复合材料水泥基复合材料.pptx

7-1 7-1 水泥概述水泥概述凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，凡细磨成粉末状，加入适量水后成为塑性浆体，既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将既能在空气中硬化，又能在水中硬化，并能将砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的砂石等散粒或纤维材料牢固地胶结在一起的水水硬性胶凝材料硬性胶凝材料，通称为，通称为水泥水泥.l普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙普通硅酸盐水泥熟料主要是由硅酸三钙（3CaOSiO2）、硅酸二钙（）、硅酸二钙（-2CaOSiO2）、）、铝酸三钙（铝酸三钙（3CaOAl2O3）和铁铝酸四钙）和铁铝酸四钙（4CaOAl2O3Fe2O3）四种矿物组成的）四种矿物组成的.水化：水化：3CaOSiO2+H2OCaOSiO2YH2O（凝胶）（凝胶）+Ca（OH）2 水泥及水泥基复合材料常用符号水泥及水泥基复合材料常用符号CaO:C Al2O3:A SiO2:S Fe2O3:F H2O:HW/C:水水/水泥水泥 （水灰比）（水灰比）S/G:沙沙/石石水泥特点：水泥特点：水硬性水硬性，与水迅速发生水化反应，生成的水化产物，与水迅速发生水化反应，生成的水化产物逐渐变硬，强度随龄期延长而逐渐增长；逐渐变硬，强度随龄期延长而逐渐增长；水泥桨有很好的水泥桨有很好的可塑性可塑性与砂、石拌和后仍能使混与砂、石拌和后仍能使混合物具有必要的和易性；合物具有必要的和易性；适应性强适应性强，可用于海上、地下、深水、严寒、干热，可用于海上、地下、深水、严寒、干热的地区，以及耐侵蚀、防辐射、核电站等特殊要求的地区，以及耐侵蚀、防辐射、核电站等特殊要求的工程；的工程；匹配性匹配性，可与纤维或者聚合物等多种无机、有机材，可与纤维或者聚合物等多种无机、有机材料匹配，制成各种水泥基复合材料；料匹配，制成各种水泥基复合材料；与普通钢铁相比，水泥制品不会生锈，也没有木材与普通钢铁相比，水泥制品不会生锈，也没有木材易腐朽的缺点，更不会有塑料年久老比的问题，易腐朽的缺点，更不会有塑料年久老比的问题，耐耐久性好久性好，维修工作量小。，维修工作量小。水泥特点：水泥特点：u流动性流动性是指新拌混凝土在自重或机械振捣的作是指新拌混凝土在自重或机械振捣的作用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的用下，能产生流动，并均匀密实地填满模板的性能。性能。u粘聚性粘聚性是指新拌混凝土的组成材料之间有一定是指新拌混凝土的组成材料之间有一定的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离的粘聚力，在施工过程中，不致发生分层和离析现象的性能。析现象的性能。u保水性保水性是指在新拌混凝土具有一定的保水能力，是指在新拌混凝土具有一定的保水能力，在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。在施工过程中，不致产生严重泌水现象的性能。和易性和易性是混凝土拌和物在拌和、运输、浇筑过程是混凝土拌和物在拌和、运输、浇筑过程中，便于施工的技术性能。中，便于施工的技术性能。它是一项综合的技术它是一项综合的技术性质，包括流动性、粘聚性和保水性等性质，包括流动性、粘聚性和保水性等。水泥基复合材料水泥基复合材料是指水泥与水发生水化、硬是指水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆作为基体与其他各种化后形成的硬化水泥浆作为基体与其他各种无机、金属、有机材料组合而得到的具有新无机、金属、有机材料组合而得到的具有新性能的材料。性能的材料。7-2 水泥基复合材料的种类及基本性能水泥基复合材料的种类及基本性能l混凝土、混凝土、l纤维增强水泥基复合材料、纤维增强水泥基复合材料、l聚合物水泥基复合材料。聚合物水泥基复合材料。