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1、高性能混凝土,主要内容,一 为什么使用高性能混凝土二 什么是高性能混凝土三 高性能混凝土的质量指标四 高性能混凝土的设计五 高性能混凝土的原材料六 高性能混凝土的配合比设计七 高性能混凝土的施工,大地湾人在打磨石器时，不断有碎石和粉末产生，为防止磨擦发热和钻孔时打滑，不断地往石器上加水和沙子。无意间，石粉、沙子和水自然混合凝结产生的原始“混凝土”可能就这样被偶然发明了。大地湾人很快掌握了这一原始“混凝土”制作技术，并开始在建筑中利用。,位于甘肃省天水市秦安县境内距今5000年的大地湾遗址一片面积达130平方米的坚硬平滑地面。专家鉴定，这片灰青色的地面不但含有与现代混凝土相同的“硅酸钙”成分，而
2、且平均每平方厘米抗压强度在120公斤左右，相当于今天C10等级的混凝土,1、最古老的的混凝土,一、为什么使用高性能混凝土,一、为什么使用高性能混凝土,混凝土结构寿命短,西直门立交桥（1976-1999）,宁波北仓港混凝土（建成11年后）,2、混凝土工程遭遇重大问题,一、为什么使用高性能混凝土,（1）裂缝问题凸显,3、混凝土问题的表象,3、混凝土问题的表象,（2）渗漏随处可见,一、为什么使用高性能混凝土,一、为什么使用高性能混凝土,3、混凝土问题的表象,（3）钢筋锈蚀触目惊心,一、为什么使用高性能混凝土,3、混凝土问题的表象,（4）剥落、溃散严重,一、为什么使用高性能混凝土,4、混凝土问题的原因
3、,（1）氯离子侵蚀,因氯离子侵蚀造成钢筋锈蚀在混凝土质量问题中最多，占质量事故的33%,4、混凝土问题的原因,（2）碳化,一、为什么使用高性能混凝土,碳化对混凝土本身损害不大，但它使混凝土中性化后引起钢筋锈蚀。在混凝土质量事故中因碳化造成钢筋锈蚀的质量问题占17%,桥梁朝北的面，由于冻融循环次数少，受损不是十分严重。,桥梁朝南的面，由于冻融循环次数多，与朝北的面比较，受损情况十分严重。,（3）寒冷地区冻融破坏,一、为什么使用高性能混凝土,4、混凝土问题的原因,冻融破坏在寒冷和严寒地区较普遍，占混凝土质量事故的10%,一、为什么使用高性能混凝土,4、混凝土问题的原因,（3）寒冷地区冻融破坏,有氯
4、离子的存在，冻融破坏更为剧烈。,（4）化学侵蚀破坏,一、为什么使用高性能混凝土,4、混凝土问题的原因,主要是硫酸盐、酸等化学物质的侵蚀破坏，占混凝土质量事故的10%,硫酸盐侵蚀引起的大坝破坏,（5）碱骨料反应,一、为什么使用高性能混凝土,4、混凝土问题的原因,碱骨料反应潜伏期长，破坏后果严重，号称混凝土“癌症”，占混凝土质量事故的9%,一、为什么使用高性能混凝土,4、混凝土问题的原因,（6）磨蚀,磨蚀包括风沙的磨蚀与水流的冲刷，约占混凝土质量问题的7%。,一、为什么使用高性能混凝土,4、混凝土问题的原因,高性能混凝土为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
5、制作的混凝土，是以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。吴中伟,二、什么是高性能混凝土,1、有关高性能混凝土定义,以耐久性为基本要求并用常规材料和常规工艺制造的水泥基混凝土。这种混凝土在配比上的特点是掺加合格的矿物掺和料和高效减水剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量，并在制作上通过严格的质量控制，使其达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性 混凝土结构耐久性设计与施工指南（CCES01-2004）,二、什么是高性能混凝土,1、有关高性能混凝土定义,采用混凝土的常规材料、常规工艺，在常温下，以低水胶比、大掺
