高性能混凝土的制备和质量控制

高性能混凝土的制备与质量控制江南大学环境与土木工程学院华渊[e-mail]一、概述1.结构物采用高性能混凝土的必要性2.高性能混凝土与普通混凝土的异同点3.混凝土的发展趋势据统计：在正常工作条件下，混凝土与预应力混凝土结构桥梁从建成到拆除重建的周期为40～45年共性：◇高性能混凝土本质上与普通混凝土没有很大差别◇使用的原材料仍然为水泥、砂、石、外加剂◇生产工艺过程在宏观上与普通混凝土一致不同点：◇掺加大量活性混合材，养护要求高◇对施工单位的管理水平要求高◇许多对普通混凝土不敏感的因素变得敏感了混凝土的发展二、原材料质量要求1、水泥生产：生料粉磨－熟料烧制（1300~1400度）－再磨细（石膏）水泥组成：CaO----60~67%;SiO2----17~25%Al2O3----3~8%;Fe2O3----0.5~6%MgO----0.1~5.5%;Na2O+K2O----0.5~1.3%SO3----1~3%水泥分类ASTMC150根据水泥熟料（C3S、C2S、C3A、C4AF）的组成分成五类：化合物Ⅰ型Ⅱ型Ⅲ型Ⅳ型Ⅴ型C3S5146563044C2S2329174636C3A1261254C4AF1014101312我国水泥的主要品种（6种）硅酸盐水泥（波特兰水泥）普通硅酸盐水泥粉煤灰硅酸盐水泥火山灰质硅酸盐水泥矿渣硅酸盐水泥复合硅酸盐水泥（1）水泥宜选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，混合材宜为矿渣或粉煤灰。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。（2）除国标外，应满足下表规定序号项目技术要求1比表面积≤350m2/kg（硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥）280µm方孔筛筛余≤10.0%（普通硅酸盐水泥）3游离氧化钙含量≤1.0%4碱含量≤0.80%5熟料中的C3A含量≤8%，氯盐环境下≤10%6氯离子含量不宜大于0.10%（钢筋混凝土）≤0.06%（预应力混凝土）注：1当骨料具有碱—硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%。2C40及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60%。（3）检验要求检验项目进场检查复检日常检验项目频次项目频次项目频次水泥烧失量氧化镁含量三氧化硫含量碱含量比表面积√更换料源或每批进货时核查供应商提供的报告施工、监理单位均全部检查√下列任一情况为一批，每批检验一次：①任何新选货源；②同厂家、同批号、同品种的水泥达3个月及出厂日期达3个月的水泥。同厂家、同批号、同品种、同强度等级、同出厂日期且连续进场的散装水泥每500t（袋装水泥每200t）检验一次，当不足500t或200t时，也需检验一次。细度凝结时间安定性强度√√√游离氧化钙含量助磨剂名称及掺量石膏名称及掺量混合材名称及掺量氯离子含量熟料C3A含量√2、矿物掺和料主要三类（1）胶凝作用：矿渣、钢渣、高钙粉煤灰（2）火山灰材料：天然火山灰、浮石、凝灰岩、硅藻土、低钙粉煤灰、硅灰等（3）惰性材料：生黏土、石灰石粉、气冷矿渣2－1粉煤灰煤粉－燃烧－残渣粉磨加工－磨细灰设备集尘－原状灰序号名称技术要求C50以下混凝土C50及以上混凝土1细度，%≤20≤122氯离子含量，%不宜大于0.023需水量比，%≤105≤1004烧失量，%≤5.0≤3.05含水量，%≤1.0（干排灰）6SO3含量，%≤3.07CaO含量，%≤10（对于硫酸盐侵蚀环境）粉煤灰检验要求检验项目进场检查复检日常检验项目频次项目频次项目频次粉煤灰细度烧失量需水量比√每品种每料源核查供应商提供的报告施工单位和监理单位全部检查√下列任一情况为一批，每批检验一次：①任何新选货源；②同厂家、同批号、同品种达3个月及出厂日期达3个月。√同厂家、同编号、同品种、同出厂日期的产品每120吨检验一次，不足120吨时，也需检验一次。碱含量含水率三氧化硫含量氧化钙含量氯离子含量√√2－2矿渣粉矿渣：化学成分与水泥熟料类似，氧化钙含量较低，氧化铝和氧化硅的含量较高。