按照增强体的种类分类：按照增强体的种类分类：7-2 水泥基复合材料的种类及基本性能水泥基复合材料的种类及基本性能n混凝土混凝土是以水泥为基体，加入是以水泥为基体，加入水、粗细骨料水、粗细骨料、钢筋钢筋，按适当比例拌和均匀，经搅拌振捣成，按适当比例拌和均匀，经搅拌振捣成型，在一定条件下养护而成的复合材料型，在一定条件下养护而成的复合材料；n原料丰富，价格低廉，生产工艺简单；原料丰富，价格低廉，生产工艺简单；n抗压强度高，抗压强度高，耐久性耐久性好，强度等级范围宽；好，强度等级范围宽；n使使用用范范围围广广泛泛，如如土土木木工工程程、造造船船业业、机机械械工业、海洋的开发、地热工程等。工业、海洋的开发、地热工程等。1、混凝土、混凝土水和水泥形成水和水泥形成水泥浆，起胶水泥浆，起胶结作用；结作用；砂和石子为细、砂和石子为细、粗骨料。粗骨料。2.2.纤维增强水泥基复合材料纤维增强水泥基复合材料l定义定义：由不连续的短纤维均匀的分散于水：由不连续的短纤维均匀的分散于水泥混凝土基材中形成的复合材料。泥混凝土基材中形成的复合材料。l目的：克服混凝土目的：克服混凝土耐拉伸外力差，破坏前的耐拉伸外力差，破坏前的许用应变小许用应变小的缺点的缺点。l方式：方式：纤维交叉牵制，形成遍布结构整体的网络纤维交叉牵制，形成遍布结构整体的网络；纤纤维维和和基基体体共共同同承承受受拉拉力力直直到到基基体体裂裂损损，然然后总的力都转移到纤维上。后总的力都转移到纤维上。粗骨料粒径粗骨料粒径20mm,20mm,砂率砂率40-60%40-60%，W/CW/C比小；比小；纤维长径比纤维长径比40-8040-80，纤维有高拉抗强，纤维有高拉抗强度；度；纤维与水泥的性能必须匹配：钢纤维纤维与水泥的性能必须匹配：钢纤维适宜碱性大的水泥，适宜碱性大的水泥，GFGF适宜碱性小的适宜碱性小的水泥。水泥。对原材料的基本要求：对原材料的基本要求：3.3.聚合物改性水泥基复合材料聚合物改性水泥基复合材料普通混凝土的缺点：普通混凝土的缺点：脆性材料，刚性大，柔性脆性材料，刚性大，柔性小，抗压强度远远大于拉伸强度小，抗压强度远远大于拉伸强度；聚合物混凝土聚合物混凝土是设法将聚合物掺入混凝土而是设法将聚合物掺入混凝土而形成混杂复合材料。由于少量聚合物的掺入，形成混杂复合材料。由于少量聚合物的掺入，填充了混凝土内部的孔隙和微裂缝，大大的填充了混凝土内部的孔隙和微裂缝，大大的提高了混凝土的性能。例如提高了混凝土的性能。例如:抗折强度和柔韧性提高。抗折强度和柔韧性提高。内部孔结构有所改善，趋向连内部孔结构有所改善，趋向连续密实。续密实。建筑物耐久度大大提高。建筑物耐久度大大提高。聚合物作用：聚合物作用：增韧、增塑、填孔和固化增韧、增塑、填孔和固化聚合物混凝土聚合物混凝土 聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土 聚合物水泥混凝土聚合物水泥混凝土(1)(1)聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土 将将已已硬硬化化的的混混凝凝土土构构件件，浸浸入入聚聚合合物物单单体体或或预预聚聚体体溶溶液液中中使使其其渗渗入入空空隙隙，通通过过加加热热聚聚合合、固固化化形形成成聚聚合合物物填充。填充。提高密度、强度和韧性。提高密度、强度和韧性。(2)(2)聚合物混凝土聚合物混凝土l聚合物完全取代水泥，作为集料的结合剂。聚合物完全取代水泥，作为集料的结合剂。l常常用用聚聚合合物物：环环氧氧、脲脲醛醛、糠糠醛醛、聚聚酯酯树树脂脂等等。性性能好，价格较高。应用：如人造石能好，价格较高。应用：如人造石(3)(3)聚合物水泥混凝土聚合物水泥混凝土l聚聚合合物物部部分分取取代代水水泥泥。要要求求聚聚合合物物具具有有亲亲水水性性，在在水中或能溶解或能分散成乳液。水中或能溶解或能分散成乳液。l加入状态可以是单体、聚合物乳液、聚合物粉末。加入状态可以是单体、聚合物乳液、聚合物粉末。聚合物改性水泥基复合材料特点：聚合物改性水泥基复合材料特点：l抗折强度明显抗折强度明显，抗压强度，抗压强度。l韧性韧性，刚度、脆性，刚度、脆性。l抗渗透性、耐侵蚀性抗渗透性、耐侵蚀性。l粘补性好。粘补性好。l工艺简单，成本低。工艺简单，成本低。