验龄期：56d

电压：60V直流电压

溶液：3.0%氯化钠、0.3mol/L氢氧化钠

试验步骤：（1）试件制作。使用φ100mm×100mm或φ100mm×200mm试模，试验前7d 切割打磨加工成标准尺寸的试件。

（2）真空饱水。饱水试验前，应先将养护到规定龄期的试件暴露于空气中至表面干燥，并应以硅胶或树脂密封材料涂刷试件圆柱侧面。密封完成后，

先将试件放入真空容器中，然后启动真空泵，并应在5min内将真空容器

中的绝对压强减少至（1～5）KPa，应保持该真空度3h，然后在真空泵仍

然运转的情况下，注入足够的蒸馏水或者去离子水，直至淹没试件，应

在试件浸没1h后恢复常压，并继续浸泡（18±2）h。

（3）将试件安装于试验槽内，并应采用螺杆将两试验槽和端面装有硫化橡胶垫的试件夹紧；将质量浓度为3.0%的NaCl溶液注入负极试验槽，将摩尔

浓度为0.3mol/L的NaOH溶液注入正极试验槽；对两极施加（60±0.1）

V直流恒电压，且应记录电流初始读数I0，开始时应每隔5min记录一次

电流值，当电流值变化不大时，可每隔10min记录一次电流值，当电流

变化很小时，应每隔30min记录一次电流值，直至通电6h。

结果计算：

03060t 300330360900(+22+2+22)Q I I I I I I I =+++++…………

2s (95/)x Q Q x =?

每组应取3个试件电通量的算术平均值作为该组试件的电通量测定值。当某一个电通量值与中值的差值超过中值的15%时，应取其余两个试件的电通量的算术平均值作为该组试件的试验结果测定值。当有两个测值与中值的差值都超过中值的15%时，应取中值作为该组试件的电通量试验结果测定值。

抗冻性（快冻法）检验方法要点

方法原理：测定混凝土试件在水冻水融条件下，以经受的快速冻融循环次数来表示的混凝

土抗冻性能。

试件尺寸：100mm×100mm×400mm 试验龄期：56d

仪器设备：天平、冻融循环试验机、动弹性模量测定仪 冻结温度：（－18±2）℃ 融化温度：（5±2）℃ 一次循环时间：2h ～4h

试验操作：每隔25次冻融循环取出试件测试相对动弹模量和质量损失率。

结果评定：以相对动弹性模量下降至不低于60%或者质量损失率不超过5%时的最大冻融循

环次数来确定，并用符号F 表示。

抗硫酸盐侵蚀检验方法要点

方法原理：本方法是通过测定浸泡在硫酸钠溶液中的水泥或胶凝材料的胶砂试体的抗折强

度及浸泡在洁净饮用水中同龄期试体的抗折强度，计算抗蚀系数，以比较水泥或胶凝材料抗硫酸盐侵蚀的性能。

试件尺寸：10mm×10×60mm 试验龄期：56d

配 合 比：胶凝材料：标准砂：水＝1：2.5：0.5

仪器设备：千斤顶压力机、小型抗折试验机

养护制度：标准养护箱养护1d脱模——50℃水养护7d——9条置于20℃水中、9条置于20℃的3%Na2SO4溶液中养护28d

试验操作：用小型抗折机进行抗折试验。其中，试体支点跨距为50mm，支撑圆柱直径5mm，加荷速度控制在0.78N/s。

结果计算：以同龄期胶砂试体分别在浸泡液中浸泡56d和在饮用水中养护56d后的抗折强度之比表示，计算精确到0.01。抗蚀系数大于0.80时，判定水泥或胶凝材料胶

砂抗硫酸盐侵蚀性能合格。

五高性能混凝土施工质量控制

1 一般规定

1.1 混凝土工程所用原材料应按现行的相关验收标准进行进场验收，合格后方可使用。1.2 当粗、细骨料的含泥量或泥块含量超标时应采用专用设备进行处理。

1.3混凝土工程正式施工前应完成原材料的选定和检验工作，并应充分考虑试验周期和可能出现的环境条件和原材料变化，尽早开展混凝土配合比的选定工作。

1.4 重要的混凝土结构施工前宜进行混凝土试浇筑，以便对混凝土配合比、施工工艺、施工机具的适应性进行检验，对有代表性的混凝土结构内部混凝土温升过程进行测定，发现问题及时调整。

