鋪面工程新材料CH10高性能混凝土1-主要內(nèi)容高性能混凝土的技術(shù)途徑高性能混凝土的概念技術(shù)途徑高性能混凝土的組成材料水泥礦物摻和料高效減水劑集料高性能水泥混凝土混合料的特性新型混凝土2-第一節(jié)高性能混凝土的技術(shù)途徑一、高性能混凝土(HighPerformanceConcrete，簡(jiǎn)寫為HPC)

普通混凝土發(fā)展方向：綠色、高性能混凝土高性能混凝土是指采用常規(guī)材料和生產(chǎn)工藝，能保證混凝土結(jié)構(gòu)所要求的各項(xiàng)力學(xué)性能，并具有高耐久性、高工作性和高體積穩(wěn)定性的混凝土。高性能混凝土是一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，它以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)。

3-第一節(jié)高性能混凝土的技術(shù)途徑高性能混凝土不同看法:歐美:

偏重于硬化后混凝土的性能，高強(qiáng)度和高耐久性,強(qiáng)度指標(biāo)應(yīng)不低于50MPa日本：重視和易性與耐久性，認(rèn)為有足夠的強(qiáng)度即可。中國：認(rèn)為高性能混凝土應(yīng)根據(jù)用途與經(jīng)濟(jì)合理等條件

對(duì)性能有所側(cè)重，重點(diǎn)保證耐久性、工作性、各

種力學(xué)性能、適用性、體積穩(wěn)定性及經(jīng)濟(jì)合理性。4-第一節(jié)高性能混凝土的技術(shù)途徑高性能混凝土性能要求：①易于澆筑振搗密實(shí)而不離析（工作性）；②高超的、能長(zhǎng)期保存的力學(xué)性能；③早期強(qiáng)度高、韌性高和體積穩(wěn)定性好；④在惡劣的環(huán)境條件下使用壽命長(zhǎng)。

即HPC要求：高強(qiáng)度、高流動(dòng)性和優(yōu)異的耐久性。5-第一節(jié)高性能混凝土的技術(shù)途徑

高性能混凝土的研究與開發(fā)6-(1)低水膠比;(2)優(yōu)質(zhì)原材料;(3)摻加足夠數(shù)量的礦物細(xì)摻料和高效外加劑;作用：使其強(qiáng)度大幅度提高,界面結(jié)構(gòu)改善,抗?jié)B

性和耐久性明顯提高。

高性能混凝土在配置上的特點(diǎn):7-第一節(jié)高性能混凝土的技術(shù)途徑二、實(shí)現(xiàn)高性能混凝土的技術(shù)途徑達(dá)到高性能混凝土的關(guān)鍵是：①選擇優(yōu)質(zhì)的材料組成；②合理的配合比；③采取適當(dāng)?shù)氖┕すに嚭宛B(yǎng)生方法；④摻入外摻劑和摻合料。目前主要從以下幾方面的技術(shù)措施：正確選擇原材料合理的工藝參數(shù)施工工藝HPC硅酸鹽水泥(中熱硅酸鹽水泥,球狀水泥,調(diào)粒水泥,活化水泥)超細(xì)礦物質(zhì)摻料新型高效減水劑水灰比＜0.40粗骨料體積含量0.4m3左右,Dmax≤25㎜砂率36～40%膠凝材料用量500～600kg新型高效減水劑0.8%～1.4%強(qiáng)制式攪拌機(jī)高頻振動(dòng)泵送施工,坍落度損失控制混凝土養(yǎng)護(hù)劑養(yǎng)護(hù)密實(shí)的水泥石及合理的孔結(jié)構(gòu)界面過渡區(qū)的改善(解決Ca(OH)2在過渡區(qū)富集與定向排列)體積穩(wěn)定性,高強(qiáng),高耐久性8-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料高性能混凝土由于要滿足多元組分優(yōu)化配制、可泵性、高強(qiáng)度、良好的耐久性等多方面的技術(shù)要求，故在原材料選擇上要比普通混凝土嚴(yán)格、復(fù)雜得多。（1）原材料組成較復(fù)雜普通混凝土：水泥、水、砂、石—四元組分高性能混凝土：水泥、礦物摻合料、外加劑、水、砂、石—多元組分磨細(xì)礦渣粉煤灰硅灰磨細(xì)鋼渣等減水劑緩凝劑保塑劑膨脹劑等9-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料（2）對(duì)原材料有更嚴(yán)格的要求如對(duì)粗集料最大粒徑的要求普通混凝土：GB50204-92有如下規(guī)定，粗集料最大粒徑不得大于結(jié)構(gòu)截面最小尺寸的1/4，不得大于鋼筋最小凈距的3/4；對(duì)混凝土實(shí)心板，集料的最大粒徑不宜超過板厚的1/2，且不能超過50mm。高性能混凝土：除普通混凝土的要求以外，粗集料最大粒徑還受泵送高度、輸送管徑大小限制，還受混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度限制。10-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料一、水泥1、一般水泥