1 1、混凝土设计与成型、混凝土设计与成型设计过程：设计过程：原料选择原料选择 工程计算工程计算 实验校核调整实验校核调整初定配方：水初定配方：水 :灰灰 :砂砂 :石石 0.5 :1 :1.5:30.5 :1 :1.5:3实验校核：强度实验与和易性实验实验校核：强度实验与和易性实验调整：提高水泥标号或用量，可提高强度。调整：提高水泥标号或用量，可提高强度。提高水量、降低石料用量，可提高和易性。提高水量、降低石料用量，可提高和易性。最终配方中水泥用量、最终配方中水泥用量、W/CW/C需满足耐久性要求。需满足耐久性要求。7-3 水泥基复合材料的成型工艺水泥基复合材料的成型工艺最终配方满足耐久性要求最终配方满足耐久性要求钢筋混凝土的成型钢筋混凝土的成型-预应力技术预应力技术主要用于铁道的枕木、空洞隧道、桥梁等主要用于铁道的枕木、空洞隧道、桥梁等主要用于高架公路路面，大跨度桥及主要用于高架公路路面，大跨度桥及建筑物的横梁等。建筑物的横梁等。2 2、纤维增强水泥的成型、纤维增强水泥的成型 (1)(1)、直接喷射法、直接喷射法 砂浆配比：砂浆配比：W/C=0.3W/C=0.30.4 0.4；S/C=0.5S/C=0.51 1 耐碱短切纤维：耐碱短切纤维：121250mm 50mm；含量约；含量约3 35%5%。(2)(2)、喷射脱水法、喷射脱水法 直直接接喷喷射射法法经经减减压压，脱脱去去多多余余水水份份，提提高高密度和强度。密度和强度。(3)(3)、预混料浇铸法、预混料浇铸法 纤维与砂浆混合，铸模成型。纤维与砂浆混合，铸模成型。关键：关键：(4)(4)、压力法、压力法 预混料铸模后，加压脱水。预混料铸模后，加压脱水。(5)(5)、离心成型法、离心成型法 离心成型离心成型 +脱水。脱水。适合于回转体构件，纤维可进行表适合于回转体构件，纤维可进行表面集中增强。面集中增强。碳纤维增强水泥碳纤维增强水泥可用来代替木材，制成可用来代替木材，制成住宅的屋顶、构架，地板，梁以及隔板住宅的屋顶、构架，地板，梁以及隔板等，但是等，但是价格昂贵价格昂贵。玻璃纤维增强水泥玻璃纤维增强水泥可做雕塑、门窗、花盆等可做雕塑、门窗、花盆等 3 3聚合物水泥基复合材料的成型聚合物水泥基复合材料的成型(1)(1)、聚合物浸渍混凝土的制备方法、聚合物浸渍混凝土的制备方法使混凝土中空隙和裂缝被填充，是原来的多孔体系使混凝土中空隙和裂缝被填充，是原来的多孔体系变成较密实的整体，提高了强度和各项性能。变成较密实的整体，提高了强度和各项性能。聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土l聚合物浸渍混凝土聚合物浸渍混凝土由于良好的力学性能、由于良好的力学性能、耐久性及抗腐蚀能力，主要用于受力的混耐久性及抗腐蚀能力，主要用于受力的混凝土及钢筋混凝土结构构件。凝土及钢筋混凝土结构构件。l因浸渍工艺复杂、成本较高，混凝土构因浸渍工艺复杂、成本较高，混凝土构件需要预制并且尺寸受到限制，因而主要件需要预制并且尺寸受到限制，因而主要在在特殊情况特殊情况下使用。下使用。l可作为高效能结构材料应用于特种工程，例如腐可作为高效能结构材料应用于特种工程，例如腐蚀介质中的管、桩、柱、地面砖、海洋构筑物和路蚀介质中的管、桩、柱、地面砖、海洋构筑物和路面、桥面板，以及水利工程中对抗冲、耐磨、抗冻面、桥面板，以及水利工程中对抗冲、耐磨、抗冻要求高的部位。要求高的部位。l也可应用于现场修补构筑物的表面和缺陷，以提也可应用于现场修补构筑物的表面和缺陷，以提高其使用性能。高其使用性能。(2(2）、聚合物混凝土的制备方法）、聚合物混凝土的制备方法l聚合物混凝土聚合物混凝土(PC)以聚合物（或单体）全部代以聚合物（或单体）全部代替水泥，作为胶结材料的聚合物混凝土。替水泥，作为胶结材料的聚合物混凝土。l常用一种或几种有机物及其固化剂、天然或人工常用一种或几种有机物及其固化剂、天然或人工集料（石英粉、辉绿岩粉等）混合、成型、固化而集料（石英粉、辉绿岩粉等）混合、成型、固化而成。成。l聚合物在此种混凝土中的含量为重量的聚合物在此种混凝土中的含量为重量的825%。l与水泥混凝土相比与水泥混凝土相比,它具有快硬、高强和显著改善它具有快硬、高强和显著改善抗渗、耐蚀、耐磨、抗冻融以及粘结等性能。