高性能混凝土的发展与应用教材

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1、高性能混凝土的发展与应用高性能混凝土的发展与应用The Development and ApplicationofHigh Performance Concrete清华大学土木工程系清华大学土木工程系 覃维祖覃维祖 20世纪世纪8080年代，美国国家材料委员会提年代，美国国家材料委员会提出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能出：要为新世纪的基础设施建设开发高性能的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。的建筑材料，包括钢材、混凝土、塑料等。19901990年年5 5月，在美国马里兰州月，在美国马里兰州Gaithers-burg 城由城由 NIST 和和 ACI 主办了第一次关于主办了第一次关于HP

2、C的国际研讨会，会议首次提出关于高性的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。能混凝土的定义。一、高性能混凝土的由来与定义一、高性能混凝土的由来与定义术语：高性能混凝土术语：高性能混凝土High Performance concrete Performance and Properties表演、执行表演、执行 性质、特性性质、特性 性能性能定义定义 高性能混凝土高性能混凝土具有所要求的性能具有所要求的性能和匀质性的混凝土。采用传统的组分、普和匀质性的混凝土。采用传统的组分、普通的搅拌、浇注与养护操作，是不可能日通的搅拌、浇注与养护操作，是不可能日常生产这种混凝土的。这些性能，例如易常生

3、产这种混凝土的。这些性能，例如易于浇注和压实而不离析、高长期力学性能、于浇注和压实而不离析、高长期力学性能、高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中高早强、高韧性、体积稳定、严酷环境中使用寿命长。使用寿命长。高性能混凝土国际研讨会高性能混凝土国际研讨会（1990）定义定义 高性能混凝土高性能混凝土满足特定满足特定功能与匀质性综合需要的混凝土。功能与匀质性综合需要的混凝土。采用普通的组分材料和通常的搅采用普通的组分材料和通常的搅拌、浇注与养护操作，未必能日拌、浇注与养护操作，未必能日常生产这种混凝土。常生产这种混凝土。美国混凝土学会技术委员会美国混凝土学会技术委员会（1998）注释：注释：高性能混凝

4、土的特性，是针对一高性能混凝土的特性，是针对一定的应用和环境所要求的。例如：定的应用和环境所要求的。例如：易于浇注易于浇注 早期强度早期强度 渗透性渗透性 水化热水化热 体积稳定性体积稳定性 可捣实、不离析可捣实、不离析 长期力学性质长期力学性质 密度密度 韧性韧性 在服务环境中运行在服务环境中运行寿命长久寿命长久 高性能混凝土的许多特性是高性能混凝土的许多特性是相互关联的，改变其中一个常牵相互关联的，改变其中一个常牵扯到一或多个其他特性发生变化。扯到一或多个其他特性发生变化。因此，如果对某一应用提供的混因此，如果对某一应用提供的混凝土有若干特性必须同时满足，凝土有若干特性必须同时满足，则必须

5、将其中每一项都在合同书则必须将其中每一项都在合同书上规定清楚。上规定清楚。美国混凝土学会美国混凝土学会 1998 高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，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，是以耐久性作现代混凝土技术制作的混凝土，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、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。适用性、强度、体积稳定性和经济性。吴中伟吴中伟 高性能混

6、凝土的定义高性能混凝土的定义 高工作度高工作度 高强度高强度 高耐久性高耐久性 可泵送、有掺合料的高强混凝土可泵送、有掺合料的高强混凝土高性能混凝土高性能混凝土高工作度高工作度1 1）碾压混凝土碾压混凝土 拌合物需要足够地干硬以支撑非常沉重的拌合物需要足够地干硬以支撑非常沉重的振动压实机械不致下陷而正常地行进和工作。振动压实机械不致下陷而正常地行进和工作。2 2）滑模混凝土滑模混凝土 拌合物需要具备适当的坍落度（拌合物需要具备适当的坍落度（25cm），），使摊铺机使摊铺机正常地行进和工作。正常地行进和工作。3 3）自密实混凝土自密实混凝土 拌合物需要有足够大的流动性和粘聚性，拌合物需要有足够大

7、的流动性和粘聚性，在没有外加振捣的条件下能够成型密实。在没有外加振捣的条件下能够成型密实。高强度高强度 高强混凝土：高强混凝土：C50C50的混凝土。的混凝土。局限性：局限性：1 1）28d28d龄期；龄期；2 2）仅指抗压强度，应用范围窄；）仅指抗压强度，应用范围窄；3 3）温度收缩和自生收缩大。）温度收缩和自生收缩大。建议将建议将HPC的强度下限降低到的强度下限降低到C30左右，左右，以不损及混凝土内部结构（如孔结构、水化以不损及混凝土内部结构（如孔结构、水化物结构、界面区结构等）为度，以保证其耐物结构、界面区结构等）为度，以保证其耐久性与体积稳定性。久性与体积稳定性。许多大体积水工建许多

