高性能混凝土研究

2、高性能混凝土与普通混凝土的区别
（1）宏观上表现为“三高” 高施工性能、高耐久性、高体积稳定性 （2）微观上表Leabharlann Baidu为“两低一小” 低空隙率、低氢氧化钙含量、过渡层厚度小 （3）配制上体现“两小一大” 小水胶比、小水泥用量、大掺合料掺量 （4）施工控制上要求“三性” 均质性、精细性、系统性
二、什么是高性能混凝土 3、高性能混凝土需澄清的观念
（3）寒冷地区冻融破坏
桥梁朝南的 面，由于冻 融循环次数 多，与朝北 的面比较， 受损情况十 分严重。
一、为什么使用高性能混凝土
4、混凝土问题的原因
有氯离子的存在，冻融破 坏更为剧烈。
（3）寒冷地区冻融破坏
一、为什么使用高性能混凝土
4、混凝土问题的原因 主要是硫酸盐、酸等 化学物质的侵蚀破坏， 占混凝土质量事故的 10%
0.50
300
0.50
C40 300 C30 C30 C35 C40 C40 C30 C35
除冰盐等 其他氯化 物环境
IV-C
0.45
IV-D IV-E V-E V-F
320
C35
0.45
320
C30
450
450
盐结晶环境
* *
* *
0.40
340
0.40
340
C50
0.36
VI-C
360
480
C35 *
50年
素混凝土
I-A I-B
C25 C30
一般环境
C30
C25
最大水 胶比
I-C
最小用量 （kg/m3） C40
最大用量 （kg/m3）
最大水胶比
C35 （kg/m3）
最小用量
最大用量（kg/m3）
II-C
Ca35，C45 Ca40 Ca45 C35 C35 C40 C45 C35 C35 C40 C40 C45 C35 C40
（1）非均质体。 （2）过渡段。 （3）开口孔。 （4）氢氧化钙
空气，6% 胶材，13% 粗骨料，41% 细骨料，26% 水，14%
特种混凝土的标准与功效
种类 高强混凝土 （HSC） 优点
强度高；减小结构断面；减轻建筑物自重； 增加使用空间；降低构筑物高度。
缺点
执行标准 JGJ/T281-2012 CECS104-1999 JGJ/T283-2012 CECS203-2006 CCES02-2004 JGJ/T221-2010 CECS 13-2009 JGJ/T51-2002 GB/T505572010
吴中伟
二、什么是高性能混凝土 1、有关高性能混凝土定义
以耐久性为基本要求并用常规材料和常规工艺 制造的水泥基混凝土。 这种混凝土在配比上的特点是掺加合格的矿物 掺和料和高效减水剂，取用较低的水胶比和较少的 水泥用量，并在制作上通过严格的质量控制，使其 达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性
混凝土结构耐久性设计与施工指南 （CCES01-2004）
纤维混凝土
良好的抗剪、抗弯拉和抗压等力学性能，良 好的延性，同时具有良好的耐久性
轻骨料混凝土
轻骨料混凝土耐火性能好、抗渗性能佳、耐 久性良好、有效降低结构自重
重混凝土
能有效屏蔽原子核辐射（α 射线、 β 射线、γ 射线和中子流）；x射 线和γ射线。密度大
自重大，施工易离析
三、高性能混凝土的质量指标
二、什么是高性能混凝土 4、高性能混凝土的本质
高性能混凝土是在普通混凝土的基础上， 针对具体的工程结构物与所处环境条件，通 过全面的结构设计、严格的材料控制、优化 的配合比设计、精细的施工养护，提高其施 工性能、承载性能、耐久性能、稳定性能而 实现的经济性良好的长寿命混凝土。
决定混凝土品质的主要因素
3、混凝土问题的表象 （3）钢筋锈蚀触目惊心
一、为什么使用高性能混凝土
3、混凝土问题的表象 （4）剥落、溃散严重
一、为什么使用高性能混凝土
4、混凝土问题的原因 因氯离子侵蚀造成钢筋 锈蚀在混凝土质量问题 中最多，占质量事故的 33%
（1）氯离子侵蚀
一、为什么使用高性能混凝土
4、混凝土问题的原因
2、材料设计指标： （1）各种环境下统一考虑指标 *最低强度等级、抗渗等级（电通量、氯离子扩 散系数、抗渗标号），氯化物环境下不得使用 抗渗标号。 *最大水胶比、最小胶凝材料用量、最大胶凝材 料用量 *氯离子含量、碱含量、三氧化硫含量 *抗碱骨料反应能力 *原材料品质指标
