高性能混凝土的发展和应用.pdf

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1、网络教育学院 本 科 生 毕 业 论 文（设计） 题目：高性能混凝土的发展和应用 学习中心：大连学习中心 层次：专科起点本科 专业：土 木工 程 年级：年季 学号： 学生： 指导教师： 完成日期： 2015 年 6 月 15 日 高性能混凝土的发展和应用 I 内容摘要 随着我国改革开放和现代化进程的加快，我国的建设规模正日益增大，如何保 证建筑工程质量的同时也能使工程能长久的安全使用下去，日益受到各级政府和 社会各界的广泛关注。在众多的土木工程建设中，混凝土的应用面之广，使用次 数之多是很少见的。尤其中近年来，一种较新的混凝土技术正在快速发展并且运 用到许多实际工程项目中，那就是高性能混凝土。

2、 高性能混凝土 (High Performance Concrete，HPC) 由于具有高耐久性、高工 作性、高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全 面的混凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港 建筑等工程。 本文主要介绍了高性能混凝土发展的历史背景及目前国内外的研究现状，阐明 了高性能混凝土的特性，列举了高性能混凝土在国内外研究应用中的重要成果， 并对其发展趋势作出展望。随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展，HPC 必将成为新世纪的重要建筑工程材料。 关键词：高性能混凝土，绿色，发展，背景 高性能混凝土的发展和应用 II 目录 内容摘

3、要 . I 引言 1 1 绪论 1 2 典型高性能混凝土的特点及工程应用 2 2.1 典型高性能混凝土的特点 . 2 2.1.1 超高强混凝土的特点 2 2.1.2绿色高性能混凝土的特点 2 2.1.3机敏型高性能混凝土的特点 3 2.1.4 普通混凝土的高性能化 3 2.2 高性能混凝土的工程应用 . 4 2.2.1 高性能混凝土的原材料及配合比 4 2.2.2环保型高性能混凝土的工程应用范围 6 2.2.3 机敏型高性能混凝土的工程应用范围 8 3 新型绿色高性能混凝土的研究及工程应用 10 3.1 高性能混凝土绿色化的途径 . 10 3.2 绿色高性能混凝土的发展展望 . 10 4 工程

4、实例分析 12 4.1 工程简介 12 4.2 高性能混凝土的设计思路 12 4.3 高性能混凝土配合比试验 13 4.3.1 原材料的技术要求 . 13 4.3.2 配合比设计主控项目 . 13 4.3.3 配合比的确定 . 14 4.4 工程应用 14 5 结论与展望 16 参考文献 17 高性能混凝土的发展和应用 1 引言 从 1824 年波特兰水泥发明开始，混凝土材料至今已有100 多年的历史，以水 泥为胶结材的混凝土也取得了具大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。 从 20世纪以来，混凝土就己成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构首 选材料，混凝土作为土木工程中最大宗的人造

5、材料，其用量巨大。据统计，当今 我国每年混凝土用量约109m3 ，并且随着我国近年来工业化、城市化进程的加快， 其用量将继续快速增长。人类进入21 世纪，随着科学技术的快速发展，一种又一 种新型混凝土涌现出来。混凝土能否长期作为最主要的建筑结构材料，其本身必 须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能，因此高性能混凝土是现代混凝土技 术发展的必然结果，是混凝土的发展方向。 高性能混凝土 (High Performance Concrete，HPC) 是 20 世纪 80 年代末 90 年 代初，一些发达国家基于混凝土结构耐久性设计提出的一种全新概念的混凝土， 它以耐久性为首要设计指标，这种混凝土有

6、可能为基础设施工程提供100 年以上 的使用寿命。区别于传统混凝土，高性能混凝土由于具有高耐久性、高工作性、 高强度和高体积稳定性等许多优良特性，被认为是目前全世界性能最为全面的混 凝土，至今已在不少重要工程中被采用，特别是在桥梁、高层建筑、海港建筑等 工程中显示出其独特的优越性，在工程安全使用期、经济合理性、环境条件的适 应性等方面产生了明显的效益，因此被各国学者所接受，被认为是今后混凝土技 术的发展方向。 高性能混凝土的发展和应用 1 1 绪论 高性能混凝土是现代高强混凝土的基础上发展起来的。使用新型的高效减水剂 和矿物掺和料，是混凝土达到高性能的主要技术措施，前者能降低混凝土的水胶 比，

7、增大坍落度，控制坍落度损失，提高混凝土的密实性和工作性；后者能填充 胶凝材料的孔隙，参与胶凝材料的水化，除提高混凝土的密实度外，还改善混凝 土的界面结构，提高混凝土的强度和耐久性。粉煤灰高性能混凝土将粉煤灰作为 矿物掺和料，既改善了混凝土的技术性能，同事又充分利用了工业废料，有效地 节约了资源和能源，减少了环境污染，如何绿色高性能混凝土的发展方向，促进 了混凝土技术的健康发展。 本文目的，对典型高性能混凝土的特点及工程应用进行描述，对新型绿色高性 能混凝土原料、设计配比、工程应用的论证，以及对新型高性能混凝土发展的展 望。 高性能混凝土的发展和应用 2 2 典型高性能混凝土的特点及工程应用 高