8、大体积水工建筑、基础等对强度要求不高，但对耐久性、筑、基础等对强度要求不高，但对耐久性、工作性、均匀性、体积稳定性、低水化热等工作性、均匀性、体积稳定性、低水化热等有很高要求，都必须采用有很高要求，都必须采用HPC。日本明石大日本明石大桥采用桥采用20MPa的的HPC是很正确的是很正确的。吴中伟吴中伟 绿色高性能混凝土与科技创新绿色高性能混凝土与科技创新 建筑材料学报建筑材料学报 1998 1998年第一期（创刊号年第一期（创刊号）高性能混凝土高性能混凝土大颗粒粗骨料的间隙由小颗粒填充大颗粒粗骨料的间隙由小颗粒填充小颗粒粗骨料的间隙由细骨料填充小颗粒粗骨料的间隙由细骨料填充浆体填充骨料堆积体的

9、空隙并在其表面形成浆体填充骨料堆积体的空隙并在其表面形成润滑层，使拌合物具有满足施工需要的工作润滑层，使拌合物具有满足施工需要的工作度度新拌混凝土的结构：新拌混凝土的结构：二、普通混凝土的微结构及其与性能的关系水泥生产技术的发展水泥生产技术的发展 受早期强度发展快的利益所驱使，水受早期强度发展快的利益所驱使，水泥中泥中C C3 3S S含量越来越高、粉磨细度越来越大。含量越来越高、粉磨细度越来越大。3030年代以前，普通硅酸盐水泥的年代以前，普通硅酸盐水泥的C C3 3S S在在30%30%以下，美国以下，美国ASTMASTM允许允许22%22%的颗粒大于的颗粒大于75m75m；自；自5050

10、年代开始，硅酸三钙含量超过年代开始，硅酸三钙含量超过了了50%50%，而且基本上没有大于，而且基本上没有大于7575的颗粒。的颗粒。西方工业国于西方工业国于40-7040-70年代曾因为早期强度很年代曾因为早期强度很高的水泥问世，而当时结构的设计强度尚不高，高的水泥问世，而当时结构的设计强度尚不高，于是出现将混凝土以大水灰比、低水泥用量的方于是出现将混凝土以大水灰比、低水泥用量的方式生产，在满足强度要求的前提下易于施工操作，式生产，在满足强度要求的前提下易于施工操作，然而这给混凝土结构的耐久性，尤其是当其暴露然而这给混凝土结构的耐久性，尤其是当其暴露于侵蚀性环境工作时，带来了后患。于侵蚀性环境

11、工作时，带来了后患。混凝土技术新进展混凝土技术新进展 P.K.Mehta混凝土技术的进展混凝土技术的进展新拌混凝土的坍落度新拌混凝土的坍落度3030年代年代 干硬、插捣干硬、插捣 0 cm 0 cm5050年代年代 干硬、振捣干硬、振捣 0-0-2cm2cm7070年代年代 塑性、高频振捣塑性、高频振捣 5-12 5-12cmcm 8080年代年代 泵送、流态泵送、流态 8-20 8-20cmcm9090年代年代 泵送、自密实泵送、自密实 10-25 10-25cmcm混凝土技术新进展混凝土技术新进展 70年代，年代，日本的桶口芳郎做了一个试日本的桶口芳郎做了一个试验：将坍落度为验：将坍落度为

12、8cm的拌合物浇注在一透的拌合物浇注在一透明塑料管内，惊奇地发现在粗骨料下方普明塑料管内，惊奇地发现在粗骨料下方普遍形成水囊；混凝土硬化后抗弯拉强度明遍形成水囊；混凝土硬化后抗弯拉强度明显下降。显下降。硬化混凝土的结构硬化混凝土的结构 复杂而不均匀复杂而不均匀由三相组成：由三相组成：1）骨料相骨料相 2 2）硬化水泥浆体相）硬化水泥浆体相 3 3）过渡区相）过渡区相骨料骨料过渡区过渡区水泥石本体水泥石本体C-S-HCH钙矾石钙矾石裂缝扩展的裂缝扩展的路径和方向路径和方向骨料骨料水泥石水泥石骨料骨料周围周围的过的过渡区渡区薄弱的过渡区相薄弱的过渡区相钢筋钢筋沉降裂缝沉降裂缝水囊水囊混凝土表面混凝