高性能混凝土必須使用強(qiáng)度等級(jí)42.5級(jí)以上的水泥。

水泥的礦物組成對(duì)高性能有影響，一般配制高性能混凝土用水泥，其C3A含量應(yīng)盡量低。因?yàn)镃3A含量大，對(duì)減水劑的吸附量大，坍落度損失也大。2、特種水泥

為了混凝土的高強(qiáng)度與高性能，國外專門生產(chǎn)出了特種水泥。

1）調(diào)粒（級(jí)配）水泥2）球狀水泥11-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料2.特種水泥1）調(diào)粒（級(jí)配）水泥將水泥組成中的粒度分布進(jìn)行調(diào)整，提高膠凝材料的填充率；并摻入部分粒徑較大的水泥粗粉和超細(xì)礦粉，以獲得最密實(shí)的填充。優(yōu)勢(shì)：調(diào)粒水泥能夠獲得流動(dòng)性好的水泥漿，

具有適宜的早期強(qiáng)度，水化熱低、水化放熱速度慢。調(diào)粒水泥常用的原材料及物理性質(zhì)（表10-2）；常用調(diào)粒水泥的級(jí)配（表10-3）

經(jīng)對(duì)比試驗(yàn)，在相同的坍落度條件下，調(diào)粒水泥比普通水泥粉的填充率提高5%。12-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料2）球狀水泥球狀水泥（粒徑3~40μm，粒度分布較窄）是水泥熟料通過高速氣流粉碎及特殊處理而獲得的。其生產(chǎn)工藝流程如圖10-2。球化處理前：水泥顆粒表面有棱角，長(zhǎng)徑比大，

顆粒表面有粉塵凝聚，見圖10-2a);球化處理初期：大粒材料被粉碎，由于凸出部分被磨碎，微粉增加,見圖10-2b);進(jìn)一步處理：大粒材料表面粘著粉塵，通過機(jī)械打擊，

微粉固定在粒子表面，見圖10-2c);處理后：水泥微粒呈圓形，粉塵減少，粒度分布合理，

沒有凝聚狀態(tài)的微粉，分散狀態(tài)良好,見10-2d)13-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料

使用球狀水泥是混凝土達(dá)到高流動(dòng)性、高強(qiáng)度、高耐久性的重要手段。優(yōu)勢(shì)：①配合比相同時(shí)，用球狀水泥配制的混凝土

比普通水泥混凝土28天強(qiáng)度提高10%；

②同樣坍落度條件下，用球狀水泥配制的混

凝土比普通水泥混凝土的水灰比低，因此

其強(qiáng)度大大提高。14-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料三、礦物摻合料普通硅酸鹽水泥中加入礦物摻合料，可改善混凝土的性能，并降低造價(jià)。在高性能混凝土當(dāng)中，礦物摻合料幾乎已經(jīng)成為不可或缺的組分。主要有：沸石粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣、硅粉等。15-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料礦物摻和料通常作為膠凝材料（代替部分水泥）加入到混凝土中，作用有：滾球潤(rùn)滑作用顆粒比水泥細(xì)，增加了水分子與水泥顆粒之間的過度粒級(jí)，在水泥混凝土混合料中有滾球潤(rùn)滑作用，改善了混凝土的工作性。微集料作用高性能混凝土中膠凝材料用量大，有較大部分不能完全水化而起微集料作用。由于礦物摻合料很細(xì)，能置換出混凝土中更小空間中的水，使混凝土更密實(shí)，強(qiáng)度、抗?jié)B性、抗凍性、抗腐蝕性提高，而干縮和徐變降低。膠凝材料及火山灰反應(yīng)作用礦物摻合料不僅是膠凝材料，還可以水化凝結(jié)硬化，產(chǎn)生強(qiáng)度，更重要的是能與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2發(fā)生火山灰反應(yīng)，改善水化物組成與過渡區(qū)的微觀結(jié)構(gòu)。大多數(shù)超細(xì)礦物摻合料水化放熱低，有利于制備高性能混凝土。16-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料三、高效減水劑