6、量优质掺合料和严格的质量控制措施制作的，具有良好的施工工作性能且硬化后具有高耐久性、高尺寸稳定性及较高强度的混凝土。公路桥涵施工规范（JTG/T F50-2011）,二、什么是高性能混凝土,1、有关高性能混凝土定义,（1）宏观上表现为“三高”高施工性能、高耐久性、高体积稳定性（2）微观上表现为“两低一小”低空隙率、低氢氧化钙含量、过渡层厚度小（3）配制上体现“两小一大”小水胶比、小水泥用量、大掺合料掺量（4）施工控制上要求“三性”均质性、精细性、系统性,2、高性能混凝土与普通混凝土的区别,二、什么是高性能混凝土,1、高性能混凝土不是一种新品种混凝土，是普通混凝土的发展与提高。2、高性能混凝土总
7、是具有针对性的，不同工程、不同环境下高性能混凝土内涵不同。3、具有高力学性质、高抗冻性、高抗渗性的高性质混凝土材料不是我们追求的目的，目的是具有高施工性、高耐久性、高体积稳定性等高效能的混凝土结构。4、高性能混凝土结构的实现是一个系统的工程。5、高性能混凝土不同于高强混凝土。,3、高性能混凝土需澄清的观念,二、什么是高性能混凝土,高性能混凝土是在普通混凝土的基础上，针对具体的工程结构物与所处环境条件，通过全面的结构设计、严格的材料控制、优化的配合比设计、精细的施工养护，提高其施工性能、承载性能、耐久性能、稳定性能而实现的经济性良好的长寿命混凝土。,4、高性能混凝土的本质,二、什么是高性能混凝土
8、,决定混凝土品质的主要因素,（1）非均质体。（2）过渡段。（3）开口孔。（4）氢氧化钙,空气，6%胶材，13%粗骨料，41%细骨料，26%水，14%,1、结构设计指标：环境类别、环境作用等级 设计使用年限 钢筋保护层厚度 防水构造 裂缝宽度限制与抗裂构造 防腐蚀附加措施等,三、高性能混凝土的质量指标,2、材料设计指标：（1）各种环境下统一考虑指标*最低强度等级、抗渗等级（电通量、氯离子扩散系数、抗渗标号），氯化物环境下不得使用抗渗标号。*最大水胶比、最小胶凝材料用量、最大胶凝材料用量*氯离子含量、碱含量、三氧化硫含量*抗碱骨料反应能力*原材料品质指标,三、高性能混凝土的质量指标,三、高性能混凝
9、土的质量指标,2、材料设计指标：（2）不同环境下需考虑的特定指标不同环境下混凝土耐久性特定指标,3、施工设计与控制指标：*施工设计指标：施工性能指标、配合比设计、热工性能设计、抗裂性优选。*施工控制指标：工艺控制、养护控制、保护层厚度控制、抗裂性控制。*施工实体检测指标：含气量、保护层厚度、裂缝宽度、表面渗透性4、维护保养指标：承载能力检测、渗透性检测、裂缝检测。维护措施、加固措施应急预案,三、高性能混凝土的质量指标,四、高性能混凝土的设计,公路桥涵设计通用规范JTG D60-2004公路钢筋混凝土预应力混凝土桥涵设计规范JTG D62-2004 公路工程混凝土结构防腐蚀技术规范(JTG/T
10、B07-01-2006)公路桥涵施工规范 JTG/T F50-2011混凝土结构设计规范GB 50010-2010 混凝土结构及耐久性设计规范（GB/T 50476-2008）海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范(JTJ275-2000)铁路混凝土结构及耐久性设计规范（TB10005-2010）混凝土结构及耐久性设计与施工指南（CCESO1-2004）混凝土结构及耐久性评定标准（CECS220:2007）,1、混凝土结构设计相关标准,四、高性能混凝土的设计,1）一般作用 一般荷载与强制变形的作用 永久荷载-自重，土压力 可变荷载-使用荷载，风雪 荷载作用下：结构的强度（承载力）设计2）偶然作用 地