13、土表面钢纤维钢纤维双膜双膜氢氧化钙氢氧化钙水泥浆本体水泥浆本体多孔层多孔层以上说明：以上说明：多相且不均匀，骨料与硬化水泥多相且不均匀，骨料与硬化水泥浆体界面存在着薄弱的过渡区，是普浆体界面存在着薄弱的过渡区，是普通混凝土微结构的特征，决定了其强通混凝土微结构的特征，决定了其强度和耐久性能。因此，为了提高混凝度和耐久性能。因此，为了提高混凝土的性能，关键在加强过渡区和改善土的性能，关键在加强过渡区和改善均匀性。均匀性。多年来混凝土技术只有少数几次重要的突多年来混凝土技术只有少数几次重要的突破。破。4040年代开发的引气作用是其中之一，它改年代开发的引气作用是其中之一，它改变了北美混凝土技术的面

14、貌；高效减水剂是另变了北美混凝土技术的面貌；高效减水剂是另一次重大突破，它在今后许多年里将对混凝土一次重大突破，它在今后许多年里将对混凝土的生产与应用带来巨大的影响。的生产与应用带来巨大的影响。V.M.Malhotra.Superplasticizer:their effect on fresh and hardened concrete(1981)混凝土技术的进展三、强度三、强度水灰比水灰比水化活性关系水化活性关系 在保证工作度适宜的前提下，在保证工作度适宜的前提下，水灰比（水胶比水灰比（水胶比)大幅度地降低，是大幅度地降低，是高性能混凝土高性能混凝土(或高强混凝土）与普或高强混凝土）与普通

15、混凝土的主要区别所在。通混凝土的主要区别所在。1)水灰比降低水灰比降低 fc K1/K2w/c1918年年Abrams 提出的水灰比定则提出的水灰比定则：高效减水剂与矿物掺合料的应用，使新拌高效减水剂与矿物掺合料的应用，使新拌混凝土可以在远低于水泥能充分水化的水灰比混凝土可以在远低于水泥能充分水化的水灰比（水胶比）条件下配制，并能借助普通的施工（水胶比）条件下配制，并能借助普通的施工设施浇注和成型密实。设施浇注和成型密实。强度强度水灰比水灰比水化活性水化活性 高水灰比条件下，水泥的水化活高水灰比条件下，水泥的水化活性（填充空隙能力）越大，即标号越性（填充空隙能力）越大，即标号越高，用其配制的混

16、凝土强度和抗渗透高，用其配制的混凝土强度和抗渗透性（耐久性）越好。性（耐久性）越好。高效减水剂与矿物掺合料的应用，使高效减水剂与矿物掺合料的应用，使新拌混凝土可以在远低于水泥能充分水化新拌混凝土可以在远低于水泥能充分水化的水灰比（水胶比）条件下配制，并能借的水灰比（水胶比）条件下配制，并能借助普通的施工设施浇注和成型密实。助普通的施工设施浇注和成型密实。低低水灰比水灰比水化活性水化活性混凝土性能关系混凝土性能关系 “水灰比为水灰比为0.22或或0.23，水水泥可以全部水化泥可以全部水化”的说法，只有的说法，只有理论意义，而没有实际意义。理论意义，而没有实际意义。水泥充分水化的最小水灰比水泥充分

17、水化的最小水灰比T.C.Hansen（1970）未水化未水化水泥水泥毛细孔毛细孔水泥凝胶水泥凝胶体积比体积比水灰比水灰比长时间放长时间放置在水中置在水中的水泥浆的水泥浆体水化最体水化最终生成物终生成物体积比体积比未水化未水化水泥水泥水泥凝胶水泥凝胶毛细孔毛细孔长时间密长时间密封放置的封放置的水泥浆体水泥浆体水化最终水化最终生成物生成物水灰比水灰比 只有当水灰比只有当水灰比0.5 时，路面混凝土时，路面混凝土摊铺后不必进行湿养护，但需要及时覆摊铺后不必进行湿养护，但需要及时覆盖，以免水分蒸发。盖，以免水分蒸发。ACPA（美国混凝土路面学会）（美国混凝土路面学会）低水灰比低水灰比(水胶比）条件下，