為獲得高性能混凝土，除了在混凝土中摻入硅粉、粉煤灰、磨細(xì)礦渣等摻和料外，必須要摻入高效減水劑。減水劑：是指能保持混凝土的和易性不變，而顯著減少其拌

合用水量的外加劑。高效減水劑主要特點(diǎn)：①高的減水性，減水效果可達(dá)20%~30%；②適當(dāng)?shù)囊龤庑耘c控制坍落度；使混凝土具有高的和易性和耐久性。。17-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料使用減水劑的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果在保持和易性不變，也不減少水泥用量時(shí)，可減少拌合水用量5～25%或更多；在保持原來配合比不變的情況下，可使拌合物的坍落度大幅度提高；若保持強(qiáng)度及和易性不變，可節(jié)約水泥10～20%；由于拌合水量減少，拌合物的泌水、離析現(xiàn)象得以改善，可提高混凝土的抗凍性、抗?jié)B性。18-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料四、集料Aggregate集料（又稱骨料）是混凝土的主要組成材料之一，占混凝土體積比例70%~80%左右。集料在混凝土中既有技術(shù)上的作用，又有經(jīng)濟(jì)上的意義。

在技術(shù)上，集料的存在使混凝土比單純的水泥漿具有更高的體積穩(wěn)定性

和更好的耐久性；在經(jīng)濟(jì)上它比水泥便宜很多，作為廉價(jià)的填充材料，

使得混凝土這種建筑材料成本低廉。19-第二節(jié)高性能混凝土的組成材料1.粗集料（1）應(yīng)選用質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的石灰?guī)r、花崗巖、輝綠巖等碎石或碎卵石；

（2）最大粒徑：對(duì)不同強(qiáng)度等級(jí)的混凝土滿足相應(yīng)要求；

（3）針片狀顆粒含量：不超過5%，且不得混入風(fēng)化顆粒；

（4）含泥量：不超過1%，C80以上的混凝土不超過0.5%;

（5）其他：滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。2.細(xì)集料（1）應(yīng)選用潔凈、質(zhì)地堅(jiān)硬、級(jí)配良好的河砂，細(xì)度模數(shù)滿足相應(yīng)要求；

（2）含泥量：不超過2%，C80以上的混凝土不超過1.5%，不允許有泥塊存在;（3）其他：滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。20-第三節(jié)高性能水泥混凝土混合料的特性高性能混凝土材料組成上的特征：水灰比小、水泥用量大、應(yīng)用高效減水劑及摻合料其拌和物具有以下特性：一、坍落度損失大坍落度損失是由于水泥混凝土混合料中殘存減水劑的濃度降低引起。防止坍落度損失的措施：①分次添加高效減水劑

適用于預(yù)拌商品混凝土，在攪拌站拌和時(shí)加入一部分，在運(yùn)輸途中或現(xiàn)場(chǎng)再加余下部分。經(jīng)多次投入減水劑，可使坍落度損失變小。

②使用載體流化劑

將無機(jī)增強(qiáng)劑、高效減水劑、緩凝劑按一定的比例配合，通過成球、形成粒徑5~15mm的連續(xù)級(jí)配的粒狀物料。

將載體流化劑一次投入水泥混凝土中，球狀顆粒會(huì)逐漸溶解，其中的高效減水劑便逐步緩慢地釋放出來并發(fā)揮作用。③使用復(fù)合高效減水劑或特殊高效減水劑將高效減水劑和其他外摻劑一起復(fù)合使用，可以控制坍落度損失。④從膠凝材料-高效減水劑的相容性選擇適當(dāng)?shù)牟牧?1-第三節(jié)高性能水泥混凝土混合料的特性二、特殊的高粘性

