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铺面工程新材料CH10 高性能混凝土高性能混凝土1-主要内容高性能混凝土的技高性能混凝土的技术途径途径高性能混凝土的概念技术途径高性能混凝土的高性能混凝土的组成材料成材料水泥矿物掺和料高效减水剂集料高性能水泥混凝土混合料的特性高性能水泥混凝土混合料的特性新型混凝土新型混凝土2-第一节 高性能混凝土的技术途径一、高性能混凝土一、高性能混凝土(High Performance Concrete(High Performance Concrete，简写写为HPC)HPC)普通混凝土普通混凝土发展方向：展方向：绿色、高性能混凝土色、高性能混凝土 高性能混凝土高性能混凝土是指采用常规材料和生产工艺，能保证混凝土结构所要求的各项力学性能，并具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。高性能混凝土是一种新型高技新型高技术混凝土混凝土，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，它以耐久性耐久性作为设计的主要指标。3-第一节 高性能混凝土的技术途径高性能混凝土不同看法高性能混凝土不同看法:欧美欧美:偏重于硬化后混凝土的性能，高高强度度和高耐久高耐久 性性,强度指标应不低于50MPa日本：日本：重视和易性和易性与与耐久性耐久性，认为有足够的强度即可。中国：中国：认为高性能混凝土应根据用途与经济合理等条件 对性能有所侧重，重点保证耐久性耐久性、工工作性作性、各各 种力学性能种力学性能、适用性适用性、体体积稳定性定性及经济合理合理 性性。4-第一节 高性能混凝土的技术途径高性能混凝土性能要求：高性能混凝土性能要求：易于浇筑振捣密实而不离析（工作性工作性）；高超的、能长期保存的力学性能力学性能；早期早期强度高度高、韧性高性高和体体积稳定性好定性好；在恶劣的环境条件下使用寿命使用寿命长。即HPC要求：高强度、高流动性和优异的耐久性。5-第一节 高性能混凝土的技术途径 高性能混凝土的研究与开高性能混凝土的研究与开发6-(1)(1)低水胶比低水胶比;(2)(2)优质原材料原材料;(3)(3)掺加足加足够数量的数量的矿物物细掺料和高效外加料和高效外加剂;作用：使其作用：使其强度大幅度提高度大幅度提高,界面界面结构改善构改善,抗渗抗渗 性和耐久性明性和耐久性明显提高。提高。高性能混凝土在配置上的特点高性能混凝土在配置上的特点:7-第一节 高性能混凝土的技术途径二、二、实现高性能混凝土的技高性能混凝土的技术途径途径达到高性能混凝土的关键是：选择优质的材料的材料组成成；合理的配合比合理的配合比；采取适当的施工工施工工艺和和养养生方法生方法；掺入外外掺剂和和掺合料合料。目前主要从以下几方面的技术措施：正确正确选择原材料原材料合理的工合理的工艺参数参数施工工施工工艺HPC硅酸硅酸盐水泥水泥(中中热硅酸硅酸盐水泥水泥,球状水泥球状水泥,调粒水粒水泥泥,活化水泥活化水泥)超超细矿物物质掺料料新型高效减水新型高效减水剂水灰比水灰比0.40粗骨料体粗骨料体积含量含量0.4m3左右左右,Dmax 25砂率砂率3640%胶凝材料用量胶凝材料用量500600kg新型高效减水新型高效减水剂0.8%1.4%强制式制式搅拌机拌机高高频振振动泵送施工送施工,坍落度坍落度损失控制失控制混凝土养混凝土养护剂养养护密密实的水泥石及的水泥石及合理的孔合理的孔结构构界面界面过渡区的改渡区的改善善(解决解决Ca(OH)2在在过渡区富集与渡区富集与定向排列定向排列)体体积稳定性定性,高高强,高耐高耐久性久性8-第二节 高性能混凝土的组成材料高性能混凝土由于要满足多元多元组分分优化配制化配制、可可泵性性、高高强度度、良好的耐良好的耐久性久性等多方面的技术要求，故在原材料原材料选择上要比普通混凝土严格格、复复杂得多。