8、性能是在1990 年的一次国际会议上对混凝土提出的新的要求。而高性能混 凝土也是今后混凝土技术发展的一个基本方向。对高性能混凝土的定义，国内外 的提法不尽相同，但概括起来，可以归结为以下五个方面： 1、 高耐久性，能在正常使用环境下具有超长的使用年限和较小的维护费用； 在特殊要求的使用条件下，能满足抗侵蚀、抗冻融等抵抗恶劣使用环境下的特殊 要求。 2、 高施工性能，能在具体的施工条件下，顺畅地完成混凝土的运送和浇注， 能得到密实性和均匀性优越的混凝土结构。 3、 较高强度，能满足设计承载力所提出的强度要求，且具有足够的后期强度 增长能力，并保证在正常使用条件下的强度要求。 4、 高体积稳定性，

9、混凝土凝结前不分层、不离析，硬化后体积变化小，具有 较好的抗裂能力。 5、 能满足环境保护和可持续发展的要求。 本章主要对高性能混凝土的主要发展动向进行讨论，重点分析其特点和工程应 用范围。 2.1 典型高性能混凝土的特点 2.1.1 超高强混凝土的特点 在我国 , 一般把 C10 C50强度等级的混凝土称为普通强度混凝土，C60 C90强 度等级的混凝土称为高强混凝土，C100及 C100以上的混凝土称为超高强混凝土。 在混凝土中掺人超细粉物质，可以使硬化水泥石结构致密，孔径细化，改善界 面结构，具有高的抗渗性、耐久性和强度，即在混凝土中掺人超细粉物质可以改 善高强混凝土的结构并提高其性能。

10、国外已成功研制了立方体抗压强度可达 200MPa 800MPa超高强活性细粉混凝土，其抗拉强度也可达25MPa 150MPa ，它 是一种超高强混凝土，并且这种混凝土在工程实际中也得到了应用。 2.1.2绿色高性能混凝土的特点 绿色混凝土的“绿色”涵义为：节约资源、能源；不破坏环境，更有利于环境； 可持续发展，既满足当代人的需求，又不危害子孙后代。且能满足其需要。 所谓绿色高性能混凝土，是指通过材料研选、采用特殊工艺、制造出来的具有 高性能混凝土的发展和应用 3 特殊结构和表面特性的混凝土；既能减少环境负荷，又能与环境协调，它具有能 适应动、植物生长，对调节生态平衡、美化环境景观，为人类构造舒

11、适环境。 绿色高性能混凝土指应具有以下特点的混凝土：可满足混凝土的可持续发展， 能减少环境污染，又能与自然生态系统和谐开发；比传统混凝土具有更高的强度 和耐久性；可选择资源丰富，能耗小的原材料；能大量利用工业废弃资源，实现 非再生性资源的可循环使用和有害物质的从低排放；适合人居，对人体无害。 2.1.3机敏型高性能混凝土的特点 混凝土具有自身诊断、自身控制、自身修复等机敏能力功能的机敏型高性能混 凝土，如自密实混凝土、内养护混凝土、承受高温的高强混凝土。 机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土，是智能混凝土的初级阶段， 是混凝土材料发展的高级阶段。智能混凝土是在混凝土原有的组成基础上掺加复

12、 合智能型组分使混凝土材料具有一定的自感知、自适应和损伤自修复等智能特性 的多功能材料，根据这些特性可以有效的预报混凝土材料内部的损伤，满足结构 白我安全检测需要，防止混凝土结构潜在的脆性破坏，能显著提高混凝土结构的 安全性和耐久性。 2.1.4 普通混凝土的高性能化 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，对下列性能重点予以保证: 耐久性、工作性、适用性、强度、体积 稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置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

13、和高效外加剂。 普通混凝土的高性能化在公路路面研究上有其重要作用，但国内外大量 研究与生产应用的高性能混凝土均属于高强度水泥混凝土，基本上是C60 以上， 此时面临的问题出现了，就是高强度导致了高脆性，如果直接用于路面有不可克 服的缺点。我们可以这样理解：高性能混凝土必须具有高的耐久性。同时高性能 混凝土也应具有高的强度。但仅仅是高强度，还不一定具有高耐久性。耐久性是 高性能混凝土的最重要技术指标。它还要与使用的环境相结合，采取相应的对策， 例如掺入矿物质超细粉。 高性能混凝土的发展和应用 4 2.2 高性能混凝土的工程应用 如前所述，高性能混凝土的工程应用已经有了较大的发展，但是由于我国的现