11、震、爆炸、撞击等作用 偶然作用下：结构的整体牢固性设计3）环境作用 除力学作用外的物理与化学作用 温、湿度（水分）及其变化 降水、冰冻 大气（氧气，二氧化碳）作用 土体、水体、大气中有害化学物质（盐、酸）作用 环境作用下：结构的耐久性设计,2、结构设计需考虑的三类作用,四、高性能混凝土的设计,2、结构耐久性设计的步骤,（1）查明结构物及其各构件的详细环境资料（气象资料、地下水和土壤化学分析等等），分析可能导致混凝土破坏的主要因素和次要因素，确定环境类别与环境作用等级（2）根据投资方提出服务年限的要求，确定设计原则，提出不可更换构件与可更换构件，及可更换构件使用年限。（3）提出各种混凝土的耐久性
12、指标要求。原材料要求、施工特殊要求（4）确立主要技术措施（包括保护层厚度、防裂措施、防水措施、防腐蚀附加措施等）（5）提出所采用的各类标准，提出施工质量控制要求（6）提出使用阶段的维护与检测要求,四、高性能混凝土的设计,3、结构耐久性设计的措施,1）提高混凝土材料的抗侵蚀性能 密实性、抗开裂性、抗化学侵蚀性、抗冻性、原材料选用2）增加钢筋保护层厚度3）加强防水设施与构造措施 结构形状、构件抗裂性、施工缝、连接缝、防水层、排水设施4）防腐蚀附加措施 环氧涂层钢筋、不锈钢筋、防腐面层、阻锈剂、阴极保护、透水模板,4、结构耐久性设计的细节单项破坏因素,四、高性能混凝土的设计,四、高性能混凝土的设计,
13、4、结构耐久性设计的细节保护层厚度,四、高性能混凝土的设计,4、结构耐久性设计的细节保护层厚度,四、高性能混凝土的设计,4、结构耐久性设计的细节保护层厚度,钢筋的混凝土保护层厚度应不小于最小厚度cmin与混凝土保护层厚度施工允许偏差负值之和。,四、高性能混凝土的设计,4、结构耐久性设计的细节防水设计,结构表面应设置可靠的防、排水等措施。结构的各种接缝应尽量避开最不利环境作用的部位。,梁端构造应能防止污水回流污染支座和梁端表面。,四、高性能混凝土的设计,4、结构耐久性设计的细节抗裂设计,对于结构性裂缝进一步划分为：整体区和局部区的裂缝，采取不同的抗裂配筋设计方法。,对于非结构性裂缝，从混凝土材料
14、的选取和养护、配置合理构造钢筋以及加强运营管养方面改善非结构性裂缝,（1）注重结构传力体系的简明性，避免应力集中；（2）强调采用整体性、连续性好的结构形式；尽量减少外露结构；结构外应力求简洁，便于养护维修（3）提倡采用节段预制拼装和体内一体外混合配束的预应力设计；（4）避免采用带铰或带挂孔的悬臂梁及T形刚构桥，以及避免出现拉力支座。（5）在设计阶段就要考虑体外预应力束、支座和伸缩缝等桥梁构件的可更换性；（6）考虑构件的可检性：例如，采用大截面的空心桥墩和桥塔时，宜设置方便检修的上下通道；,4、结构耐久性设计的细节结构设计,四、高性能混凝土的设计,1、水泥,五、高性能混凝土的原材料,1、水泥,五