（1 1）原材料）原材料组成成较复复杂 普通混凝土普通混凝土：水泥、水、砂、石四元组分高性能混凝土高性能混凝土：水泥、：水泥、矿物物掺合料合料、外加外加剂、水、砂、石、水、砂、石多元多元组分分磨细矿渣粉煤灰硅灰磨细钢渣等减水剂缓凝剂保塑剂膨胀剂等9-第二节 高性能混凝土的组成材料（2 2）对原材料有更原材料有更严格的要求格的要求 如对粗集料最大粒径的要求粗集料最大粒径的要求普通混凝土：GB50204-92有如下规定，粗集料最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，不得大于钢筋最小净距的3/4；对混凝土实心板，集料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，且不能超过50mm。高性能混凝土：除普通混凝土的要求以外，粗集料最大粒径还受泵送高度、输送管径大小限制，还受混凝土设计强度限制。10-第二节 高性能混凝土的组成材料一、一、水泥水泥1 1、一般水泥一般水泥 高性能混凝土高性能混凝土必必须使用使用强度等度等级42.542.5级以上的水泥。以上的水泥。水泥的水泥的矿物物组成成对高性能有影响，一般配制高性能混凝土用高性能有影响，一般配制高性能混凝土用水泥，其水泥，其C C3 3A A含量含量应尽量低尽量低。因。因为C C3 3A A含量大，含量大，对减水减水剂的吸附量的吸附量大，坍落度大，坍落度损失也大。失也大。2 2、特种水泥特种水泥 为了混凝土的高了混凝土的高强度与高性能，国外度与高性能，国外专门生生产出了特种水泥。出了特种水泥。1 1）调粒（粒（级配）水泥配）水泥 2 2）球状水泥球状水泥11-第二节 高性能混凝土的组成材料2.2.特种水泥特种水泥1 1）调粒（粒（级配）水泥配）水泥将水泥组成中的粒度分布粒度分布进行行调整整，提高胶凝材料的填充率；并掺入部分粒径入部分粒径较大的水泥粗粉和超大的水泥粗粉和超细矿粉粉，以获得最密实的填充。优势：调粒水泥能够获得流动性好的水泥浆，具有适宜的早期强度，水化热低、水化放热速度慢。调粒水泥常用的原材料及物理性质（表10-2）；常用调粒水泥的级配（表10-3）经对比试验，在相同的坍落度条件下，调粒水泥比普通水泥粉的填充率提高5%。12-第二节 高性能混凝土的组成材料2 2）球状水泥）球状水泥球状水泥球状水泥（粒径340m，粒度分布较窄）是水泥熟料通过高速气流粉碎及特殊处理而获得的。其生产工艺流程如图10-2。球化处理前：水泥颗粒表面有棱角，长径比大，颗粒表面有粉尘凝聚，见图10-2a);球化处理初期：大粒材料被粉碎，由于凸出部分被磨 碎，微粉增加,见图10-2b);进一步处理：大粒材料表面粘着粉尘，通过机械打击，微粉固定在粒子表面，见图10-2c);处理后：水泥微粒呈圆形，粉尘减少，粒度分布合理，没有凝聚状态的微粉，分散状态良好,见10-2d)13-第二节 高性能混凝土的组成材料 使用球状水泥使用球状水泥是混凝土达到高流是混凝土达到高流动性、高性、高强度、高度、高耐久性的重要手段耐久性的重要手段。优势：配合比相同配合比相同时，用球状水泥配制的混凝土，用球状水泥配制的混凝土 比普通水泥混凝土比普通水泥混凝土2828天天强度提高度提高10%10%；同同样坍落度条件下坍落度条件下，用球状水泥配制的混，用球状水泥配制的混 凝土比普通水泥混凝土的凝土比普通水泥混凝土的水灰比低水灰比低，因此，因此 其其强度大大提高度大大提高。14-第二节 高性能混凝土的组成材料三、三、矿物物掺合料合料普通硅酸盐水泥中加入矿物掺合料，可改善混凝土的性能，并降低造价。在高性能混凝土当中，矿物掺合料几乎已经成为不可或缺的组分。主要有主要有：沸石粉、粉煤灰、磨细矿渣、硅粉等。15-第二节 高性能混凝土的组成材料矿物物掺和料通常和料通常作作为胶凝材料（代替部分水泥）胶凝材料（代替部分水泥）加入到混凝土中，作用有：加入到混凝土中，作用有：滚球球润滑作用滑作用颗粒比水泥粒比水泥细，增加了水分子与水泥颗粒之间的过度粒级，在水泥混凝土混合料中有滚球润滑作用，改善了混凝土的工作性改善了混凝土的工作性。