14、 状，各种方法和技术还相对落后，仍需要在工程实践中不断使用和检验。因此， 本节主要阐述的是高性能混凝土的材料要求、工程应用范围以及简单应用实例。 2.2.1 高性能混凝土的原材料及配合比 1、高性能混凝土的原材料 1.1 水泥 （1）水泥的强度等级。高性能混凝土水泥的强度等级必须高，以减少水泥的 用量。配制 C60 或更高强度的混凝土要选用52.5 强度或更高强度等级的水泥， 配 制 C50 的混凝土也要选用42.5 等级的水泥。水泥强度等级的选择要与采用减水剂 和活性超细粉的种类、品质及施工工艺结合起来。采用先进的施工工艺和选用减 水率较大的减水剂及比表面积较高的活隆超细粉。可适当选用强度低

15、一点的水泥。 （2）水泥的品种 配制高性能混凝土要采用C3A 含量低、强度等级高的水泥。而因生产成本等 因素，不同强度和性能要求的高性能混凝土应选用不同强度等级及不同品种的水 泥。要采用硅酸敖水泥等。在体积较大的混凝土工程，要注意由于水化热温升过 大导致的破坏，选用中低热水泥。 为提高高性能混凝土的强度等性能，我国研究开发一些新型的水泥，如调粒 水泥、球状水泥、活化水泥等。使水泥水化后的水泥石结构有利强度发展，提高 水泥强度。 （3）水泥的用量 水泥用量不但影响新拌混凝土的和易性，还影响混凝土的强度、耐久性及收 缩变形等性能。水泥用量低，混凝土的强度降低，而水泥用量太高，可能发生水 化热释放过

16、高，导致混凝土收缩、变形和蠕变性的增加。水泥用量通常以控制在 500620kg/m3为适合，水泥用量要看混凝土要求的强度等级及活性超细粉的性 能、掺量确定。 1.2 骨料 中、低强度等级的混凝土，一般胶凝材料与骨料间的界面强度是薄弱环节； 高强、高性能混凝土，特别是C80 及以上强度等级的混凝土，骨料强度是决定混 高性能混凝土的发展和应用 5 凝土强度的控制因素。骨料强度和表面性能及骨料的级配对高性能混凝土性能的 影响较大。 （1）粗骨料（石子）。要选用质量致密坚硬、强度高的粗骨料，优先采用碎 石以改善与硬化水泥浆体的界面物理结合，也要采用卵石。针、片状骨料的含量 越少越好，通常要小于5%。粗

17、骨料的最大粒径要比普通混凝土小些。最大粒径的 减小可减少骨料与硬化水泥浆体界面应力集中对界面强度的负面影响，同时要增 加浆体与骨料界面的黏结。因减小粗骨料的最大粒径增加单位体积混凝土中粗骨 料的比表面积，增加硬化水泥浆体与粗骨料的界面面积，使混凝土承受载荷时受 力均匀，可提高混凝土强度。粗骨料的最大粒径要控制在10-20mm 。 （2）细骨料（砂）。细骨料应选择石英含量高、颗粒形状浑圆、洁净、具有 平滑筛分曲线的中粗砂，细度模数要控制在3 左右，混凝土强度等级在C50-C60 的高性能混凝土，可在2.4 左右。 1.3 掺合料 掺合料的加入能提高混凝土强度，改善混凝土物理力学性能和耐久性。 配

18、制高性能混凝土最有效的活性超细粉是硅灰。因它SiO2 含量高并颗粒细， 所以，活性高。硅灰已成为配制高性能混凝土尤其是高强度等级（C90 以上）高 性能混凝上的最佳材料。因它细度高，表面积大，通常介于12000-25000m 3/kg） ， 所以， 为减少拌和用水，要与高效减水剂联合使用。 掺量为 5%-15% ， 不可超 20%。 近年来，对矿渣超细粉、粉煤灰超细粉、沸石超细粉等具有不同程度火山灰 活性的天然、人工矿物的超细粉在高性能混凝土中的运用的研究发现，把这些物 质加工到规定细度，就能作为配制高性能混凝土的活性超细粉应用。以上物质的 细度按比表面积，至少要大于600m 2/kg，比表面

19、积越大，对混凝土性能改善作用 就越大。矿渣超细粉、粉煤灰超细粉已大量使用。 1.4 高效减水剂 配制高性能混凝土的高效减水剂应与使用的水泥具有较好相容性，为确保拌 和物有较大流动性，高效减水剂的减水率不应小于1/5，尤其是配制泵送高性能混 凝土，减水率不应小于1/4，新拌混凝土的坍落度经时损失应小。 减水剂还与减水剂的掺量、掺入时间、水灰比、水泥种类、骨料种类和数量 及砂率有关。所以，减水剂的选用要进行试验确定。 2、配合比设计 高性能混凝土不但要提高混凝土强度，还要提高混凝土耐久性、体积稳定性、 高性能混凝土的发展和应用 6 工作性和经济性等因素，原材料的选择和组合的范围宽，它的配合比设计较