环境类别 环境作用等 级 100年 50年 钢筋混凝土与预应 力混凝土 100年 C30 C35 素混凝土 钢筋混凝土与预应力混凝土
一、为什么使用高性能混凝土
2、混凝土工程遭遇重大问题
混凝土结构寿命短
西直门立交桥（1976-1999）
宁波北仓港混凝土（建 成11年后）
一、为什么使用高性能混凝土
3、混凝土问题的表象 （1）裂缝问题凸显
一、为什么使用高性能混凝土
3、混凝土问题的表象 （2）渗漏随处可见
一、为什么使用高性能混凝土
1、高性能混凝土不是一种新品种混凝土，是普通混 凝土的发展与提高。 2、高性能混凝土总是具有针对性的，不同工程、不 同环境下高性能混凝土内涵不同。 3、具有高力学性质、高抗冻性、高抗渗性的高性质 混凝土材料不是我们追求的目的，目的是具有高施 工性、高耐久性、高体积稳定性等高效能的混凝土 结构。 4、高性能混凝土结构的实现是一个系统的工程。 5、高性能混凝土不同于高强混凝土。
1、结构设计指标： 环境类别、环境作用等级 设计使用年限 钢筋保护层厚度 防水构造 裂缝宽度限制与抗裂构造 防腐蚀附加措施等
A 轻微 名称 B 轻度 C 中度 I 一般环境（碳化环境） I-B 冻融环境 I-A 设计使用年限 I-C —— 海洋氯化物环境 —— II-C IV 不低于100年 —— 不低于 50年 —— ——
《混凝土结构及耐久性设计规范》（GB/T 50476-2008） 《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTJ275-2000) 《铁路混凝土结构及耐久性设计规范》（TB10005-2010） 《混凝土结构及耐久性设计与施工指南》（CCESO1-2004） 《混凝土结构及耐久性评定标准》（CECS220:2007）
碳化对混凝土本身损害不 大，但它使混凝土中性化 后引起钢筋锈蚀。在混凝 土质量事故中因碳化造成 钢筋锈蚀的质量问题占 17%
（2）碳化
一、为什么使用高性能混凝土
4、混凝土问题的原因 冻融破坏在寒冷和严 寒地区较普遍，占混 凝土质量事故的10%
桥梁朝北的 面，由于冻 融循环次数 少，受损不 是十分严重。
——
—— V-E V-F 硫酸盐和酸类等腐蚀介质与水泥基发生化学反应导致混凝土损伤 可更换结构构件 VI-D VI-E ￣￣
VI-C
风砂、流水、泥砂或流冰因摩擦、冲击作用造成混凝土表面损伤 VII-C VII-D —— ——
磨蚀环境(VII)
——
——
三、高性能混凝土的质量指标
设计使用年限
设计使用年限 混凝土强度等级
（6）磨蚀
一、为什么使用高性能混凝土
4、混凝土问题的原因
二、什么是高性能混凝土 1、有关高性能混凝土定义 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 性。
四、高性能混凝土的设计 2、结构设计需考虑的三类作用
1）一般作用 —— 一般荷载与强制变形的作用 永久荷载---- 自重，土压力 可变荷载---- 使用荷载，风雪 荷载作用下：结构的强度（承载力）设计 2）偶然作用 —— 地震、爆炸、撞击等作用 偶然作用下：结构的整体牢固性设计 3）环境作用 ——除力学作用外的物理与化学作用 温、湿度（水分）及其变化 —— 降水、冰冻 大气（氧气，二氧化碳）作用 土体、水体、大气中有害化学物质（盐、酸）作用 环境作用下：结构的耐久性设计
二 V 除冰盐等其他氯化物环境 (IV) 三 VI 盐结晶环境 (V)
—— 三级以下（含三级）公路上的中、小型桥梁、涵洞及其他基础设施工程等 IV-C IV-D IV-E —— 盐结晶环境 硫酸盐等化学物质在混凝土孔中结晶膨胀导致混凝土损伤
15~30年
化学腐蚀环境(VI) VII ——
—— 化学腐蚀环境 —— 磨蚀环境
0.36
360
C30 *
480
化学腐蚀环境
VI-D
C55
0.36
VI-E
C45
C40 C45
*
* *
0.36
C40 380
C35 C40 —
* 500
*—
C60
磨蚀环境
VII-C
380
500
C35
0.33
VII-D
—
三、高性能混凝土的质量指标 2、材料设计指标： （2）不同环境下需考虑的特定指标
不同环境下混凝土耐久性特定指标