在碱环境或硫酸盐环境下活性逐步激发序号名称技术要求1MgO含量，%≤142SO3含量，%≤4.03烧失量，%≤3.04氯离子含量，%≤0.025比表面积，m2/kg350～5006需水量比，%≤1007含水率，%≤1.08活性指数，%，28d≥95矿渣粉检验要求检验项目进场检查复检日常检验项目频次项目频次项目频次矿渣粉比表面积烧失量需水量比√更换料源或每批进货时核查供应商提供的报告施工单位和监理单位全部检查√下列任一情况为一批，每批检验一次：①任何新选货源；②同厂家、同批号、同品种达3个月及出厂日期达3个月。√同厂家、同编号、同品种、同出厂日期的产品每120吨检验一次，不足120吨时，也需检验一次。碱含量含水率三氧化硫含量氧化镁含量氯离子含量活性指数√√2－3硅灰石英在2000度条件下蒸发为气体部分氧化凝结为圆球状微珠。颗粒细小，形状浑圆而且活性高贮存和运输比较困难序号名称技术要求1烧失量，%≤62氯离子含量，%不宜大于0.023SiO2含量，%≥854比表面积，m2/kg≥180005需水量比，%≤1256含水率，%≤3.07活性指数，%，28d≥85硅灰检验要求检验项目进场检查复检日常检验项目频次项目频次项目频次硅灰比表面积烧失量需水量比活性指数√更换料源或每批进货时核查供应商提供的报告施工单位和监理单位全部检查√下列任一情况为一批，每批检验一次：①任何新选货源；②同厂家、同批号、同品种达3个月及出厂日期达3个月。√同厂家、同编号、同品种、同出厂日期的产品每30吨检验一次，不足30吨时，也需检验一次。碱含量含水率二氧化硅含量氯离子含量√√3、外加剂混凝土外加剂：减水剂缓凝剂引气剂泵送剂防冻剂膨胀剂速凝剂早强剂等（1）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容性。掺量流动性AB时间流动性ABC序号项目指标1水泥净浆流动度，mm≥2402硫酸钠含量，%≤10.03氯离子含量，%≤0.24碱含量(Na2O+0.658K2O),%≤10.0序号项目指标备注5减水率，%≥206含气量，%≥3.0用于配制非抗冻混凝土时≥4.5用于配制抗冻混凝土时7坍落度保留值，mm30min≥180用于泵送混凝土时60min≥150用于泵送混凝土时8常压泌水率比，%≤209压力泌水率比，%≤90用于泵送混凝土时10抗压强度比，%3d≥1307d≥12528d≥12011对钢筋锈蚀作用无锈蚀12收缩率比，%≤13513相对耐久性指标，%，200次≥80外加剂检验要求检验项目进场检查复检日常检验项目频次项目频次项目频次外加剂减水率常压泌水率比含气量凝结时间差抗压强度比√更换料源或每批进货时核查供应商提供的报告施工单位和监理单位全部检查√下列任一情况为一批，每批检验一次：①任何新选货源；②同厂家、同批号、同品种达6个月及出厂日期达6个月。√同厂家、同编号、同品种、同出厂日期的产品每50吨检验一次，不足50吨时，也需检验一次。匀质性水泥净浆流动度硫酸钠含量氯离子含量坍落度保留值压力泌水率比对钢筋的锈蚀作用耐久性指数收缩率比√√4－1、砂（1）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，也可选用专门机组生产的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海砂。（2）坚固性：不大于8%；吸水率：不大于2%；优先使用非碱活性骨料项目质量指标＜C30C30～C45≥C50含泥量，%≤3.0≤2.5≤2.0泥块含量，%≤0.5云母含量，%≤0.5轻物质含量，%≤0.5氯离子含量，%＜0.02SO3含量，%≤0.5有机物含量（用比色法试验）颜色不应深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压强度比不应低于0.95。混凝土强度等级＜C30C30～C45≥C50石粉含量（%）MB＜1.40≤10.0≤7.0≤5.0MB≥1.40≤5.0≤3.0≤2.0采用人工砂或混合砂时，压碎指标值应小于25%，石粉含量应符合下表规定：砂检验要求检验项目复检日常检验项目频次项目频次砂细度模数含泥量泥块含量云母含量轻物质含量有机物含量石粉含量压碎指标√下列任一情况为一批，每批检验一次：①任何新选货源；②连续使用同料源、同品种、同规格的粗骨料达一年。