20、复杂。 特别是对高性能混凝土的理解还有不同，对高性能混凝土的配合比设计还没有统 一成熟方法，一般以试验和经验为主。 2.1 配合比设计原则 在进行高性能混凝土配合比设计时要坚持以下要求： 按设计要求正确选用原材料；按耐久性要求选用掺合料，可选用一种或几种 复合使用，这种效果较好。尽量多使用掺合料，降低水泥用量；在满足设计强度 条件下，降低水泥用量和胶凝材料浆体体积，提高混凝土的体积稳定性；要选用 高效减水剂，也可掺加复合型外加剂，满足对工作性能的要求；采用尽量低的水 胶比和最优的砂率。 2.2 配合比参数的选择 常用的 C60-C80 和大流动度的高性能混凝土，可参考的配合比参数如下： （1）

21、水泥用量。配制C60 及以上强度等级的高性能混凝土适合用52.5 级的 普通硅酸盐水泥，水泥用量不适合超过500kg/m 3，一般控制在 450k 以下。 （2）砂率。它混凝土强度和性能、可泵性等均有一定影响。砂的级配和细度 模数、胶凝材料用量、粗骨料粒径等均会影响砂率。要求可泵性要好，砂率要略 大些，而砂率太高会使强度不高。在粗骨料为碎石时，配制高性能混凝土的砂率 适合为 37%左右。 （3）掺合料。配制高性能混凝土要掺加掺合料，掺量一般为：粉煤灰（I 级） 22%左右，磨细矿渣25%，F 矿粉 8%左右，硅粉 10%左右。也可复合掺用。在 混凝土强度等级较低时，粉煤灰和磨细矿渣的掺量也适合

22、加大。 （4）用水量。高性能混凝土的用水量取决于对混凝土拌和物流动度的要求， 在流动度符合施工要求的条件下，要减小用水量，多在100160kg/m3 。 （5）水胶比。高性能混凝土均掺有掺合料，它的抗压强度与水胶比呈线性关 系。因高性能混凝土均掺有高效减水剂，水胶比较低，一般为0.30。 2.2.2环保型高性能混凝土的工程应用范围 混凝土材料给环境带来了负面影响，如制造水泥时燃烧碳酸钙排出的二氧化碳 和含硫气体，形成酸雨，产生温室效应，进而影响环境。据调查城市噪声的三分 之一来自建筑施工，其中混凝土浇捣振动噪音占主要部分。就混凝土本身的特性 高性能混凝土的发展和应用 7 来看，质地硬脆，颜色灰

23、暗，给人以粗、硬、冷的感觉，由混凝土的构成的生活 空间色彩单调，缺乏透气性，透水性，对温度，湿度的调节性能差，在城市大密 度的混凝土建筑物和铺筑的道路，使城市的气温上升。新型的混凝土不仅要满足 作为结构材料的要求，还要尽量减少给地球环境带来的负荷和不良影响，能够与 自然协调，与环境共生。因此，作为人类最大量使用的建设材料，混凝土的发展 方向必然使既要满足现代人的需求，又要考虑环境因素，有利于资源、能源的节 省和生态平衡，环保型的混凝土成为了混凝土的主要发展方向。 1）低碱混凝土 pH 值在 1213，呈碱性的混凝土对用于结构物来说是有利的，具有保护钢筋 不被腐蚀的作用。但对于道路、港湾等，这种

24、碱性不利于植物和水中生物的生长， 所以开发低碱性、内部具有一定的空隙、能够提供植物根部或生物生长所必须的 养分存在的空间、适应生物生长的混凝土是环保型混凝土的一个重要研究方向。 目前开发的环保型混凝土主要有多孔混凝土及植被混凝土。多孔混凝土也称为 无砂混凝土，它具有粗骨料，没有细骨料，直接用水泥作为黏结剂连接粗骨料， 其透气和透水性能良好，连续空隙可以作为生物栖息繁衍的地方，而且可以降低 环境负荷，是一种新型的环保材料. 植被混凝土则是以多孔混凝土为基础，然后通 过在多孔混凝土内部的孔隙加入各种有机、无机的养料来为植物提供营养，并且 加入了各种添加剂来改善混凝土内部性质，是的混凝土内部的环境适

25、合植物生长， 另外还在混凝土表面铺了一层混有种子的客土，提供种子早期的营养。 2）透水混凝土 透水性混凝土与传统混凝土相比，透水性混凝土最大的特点是具有15% 一 30% 的连通孔隙，具有透气性和透水性，将这种混凝土用于铺筑道路、广场、人行道 等，能扩大城市的透水、透气面积，增加行人、行车的舒适性和安全性，减少交 通噪声，对调节城市空气的温度和湿度、维持地下土壤的水位和生态平衡具有重 要作用。 透水性混凝土使用的材料有水泥、骨料、混合材、外加剂和水，与一般混凝土 基本上相同，根据用途、目的及使用场合不同，有时不使用混合材和外加剂。反 映透水性混凝土性能的指标有孔隙率、透水系数、抗压强度、抗冻融