抗渗、耐蚀、耐磨、抗冻融以及粘结等性能。l可现场应用于混凝土工程快速修补、地下管可现场应用于混凝土工程快速修补、地下管线工程快速修建、隧道衬里等，也可在工厂线工程快速修建、隧道衬里等，也可在工厂预制。预制。(3(3）、聚合物水泥混凝土的制备方法）、聚合物水泥混凝土的制备方法l聚合物水泥混凝土以聚合物聚合物水泥混凝土以聚合物(或单体或单体)和水泥共同作为胶凝材料的聚合物混和水泥共同作为胶凝材料的聚合物混凝土。凝土。l其制作工艺与普通混凝土相似，在加其制作工艺与普通混凝土相似，在加水搅拌时掺入一定量的有机物及其辅水搅拌时掺入一定量的有机物及其辅助剂，经成型、养护后，其中的水泥助剂，经成型、养护后，其中的水泥与聚合物同时固化而成。与聚合物同时固化而成。l聚合物掺加量一般为水泥重量的聚合物掺加量一般为水泥重量的 520%。使用的聚合物一般为合成橡胶乳液。此外环使用的聚合物一般为合成橡胶乳液。此外环氧树脂及不饱和聚酯一类树脂也可应用。氧树脂及不饱和聚酯一类树脂也可应用。l由于聚合物的引入，聚合物水泥混凝土改进由于聚合物的引入，聚合物水泥混凝土改进了普通混凝土的抗拉强度、耐磨、耐蚀、抗了普通混凝土的抗拉强度、耐磨、耐蚀、抗渗、抗冲击等性能，并改善混凝土的和易性。渗、抗冲击等性能，并改善混凝土的和易性。l可应用于现场灌筑构筑物、路面及桥面修可应用于现场灌筑构筑物、路面及桥面修补，混凝土储罐的耐蚀面层，新老混凝土的补，混凝土储罐的耐蚀面层，新老混凝土的粘结以及其他特殊用途的预制品。粘结以及其他特殊用途的预制品。7-4 先进的水泥基复合材料先进的水泥基复合材料n高强混凝土高强混凝土n高性能混凝土高性能混凝土n无宏观缺陷水泥基材料无宏观缺陷水泥基材料n均布超细颗粒致密体系均布超细颗粒致密体系 n活性粉末混凝土活性粉末混凝土 1.高强混凝土高强混凝土 我国通常将强度等级超过我国通常将强度等级超过C50的混凝土称为的混凝土称为高强混凝土高强混凝土(HSC);抗压强度在抗压强度在100Mpa的称的称为超高强混凝土为超高强混凝土(SHSC)。混凝土强度类别，在不同的时代和不同的混凝土强度类别，在不同的时代和不同的国家有不同的概念和划分国家有不同的概念和划分:50年代以前年代以前,30Mpa以上以上;50年代，年代，35Mpa以上以上;60年代以来提高到年代以来提高到4152Mpa；目前：目前：50Mpa以上。以上。1.1 1.1 高强混凝土的特点：高强混凝土的特点：有效地减小结构自重；有效地减小结构自重；大幅度提高混凝土耐久性；大幅度提高混凝土耐久性；减少掺料用量及建筑成本，降低生产、运减少掺料用量及建筑成本，降低生产、运 输和施工能耗。输和施工能耗。例如：例如：60MPa60MPa取代取代35MPa35MPa的混凝土，可节的混凝土，可节约混凝土约混凝土40%40%，自重减轻，自重减轻35%35%，钢筋混凝土的，钢筋混凝土的配筋率为配筋率为6%6%时，可使用钢量减少时，可使用钢量减少240kg/m240kg/m3 3.1.2 1.2 混凝土高强化的技术途径：混凝土高强化的技术途径：1、从混凝土工程学角度、从混凝土工程学角度搅拌搅拌用水要少用水要少；浇筑捣实要充分浇筑捣实要充分；混凝土硬化；混凝土硬化后要后要充分养护充分养护。2、从材料学的方面从材料学的方面材料的材料的组成组成，内部结构内部结构及其对混凝土材料性能及其对混凝土材料性能（包括流动性，强度和耐久性）的影响；（包括流动性，强度和耐久性）的影响；考虑混凝土内部的考虑混凝土内部的界面结构界面结构与与孔结构孔结构对强度与对强度与耐久性的影响。耐久性的影响。1.3 1.3 制备高强度水泥混凝土的技术路线制备高强度水泥混凝土的技术路线优质的水泥优质的水泥 优质的骨料优质的骨料 超细矿粉超细矿粉掺合料掺合料高效减水剂高效减水剂浇筑捣实浇筑捣实养护养护硬化混凝土硬化混凝土（低水灰比）（低水灰比）（温、湿度）（温、湿度）坍落度损坍落度损失的控制失的控制 强度强度 耐久性耐久性（高效率）（高效率）高流动性高流动性1.4 1.4 高强混凝土配合比设计原则高强混凝土配合比设计原则（1）水灰比宜）水灰比宜小于小于0.35，对于，对于80100MPa混凝混凝土宜小于土宜小于0.30，对于，对于100MPa以上混凝土宜小于以上混凝土宜小于0.26，更高强度时取，更高强度时取0.22左右。