环境作用等级 环境类别 环境类别
D 严重
腐蚀机理 E 非常严重 保护层混凝土碳化引起钢筋锈蚀
F 极端严重
一般环境（ I） II 级别
—— 适用范围
—— 反复冻融导致混凝土损伤 氯盐引起钢筋锈蚀 II-E
——
III 一 冻融环境（II）
II-D
——
海洋氯化物环境(III)
公路工程二级以上（含二级）公路上的特大桥、大桥、中桥、重要小桥涵、隧道等重要结 构 除冰盐等其他氯化物环境 氯盐引起钢筋锈蚀，导致混凝土损坏、剥蚀 —— III-C III-D III-E III-F
（4）化学侵蚀破坏
坝硫 破酸 坏盐 侵 蚀 引 起 的 大
一、为什么使用高性能混凝土
4、混凝土问题的原因 碱骨料反应潜伏期长，破 坏后果严重，号称混凝土 “癌症”，占混凝土质量 事故的9%
碱—骨料反应引起混凝土的自由 变形产生网状裂缝 （5）碱骨料反应
一、为什么使用高性能混凝土
4、混凝土问题的原因 磨蚀包括风沙的磨蚀 与水流的冲刷，约占 混凝土质量问题的 7%。
二、什么是高性能混凝土
1、有关高性能混凝土定义 采用混凝土的常规材料、常规工艺，在 常温下，以低水胶比、大掺量优质掺合料和 严格的质量控制措施制作的，具有良好的施 工工作性能且硬化后具有高耐久性、高尺寸 稳定性及较高强度的混凝土。
公路桥涵施工规范 （JTG/T F50-2011）
二、什么是高性能混凝土
四、高性能混凝土的设计 1、混凝土结构设计相关标准
《公路桥涵设计通用规范》JTG D60-2004 《公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范》JTG D62-2004 《公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范》(JTG/T B07-01-2006) 《公路桥涵施工规范》 JTG/T F50-2011
《混凝土结构设计规范》GB 50010-2010
性能较脆
自密实混凝土 （SCC）
不需振捣，避免了漏振、过振、配筋密集、 结构形成复杂等不利条件；取消了振捣成型， 收缩较大 简化工序，降低劳动强度、改善施工环境； 强度有保证、耐久性高、外观质量好 混凝土工作性能较差， 不利于施工；耐碱性 较差，碳纤维混凝土 成本较高 拌合物容易离析，硬 化后裂缝伤害速度快、 温度变形大
高性能混凝土
侯永生
2015年09月
主要内容
高性能混凝土
为什么？ Why？
是什么？ What？
如何做？ How？
一、为什么使用高性能混凝土
1、最古老的的混凝土
位于甘肃省天水市秦安县境内距今5000 年的大地湾遗址一片面积达130平方米 的坚硬平滑地面。专家鉴定，这片灰青 色的地面不但含有与现代混凝土相同的 “硅酸钙”成分，而且平均每平方厘米 抗压强度在120公斤左右，相当于今天 C10等级的混凝土 大地湾人在打磨石器时，不断有碎石 和粉末产生，为防止磨擦发热和钻孔 时打滑，不断地往石器上加水和沙子。 无意间，石粉、沙子和水自然混合凝 结产生的原始“混凝土”可能就这样 被偶然发明了。大地湾人很快掌握了 这一原始“混凝土”制作技术，并开 始在建筑中利用。
C35 * *
Ca30，C40 Ca35 Ca40 C30
C30 C35 *
冻融环境
C25 Ca25 C30 Ca30
II-D II-E
—
—
—
0.60
260
III-C
0.55
海洋氯化物环境
III-D III-E III-F
280
0.55
C35
C30 280 C35
400
C30
400
C35 Ca35 C40 Ca40 C45 Ca45
环境类别 冻融环境 盐结晶环境 混凝土耐久性质量指标 抗冻耐久性指数、含气量、气泡间隔系数、 抗冻耐久性指数、含气量、气泡间隔系数、
化学腐蚀环境
磨蚀环境
抗硫酸盐侵蚀等级等
耐磨蚀性能
三、高性能混凝土的质量指标
3、施工设计与控制指标： *施工设计指标：施工性能指标、配合比设计、热工 性能设计、抗裂性优选。 *施工控制指标：工艺控制、养护控制、保护层厚度 控制、抗裂性控制。 *施工实体检测指标：含气量、保护层厚度、裂缝宽 度、表面渗透性 4、维护保养指标： 承载能力检测、渗透性检测、裂缝检测。 维护措施、加固措施 应急预案