26、循环性和干 缩等。 3）吸收分解 NOx的光催化混凝土城市工业和交通的发展，会导致城市的空气 的质量的下降。 燃烧燃料也会对大气环境造成严重的影响，危害最大的是 NOx. NOx 高性能混凝土的发展和应用 8 （主要有 NO ，NO2 ，N2O ）可引起酸雨、臭氧层破坏、温室效应及光化学烟雾等破 坏地球生态环境和危害人的身体健康及其动植物的发育一系列问题。光催化混凝 土是绿色建材中的一种，它含有二氧化钛催化剂，因而具有催化剂，能氧化多数 的有机和无机的污染物，尤其是工业燃烧和汽车尾气排放的NO ，气体，使其降解 为二氧化碳和水等无害物质，起着空气净化、美化环境的作用。 2.2.3 机敏型高性能

27、混凝土的工程应用范围 机敏混凝土是一种具有感知和修复性能的混凝土，是智能混凝土的初级阶段， 是混凝土材料发展的高级阶段。智能混凝土是在混凝土原有的组成基础上掺加复 合智能型组分使混凝土材料具有一定的自感知、自适应和损伤自修复等智能特性 的多功能材料，根据这些特性可以有效的预报混凝土材料内部的损伤，满足结构 白我安全检测需要，防止混凝土结构潜在的脆性破坏，能显著提高混凝土结构的 安全性和耐久性。近年来，损伤自诊断混凝土、温度自调节混凝土及仿生自愈合 混凝土等一系列机敏混凝土的相续出现，为智能混凝土的研究和发展打下了坚实 的基础。 1）自诊断智能混凝土 自诊断智能混凝土具有，压敏性和温敏性等性能。

28、普通的混凝土材料本身并不 具有自感应功能，但在混凝土基材中掺入部分导电相组分制成的复合混凝土可具 备自感应性能。目前常用的导电组分可分为3 类：聚合物类、碳类和金属类，而 最常用的是碳类和金属类。碳类导电组分包括石墨、碳纤维及碳黑；金属类材料 则有金属微粉末、金属纤维、金属片及金属网等。 2）自调节机敏混凝土 自调节机敏混凝土具有电力效应和电热效应等性能。Wittmann F H 在 1973 年 首先研究了力由变形产生电、电力，由电产生变形效应。Wittmann F H 在做水泥 净浆小梁弯曲时，通过附着在梁上下表面的电极可检测到电压，且对其逆反应一 电力效应进行了研究，发现梁产生弯曲变形，

29、改变电压的方向时，弯曲的方向也 发生相应的变化。 机敏混凝土的力电效应、电力效应是基于电化学理论的可逆效应，因此将电力 效应应用于混凝土结构的传感和驱动时，可以在一定范围内对它们实施变形调节。 例如，对于平整度要求极高的特殊钢筋混凝土桥梁，可通过机敏混凝土的电热和 高性能混凝土的发展和应用 9 电力自调节功能进行调节由于温度自重所引起的蠕变；机敏混凝土的热电效应使 其可以方便的实时检测建筑物内部和周围环境温度变化，并利用电热效应在冬季 控制建筑物内部环境的温度，可极大的促进智能化建筑的发展。 3）自修复机敏混凝土 混凝土结构在使用过程中，大多数结构是带裂缝工作的。含有微裂纹的混凝土 在一定的环

30、境条件下是能够自行愈合的，但自然愈合有其自身无法克服的缺陷， 受混凝土的龄期、裂纹尺寸、数量和分布以及特定的环境影响较大，而且愈合期 较长，通常对较晚龄期的混凝土或当混凝土裂缝宽度超过了一定的界限，混凝土 的裂缝很难愈合。国内的研究表明，掺有活性掺和料和微细有机纤维的混凝土破 坏后其抗拉强度存在自愈合现象；国外研究混凝土裂缝自愈合的方法是在水泥基 材料中掺人特殊的修复材料，使混凝土结构在使用过程中发生损伤时，自动利用 修复材料（粘结剂）进行恢复甚至提高混凝土材料的性能。美国伊利诺伊斯大学 的 Carolyn Dry采用在空心玻璃纤维中注入缩醛高分子溶液作为粘结剂，埋人混 凝土中，制成具有自修复

31、智能混凝土。当混凝土结构在使用过程中发生损伤时， 空心玻璃纤维中的粘结剂流出愈合损伤，恢复甚至提高混凝土材料的性能 高性能混凝土的发展和应用 10 3 新型绿色高性能混凝土的研究及工程应用 混凝土能否长期作为最大宗的建筑结构材料，关键在于能否成为绿色材料，绿 色高性能混凝土应具有以下特征，更多地节约熟料水泥，减少环境污染，更多地 掺加工业废渣为主的细掺料，更大地发挥高性能的优势，减少水泥与混凝土用量。 混凝土的绿色含量，着眼于混凝土的可持续发展，绿色高性能混凝土由于具有 良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展方向。 本章主要就一些新型绿色高性能混凝土进行详细分析，阐述其主要概念、绿色