粘性表示水泥混凝土混合料內(nèi)部阻礙相對(duì)流動(dòng)的性能。由于高性能混凝土加入了摻和料和高效減水劑，其粘性高，引出兩個(gè)實(shí)際問題：1、高粘性與泵送粘性大的水泥混凝土，滑動(dòng)抵抗力大，在泵送管壁附近滑動(dòng)量小，因此泵送非常不利。2、高粘性與振動(dòng)粘性大的水泥混凝土，流動(dòng)慢、填充率低。22-第三節(jié)高性能水泥混凝土混合料的特性三、高性能水泥混凝土混合料的和易性與評(píng)價(jià)1、高性能水泥混凝土混合料的和易性高性能水泥混凝土與普通混凝土相比，即使坍落度相同，但前者粘性大，流動(dòng)速度慢，所需的時(shí)間長(zhǎng)，施工作業(yè)時(shí)填充模型的速度慢。不能用坍落度全面評(píng)價(jià)高性能混凝土混合料的和易性。

目前國內(nèi)外正在探索有效的檢測(cè)方法。2、高性能水泥混凝土混合料和易性的評(píng)價(jià)方法1）Orimet試驗(yàn)法2）L型流動(dòng)儀23-新型混凝土24-輕骨料混凝土特點(diǎn)：輕質(zhì)，熱工性能良好，力學(xué)性能良好，耐火，抗?jié)B，抗凍，

易于加工輕骨料種類：工業(yè)廢料輕骨料（粉煤灰，煤渣）天然輕骨料（火山渣，浮石）人工輕骨料（頁巖陶粒，粘土陶粒）用途多層和高層建筑，軟土地基，大跨度結(jié)構(gòu)，抗震結(jié)構(gòu)，耐火等級(jí)要求高的結(jié)構(gòu)，要求節(jié)能以及舊建筑加層等。實(shí)例南京長(zhǎng)江大橋采用輕骨料混凝土橋板；天津北京采用輕骨料混凝土做墻體和屋面板25-2.大孔混凝土

成分：粗骨料水泥水特點(diǎn)導(dǎo)熱率小，保溫性能好，吸濕性小，收縮小，抗凍性15～25次凍融循環(huán)，水泥用量低。用途用于制作墻體用的小型空心砌塊和各種板材，可用于澆注墻體。26-3.多孔混凝土定義：不用粗骨料，內(nèi)部分布著大量小氣孔的輕質(zhì)混凝土。特點(diǎn)：體積密度300～1000，導(dǎo)熱率0.081~0.17W/(mk)兼具有

結(jié)構(gòu)及保溫的功能，容易切割，易于施工。用途：制成砌塊，墻體，屋面板及保溫制品，廣泛應(yīng)用于工

業(yè)與民用建筑及保溫工程中。27-4.加氣混凝土原理：鋁粉（加氣劑）＋氫氧化鈣→氫氣預(yù)制成砌塊條板加氣混凝土砌塊適用于承重和非承重的內(nèi)墻和外墻。加氣混凝土條板可用于工業(yè)與民用建筑中，做承重和保

溫合一的屋面板和墻板。28-5.泡沫混凝土定義：由水泥等拌制的漿料與引氣劑攪拌造成的泡沫混合，再經(jīng)澆注、養(yǎng)護(hù)硬化而成的多孔混凝土。常用松香膠、松香熱聚物、天然水溶性樹脂、蛋白活性物型等做發(fā)泡劑。用法：與同體積密度的加氣混凝土基本相同，可在現(xiàn)場(chǎng)直接澆注，