左右。（2）水泥用量）水泥用量400500 kg/m3,对于对于80MPa以上以上混凝土可达混凝土可达500kg/m3，更高强度时也不宜超过，更高强度时也不宜超过550 kg/m3。应通过外加。应通过外加矿物掺合料矿物掺合料来控制和降来控制和降低水泥用量。高强混凝土必须采用低水泥用量。高强混凝土必须采用优质水泥优质水泥。（3）选择高强度和低吸水率的碎石，最大粒）选择高强度和低吸水率的碎石，最大粒径不超过径不超过1520mm，并尽量排除针片状石子。，并尽量排除针片状石子。如混凝土强度等级不是很高可以放宽到如混凝土强度等级不是很高可以放宽到25mm，并尽量排除针片状石子。，并尽量排除针片状石子。（4）砂率可降低到）砂率可降低到0.3，甚至更低，甚至更低.（5）为改善工作性，必须掺加）为改善工作性，必须掺加高效减水剂高效减水剂。1.5 1.5 高强混凝土的应用高强混凝土的应用日本：在日本：在60年代，在制桩和桥梁工程年代，在制桩和桥梁工程广泛应用；美国在高层建筑中应用高广泛应用；美国在高层建筑中应用高强混凝土；强混凝土；我国近年来在铁路、公路、桥梁建设中我国近年来在铁路、公路、桥梁建设中广泛应用高效减水剂制造高强混凝土，广泛应用高效减水剂制造高强混凝土，港口工程中应用高强混凝土制造管柱、港口工程中应用高强混凝土制造管柱、桩和管道等。桩和管道等。n黄石长江大桥黄石长江大桥n红水河大桥（广西）红水河大桥（广西）n杨浦大桥杨浦大桥n九江长江大桥九江长江大桥n钢筋混凝土防护门钢筋混凝土防护门n日本高强混凝土桥梁日本高强混凝土桥梁n美国高层建筑用高强混美国高层建筑用高强混凝土凝土n瑞典的瑞典的Tjorn大桥大桥应用实例：应用实例：高强超轻陶粒混凝土高强超轻陶粒混凝土高强预应力混凝土管桩高强预应力混凝土管桩2.2.高性能混凝土（高性能混凝土（HPCHPC）u建筑物越来越向着高层、超高层化、超大跨化方向发建筑物越来越向着高层、超高层化、超大跨化方向发展；展；u各种严酷环境下使用混凝土结构也越来越多，如：海各种严酷环境下使用混凝土结构也越来越多，如：海上石油平台、跨海大桥，海底隧道，污水管道，核废上石油平台、跨海大桥，海底隧道，污水管道，核废料容器，核反应堆外壳，盛有有害化学物的容器等；料容器，核反应堆外壳，盛有有害化学物的容器等；u这些工程结构的特点是性能要求高，包括这些工程结构的特点是性能要求高，包括高强度、高高强度、高的耐久性和高的体积稳定性的耐久性和高的体积稳定性，若要现场浇注施工，要，若要现场浇注施工，要求水泥混凝土的求水泥混凝土的流动性很高流动性很高。高性能混凝土高性能混凝土（HPCHPC）u 高性能混凝土高性能混凝土是近年来混凝土工程界研究与应用的最是近年来混凝土工程界研究与应用的最热点之一，被认为是有别于传统的普通混凝土的一种热点之一，被认为是有别于传统的普通混凝土的一种新型水泥基材料。新型水泥基材料。2.1 2.1 高性能混凝土定义高性能混凝土定义 高高性性能能混混凝凝土土一一词词是是2020世世纪纪9090年年代代提提出出的的，各国学者各有不同的看法，主要有：各国学者各有不同的看法，主要有：1 1、法法国国、美美国国、加加拿拿大大等等国国家家定定义义：HPCHPC应应具具有有高高强强度度、高高耐耐久久性性，例例如如高高体体积积稳稳定定性性（高高弹弹性性模模量量、低低干干缩缩率率和和低低的的温温度度应应变变）、高抗渗性高工作性。、高抗渗性高工作性。2 2、日日本本学学者者认认为为高高性性能能混混凝凝土土应应具具有有将将高高工工作作性性、低低温温升升、低低干干缩缩率率、高高抗抗渗渗性性和和足足够的强度，属于水胶比很低的混凝土家族。够的强度，属于水胶比很低的混凝土家族。3、1990 年年 5 月在美国马里兰州月在美国马里兰州 ，美国主办的，美国主办的第一届高性能混凝土讨论会第一届高性能混凝土讨论会，高性能混凝土被，高性能混凝土被定义为：定义为：靠传统的组分和普通的拌和、浇注、养护方靠传统的组分和普通的拌和、浇注、养护方法制备出的具有所要求的性能和匀质性的混凝法制备出的具有所要求的性能和匀质性的混凝土土，这些性能包括：易于浇注、捣实而不离析；，这些性能包括：易于浇注、捣实而不离析；力学性能力学性能强，耐久性好；早期强度高和体积稳强，耐久性好；早期强度高和体积稳定性好；在恶劣的使用条件下寿命长。