第三章-其他混凝土

第二节其它混凝土普通混凝土有哪些局限强度比强度小耐久性凝结硬化施工性能资源与能耗问题一、高强混凝土HighStrengthConcrete(HSC)概述定义：强度等级达到或超过C50的混凝土称为高强混凝土。强度等级：从C50~C80分为七个等级：C50、C55、C60、C65、C70、C75、C80。高强混凝土的早期强度、弹性模量、耐久性等都有所提高和改善，高强混凝土的拉压比和徐变较小。高强混凝土的特性1）断裂模式与脆性2）抗裂性能与耐久性3）制备与浇注轴向应变（mm)应力MPa普通混凝土高强混凝土0.006120受压状态下的断裂能NSCHSC曲线下的面积0.11m20.23m2试件面积0.00735m20.00735m2试件长度200mm200mm压状态下的断裂能0.17N·mm0.36N·mm高强混凝土与普通混凝土的断裂能HSCNSC强度105MPa35MPa受压时的断裂能0.36N·mm0.17N·mm混凝土高强化的技术途径与措施技术途径：胶结材料本身的高强化；高强度的骨料；强化胶结材料与骨料的界面结合力。措施：合理选择原材料；合理选择混凝土配合比设计参数；合理的施工工艺（一）原材料基本要求1.水泥：强度等级不低于52.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；2.细骨料：细度模数大于2.6的偏粗中砂；3.粗骨料：高强度的硬质骨料，Dmax≤25mm。4.外加剂：非引气、坍落度损失小的高效减水剂；5.掺合料：硅灰、超细矿渣、超细粉煤灰等。（二）配合比设计要点1.水胶比：宜控制在0.38±0.03以下；2.胶结材料用量：水泥用量≤550kg/m3，胶结材料总量≤600kg/m3；3.砂率：宜选择较低砂率；4.外加剂：根据试验确定外加剂品种和合理掺量。（三）施工工艺1.机械搅拌和振捣；2.加压成型；3.离心成型；4.加强养护。1995年11月，北京财税大楼原设计框架及墙体采用C60，经协商将首层4根柱子改为C100。原材料：水泥：冀东52.5普硅硅粉：天津铁合金厂砂子：FM=3.1石子：5～20mm碎石高效减水剂DFS-2水胶比：0.23性能和易性良好：拌合物坍落度20.5cm(2h基本无损失)、无离析泌水、泵送顺利(泵压18～20MPa)现场制作15cm立方试件，28h强度125~131.6MPa弹性模量5.48×104MPa1000次冻融循环残余动弹模97.8%抗渗H3528h碳化深度为0高强混凝土的应用实例C:450kg/m3;SL=22cm。R3d=26MPa;R7d=53.6MPa;R28d=78MPa法国Joigny桥法国Sylans高架桥水泥400kg/m3R12h=25MPaR28d=68.5巴黎新凯旋门C:425kg/m3;SF:30kg/m3;Sl:22cm;R7d=54MPa;R28d=66MPaFalkenberg,瑞典95MPaHSCforhighwayE-6&E-18;wearlessthan10%ofhighqualityblacktop法国跨Rhone河通行TGV大桥；2000年底完工世界最大的预应力混凝土铁路桥最大跨100m；全部采用高强混凝土—52MPa/28d；TGV最高速度：320km/h；产生600Mgf的力(相当于20辆卡车)；全桥承载可达40t/m(公路桥最大为15t/m)。Oneof838segments二、轻混凝土Light-weightConcrete概述定义：表观密度不大于1950kg/m的混凝土称为轻混凝土。种类：轻骨料混凝土（全轻混凝土、砂轻混凝土）；多孔混凝土；大孔混凝土。特性:表观密度小、自重较轻、保温隔热、隔声和抗震等性能良好。（一）轻骨料混凝土定义：用轻粗骨料、轻细骨料（砂）、水泥和水配制的混凝土称为轻骨料混凝土。种类：全轻混凝土：粗、细骨料都是轻骨料；砂轻混凝土：细骨料为普通砂；此外，又分：保温轻骨料混凝土、结构保温轻骨料混凝土、结构轻骨料混凝土。