用作屋面保溫層。29-6.抗?jié)B混凝土定義：通過各種方法提高混凝土抗?jié)B性，當(dāng)其抗?jié)B等級(jí)>=p6時(shí)又稱抗?jié)B混凝土。混凝土抗?jié)B等級(jí)的選擇：防滲措施普通防水混凝土外加劑防水混凝土膨脹水泥防水混凝土30-（1）普通防水混凝土（富水泥漿混凝土）原理：通過調(diào)整配合比來提高混凝土自身的密實(shí)度，從而提高混凝土的抗?jié)B性。特點(diǎn)：抗?jié)B等級(jí)一般可達(dá)P6～P12施工簡(jiǎn)便，性能穩(wěn)定但施工質(zhì)量要求比普通混凝土嚴(yán)格。用途：地上、地下要求防水抗?jié)B的工程。（2）外加劑防水混凝土定義：利用外加劑的功能，使混凝土顯著提高密實(shí)性或改變孔結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到抗?jié)B的目的。常用外加劑引氣劑（松香熱聚物等）含氣量3％～5％密實(shí)劑（氫氧化鐵，氫氧化鋁）堵塞內(nèi)部滲水通路。造價(jià)高。防水劑（氯化鐵）與氫氧化鈣作用生成氫氧化鐵膠體，填充孔隙。31-輕混凝土（3）膨脹水泥防水混凝土定義：采用膨脹水泥配置而成的。原理：在水化過程中，能形成大量的鈣礬石，產(chǎn)生一定的體積膨脹，在有約束的條件下能改變孔結(jié)構(gòu)，使毛細(xì)孔徑減小，提高密實(shí)度，抗?jié)B性（使用溫度應(yīng)小于60度）防水混凝土的施工嚴(yán)格控制質(zhì)量，采用機(jī)拌機(jī)振澆注時(shí)應(yīng)一次完成，盡量不留施工縫加強(qiáng)保濕養(yǎng)護(hù)，至少14d不得過早脫模，脫模后更要即使充分澆水養(yǎng)護(hù)，以免出現(xiàn)干縮裂縫32-7.耐熱混凝土采用原因普通混凝土不耐高溫，若在高溫下使用，其強(qiáng)度會(huì)下降，甚至崩潰。耐熱混凝土是指長(zhǎng)期在高溫作用下保持其所要求的物理和力學(xué)性能的特種混凝土。組成膠凝材料耐熱粗細(xì)骨料水（或不加水）膠凝材料不同硅酸鹽水泥耐熱混凝土鋁酸鹽水泥耐熱混凝土水玻璃耐熱混凝土磷酸鹽耐熱混凝土33-輕混凝土8.纖維混凝土定義：在普通混凝土的基礎(chǔ)上外摻各種纖維材料而制成的復(fù)合材料。纖維材料鋼纖維（應(yīng)用較廣）玻璃纖維（應(yīng)用廣）炭纖維芳香族聚酰胺纖維玻璃纖維、芳綸纖維與碳纖維制品：鋼纖維直徑為0.35~0.7mm,長(zhǎng)徑比50~80，適宜參加體積率為1%~2%34-9.聚合物混凝土組成聚合物無機(jī)膠凝材料骨料特點(diǎn)：彌補(bǔ)了普通混凝土抗拉強(qiáng)度低、抗裂性差、脆性大、抗化學(xué)腐蝕性差的缺點(diǎn)。分類聚合物浸漬混凝土PIC聚合物水泥混凝土PCC樹脂混凝土REC35-10.防輻射混凝土防輻射混凝土能屏蔽x射線、r射線或中子輻射組成：水泥、重骨料（重晶石、褐鐵礦、磁鐵礦等）、水配制而成。特點(diǎn)：體積密度一般在3000以上，對(duì)防中子輻射，除需要混凝土質(zhì)量很大以外，還需要足夠多的氫元素。用途：原子能工業(yè)以及應(yīng)用放射性同位素的裝置中，如做反應(yīng)堆、加速器、放射化學(xué)裝置等的防護(hù)結(jié)構(gòu)36-11.補(bǔ)償收縮混凝土定義：由膨脹水泥，粗、細(xì)骨料及水配置而成的具有適度膨脹性的混凝土。用途：用于地下工程、樓地面、基礎(chǔ)后澆帶等特殊要求的工程中。普通混凝土硬化過程中會(huì)形成微裂縫，體積收縮，這種收縮引起的混凝土開裂是混凝土質(zhì)量的通病。補(bǔ)償收縮用限定條件下的膨脹來抵消這種收縮，從而減免裂縫的發(fā)生與發(fā)展。37-12.大體積混凝土是指混凝土結(jié)構(gòu)物實(shí)體的最小尺寸等于或大于0.8m，或預(yù)計(jì)會(huì)因水泥水化熱引起混凝土的內(nèi)外溫差過大而導(dǎo)致裂縫的混凝土。大型水壩、橋墩、高層建筑的基礎(chǔ)等工程所用混凝土，應(yīng)按大體積混凝土設(shè)計(jì)和施工，為了減少由于水化熱引起的溫度應(yīng)力，在混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)選用水化熱低和凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)的水泥。38-新型混凝土的發(fā)展1.高性能混凝土HPC與高強(qiáng)混凝土（HSC）以耐久性和混凝土材料的可持續(xù)發(fā)展為基本要求，

并適合工業(yè)化生產(chǎn)和施工的新一代混凝土。用途：高層、大