高性能混凝土培训讲义

京沪高速铁路高性能混凝土主要技术标准与施工关键技术二OO七年一月高性能混凝土主要技术标准与施工关键技术2007年1月第i页目录一概论……………………………………………………………………………………1（一）高性能混凝土的定义…………………………………………………………1（二）高性能混凝土与普通混凝土的区别…………………………………………3（三）铁路混凝土结构耐久性状况…………………………………………………3（四）铁路混凝土结构采用高性能混凝土的意义及可行性………………………6（五）高性能混凝土的应用前景……………………………………………………7二混凝土结构耐久性与高性能混凝土的关系…………………………………………10（一）混凝土结构的耐久性及其影响因素…………………………………………101环境条件………………………………………………………………………102结构构造………………………………………………………………………123混凝土的性能…………………………………………………………………134施工质量………………………………………………………………………15（二）高性能混凝土的性能…………………………………………………………15（三）混凝土结构耐久性与高性能混凝土的关系…………………………………15三高性能混凝土技术要求………………………………………………………………16（一）原材料技术要求………………………………………………………………161水泥……………………………………………………………………………162粉煤灰…………………………………………………………………………173矿渣粉…………………………………………………………………………174细骨料…………………………………………………………………………185粗骨料…………………………………………………………………………186外加剂…………………………………………………………………………197拌合用水………………………………………………………………………20（二）配合比技术要求………………………………………………………………20（三）耐久性技术要求………………………………………………………………23第ii页四高性能混凝土施工前准备……………………………………………………………25（一）建立全过程质量管理的理念…………………………………………………25（二）制定完善的施工技术文件……………………………………………………27（三）筹建试验室……………………………………………………………………28（四）选择原材料……………………………………………………………………30（五）混凝土配合比设计……………………………………………………………31五高性能混凝土施工……………………………………………………………………36（一）一般要求………………………………………………………………………36（二）混凝土搅拌站…………………………………………………………………43（三）桩基混凝土施工………………………………………………………………46（四）承墩台混凝土施工……………………………………………………………54（五）隧道衬砌混凝土施工…………………………………………………………58（六）涵洞混凝土施工………………………………………………………………59（七）梁体混凝土施工………………………………………………………………59（八）季节施工………………………………………………………………………62六高性能混凝土质量检验………………………………………………………………64（一）施工前检验……………………………………………………………………64（二）施工过程检验…………………………………………………………………64（三）施工后检验……………………………………………………………………65第1页一概论（一）高性能混凝土的定义高性能混凝土是上世纪80年代末90年代初才出现的。自从有了波特兰水泥后，水泥基材料经历了漫长的发展过程。经过无数次改革、创造与发明，其科技内容已十分丰富。早在30年前，28d抗压强度超过50MPa的高强度混凝土已较多地在工程上应用。一些具有远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度指标的同时，也提出了对混凝土工作性和耐久性的要求。但当时还没有一个为大家所接受的名称，更没有定出指标和规程。因此也有人认为，高性能混凝土是高强度混凝土的进一步完善。由此可见，高性能混凝土这一名词出现至今已近20年。但是，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，例如：1.美国国家标准与技术研究所（NIST）和美国混凝土协会（ACI）于1990年5月召开的讨论会上提出：高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制，且便于浇捣，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有一定的韧性和体积稳定性等性能的耐久混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。2.1990年美国著名水泥化学专家MehtaPK提出：高性能混凝土不仅要求高强度，还应具有高耐久性（抵抗化学腐蚀）等其他重要性能，例如高体积稳定性（高弹性模量、低干缩率、低徐变和低的温度应变）、高抗渗性和高工作性。3.1992年法国MalierYA提出：高性能混凝土的特点在于有良好的工作性、高的强度尤其是早期强度、工程经济性、高耐久性，特别适用于桥梁、港工、核反应堆以及高速公路等重要的混凝土建筑结构。4.1992年日本的小泽一雅和冈村甫提出：高性能混凝土应具有高工作性（高的流动性、黏聚性与可浇筑性）、低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。