我国轻骨料及轻混凝土的发展长期以来，国内的轻骨料以粘土、粉煤灰等为原料煅烧的陶粒为主，质轻而强度低，配制出的轻混凝土强度也不高，作为结构工程材料的用途受到很大限制。近年来，国外先进技术及国内新技术，使强度较高、吸水率小的页岩轻骨料涌现，为配制较高强度的轻混凝土，用于桥梁、高层建筑等结构开辟了广阔的应用前景。殿神万马罗ThePantheonRome直径44m，耗用凝灰岩轻骨料混凝土12000t1919年Selma号轻混凝土船在美国Alabama下水普通骨料混凝土轻骨料混凝土1.轻骨料的种类及技术性质（1）轻骨料的种类：粒径＞5mm，堆积密度＜1000kg/m3，为轻粗骨料；粒径≤5mm，堆积密度＜1200kg/m3，为轻细骨料或轻砂；种类：工业废料轻骨料：粉煤灰陶粒等；天然轻骨料：浮石、火山渣等；人工轻骨料：粘土陶粒、页岩陶粒、膨胀珍珠岩等。（2）轻骨料的技术性质堆积密度筒压强度颗粒级配吸水率细度模数（轻砂）1）堆积密度轻骨料混凝土的强度与表观密度与轻骨料的堆积密度密切相关。轻粗骨料的堆积密度有：300～1000八个等级；轻细骨料的堆积密度有：500～1200八个等级；2）筒压强度将粒径为10～20烘干的轻粗骨料装入115mm×100mm的带底圆筒内，上面加113mm×70mm的冲压模，取冲压模压入深度为20mm时的压力值，除以承压面积，即为轻细骨料的筒压强度值。113mm115mm100mm70mm3）颗粒级配最大粒径：一般有累计筛余率（按质量）小于10％的该号筛孔尺寸来确定。保温：30mm；结构：20mm粒级划分：五级5～10mm10～15mm15～20mm20～25mm25～30mm2、轻骨料混凝土的技术性质表观密度：12个密度等级。强度等级：CL5.0~CL50。强度特点：界面粘结牢固、三向受力、主要依赖于水泥石强度和水泥用量。轴心抗压与立方体抗压强度比值较高。匀质性较差，fc=0.76fcu。弹性模量较低：30～50%收缩与徐变较大：0.4~1.0mm/m；徐变大30~60%。热工性能：密度越小，导热系数越低。轻骨料界面砂浆轻混凝土——界面显著加强普通混凝土骨料浆体界面3、配合比设计特点配合比设计的原理和方法与普通混凝土相同。满足表观密度要求：骨料表观密度及用量。满足强度要求：尚无强度计算公式，根据有关经验数据和图标确定强度与配合比的关系，然后经试配与调整，找出最优配合比。水泥强度和轻骨料强度满足和易性要求：确定用水量时，需考虑轻骨料吸水量，“附加水量（1h吸水量）”、“净用水量”。砂率：体积砂率—细骨料松散体积与骨料总体积之比，35～50％。骨料用量：绝对体积法或松散体积法绝对体积：混凝土体积等于各组成材料体积之和。松散体积：Va+s=1.20~1.65m3/m3。轻骨料混凝土实例骨料筒骨料表混凝土抗压强度弹模波松比压强度观密度干容重7d28dEυMPag/cm3kg/m3MPaGPa141150188062.28029.30.224、施工特点与应用轻骨料吸水率较大，拌和时，轻骨料应预先吸水。外加剂后加法。防治轻骨料上浮加热养护时，升温不宜太快（为什么？）1987~2000年挪威共建成11座轻混凝土桥。其中6座悬臂桥；2座斜拉桥1座浮桥新结构设计手册和石油钻井平台建设为轻混凝土发展提供了契机NORDHORDLAND轻混凝土浮桥(主跨为斜拉桥)曳引轻混凝土浮桥墩(混凝土ρ=1900kg/m3；f=70MPa；E=20~23GPa)挪威第一座轻混凝土桥新西兰一座轻混凝土构件建造的体育场挪威海上石油钻井平台天津永定新河大桥天津永定新河大桥（二）多孔混凝土多孔混凝土：含有大量均匀分布的封闭气泡的无骨料或无轻骨料的混凝土种类：加气混凝土、泡沫混凝土加气混凝土组成：钙质材料、硅质材料、水、加气剂铝粉的作用：在碱性条件下氧化，还原水中的H+离子为氢气。蒸压养护下，形成硅酸钙水化物泡沫混凝土组成：水泥、水、（砂）、泡沫剂。泡沫剂：松香皂、水解蛋白。