√连续进场的同料源、同品种、同规格的粗骨料每400m3（或600t）为一批，不足上述数量时也按一批计。吸水率坚固性硫化物及硫酸盐含量氯离子含量碱活性√4－2、石（1）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，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。优先采用非活性骨料。（2）最大粒径：保护层厚度的2/3，钢筋最小间距的3/4。C50以上时，不应大于25mm。（3）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%）（4）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，且应符合下表的规定。混凝土强度等级＜C30≥C30岩石种类水成岩变质岩或深成的火成岩火成岩水成岩变质岩或深成的火成岩火成岩碎石≤16≤20≤30≤10≤12≤13碎卵石≤16≤12项目强度等级＜C30C30～C45≥C50含泥量，%≤1.0≤1.0≤0.5泥块含量，%≤0.25针、片状颗粒总含量，%≤10≤10≤8硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3），%≤0.5氯离子含量，%＜0.02碎卵石中有机质含量（用比色法试验）颜色不应深于标准色。当深于标准色时，应配制成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应小于0.95。石检验要求检验项目复检日常检验项目频次项目频次石颗粒级配压碎指标针片状颗粒含量含泥量泥块含量√下列任一情况为一批，每批检验一次：①任何新选货源；②连续使用同料源、同品种、同规格的粗骨料达一年。√连续进场的同料源、同品种、同规格的粗骨料每400m3（或600t）为一批，不足上述数量时也按一批计。岩石抗压强度吸水率紧密空隙率坚固性硫化物及硫酸盐含量氯离子含量有机物含量（碎卵石）碱活性√5、拌合用水（1）拌合用水可采用饮用水。当采用其他来源的水时，水的品质应符合下表的要求项目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值＞4.5＞4.5＞4.5不溶物，mg/L＜2000＜2000＜5000可溶物，mg/L＜2000＜5000＜10000氯化物（以Cl-计），mg/L＜500＜1000＜3500硫酸盐（以SO42-计），mg/L＜600＜2000＜2700碱含量（以当量Na2O计），mg/L＜1500＜1500＜1500（2）用拌合用水和蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）进行水泥净浆试验所得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不得大于30min，其初凝和终凝时间尚应符合水泥国家标准的规定（3）用拌合用水配制的水泥砂浆或混凝土的28d抗压强度不得低于用蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）拌制的对应砂浆或混凝土抗压强度的90%（4）拌合用水不得采用海水。当混凝土处于氯盐环境时，拌合水氯离子含量应不大于200mg/L。对于使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，拌合水氯离子含量不得超过350mg/L搅拌用水中有害物含量有害物名称混凝土种类预应力混凝土钢筋混凝土混凝土pH值5～95～95～9不溶物（mg/L）200020005000可溶物（mg/L）2000500010000氯化物（以C1-计，mg/L）35012003500硫酸盐（以SO42-计，mg/L）60027002700硫化物（以S2-计，mg/L）100——三、力学性能要求◇预应力混凝土梁混凝土强度设计等级C50◇桥梁墩台、桩基混凝土强度设计等级C30◇预应力混凝土轨枕混凝土强度设计等级C60◇预应力混凝土轨道板强度设计等级C60四、耐久性能要求1抗冻性墩台、桩基≥300次，桥梁、轨枕200~250次2抗渗性≥S12~203