定性好；在恶劣的使用条件下寿命长。也就是说也就是说高性能混凝土要求高性能混凝土要求高的强度高的强度、高的流高的流动性动性、良好的体积稳定性良好的体积稳定性与与优异的耐久性优异的耐久性。4、我国定义：高性能混凝土为一种新型高、我国定义：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能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，是以土，是以耐久性耐久性作为设计的主要指标，针对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不同用途的要求，对下列性能有重点的加以保证：保证：耐久性、施工性、适用性、强度、体耐久性、施工性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。积稳定性和经济性。5、我国学者认为我国学者认为：高性能混凝土是一种以：高性能混凝土是一种以耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业耐久性和可持续发展为基本要求并适合工业化生产与施工的混凝土，是一种环保型、节化生产与施工的混凝土，是一种环保型、节约型的绿色混凝土。约型的绿色混凝土。注意注意，高性能混凝土与高强混凝土不是一个，高性能混凝土与高强混凝土不是一个概念。高性能混凝土与高强混凝土并不总是概念。高性能混凝土与高强混凝土并不总是等同的。高性能混凝土不一定必须高强，高等同的。高性能混凝土不一定必须高强，高强混凝土也不一定具有高性能。强混凝土也不一定具有高性能。2.2 HPC2.2 HPC的特点的特点 从目前实际应用的高性能混凝土的情况来分从目前实际应用的高性能混凝土的情况来分析，归纳起来和传统的普通混凝土（简称析，归纳起来和传统的普通混凝土（简称OPC）相比有以下几个特点：）相比有以下几个特点：1.原材料上原材料上，除了常规的水泥、水、砂、石，除了常规的水泥、水、砂、石四种材料外，必需使用四种材料外，必需使用化学外加剂和矿物细化学外加剂和矿物细掺料掺料，一共是，一共是六种六种必不可少的材料，而且后必不可少的材料，而且后两种可以是一种也可以是多种复合，这在选两种可以是一种也可以是多种复合，这在选材上就要求与水泥具有良好的材上就要求与水泥具有良好的相容性相容性，多种，多种的外加剂之间（或细掺料之间）要求的外加剂之间（或细掺料之间）要求合理匹合理匹配配，使使其具有其具有叠加效应叠加效应。2.配比上配比上，为了适应高耐久、高强的要求，使，为了适应高耐久、高强的要求，使用的是低用水量（用的是低用水量（180kg/m3），低水胶比），低水胶比（一般为（一般为0.280.40），控制胶结材总量），控制胶结材总量550kg/m3；3.性能上性能上，具有，具有高耐久性（高耐久性（抗渗、抗冻、抗蚀、抗渗、抗冻、抗蚀、抗碳化、抗碱骨料反应，耐磨等）；良好的抗碳化、抗碱骨料反应，耐磨等）；良好的施工性（大流动，可灌性、可泵性、均匀性施工性（大流动，可灌性、可泵性、均匀性等）；良好的等）；良好的力学性能力学性能，早强后强均高；良，早强后强均高；良好的好的尺寸稳定性尺寸稳定性；合理的；合理的适用性与经济性适用性与经济性等。等。总之，具有良好的综合技术性能，能满足各总之，具有良好的综合技术性能，能满足各种工程结构的使用要求。种工程结构的使用要求。2.3 HPC2.3 HPC在国内外的研究与应用在国内外的研究与应用（一）（一）HPC在国外工程中的应用在国外工程中的应用美美国国西西雅雅图图双双联联广广场场（19881988年年）就就采采用用了了抗抗压压强强度度达达到到135MPa135MPa的的高高性性能能混混凝凝土土，是是迄迄今今为为止止在在实实际际应应用最典型实例；用最典型实例；挪威的挪威的 Troll Troll 海洋采油（气）平台；海洋采油（气）平台；日日本本的的明明石石海海峡峡大大桥桥是是国国际际上上比比较较典典型型的的高高性性能能混混凝土工程。凝土工程。