18、水泥水水胶比）条件下，水泥水化程度减小，速率减慢，但较少的生成化程度减小，速率减慢，但较少的生成物就可填充空隙，粘结骨料形成整体，物就可填充空隙，粘结骨料形成整体，使强度迅速增长使强度迅速增长。2)水泥（胶凝材料）水化活性影响的变化水泥（胶凝材料）水化活性影响的变化我国水泥生产与供应的发展我国水泥生产与供应的发展1）熟料中早强矿物熟料中早强矿物C3S含量增多含量增多；2）水泥）水泥粉磨细度加大；粉磨细度加大；3 3）市场经济发展，混合材掺量减少）市场经济发展，混合材掺量减少;4)4)散装水泥运输供应发展。散装水泥运输供应发展。随着水灰比（水胶比）降低，水泥或其随着水灰比（水胶比）降低，水泥或其

19、它胶凝材料需要填充的空隙减小，达到密实它胶凝材料需要填充的空隙减小，达到密实填充效果对胶凝材料的水化活性要求也随之填充效果对胶凝材料的水化活性要求也随之降低。反之，当水泥的水化活性越高、粉磨降低。反之，当水泥的水化活性越高、粉磨越细，拌合时的需水量就会越大，结果是水越细，拌合时的需水量就会越大，结果是水胶比的降低（从而混凝土的强度及其它性能）胶比的降低（从而混凝土的强度及其它性能）受到影响。受到影响。强度强度水灰比水灰比水化活性水化活性强度方程强度方程 fcu.k =A fce(C/W B)fcu.k混凝土配制强度混凝土配制强度fce 水泥标号水泥标号C/W灰水比灰水比A,B 系数：系数：有人

20、用有人用425#(32.5级级)与与525#(42.5级级)水泥，也水泥，也有人用有人用525#(42.5级级)与与625#(52.5级级)水泥分别配制水泥分别配制高强混凝土，得到的结果都显示不出差异。高强混凝土，得到的结果都显示不出差异。同时，用同时，用525#(42.5级级)水泥可以配制出水泥可以配制出28d强度为强度为125 130MPa的高强泵送混凝土；而的高强泵送混凝土；而725#(62.5级级)水泥却未见配制出高于水泥却未见配制出高于100MPa的混凝土。的混凝土。说明：低水灰比时说明：低水灰比时，水泥标号（水化活性）水泥标号（水化活性）的与配制混凝土强度的关系发生变化。的与配制混

21、凝土强度的关系发生变化。3)温升的影响温升的影响 结构物断面加大结构物断面加大、强度设计等级强度设计等级提高提高、水泥用量增加、水化活性的提、水泥用量增加、水化活性的提高以及散装水泥供应方式的发展高以及散装水泥供应方式的发展，这，这些都使得混凝土温升加剧。些都使得混凝土温升加剧。影响水泥水化的因素影响水泥水化的因素矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比矿物组成及其含量、粉磨细度、温度和水灰比 R(t)=f(C3S)f(fineness)f(T)f(W/C)水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，水化加快，放热速率加速，升温并膨胀，凝结硬化形成的微结构体积较大，相对疏松，凝结硬化形成的微结构体积较

22、大，相对疏松，影响结构混凝土的强度和渗透性影响结构混凝土的强度和渗透性。图3-46 硬化水泥浆体与混凝土的绝热温升水化热的影响水化热的影响混凝土温度随水泥用量增加而上升混凝土温度随水泥用量增加而上升图3-47 混凝土浇注厚度对温升的影响（浇注温度20C，水泥用量400kg/m3）混凝土的温升随结构物断面尺寸增大而加剧混凝土的温升随结构物断面尺寸增大而加剧 图3-48 2.5 m厚混凝土中点温度的变化Bamforth的实验（厚的实验（厚2.5m结构物中部的温度变化）结构物中部的温度变化）70%硅酸盐水泥硅酸盐水泥+30%粉煤灰粉煤灰100%硅酸盐水泥硅酸盐水泥25%硅酸盐水泥硅酸盐水泥+75%磨

23、细矿渣磨细矿渣硅酸盐水泥硅酸盐水泥水泥水泥/矿渣矿渣水泥水泥/粉煤灰粉煤灰水泥水泥/粉煤灰粉煤灰水泥水泥/矿渣矿渣硅酸盐水泥硅酸盐水泥龄期龄期温度匹配养护温度匹配养护 长期以来沿用的以标准养护室养护的试件长期以来沿用的以标准养护室养护的试件强度作为工程选择原材料和配合比的基准，这强度作为工程选择原材料和配合比的基准，这种方法在如今配制高性能混凝土时已经不再适种方法在如今配制高性能混凝土时已经不再适用，并常造成误导，给工程，尤其是大型基础用，并常造成误导，给工程，尤其是大型基础设施的建设带来损失，迫切需要引起重视和改设施的建设带来损失，迫切需要引起重视和改变。变。强度评价强度评价四、强度四、强度