32、 化途径、优缺点及发展展望等内容。 3.1 高性能混凝土绿色化的途径 生产绿色高性能混凝土的一般技术途径是：在常规材料和生产设备、生产工艺 的基础上，优化骨料级配，减小孔隙率，采用合理的水胶比和水灰比：采用新型 高效减水剂减少混凝土的单方用水量。增大坍落度和控制坍落度的经时损失：采 用适当掺量的超细矿物粉料，或超细复合矿物粉掺和料。混凝土的施工工艺是技 术途径的实现过程和表现形式。 3.2 绿色高性能混凝土的发展展望 随着我国经济和社会的快速发展，人民生活水平的不断提高，环境污染成为影 响经济和社会发展的重要因素，保护环境刻不容缓。地球生态环境由于人类的活 动而遭到巨大破坏，为实现经济和社会可

33、持续发展，现在必须重视环境问题，坚 持科学发展观建立人与自然和谐发展的新模式，建设节约型社会，要全面协调社 会经济和自然环境的关系。我国政府高度重视环境问题，适时制定了中长期节能 规划。在规划中建筑业被列为节能与环保的重点行业。 有资料表明：建筑业在我国资源、能源消耗中所占比例分别为50 ，40 ， 成为主要的环境污染源。建筑业中混凝土是用量最大、用途最广泛的建筑材料。 普混凝土是以砂石为骨料的水泥基复合材料，水泥是其中主要的胶凝材料。普通 混土质量大、抗拉强度低、生产过程劳动强度大、环境污染严重、可持续发展性。 2004 年我国水泥产量是97 亿吨，如果全部用来生产混凝土，按每立方米混凝 土

34、用水泥 300 kg ，砂子 05 m3 ，石子 08 m3 计算，可以生产 13 9 亿 m 3 混凝土，需要砂大约 7 亿 m3 ，石子大约 ll 亿 m3 ，这样就要消耗巨大自然资源 和能源，排放出大量二氧化碳气体。我国已探明可用于生产水泥的石灰石总储存 高性能混凝土的发展和应用 11 量约 45 亿 t，形势不容乐观。 面对自然资源不断减少， 环境污染日益严重的问题， 普通混凝土已经不能很好地适应社会经济发展需要，人们对混凝土性能提出了更 高要求，研究和发展新型绿色混凝土已成为当务之急。 绿色混凝土由于具有良好的性能与环境协调性，已成为混凝土产业未来发展的 方向。加快发展绿色混凝土，满

35、足工程建设需要是建筑业贯彻实施可持续发展战 略的重要途径。在加快研究与开发的同时也要重视绿色混凝土的宣传推广工作， 尽快普及应用到建设工程中，充分发挥其经济社会环境效益。 HPC 的发展，不过十几年的时间， 习惯了普通混凝土的人们对它的认识还不够， 阻碍了 HPC 广泛应用。高强高性能混凝土已基本被接受，而中低强度高性能混凝 土还没得到工程人员的普遍认可，这就为中低强调高性能混凝土的普及带来很大 障碍。主要原因是对造价和性能的认识不到位在文献指出中低强度混凝土有很 好的经济效益，同时也会有很好的社会效益。同时，人们应该认识到“优质工程 必须要高性能”。混凝土在整个工程费用中占的比重本来很小，考

36、虑到工程质量， 施工方便，耐久性等， HPC 即便略增加一些成本，还是值得的，要算大帐，要综 合考虑 HPC 带来的经济、社会效益。为适应我国“节能和绿色建筑”的发展，国 家应完善规范，制定相应强制性的法规来大力推广HPC 的应用。 在绿色环保日益深入人心的今天，混凝土能否长期作为最主要的工程结构材 料，关键在于能否成为绿色建筑材料，于是GHPC 便将承担历史的责任。 GHPC 能更多的节约水泥熟料，更有效地减少环境污染，同时也能大量降低料耗与能耗； 能更多的掺加以工业废渣为主的细掺料，节代熟料，改善环境，减少二次污染； 能更大地发挥高性能混凝土的优势，尽量减少水泥与混凝土的用量，达到节省资

37、源、 能源与改善环境的目的。 粉煤灰是火电厂的燃烧废渣， 我国每年的排放量在1 4 亿吨以上。粉煤灰具有火山灰活性，它掺到混凝土中，能降低初期水化热，减少 干缩，改善新拌混凝土的和易性，增加混凝土的后期强度，显著提高混凝土的耐 久性。充分利用粉煤灰作为掺和料发展高性能混凝土，可节约资源和能源，减少 二次污染，取得良好的经济和社会效益，是对实现我国可持续发展战略的巨大贡 献。 高性能混凝土的发展和应用 12 4 工程实例分析 4.1 工程简介 某准高速铁路客运专线的铁路线路设计等级：级别；路段旅客列车设计行 车速度： 200km/h，预留时速： 250km/h；建筑界限：满足开行双层集中箱列 车