三、喷射混凝土1930铁路工程协会就提出了“喷射混凝土”（shotcrete）的术语，来描述混凝土的喷射法施工。1951年美国混凝土协会将这个术语用于干拌过程。现在“喷射混凝土（Shotcrete）”用于湿拌过程已被普遍接受。软泥土Muck支挡Support1、喷射混凝土组成材料骨料Aggregate细骨料=骨料总量的60-70%粗骨料=30-40%水泥：硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥，320～450kg/m3。水灰比：W/C=0.33-0.45减水剂：高效减水剂硅灰：水泥质量的5%-15%乳液改性剂：主用用于修补速凝剂硅酸盐，如水玻璃铝酸盐，如铝酸钠，用量占胶凝材料的2-5%2、强度增长基准混凝土掺铝酸盐掺水玻璃干喷3、喷射混凝土应用地基密封防治腐蚀和风化阻止渗进和渗出挖掘支挡体系的成分主支挡锚杆/喷射混凝土体系锚杆/喷射混凝土/网架体系表面修饰实用、功能和艺术的考虑，并不形成混凝土。修补干拌施工工艺Dryprocess–干材料在搅拌站混合，然后用压缩空气输送到喷嘴，在喷嘴处，水、液态外加剂和速凝剂导入，然后在0.6～0.7MPa的空气压力下立即喷出湿拌施工工艺Wetprocess–除速凝剂外，所有的材料在搅拌站混合，然后用混凝土泵输送到喷嘴，在喷嘴处在与速凝剂一起，在0.6～0.7MPa压缩空气下，立即喷出。干拌与湿拌的对比典型的湿工艺施工喷嘴技术挡土墙加固喷射混凝土施工前的挂网喷射施工喷射混凝土表面装饰艺术处理喷射混凝土喷射混凝土Shotcrete喷射混凝土Shotcrete四、泵送混凝土PumpingConcrete泵送混凝土PumpingConcrete泵送混凝土泵送混凝土PumpingConcrete泵送混凝土PumpingConcrete泵送混凝土PumpingConcrete岩基水面泵送混凝土泵送混凝土的特点可用泵进行垂直和水平输送，并可浇注的混凝土。可泵性：在泵压下，连续稳定，不离析大流动性良好的保水性和粘聚性足够的稠度和适中的浆体组成材料与配合比原材料水泥硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥等骨料最大粒径与管径之比，连续级配外加剂泵送剂、减水剂、矿物粉末等配合比水灰比＜0.6；水泥用量＞300kg/m3；砂率38～45％；引气剂含气量＜4％五、碾压混凝土RollerCompactedConcrete(RCC)RCCD(Dam)RCCP(Pavement)碾压混凝土碾压混凝土碾压混凝土——RCC碾压混凝土——RCC碾压混凝土的性能特点强度高收缩小降低1/2~1/3；耐久性好结构密实，抗渗性好节约水泥节约30％，200kg/m3;工效高用于修路可提高2倍六、自密实混凝土Self-CompactedConcrete和易性特点混凝土自密实可解释为，拌合物的屈服剪应力较小，塑性粘度足够使骨料悬浮于水泥浆中，不离析和泌水，能自由流淌并通过钢筋间隙等狭窄空间不被堵塞，且均匀填充密实模板各个角落，从而能避免因振捣不足或不能振捣造成的空洞、蜂窝、麻面等质量缺陷。自密实混凝土不需机械振捣，而是依靠自重使混凝土密实。混凝土的流动度虽然高，但仍可以防止离析。混凝土不仅能达到自密实的效果，而且混凝土还应具有良好的粘聚性、保水性和流动性。配制自密实混凝土的方法（1）粗骨料的体积为固体混凝土体积的50%；（2）细骨料的体积为砂浆体积的40%；（3）水灰比为0.9-1.0；（4）进行流动性试验，确定超塑化剂用量及最终的水灰比，使材料获得最优的组成。施工特点在施工现场无振动噪音；可进行夜间施工，不扰民；对工人健康无害；混凝土质量均匀、耐久；钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑；施工速度快，现场劳动量小。自密实混凝土自密实混凝土坍落度与坍扩度测定自密实混凝土自密实混凝土