微集料作用微集料作用高性能混凝土中胶凝材料用量大，有较大部分不能完全水化而起微大部分不能完全水化而起微集料作用集料作用。由于矿物掺合料很细，能置置换出混凝土中更小空出混凝土中更小空间中的中的水，使混凝土更密水，使混凝土更密实，强度、抗渗性、抗冻性、抗腐蚀性提高，而干缩和徐变降低。胶凝材料及火山灰反胶凝材料及火山灰反应作用作用矿物掺合料不仅是胶凝材料，还可以水化凝可以水化凝结硬化，硬化，产生生强度度，更重要的是能与水泥水化产物Ca(OH)2发生火山灰反生火山灰反应，改善水化物组成与过渡区的微观结构。大多数超细矿物掺合料水化放水化放热低低，有利于制备高性能混凝土。16-第二节 高性能混凝土的组成材料三、高效减水三、高效减水剂 为获得高性能混凝土，除了在混凝土中掺入硅粉、粉煤灰、磨细矿渣等掺和料外，必须要掺入高效减水剂。减水剂：是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌 合用水量的外加剂。高效减水高效减水剂主要特点：主要特点：高的减水性，减水效果可达20%30%；适当的引气性与控制坍落度；使混凝土具有高的和易性和耐久性。17-第二节 高性能混凝土的组成材料使用减水使用减水剂的技的技术经济效果效果在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌合水用 量525%或更多；在保持原来配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅 度提高；若保持强度及和易性不变，可节约水泥1020%；由于拌合水量减少，拌合物的泌水、离析现象得以改善，可 提高混凝土的抗冻性、抗渗性。18-第二节 高性能混凝土的组成材料四、集料四、集料 AggregateAggregate集料（又称骨料）集料（又称骨料）是混凝土的主要组成材料之一，占混凝土体积比例70%80%左右。集料在混凝土中既有技术上的作用，又有经济上的意义。在技在技术上上，集料的存在使混凝土比单纯的水泥浆具有更高的体积稳定性 和更好的耐久性；在经济上上它比水泥便宜很多，作为廉价的填充材料，使得混凝土这种建筑材料成本低廉。19-第二节 高性能混凝土的组成材料1.1.粗集料粗集料 （1）应选用质地坚硬、级配良好的石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石或碎卵石；（2）最大粒径：对不同强度等级的混凝土满足相应要求；（3）针片状颗粒含量：不超过5%，且不得混入风化颗粒；（4）含泥量：不超过1%，C80以上的混凝土不超过0.5%;（5）其他：满足标准要求。2.2.细集料集料 （1）应选用洁净、质地坚硬、级配良好的河砂，细度模数满足相应要求；（2）含泥量：不超过2%，C80以上的混凝土不超过1.5%，不允许有泥块存在;（3）其他：满足标准要求。20-第三节 高性能水泥混凝土混合料的特性 高性能混凝土材料高性能混凝土材料组成上的特征：成上的特征：水灰比小、水泥用量大、应用高效减水剂及掺合料其拌和物具有以下特性：一、坍落度一、坍落度损失大失大坍落度损失是由于水泥混凝土混合料中残存减水剂的浓度降低引起。防止坍落度损失的措施：分次添加高效减水剂 适用于预拌商品混凝土，在搅拌站拌和时加入一部分，在运输途中或现场再加余下部分。经多次投入减水剂，可使坍落度损失变小。使用载体流化剂 将无机增强剂、高效减水剂、缓凝剂按一定的比例配合，通过成球、形成粒径515mm的连续级配的粒状物料。将载体流化剂一次投入水泥混凝土中，球状颗粒会逐渐溶解，其中的高效减水剂便逐步缓慢地释放出来并发挥作用。使用复合高效减水剂或特殊高效减水剂将高效减水剂和其他外掺剂一起复合使用，可以控制坍落度损失。从胶凝材料-高效减水剂的相容性选择适当的材料21-第三节 高性能水泥混凝土混合料的特性二、特殊的高粘性二、特殊的高粘性 粘性粘性表示水泥混凝土混合料内部阻碍相对流动的性能。