38、要求。本区段有特大桥三座，桥梁上部结构梁片采用整孔现浇箱梁，混凝土强 度等级为 C50; 箱梁施工具有一次浇筑混凝土方量大（300m3），整孔箱梁质量 大 （约 900t ） ,以及工程结构质量要求高的特点， 因此必须配制出具有良好可泵性、 高流动性、高耐久性能混凝土，以满足工程结构和结构物施工的需要。 4.2 高性能混凝土的设计思路 混凝土的性质包括混凝土混合物的性质和混凝土硬化后的性质，混凝土的强度 和耐久性很大程度上取决于混凝土混合物的一些列性质，因为它最终能确定混凝 土硬化后的结构是否密实，以及密实密切相关的混凝土强度、抗渗性、抗冻性等。 混凝土配合比设计其过程包括两个相关步骤：（1）

39、选择混凝土的适宜组分 （水泥、 集料、水、外加剂、掺和料）；（2）求出他们的相关数量或比例，使之尽可能地 配制出工作性、强度、和耐久性合适的混凝土。虽然事实上许多混凝土的性质很 重要，但传统的配合比设计方法，大都以混凝土的某一指定工作度和某一龄期时 达到的抗压强度为基准，在这高性能混凝土设计中是远远不够的，高性能混凝土 的设计应根据工程结构的需要，满足混凝土的抗裂、抗冻、耐磨、抗渗等其他性 能要求。 高强混凝土并不等同高性能混凝土，期原因是高强混凝土存在担忧的耐久性问 题：（1）高强混凝土生产要求非常严格，人为因素、机械拌合作业因素影响较大， 稍有不慎则可带来质量隐患；（2）水泥用量大，早期水

40、化热高、后期收缩大，具 有明显的脆性，给结构的耐久性和安全性带来很大的威胁。针对上述问题，国内 外许多专家和工程技术人员致力于高强高性能混凝土的研究，同时适宜于高性能 混凝土施工的新材料、新工艺、新技术也不断问世。高性能混凝土的设计不仅汲 取强度，而更主要的是基于混凝土的耐久性，它要求：（1）混凝土应有较小的体 积变形、硬化早期具有较小的水化热，后期收缩小；（2）具有良好的施工性能， 拌和浇筑时自流平、自密实，使其质量不受或很少受人工操作的影响。 高性能混凝土的发展和应用 13 4.3 高性能混凝土配合比试验 为确保桥梁主要承重结构能满足100 年使用期的要求，桥梁结构所用工程材料 必须符合国

41、家和部门的有关标准和规范，混凝土结构所采用的混凝土应满足耐久 性混凝土的要求。以下为该工程高性能混凝土的配制与试验。 4.3.1 原材料的技术要求 （1）水泥：水泥采用品质稳定， 强度等级不低于 42.5 级的低碱硅酸盐或低碱 普通硅酸盐水泥， 水泥熟料中 C3A 含量不大于 8% ，在强腐蚀环境中不大于5% ； 矿物掺和料仅限于磨细矿渣粉或粉煤灰，质量检验复合客运专线高性能混凝土 暂行技术条件的要求； （2）细集料：应采用硬质洁净的天然河砂，细度模数为2.63.0，含泥量不 大于 2% ，质量检验应符合客运专线高性能混凝土暂行技术条件的要求； （3）粗集料：应采用坚硬耐久碎石，压碎指标不大于

42、10% ，母岩抗压强度与 梁体混凝土设计强度之比应大于2.0 ，含泥量不大于 0.5% ，针片状颗粒含量不大 于 5% ，质量检验应符合客运专线高性能混凝土暂行技术条件的要求； （4）拌合用水：拌制和养护混凝土用水应复合饮用标准水的要求，质量检验 应符合客运专线高性能混凝土暂行技术条件的要求； （5）外加剂：采用的复合外加剂应经铁道部鉴定或评审，并经铁道部质量监 督检测中心检验合格方可使用，质量检验应符合客运专线高性能混凝土暂行技 术条件的要求； （6）混凝土矿物掺料：应采用粉煤灰或磨细矿渣粉，粉煤灰的需用水量不大 于 100% ，质量检验应符合客运专线高性能混凝土暂行技术条件的要求； 4.3

43、.2 配合比设计主控项目 （1）混凝土满足设计强度、耐久性指标和施工工艺等要求，配合比选定应检 验的项目有：坍落度、泌水率、含气量、抗裂性、抗压强度、电通量、弹性模量、 抗冻性、耐磨性、抗渗性； （2）最大总碱含量复合设计及相关要求（3.0kg/m 3 ）；氯离子总含量复合 要求； （3）混凝土的最大水胶比和混凝土胶凝材料的最低用量应满足设计及相关规 范要求（与混凝土所处的环境有关系）。 高性能混凝土的发展和应用 14 4.3.3 配合比的确定 基于高性能混凝土的配制要求，除按普通混凝土配合比设计的一般程序之外， 混凝土设计应突出以下几点： （1）控制水灰比及水泥用量。水灰比的大小不仅影响强度