15、、高性能混凝土的原材料,2、粉煤灰,五、高性能混凝土的原材料,2、粉煤灰,五、高性能混凝土的原材料,3、矿粉,五、高性能混凝土的原材料,3、矿粉,五、高性能混凝土的原材料,4、细骨料,五、高性能混凝土的原材料,4、细骨料,五、高性能混凝土的原材料,5、粗骨料,五、高性能混凝土的原材料,5、粗骨料,五、高性能混凝土的原材料,6、外加剂,五、高性能混凝土的原材料,7、膨胀剂,五、高性能混凝土的原材料,8、水,五、高性能混凝土的原材料,水灰比定则：在水泥强度固定的条件下，水灰比是决定混凝土强度的最主要因素，其他（加水量、砂率、石子粒径）都是次要因素，可忽略不计。最小加水量定则：在满足施工稠度的条件下
16、，加水量越少配制的混凝土质量越好。也最经济。最小砂率定则：在满足施工和易性的条件下，砂率越小，石子的骨架作用越密实，配制的混凝土质量越好，也最经济。实体积定则：混凝土的体积等于各种材料绝对体积之和（包括空气体积）。,配合比设计四定则,六、高性能混凝土的配合比设计,1、调查阶段2、理论配合比设计阶段3、试配调整阶段,1、混凝土使用环境调查,六、高性能混凝土的配合比设计,2、混凝土施工环境调查,六、高性能混凝土的配合比设计,3、混凝土技术指标确定,六、高性能混凝土的配合比设计,配合比设计的原则是在兼顾经济性的同时满足混凝土的施工性能指标、承载性能指标和耐久性能指标。目的是确定混凝土的组成材料及材料
17、间比例。这就需要一组设计理论确定其组成材料的用量。,六、高性能混凝土的配合比设计,4、配合比设计基本理论,在配合比设计中使用的理论有以下几种：（1）强度理论确定胶凝材料与水的比例（2）施工性理论确定水与胶凝材料各自用量（3）复合胶凝材料理论确定水泥与掺合料比例（4）绝对体积理论确定粗细集料总量（5）最大密实度理论确定粗细集料比例（6）浆骨比理论确定体积稳定性（7）耐久性限制条件满足耐久性要求,六、高性能混凝土的配合比设计,4、配合比设计基本理论,美国确定粗细骨料比例的方程 在单位体积混凝土中按捣实体积计的粗骨料最佳用量，取决于粗骨料的最大粒径和细骨料的细度模数，而与粗骨料的形状无关。mg0=V
18、y+1/10（2.80-Mk）1000g(kg)g在干燥捣实状态下粗骨料的堆积密度（kg/L）；Mk细骨料的细度模数；VyMk=2.80时单位体积混凝土粗骨料的最佳用量，按捣实体积计，Vy可根据最大粒径按表4-2-3选用。,用水量的计算法,每立方米混凝土的用水量可按下式计算：mw0=10/3（T+K）式中：mw0每立方米混凝土用水量（kg）；T塌落度（cm）；K集料常数，按表5-1-11选用。,1、原材料质量控制（1）水泥：比表面积、熟料成分变化、助磨剂变化、强度波动、需水量变化、水泥温度。（2）粉煤灰：细度、烧失量 矿粉：密度、烧失量、比表面积、碱含量（3）砂子：细度模数、含泥量、泥块含量
19、碎石：粒型、级配、含泥量、压碎指标值（4）外加剂：适应性、减水率、含气量,七、高性能混凝土施工,2、混凝土生产（1）搅拌站控制：总工、控制台操作人员（2）施工配合比：砂石含水率、外加剂掺量、砂率、骨料级配比例（3）、搅拌时间：不少于90秒（4）、开盘检定：验证配合比性能,七、高性能混凝土施工,3、混凝土运输 保温、保水 坍落度损失控制 严禁向混凝土内加水。,七、高性能混凝土施工,4、混凝土浇筑 坍落度满足施工要求的基础上用小值 混凝土粘度 基底与接茬处理(4)摊铺厚度,七、高性能混凝土施工,5、混凝土振捣（1）混凝土振捣密实的一般标志是混凝土液化泛浆后其表面基本不再下沉、气泡不持续涌出，泛浆、表面平坦（2）泵送混凝土必须采用二次振捣、二次抹面工艺（3）抹面时严禁洒水,七、高性能混凝土施工,6、混凝土养护（1）养护时机（2）养护方式（3）养护水温,七、高性能混凝土施工,7、混凝土拆模（1）拆模应满足强度要求（2）拆模应满足温差要求,七、高性能混凝土施工,谢 谢！,