由于高性能混凝土加入了掺和料和高效减水剂，其粘性高，引出两个两个实际问题：1、高粘性与泵送粘性大的水泥混凝土，滑动抵抗力大，在泵送管壁附近滑动量小，因此泵送非常不利。2、高粘性与振动粘性大的水泥混凝土，流动慢、填充率低。22-第三节 高性能水泥混凝土混合料的特性三、高性能水泥混凝土混合料的和易性与三、高性能水泥混凝土混合料的和易性与评价价1、高性能水泥混凝土混合料的和易性 高性能水泥混凝土与普通混凝土相比，即使坍落度相同，但前者粘性大，流动速度慢，所需的时间长，施工作业时填充模型的速度慢。不能用坍落度全面评价高性能混凝土混合料的和易性。目前国内外正在探索有效的检测方法。2、高性能水泥混凝土混合料和易性的评价方法 1）Orimet试验法 2）L型流动仪23-新型混凝土新型混凝土24-1.1.轻骨料混凝土骨料混凝土 特点特点：轻质，热工性能良好，力学性能良好，耐火，抗渗，抗冻，易于加工 轻骨料种骨料种类：工业废料轻骨料（粉煤灰，煤渣）天然轻骨料（火山渣，浮石）人工轻骨料（页岩陶粒，粘土陶粒）用途用途多层和高层建筑，软土地基，大跨度结构，抗震结构，耐火等级要求高的结构，要求节能以及旧建筑加层等。实例例南京长江大桥采用轻骨料混凝土桥板；天津北京采用轻骨料混凝土做墙体和屋面板25-2.2.大孔混凝土大孔混凝土 成分：粗骨料水泥水特点导热率小，保温性能好，吸湿性小，收缩小，抗冻性1525次冻融循环，水泥用量低。用途用于制作墙体用的小型空心砌块和各种板材，可用于浇注墙体。26-3.3.多孔混凝土多孔混凝土定义：不用粗骨料，内部分布着大量小气孔的轻质混凝土。特点：体积密度3001000，导热率 0.0810.17W/(mk)兼具有 结构及保温的功能，容易切割，易于施工。用途：制成砌块，墙体，屋面板及 保温制品，广泛应用于工 业与民用建筑及保温工程中。27-4.4.加气混凝土加气混凝土原理：铝粉（加气剂）氢氧化钙 氢气预制成砌块条板加气混凝土砌块适用于承重和非承重的内墙和外墙。加气混凝土条板可用于工业与民用建筑中，做承重和保 温合一的屋面板和墙板。28-5.5.泡沫混凝土泡沫混凝土定义：由水泥等拌制的浆料与引气剂搅拌造成的泡沫混合，再经浇注、养护硬化而成的多孔混凝土。常用松香胶、松香热聚物、天然水溶性树脂、蛋白活性 物型等做发泡剂。用法：与同体积密度的加气混凝土基本相同，可在现场 直接浇注，用作屋面保温层。29-6.6.抗渗混凝土抗渗混凝土定义：通过各种方法提高混凝土抗渗性，当其抗渗等级=p6时又称抗渗混凝土。混凝土抗渗等级的选择：防渗措施普通防水混凝土外加剂防水混凝土膨胀水泥防水混凝土30-（1 1）普通防水混凝土（富水泥）普通防水混凝土（富水泥浆混凝土）混凝土）原理：通过调整配合比来提高混凝土自身的密实度，从而提高混凝土的 抗渗性。特点：抗渗等级一般可达P6P12施工简便，性能稳定但施工质量要求 比普通混凝土严格。用途：地上、地下要求防水抗渗的工程。（2 2）外加）外加剂防水混凝土防水混凝土定义：利用外加剂的功能，使混凝土显著提高密实性或改变孔结构，从 而达到抗渗的目的。常用外加剂引气剂（松香热聚物等）含气量35密实剂（氢氧化铁，氢氧化铝）堵塞内部渗水通路。造价高。防水剂（氯化铁）与氢氧化钙作用生成氢氧化铁胶体，填充孔隙。31-轻混凝土（3 3）膨）膨胀水泥防水混凝土水泥防水混凝土定义：采用膨胀水泥配置而成的。原理：在水化过程中，能形成大量的钙矾石，产生一定的体积膨胀，在 有约束的条件下能改变孔结构，使毛细孔径减小，提高密实度，抗渗性（使用温度应小于60度）防水混凝土的施工防水混凝土的施工严格控制质量，采用机拌机振浇注时应一次完成，尽量不留施工缝加强保湿养护，至少14d不得过早脱模，脱模后更要即使充分浇水养护，以免出现干缩裂缝32-7.7.耐耐热混凝土混凝土采用原因普通混凝土不耐高温，若在高温下使用，其强度会下降，甚至崩溃。耐热混凝土是指长期在高温作用下保持其所要求的物理和力学性能的特种混凝土。