5.1992年日本SarkarSL提出：高性能混凝土应具有较高的力学性能（如高抗压强度、抗折强度、抗拉强度）、高耐久性（如抗冻融循环、抗碳化和抗化学侵蚀）、高抗渗性，属于水胶比很低的混凝土家族。第2页我国著名水泥混凝土专家、中国工程院院士吴中伟教授在总结上述学者的观点，结合中国实际情况，提出如下高性能混凝土的定义：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采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。这一定义目前已被我国工程界广泛接受。由于不同的工程和应用部门对高性能混凝土有不同的要求，因而常常对高性能混凝土会提出不同的性能或指标，例如：1.用于公路工程的高性能混凝土应满足下列要求（美国战略公路研究计划（SHRP）提出）：（1）水胶比不大于0.35；（2）耐久性指数大于80%；（3）4h抗压强度高于17.2MPa，或24h抗压强度高于34.5MPa，或28d抗压强度高于68.9MPa。2.用于桥梁，尤其是大跨度桥梁的高性能混凝土应满足下列要求：（1）水胶比不大于0.4；（2）强度高于41.4MPa；（3）徐变率低。3.用于高层建筑的高性能混凝土应具有高强度、高弹性模量、轻质、低徐变率、较高的工作性、高早期强度、高耐久性等特性，使长期以来建筑物的安全使用期从30～50年提高到100年以上。4.用于港工工程的高性能混凝土应具有高耐久性（抗腐蚀、抗冻融循环等）、高抗渗性、高强度、体积稳定性与抗冲击疲劳性好。5.用于重要水工建筑物（包括大体积混凝土工程）的高性能混凝土对耐久性与体积稳定性有很高的要求，而对于强度和早期强度要求不高。水工建筑常要求有很长的安全使用期。在寒冷、干热以及高速水流冲刷等条件下应用的高性能混凝土，尤其需要某些特殊性能。由于水工混凝土的工程量通常较大，混凝土的工作性好坏对混凝土的均匀第3页性、工程安全性以及施工经济性有极大影响，因此对混凝土的工作性常有较高的要求。法国为发展高性能混凝土而设立的“混凝土新方法”国家科研项目提出：“高性能混凝土应该是要求长期耐久性的一切工程所必须采用的，即使结构上不要求应用高强度混凝土。”这说明高性能混凝土不一定要求高的强度指标。（二）高性能混凝土与普通混凝土的区别与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。表1－1列出了高性能混凝土与普通混凝土的区别与联系。表1－1高性能混凝土与普通混凝土的区别与联系混凝土种类项目普通混凝土高性能混凝土理念重视强度，对于不同混凝土，规定不同的最低强度重视耐久性，根据环境特点，确定混凝土应具备的性能寿命20～50年左右100年以上原材料组成水泥、砂、石、水、普通减水剂水泥、砂、石、水、高性能减水剂、矿物掺合料原材料质量要求原材料的品质指标主要满足强度要求原材料的品质指标应满足工作性、强度、耐久性等要求配合比控制指标坍落度、力学性能粘聚性、保水性、流动性、坍落度、扩展度、含气量、力学性能、耐久性能生产工艺包含搅拌、运输、灌注、振捣、养护等环节包含施工前准备、搅拌、运输、灌注、振捣、养护、过程检验等环节施工过程控制特点仅对坍落度、凝结时间等进行控制对坍落度、坍落度保留值、含气量、泌水率、凝结时间、水胶比、温度、匀质性进全面行控制质量检测指标强度、外观等强度、外观、耐久性等（三）铁路混凝土结构的耐久性状况铁路是国民经济的动脉，铁路也是混凝土的应用大户。铁路混凝土结构在铁路线路上占有相当大的比例。令人遗憾的是，铁路工务部门发现，近二、三十年来，铁路混凝土结构出现了各种各样的病害，有些病害甚至发展到危及行车安全的地步。以下是铁道部对全路桥梁和隧道的安全性进行的几次普查情况。桥梁方面：兖石线1985年建成通车，1991年检查时发现，于1982～1983年期间生产的189孔32m及24m跨度的预应力混凝土梁（采用永定河产砂石和高碱水泥）中，有183孔第4页梁出现程度不同的膨胀裂缝。根据裂缝特征，初步判定为碱—骨料反应（AAR）病害。随后发现，16m跨度的预应力混凝土梁也出现了程度不同的膨胀裂缝。胶济、京沪、新兖、陇海等线共发现有AAR病害预应力混凝土梁553孔，迄今已投资531万元整治了173孔，还有380孔需整治，尚需投资1000余万元。1994年秋季调查结果显示，全国铁路桥梁中当时有6137座存在不同程度劣化损害，占当年铁路桥梁总数约33600座的18.8%。有300O多孔钢筋混凝土挢梁发生锈蚀，230O多孔预应力混凝土梁顺筋开裂，所需修补加固费用约4亿元。2000年调查发现，全路共有裂缝超限混凝土梁1155座/4154孔，发生钢筋锈蚀的混凝土梁达3000多孔，其中Π形梁占绝大多数。这些桥梁的竣工资料表明，建国后早期修建的铁路桥，很多在制梁时都掺加了CaCl2作为早强剂及抗冻剂。如京沪线上行新薛河桥、上下行排洪道桥等，在制造23.8m预应力混凝土梁及16mΠ形梁时均掺加了CaCl2，从而加剧了桥梁钢筋锈蚀病害；徐州枢纽夹孟线大山二号及一号桥的8m跨度钢筋混凝土梁，由于设计及制造原始缺陷，加之氯盐侵蚀，造成了近200孔梁出现了严重的钢筋锈蚀病害。而京广线百孔大桥，在维修时发现2孔31.7m跨度的预应力混凝土梁高强钢丝束锈蚀严重，若不是及时发现，极有可能出现类似英国一样的预应力混凝土梁垮塌事故，后果不堪设想。到2002年底，铁路桥梁总数约4万座，总孔数超过13万，其中混凝土桥梁就有12万孔以上，发现混凝土顺筋开裂的有3000多孔，占2.5%；碳化深度在20mm以上的约5000多孔。2003年的铁路秋季检查结果显示，全国铁路有失格桥梁7352座（占桥梁总数的18.15%），其中混凝土梁体发生顺筋开裂3345孔，大面积锈蚀3390孔，T型梁横隔板断裂3000多孔。隧道方面：由于设计缺陷以及取用的混凝土强度等级过低，隧道衬砌的裂损、腐蚀和渗漏现象非常普遍。据1997年调查，铁路隧道发生裂损的数量约占当年隧道