24、耐久性关系耐久性关系 长期以来，混凝土是在高水灰比条长期以来，混凝土是在高水灰比条件下拌合、浇注与水化硬化的，过渡区件下拌合、浇注与水化硬化的，过渡区薄弱、强度低、抗渗透性能力差，因此薄弱、强度低、抗渗透性能力差，因此耐久性，尤其是实验室快速评价试验的耐久性，尤其是实验室快速评价试验的耐久性结果较差。从而得出强度越高、耐久性结果较差。从而得出强度越高、耐久性就越好的结论。耐久性就越好的结论。上述结论近年遇到严重的挑战。上述结论近年遇到严重的挑战。高强混凝土的耐久性高强混凝土的耐久性 19871987年美国材料顾问委员会提交的一篇报年美国材料顾问委员会提交的一篇报告引起了轰动：约告引起了轰动：约

25、25.325.3万座桥梁的混凝土桥面万座桥梁的混凝土桥面板，其中部分使用不到板，其中部分使用不到2020年，就已不同程度地年，就已不同程度地破坏，且每年还将新增破坏，且每年还将新增3.53.5万座。万座。由于混凝土桥面板开裂普遍，因此转向使由于混凝土桥面板开裂普遍，因此转向使用高强混凝土，但是看来这无济于事：根据国用高强混凝土，但是看来这无济于事：根据国家公路合作研究计划家公路合作研究计划19951995年检查的结果表明：年检查的结果表明：1010万座混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月万座混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现间隔内就出现间隔13米的贯穿性裂缝。米的贯穿性裂缝。混凝土结构开

26、裂 开裂的原因有很多，然而，其中有开裂的原因有很多，然而，其中有一个使混凝土结构在早期开裂起主导地位一个使混凝土结构在早期开裂起主导地位的原因，那就是为满足现代高速施工所采的原因，那就是为满足现代高速施工所采用的高早强水泥及其混凝土拌合物。用的高早强水泥及其混凝土拌合物。湖南某大桥湖南某大桥 近年来，高强混凝土已被证明是对早期近年来，高强混凝土已被证明是对早期开裂非常敏感的材料。这不仅是水化热的结开裂非常敏感的材料。这不仅是水化热的结果，由于自干燥作用产生的果，由于自干燥作用产生的自身收缩自身收缩和和硫酸硫酸盐相的化学反应盐相的化学反应，可能也是重要起因。结构，可能也是重要起因。结构混凝土或大

27、体积混凝土意外地出现开裂，不混凝土或大体积混凝土意外地出现开裂，不能总是归因于现场工程师缺乏经验，该领域能总是归因于现场工程师缺乏经验，该领域里许多问题尚缺乏了解，激发全世界许多人里许多问题尚缺乏了解，激发全世界许多人去进一步开展研究。去进一步开展研究。Thermal Cracking in Concrete at Early Ages.E&FN SPON 1994.高强混凝土与早期开裂敏感性高强混凝土与早期开裂敏感性延伸性与开裂延伸性与开裂 收缩应变大小仅是引起混凝土开裂的一方面收缩应变大小仅是引起混凝土开裂的一方面原因，另一方面还有：原因，另一方面还有：弹性模量弹性模量 弹性模量越小，产生

28、一定量收缩引弹性模量越小，产生一定量收缩引起的弹性拉应力越小；起的弹性拉应力越小；徐变徐变 徐变越大，应力松弛越显著，残余拉应徐变越大，应力松弛越显著，残余拉应力就越小；力就越小；抗拉强度抗拉强度 抗拉强度越高，拉应力使材料开抗拉强度越高，拉应力使材料开裂的危险越小。裂的危险越小。P.K.Mehta.Concrete:Structures,Properties and Materials 无松弛作用时出现开裂无松弛作用时出现开裂混凝土的混凝土的抗拉强度抗拉强度开裂延迟开裂延迟应力应力松弛后的实际应力松弛后的实际应力应力松弛应力松弛时间时间收缩应变受约束时收缩应变受约束时产生的弹性拉应力产生的弹