44、，而且影响混凝土 的密实性、耐久性。保证足够的水泥用量和控制水泥用量的超量，也是保证混凝 土密实性、耐久性的重要措施； （2）参用高效减水剂。高效减水剂是配制高性能混凝土的重要组分，高效减 水剂的加入，可以大大降低水灰比，增加流动性，使坍落度达到20cm左右，有 利于梁片的浇筑与施工； （3）掺入矿物活性材料。高性能混凝土水灰比一般较小，水泥石中有一部分 水泥不能水化，只能起填充作用，因此在配置高性能混凝土时，需掺入矿物活性 材料来置换水泥，同事掺入矿物活性材料也可以大大改善混凝土的工作性能。 经大量的试验优选，最后确定的配合比见表1. 经验证，所选定配合比的混凝土各项耐久性指标均复合规范要求

45、，具体指标见 表 2。 表 1 C50 箱梁理论配合比kg/m 3 坍 落 度 要求/mm P.0.42. 5 水泥 砂 Max2.8 连续级配碎石 级 粉 煤灰 5-16mm16-25m m 180 20 38968732174992 TJ 聚羟 酸 饮用水水胶比胶 凝 材 料用量 3d 抗压 强度 Mpa 28 抗压 强度 Mpa 57721560.3248151.366.2 4.4 工程应用 在特大桥整孔现浇箱梁混凝土的施工中，为确保高性能混凝土的质量和结构的 耐久性，采取了一些列施工控制措施： 高性能混凝土的发展和应用 15 （1）加强混凝土的搅拌工艺。根据制梁工程施工需要，配备满足的

46、拌合设备， 经计量鉴定并保持良好的工作状态。高性能混凝土搅拌时间宜控制在90120s。 通过充分搅拌，使混凝土的各组成分材料混凝土均匀，颜色一致； （2）严格控制水灰比和坍落度。未经试验人员同意不得随意加减用水量；梁 体混凝土在拌和和灌注过程中应定期检查拌合物的和易性，判别坍落度在运输过 程中时间段内的损失情况，加强拌合物质量的控制； （3）加强梁体混凝土的浇筑工艺，梁体施工浇筑顺序为先底板后腹板再顶板， 混凝土水平分层厚度不大于30cm ；浇筑底板混凝土时应设滑槽下料，防止混凝 土的离析；两边腹板对称浇筑，最后浇筑顶板及翼板； （4）梁体混凝土应连续浇筑一次成型，各层及分段混凝土不得间断，并

47、应在 前层或前段混凝土初凝之前，将次层或次阶段混凝土浇筑完毕，每片梁的混凝土 浇筑时间宜控制在6h 内，以保证混凝土施工质量； （5）加强混凝土的振捣工艺，确保混凝土有最大的密实性和最小的渗透性； （6）加强试验检测工作。安装要求制作梁体混凝土时间，确定混凝土的特征 值，以利于混凝土的施工控制。梁体张拉强度检测的时间应与梁体同条件养护； （7）为保证混凝土后期强度的增长，防止混凝土裂缝的产生，保证混凝土的 耐久性能，必须加强梁体的养护工作。梁体的养护采用自然养护，注意保持梁的 湿润。 通过上述施工控制措施，浇筑完成的梁体，达到内实外美的良好效果，梁体表 面官话， 混凝土的强度经检验3 天平均为

48、 41MPa ， 7d 为 52 MPa ， 28d 为 62MPa ， 电通量检测为 690C ，混凝土的各项指标检测均满足规范要求。 高性能混凝土的发展和应用 16 5 结论与展望 高性能混凝土制备的主要技术途径是利用优质的化学外加剂和矿物外加 剂。化学外加剂可改善工作性，生产低水胶比的混凝土，控制混凝土坍落度损失， 提高混凝土的致密性和抗渗性；矿物外加剂可参与水化，起到胶凝材料的作用， 改善界面的微观结构，堵塞混凝土内部空隙，提高混凝土的耐久性。 HPC是混凝土技术进步的产物，它的生产需要有素质的操作人员，较完善 的生产设备和高水平的质量管理控制。推广应用HPC ，我们应不断总结经验，对推 广应用中发现的问题，不断地进行研究并尽快给予解决。笔者相信，随着HPC技 术的发展和应用量的不断增大，我国建筑业的整体业的整体水平将得到很大的提 高。 高性能混凝土的发展和应用 17 参考文献 1 绿色混凝土发展途径的探讨- 混凝土 -2011年 第 4 期 2 缪昌文，高性能混凝土外加剂，2008 3 宁仁岐 . 建筑施工技术 . 北京：高等教育出版社,2002. 4 张厚先 . 建筑施工技术 . 北京：机械工业出版社,2004. 5 绿色混凝土发展途径的探讨- 混凝土 -2011 年 第 4 期 6 俞瑞堂 . 高性能混凝凝土的发展与展望. 水利水电工程设计，1997.