加拿大多伦多的加拿大多伦多的ScotiaScotia广场大厦，建成于广场大厦，建成于19871987年，年，所用的高性能混凝土掺入了硅灰和矿渣。所用的高性能混凝土掺入了硅灰和矿渣。法国诺曼底大桥法国诺曼底大桥 采用采用C60C60高性能混凝土。高性能混凝土。吉隆坡的双塔大厦吉隆坡的双塔大厦 高度高度452 m纽约帝国大厦纽约帝国大厦高度高度374 m（二）（二）HPC在国内工程中的应用在国内工程中的应用高性能混凝土在我国主要用于大跨度桥梁、高性能混凝土在我国主要用于大跨度桥梁、高层建筑、海洋平台、宇宙航天、核能工高层建筑、海洋平台、宇宙航天、核能工程，军事防护，抗害防灾以及载重大处于程，军事防护，抗害防灾以及载重大处于恶劣环境下的特殊结构中。恶劣环境下的特殊结构中。我国应用高性能混凝土的数量日益增多，我国应用高性能混凝土的数量日益增多，技术水平日益提高，可以设想今后我国高技术水平日益提高，可以设想今后我国高性能混凝土的研究与应用会有一个更大的性能混凝土的研究与应用会有一个更大的发展。发展。我国上海的金茂大厦应用我国上海的金茂大厦应用的高性能混凝土强度等级的高性能混凝土强度等级达到了达到了 C60，并且混凝土，并且混凝土采用泵送施工，泵送高度采用泵送施工，泵送高度达到达到 382.5 米；米；沈阳富林大厦（设计沈阳富林大厦（设计 C80，实际达到，实际达到 C100）、辽）、辽宁物产大厦（宁物产大厦（C80）、深）、深圳地王大厦（圳地王大厦（C70）等，）等，都是高性能混凝土应用的都是高性能混凝土应用的典范。典范。l高性能混凝土的工程应用高性能混凝土的工程应用1.水电建设水电建设2.高速铁路高速铁路3.大型桥梁大型桥梁4.核电核电5.水利工程水利工程预应力钢筒混凝土管预应力钢筒混凝土管PCCP3.3.无宏观缺陷水泥基材料无宏观缺陷水泥基材料（MDFCMDFC）主要组成材料主要组成材料：水泥、硅灰、：水泥、硅灰、水溶性聚合物、水溶性聚合物、少量水和少量水和高效减水剂高效减水剂。制制备备工工艺艺：使使用用特特殊殊的的搅搅拌拌工工艺艺和和热热压压成成型型，克服硬化体中出现大孔隙和粗大晶体等缺陷。克服硬化体中出现大孔隙和粗大晶体等缺陷。结构致密，孔隙率低，孔径小，无宏观缺陷。结构致密，孔隙率低，孔径小，无宏观缺陷。性性能能：具具有有极极高高的的强强度度指指标标，抗抗压压强强度度200500 MPa，抗抗拉拉强强度度 50200MPa，断断裂裂韧性韧性 3 MPa.m1/2，弹性模量，弹性模量 2550GPa。应应用用实实例例：2020世世纪纪8080年年代代初初，英英国国帝帝国国公公司司与与牛牛津津大大学学合合作作，首首先先研研制制成成功功无无宏宏观观缺缺陷陷（MDFMDF）水水泥泥，它它是是在在非非常常低低的的水水灰灰比比（0.10.150.10.15）下下，经经高高速速剪剪切搅拌并用压力成型制成。切搅拌并用压力成型制成。无无宏宏观观缺缺陷陷水水泥泥目目前前用用于于注注模模机机器器中中的的热热绝绝缘缘片片，代代替替铝铝材材制制作作轻轻质质热热绝绝缘缘板板及及太太阳阳能能小小汽汽车车外外壳壳等等，日日本本的的一一家家公公司司将将无无宏宏观观缺缺陷陷水水泥泥成成功功用用于于装装饰饰板板材材以以替替代代抛抛光光的的大大理理石石等等，在在声声学学、电电学学、防防护护用用品等方面的品等方面的也有也有应用应用。无无宏宏观观缺缺陷陷水水泥泥的的最最大大缺缺点点：耐耐水水性性不不好好，同同时时其其成成本本高高昂昂，不不能能现现场场浇浇注注成成型型，严严重重影影响响到到它它的的大大规模应用。规模应用。4.4.均布超细颗粒致密体系均布超细颗粒致密体系（DSPDSP）上上世世纪纪7070年年代代初初，随随着着高高效效减减水水剂剂的的出出,由由丹丹麦麦的的 Aalborg Aalborg PortlandPortland公公司司开开发发制制作作了了均均布布超超细细颗粒致密体系（颗粒致密体系（DSPDSP）的材料。）的材料。组组成成：由由70%-80%70%-80%水水泥泥，20%-30%20%-30%平平均均粒粒径径为为0.1m0.1m的的硅灰硅灰和超塑化剂和超塑化剂。