组成胶凝材料耐热粗细骨料水（或不加水）胶凝材料不同硅酸盐水泥耐热混凝土铝酸盐水泥耐热混凝土水玻璃耐热混凝土磷酸盐耐热混凝土33-轻混凝土8.8.纤维混凝土混凝土定义：在普通混凝土的基础上外掺各种纤维材料而制成的复合材料。纤维材料钢纤维（应用较广）玻璃纤维（应用广）炭纤维芳香族聚酰胺纤维玻璃纤维、芳纶纤维与碳纤维制品：钢纤维直径为0.350.7mm,长径比5080，适宜参加体积率为1%2%34-9.9.聚合物混凝土聚合物混凝土组成聚合物无机胶凝材料骨料特点：弥补了普通混凝土抗拉强度低、抗裂性差、脆性大、抗化学腐蚀 性差的缺点。分类聚合物浸渍混凝土 PIC聚合物水泥混凝土PCC树脂混凝土REC35-10.10.防防辐射混凝土射混凝土防辐射混凝土能屏蔽x射线、r射线或中子辐射组成：水泥、重骨料（重晶石、褐铁矿、磁铁矿等）、水配 制而成。特点：体积密度一般在3000以上，对防中子辐射，除需要 混凝土质量很大以外，还需要足够多的氢元素。用途：原子能工业以及应用放射性同位素的装置中，如做反 应堆、加速器、放射化学装置等的防护结构36-11.11.补偿收收缩混凝土混凝土定义：由膨胀水泥，粗、细骨料及水配置而成的具有适度 膨胀性的混凝土。用途：用于地下工程、楼地面、基础后浇带等特殊要求的 工程中。普通混凝土硬化过程中会形成微裂缝，体积收缩，这种收缩引起的混凝土开裂是混凝土质量的通病。补偿收缩用限定条件下的膨胀来抵消这种收缩，从而减免裂缝的发生与发展。37-12.12.大体大体积混凝土混凝土是指混凝土结构物实体的最小尺寸等于或大于0.8m，或预计会因水泥水化热引起混凝土的内外温差过大而导致裂缝的混凝土。大型水坝、桥墩、高层建筑的基础等工程所用混凝土，应按大体积混凝土设计和施工，为了减少由于水化热引起的温度应力，在混凝土配合比设计时，应选用水化热低和凝结时间长的水泥。38-新型混凝土的发展1.1.高性能混凝土高性能混凝土HPCHPC与高与高强混凝土（混凝土（HSCHSC）以耐久性和混凝土材料的可持续发展为基本要求，并适合工业化生产和施工的新一代混凝土。用途：高层、大跨度、大荷载、特殊使用条件和严酷使用环 境以及对建设速度、经济、节能等有更高要求的工程 建设中。39-新型混凝土的发展2.2.环保型混凝土保型混凝土混凝土材料的负面影响消耗大量自然资源和能源排放二氧化碳等有害物质生产于施工过程造成城市公害视觉和触觉效果差循环利用难度大环保型混凝土的特点比传统混凝土更高的强度和耐久性与自然环境的协调性良好的使用功能40-新型混凝土的发展3.3.透水性混凝土透水性混凝土透水混凝土又称多孔混凝土，由骨料、水泥和水拌制而成的一种多孔轻质混凝土，它不含细骨料，由粗骨料表面包覆一薄层水泥浆相互粘结而形成孔穴均匀分布的蜂窝状结构，故具有透气、透水和重量轻的特点，也可称排水混凝土。其由欧美、日本等国家针对原城市道路的路面的缺陷，开发使用的一种能让雨水流入地下，有效补充地下水，缓解城市的地下水位急剧下降等等的一些城市环境问题。并能有效的消除地面上的油类化合物等对环境污染的危害；同时，是保护自然、维护生态平衡、能缓解城市热岛效应的优良的铺装材料；有利于人类生存环境的良性发展及城市雨水管理与水污染防治等工作上，具有特殊的重要意义。应用透水性混凝土强度较低，主要应用在强度要求不太高，而要求具有较高透水效果的场合：公园内的道路，人行道，轻量级道路，停车场，地下建筑工程，各种体育场。41-新型混凝土的发展4.4.绿化混凝土（植生混凝土）化混凝土（植生混凝土）能够适应植物生长，进行绿色植被的混凝土及其制品。应用：城市道路两侧及中央隔离带、水边护坡、屋顶、停车场等部位。类型：孔洞型绿化混凝土块体材料多孔连续型绿化混凝土孔洞型多层结构绿化混凝土块体材料植物根系穿植物根系穿过10cm厚混凝土板厚混凝土板块情况情况42-43-44-新型混凝土的发展5.5.吸音混凝土吸音混凝土特点：具有连续、多孔的内部结构。具有较大的那表面积，与普通的密实混凝土组成复合材料。用途：机场、高速公路、高速铁路两侧、地铁等产生恒定噪音的场所。45-