1.5 冬期和夏期混凝土施工应制定专门的施工技术措施。

2 搅拌

2.1 搅拌混凝土前，应测定粗、细骨料的含水率，及时调整施工配合比。

2.2应定期对称量设备进行校正。

2.3 按照批准的施工配合比准确称量混凝土原材料，其最大允许偏差应满足下表的要求。

水和液体外加剂，直至搅拌均匀为止。粉体外加剂应与矿物掺和料同时加入。水泥的入机温度不应大于70℃。

2.5 混凝土的搅拌时间为全部材料装入搅拌机开始至搅拌结束所用时间，混凝土连续搅拌时间应根据配合比和搅拌设备情况通过试验确定，但最短搅拌时间不宜少于2min。

2.6 搅拌控制。混凝土拌制是否均匀，混凝土的拌合物质量是否满足设计要求，一般通过检测其工作性来控制。高性能混凝土出机检查的工作性主要是坍落度、含气量、温度和泌水状况等。不合格时，要查找原因，一般的原因可能是称料的误差、水的计量不准、骨料含水量测试或计算不准确等。查不出原因时，可适当追加复合外加剂以弥补坍落度和含气量的不足，不可采取加水的方式增加混凝土的坍落度。

3运输

3.1对混凝土拌合物运输的基本要求是：不产生离析，保证规定的坍落度、含气量和在混凝土初凝之前能有充分时间进行浇筑和振捣密实。

3.2 冬、夏季应对运输设备采取保温、隔热措施。

4浇筑

4.1 混凝土入模前，应检测混凝土的温度、坍落度、含气量和泌水状况等，只有拌合物性能符合设计或配合比要求的混凝土方可入模浇筑。当设计无要求时，混凝土的入模温度宜控制在5℃～30℃。

4.2 混凝土浇筑时的自由倾落高度不得大于2m；当大于2m时，应采用滑槽、串筒等器具辅助输送混凝土，保证混凝土不出现分层离析现象。

4.3 混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行。

4.4 混凝土的一次摊铺厚度不宜大于600mm（当采用泵送混凝土时）或400mm（当采用非泵送混凝土时）。

4.5 炎热季节浇筑混凝土时，应尽可能安排在傍晚而避开炎热的白天浇筑混凝土。在相对湿度较小、风速较大的环境下浇筑混凝土时，应采取适当挡风等措施，防止混凝土失水过快，此时应避免浇筑有较大暴露面的构件。

5 振捣

5.1 宜采用插入式振捣器垂直点振，或采用插入式振捣器和附着式振捣器联合振捣。预应力混凝土梁宜采用插入式振捣器和附着式振捣器联合振捣成型。

5.2 不得将振捣棒放在拌和物内平拖，也不得用振捣棒平拖驱赶下料口处堆积的拌合物。

5.3 应避免过振、漏振，每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准，一般不宜超过30s。

5.4 应加强检查模板支撑的稳定性和接缝的密合情况，以防漏浆。

5.5 混凝土浇筑完成后，应仔细将混凝土暴露面压实抹平，抹面时严禁洒水。

6 养护

6.1 混凝土振捣完成后，应及时对暴露面进行覆盖，防止表面水分散失过快引起混凝土开裂。

6.2 混凝土带模养护期间，应采取带模包裹、浇水、喷淋洒水或供蒸汽等措施进行保湿、保温养护。

6.3 混凝土去除表面覆盖物或拆模后，应采用蓄水、浇水或覆盖洒水等措施进行潮湿养护，也可在混凝土表面处于潮湿状态时，迅速采用土工布等材料将暴露面混凝土覆盖或包裹，再覆盖或包裹一层塑料薄膜。对于墩柱等混凝土结构可采用潮湿保水材料外加塑料薄膜包裹、墩顶蓄水装置加湿的方式进行养护。

6.4 采用喷涂养护液养护时，应确保不漏喷。

6.5 养护期间，养护水与混凝土表面温差不得大于15℃。

6.6 在暴晒、气温骤降等情况下，应采取保温措施防止混凝土表面温度受环境因素影响而发生剧烈变化，防止产生较大的温度应力引起混凝土开裂。养护期间混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差不宜超过15℃。

6.7当环境温度低于5℃时，禁止对混凝土表面进行洒水养护，但应采取保温、保湿养护措施。

6.8混凝土的蒸汽养护可分静停、升温、恒温、降温四个阶段。静停期间应保持环境温度不低于5℃；灌筑结束4h～6h后方可升温，升温速度不宜大于10℃/h；恒温期间混凝土芯部温度不宜超过60℃，最大不得超过65℃，恒温养护时间应根据构件脱模强度要求、混凝土配合比情况以及环境条件等通过试验确定；降温速度不宜大于10℃/h。

6.9 混凝土的保温保湿养护的时间应根据混凝土配合比和环境条件确定，应满足下表要求。