成成型型工工艺艺：在在专专门门的的搅搅拌拌机机内内充充分分拌拌匀匀后后，采采用用浇浇注注、加加压压或或挤挤压压成成型型，再再高高温温蒸蒸养养或或蒸蒸压压养养护护，超超细细颗颗粒粒均均匀匀分分布布并并填填充充在在紧紧密密堆堆积积的的水水泥泥颗颗粒粒之之间间的的空空隙隙中中，从从而而形形成成高高致致密密的的物物料体系。料体系。性性能能：材材料料内内部部密密实实填填充充，没没有有大大孔孔，很很少少的的毛毛细细孔孔，收收缩缩率率低低，孔孔分分布布合合理理；抗抗压压强强度度180-300MPa，抗抗弯弯强强度度 15-40MPa，弹弹性性模模量量30-80GPa，断裂韧性断裂韧性0.5MPa.m1/2。应应用用：均均布布超超细细颗颗粒粒致致密密体体系系已已在在腐腐蚀蚀介介质质的的表表面面保保护护层层中中得得到到应应用用，甚甚至至在在工工业业中中已已被被用用做做工工程程零零部部件件，如如螺螺丝丝刀刀、连连杆杆、水水泥泥磨磨的的喂喂料料装装置置和和生生产产车车床床的的冲冲压压模模具具等等，并并在在某某些些领领域域有有可可能替代能替代铸石、橡胶及钢材铸石、橡胶及钢材。缺陷缺陷：成本高昂，无法现场浇注成型，高脆性。：成本高昂，无法现场浇注成型，高脆性。5.5.活性粉末混凝土（活性粉末混凝土（RPCRPC）活性粉末混凝土组成活性粉末混凝土组成：以磨细石英砂、纲纤维、硅灰、高效减水剂、水泥以磨细石英砂、纲纤维、硅灰、高效减水剂、水泥为主要组成材料，这种材料充分发挥硅灰的填充效应为主要组成材料，这种材料充分发挥硅灰的填充效应和火山灰效应，在高温条件下激发石英粉的活性，并和火山灰效应，在高温条件下激发石英粉的活性，并利用利用钢纤维钢纤维的复合作用，从而使材料达到高强度和高的复合作用，从而使材料达到高强度和高韧性的目的。韧性的目的。力学性能：力学性能：抗抗压压强强度度可可以以达达到到 200800MPa；抗抗弯弯强强度度 30 150 MPa；断断裂裂能能为为120040000J.m1/2；弹弹性性模模量量 50 70 GPa。活性粉末混凝土的基本特点活性粉末混凝土的基本特点：1 1）水胶比低，强度高，韧性好；）水胶比低，强度高，韧性好；2 2）无无粗粗集集料料，材材料料匀匀质质性性高高。然然而而作作为为廉廉价价性性优优、用用量量最最大大的的粗粗集集料料被被剔剔除除后后，活活性性粉粉末末混混凝凝土土原材料成本昂贵；原材料成本昂贵；3 3）成成型型条条件件要要求求高高：为为保保证证强强度度，混混凝凝土土采采用用热热压压成成型型，成成型型工工艺艺复复杂杂，更更主主要要的的是是，无无法法在在施施工现场成型，必须先预制成型，成本增加；工现场成型，必须先预制成型，成本增加；4 4）后期需要热养护或蒸压养护，增加成本）后期需要热养护或蒸压养护，增加成本。缺点缺点：制作工艺复杂，成本高。制作工艺复杂，成本高。应用：应用：国国内内外外虽虽有有工工程程应应用用，但但要要大大量量应应用用于于建建筑筑工工程程中中，活活性性粉粉末末混混凝凝土土仍仍然然有有非非常常大大的的局局限性。限性。此外，不用热压技术，而用通用工艺制成的，此外，不用热压技术，而用通用工艺制成的，无钢纤维、常温养护的活性粉末混凝土，其无钢纤维、常温养护的活性粉末混凝土，其强度级别较低，约在强度级别较低，约在 100150MPa 之间。之间。超高性能混凝土超高性能混凝土l2012年年3月初，据来自国内外媒体的信息，伊朗月初，据来自国内外媒体的信息，伊朗已经研制出被称为已经研制出被称为“智能混凝土智能混凝土”的世界最强混凝的世界最强混凝土，可抵御地震，也可抵土，可抵御地震，也可抵钻地炸弹钻地炸弹。lUHPC的基本原料和普通的混凝土一样，都是的基本原料和普通的混凝土一样，都是沙子沙子和水泥。但和水泥。但UHPC中还配有中还配有石英砂石英砂及各种加固材料和及各种加固材料和纤维。这种石英砂不同于其他大量混有沙子的石英砂，纤维。这种石英砂不同于其他大量混有沙子的石英砂，纯度高达纯度高达100%。哈马丹布。哈马丹布-阿里大学的穆哈穆德阿里大学的穆哈穆德尼尼力教授（力教授（Mahmoud Nili）在）在UHPC中配入了中配入了聚丙烯聚丙烯纤维纤维和和石英粉石英粉，使其韧性大大提高，抗爆能力比，使其韧性大大提高，抗爆能力比普通普通混凝土混凝土高出数倍。高出数倍。伊核朗设施由伊核朗设施由智能混凝土智能混凝土制造制造美国的美国的钻地导弹钻地导弹本章结束！本章结束！