29、性拉应力图3-24 硬化水泥浆体渗透性与水灰比的关系（93%水化度）硬化水泥浆体（硬化水泥浆体（93%水化度）的渗水化度）的渗透性透性水灰比关系存在临界区域水灰比关系存在临界区域 适当的原材料组分、浇筑和养护的混适当的原材料组分、浇筑和养护的混凝土基本上是不透水的，应该在大部分环凝土基本上是不透水的，应该在大部分环境条件下具有足够长的使用寿命。然而，境条件下具有足够长的使用寿命。然而，由于环境的作用，出现开裂，结构物因此由于环境的作用，出现开裂，结构物因此丧失了运行时的水密性，也就是对于上述丧失了运行时的水密性，也就是对于上述劣化过程的抵抗力。现代混凝土结构开裂劣化过程的抵抗力。现代混凝土结构

30、开裂的事实说明：人们没有对混凝土技术中控的事实说明：人们没有对混凝土技术中控制开裂的基本道理给予足够的重视。制开裂的基本道理给予足够的重视。采用适宜的原材料及良好的生产、采用适宜的原材料及良好的生产、浇筑与养护操作，当水泥用量为浇筑与养护操作，当水泥用量为300300350350Kg/m3、水灰比水灰比0.450.55，制备出，制备出28d28d抗压强度为抗压强度为3540MPa的混凝土，的混凝土，在大多数环境条件下可以呈现足够低的在大多数环境条件下可以呈现足够低的渗透性能。渗透性能。水灰比与渗透性水灰比与渗透性 不是强度，而是混凝土的坚固性不是强度，而是混凝土的坚固性（没有裂缝）对其运行条件

31、下保证混凝（没有裂缝）对其运行条件下保证混凝土的水密性和耐久性起关键的作用。土的水密性和耐久性起关键的作用。P.K.Mehta 耐久性耐久性影响未来的关键问题影响未来的关键问题西直门立交桥西直门立交桥一个不透水，但存在非一个不透水，但存在非连续微裂缝，且多孔的连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构钢筋混凝土结构环境作用（第一阶段）环境作用（第一阶段）（无可见损伤）（无可见损伤）1.1.侵蚀作用侵蚀作用（冷热循环、干湿循环）（冷热循环、干湿循环）2.2.荷载作用荷载作用（循环荷载、冲击荷载（循环荷载、冲击荷载）由于微裂缝和孔隙由于微裂缝和孔隙连通起来，不透水性逐连通起来，不透水性逐渐丧失渐丧失环境作

32、用（第二阶段）环境作用（第二阶段）（损伤的开始与扩展）（损伤的开始与扩展）水的渗入水的渗入O O2 2、COCO2 2渗入渗入酸性离子（酸性离子（ClCl-,-,SOSO4 4-)渗入渗入A：以下原因使孔隙内静水：以下原因使孔隙内静水压增大、混凝土膨胀：钢筋压增大、混凝土膨胀：钢筋锈蚀、碱锈蚀、碱-骨料反应、水结骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀冰、硫酸盐侵蚀B：混凝土强度与刚度降低：混凝土强度与刚度降低开裂、剥落与整体性丧失开裂、剥落与整体性丧失混凝土受环境作用产生劣化的混凝土受环境作用产生劣化的“整体性整体性”模型模型高性能混凝土的耐久性高性能混凝土的耐久性 与普通混凝土不同，高强混凝土与高与普

33、通混凝土不同，高强混凝土与高性能混凝土（低水胶比）获得耐久性优异性能混凝土（低水胶比）获得耐久性优异的技术途径，要从提高混凝土体的抗渗透的技术途径，要从提高混凝土体的抗渗透性向改善抗裂性能转化。长期以来形成的性向改善抗裂性能转化。长期以来形成的原材料选择、配合比设计与生产浇注与养原材料选择、配合比设计与生产浇注与养护的传统方式，是使它们的耐久性常常反护的传统方式，是使它们的耐久性常常反而不如普通混凝土的重要原因。而不如普通混凝土的重要原因。五、五、高性能混凝土的配制与施工高性能混凝土的配制与施工1.原原材料选择与配合比设计材料选择与配合比设计2.2.生产、浇注与养护生产、浇注与养护3.3.质量

34、保证质量保证匀质性匀质性高性能混凝土高性能混凝土 采用普通的组分材料和通常采用普通的组分材料和通常的搅拌、浇注与养护操作，未必的搅拌、浇注与养护操作，未必能日常生产这种混凝土。能日常生产这种混凝土。1.原原材料选择与配合比设计材料选择与配合比设计1）强调通过加强过渡区改善微结构；）强调通过加强过渡区改善微结构；2）强调低水胶比而不是高活性；）强调低水胶比而不是高活性；3）以温度匹配养护方式评价强度发展速率。）以温度匹配养护方式评价强度发展速率。骨料骨料的的选用选用1）粒形、级配与粒形、级配与空隙率空隙率2 2）含泥量与软弱颗粒）含泥量与软弱颗粒3 3）线胀系数线胀系数与弹性模量与弹性模量4 4

35、）压碎强度（）压碎强度（轻骨料轻骨料）水泥水泥 的的选用选用 当混凝土发生劣化时，通常是责备养当混凝土发生劣化时，通常是责备养护操作、所用骨料、拌合物或者质量控制，护操作、所用骨料、拌合物或者质量控制，而水泥很少受责。很可能是因为同一类型而水泥很少受责。很可能是因为同一类型的水泥，只要通过标准的检验，就认为是的水泥，只要通过标准的检验，就认为是一样的了。然而，不同厂家生产的同类水一样的了。然而，不同厂家生产的同类水泥，延伸性的差异可能很悬殊。泥，延伸性的差异可能很悬殊。The Visible and Invisible Cracking of Concrete ACI Monograph No

36、.11.1998 A A厂生产的水泥厂生产的水泥 B B厂生产的水泥厂生产的水泥微膨胀、抗裂性较好微膨胀、抗裂性较好 自身收缩自身收缩 水泥水泥 的的选用选用1 1）和高效减水剂相容性良好（水胶比低、坍）和高效减水剂相容性良好（水胶比低、坍落度损失小）；落度损失小）；2 2）低含碱（）低含碱（NaNa2 2O,KO,K2 2O)O)、高含硫酸盐（相对于、高含硫酸盐（相对于铝酸盐）且不太细的水泥（抗裂性较好）；铝酸盐）且不太细的水泥（抗裂性较好）；3 3）温度低。）温度低。评价方法 化学外加剂的选用化学外加剂的选用 与水泥等胶凝材料相容性良好，是选与水泥等胶凝材料相容性良好，是选用化学外加剂的原

37、则用化学外加剂的原则,也是配制高性能混也是配制高性能混凝土的关键。凝土的关键。在混凝土易于浇注而不离析的前提下，在混凝土易于浇注而不离析的前提下，能获得并保持所需要的低水灰比能获得并保持所需要的低水灰比(水胶比水胶比)，则是相容性是否良好的表征。则是相容性是否良好的表征。混凝土杂志混凝土杂志 1996年第年第2期期水泥水泥高效减水剂相容性及其检测研究高效减水剂相容性及其检测研究 不能满足所需要的低水灰比（水胶比）不能满足所需要的低水灰比（水胶比）的要求，或者虽能满足，但达不到易于浇的要求，或者虽能满足，但达不到易于浇注而不离析注而不离析(泌水泌水)的需要，都需要更换化的需要，都需要更换化学外加

38、剂等原材料或改变配合比学外加剂等原材料或改变配合比。矿物掺合料的选用矿物掺合料的选用 高性能混凝土中，矿物掺合料具有如下作用：高性能混凝土中，矿物掺合料具有如下作用：1）填充骨料的间隙及形成润滑膜；）填充骨料的间隙及形成润滑膜；2）消纳氢氧化钙，改善过渡区（火山灰反应），）消纳氢氧化钙，改善过渡区（火山灰反应），同时生成具有胶凝性产物；同时生成具有胶凝性产物；3）对水泥的分散作用，降低水胶比，改善水泥在）对水泥的分散作用，降低水胶比，改善水泥在低水胶比下的水化环境；低水胶比下的水化环境；4）延缓初期水化速率，形成低水胶比）延缓初期水化速率，形成低水胶比、大水灰比大水灰比的有利环境；的有利环境；

39、5）降低温升，改善徐变能力，减小早期形成热裂）降低温升，改善徐变能力，减小早期形成热裂缝的危险。缝的危险。粉煤灰粉煤灰 粉煤灰混凝土的应用粉煤灰混凝土的应用 粉煤灰的密度只有水泥的粉煤灰的密度只有水泥的2/32/3，因此采，因此采用大掺量粉煤灰混凝土，同时添加高效减水用大掺量粉煤灰混凝土，同时添加高效减水剂时，可以大幅度降低水胶比，获得普通混剂时，可以大幅度降低水胶比，获得普通混凝土条件下无法比拟的使用效果。凝土条件下无法比拟的使用效果。磨细高炉矿渣磨细高炉矿渣1)需要干燥后粉磨，使用成本较高；需要干燥后粉磨，使用成本较高；2)2）密度、需水量与水泥接近，需水量随）密度、需水量与水泥接近，需水

40、量随粉磨细度变化小；粉磨细度变化小；3)3）随细度增大，混凝土早期强度发展加）随细度增大，混凝土早期强度发展加快，适用于蒸养制品；快，适用于蒸养制品；4)4）开始水化后呈加速，比水泥快，掺量）开始水化后呈加速，比水泥快，掺量在在70%以上，才能起明显降低温升效果以上，才能起明显降低温升效果。海港工程混凝土防腐蚀技术规范海港工程混凝土防腐蚀技术规范 交通部行业规范（交通部行业规范（2001年年5月月1日起执行）日起执行）在受侵蚀作用严酷环境中应采用高性能混凝土在受侵蚀作用严酷环境中应采用高性能混凝土粉煤灰粉煤灰 掺量掺量 2550（%）磨细矿渣磨细矿渣 5080硅粉硅粉 510硅粉硅粉1）颗粒微

41、细，借助于高效减水剂和强力搅拌作用，颗粒微细，借助于高效减水剂和强力搅拌作用，可以大幅度降低水胶比，从而使混凝土强度迅速可以大幅度降低水胶比，从而使混凝土强度迅速发展，渗透性降低；发展，渗透性降低；2 2）火山灰反应活性高，消纳氢氧化钙能力强，改）火山灰反应活性高，消纳氢氧化钙能力强，改善界面效果好；善界面效果好；3 3）增大拌合物粘度和混凝土自身收缩显著，对泵）增大拌合物粘度和混凝土自身收缩显著，对泵送性、减小离析、泌水有好处，需尽早开始湿养送性、减小离析、泌水有好处，需尽早开始湿养护，否则容易导致开裂。护，否则容易导致开裂。配合比设计配合比设计1）先计算骨料用量，后计算胶凝材料先计算骨料用

42、量，后计算胶凝材料和水用量（和水用量（最大粒径与最大粒径与体积份数体积份数）；2）保罗米公式的适用性（水胶比与强）保罗米公式的适用性（水胶比与强度关系；水泥标号与强度关系）；度关系；水泥标号与强度关系）；3）工作度评价方法（坍落度局限性、）工作度评价方法（坍落度局限性、振捣作用）。振捣作用）。搅拌搅拌1）搅拌设备选择搅拌设备选择2 2）搅拌时间（均匀前提下尽量短）搅拌时间（均匀前提下尽量短）3 3）搅拌设备的维护）搅拌设备的维护4）实验室与现场搅拌条件的差异实验室与现场搅拌条件的差异5）预冷拌合物（用碎冰代替部分拌合水）预冷拌合物（用碎冰代替部分拌合水最多最多75、喷液氮喷液氮）振捣密实振捣密

43、实针对拌合物塑性粘度大、振动衰减快（有针对拌合物塑性粘度大、振动衰减快（有效半径小）的特点，需要加密振点、速插效半径小）的特点，需要加密振点、速插慢拔、避免过振、避免平拖；慢拔、避免过振、避免平拖；钢筋密集、构造复杂部位尤其建议使用自钢筋密集、构造复杂部位尤其建议使用自密实混凝土密实混凝土养护方式养护方式一、一、外养护外养护及早开始（延长养护期徒劳无益，及早开始（延长养护期徒劳无益，甚至有害）甚至有害）1）喷雾、喷洒延缓蒸发剂）喷雾、喷洒延缓蒸发剂：2 2）覆盖湿草袋、麻袋保湿；）覆盖湿草袋、麻袋保湿；3 3）喷洒养护剂（乳化石蜡）保湿；）喷洒养护剂（乳化石蜡）保湿；4 4）覆盖塑料膜、塑料垫

44、，保温保湿；）覆盖塑料膜、塑料垫，保温保湿；5 5）遮阳棚、遮风棚；）遮阳棚、遮风棚；6 6）覆盖泡沫塑料或矿棉毡保温。）覆盖泡沫塑料或矿棉毡保温。二、二、内养护内养护1）预湿多孔骨料、人造轻骨料；预湿多孔骨料、人造轻骨料；2）低活性或惰性掺合料（掺量较大时，）低活性或惰性掺合料（掺量较大时，形成低水胶比、高水灰比）；形成低水胶比、高水灰比）；3）预湿高倍吸水剂。）预湿高倍吸水剂。养护方式养护方式匀质性匀质性 是混凝土从小生产方式向工业化大生产是混凝土从小生产方式向工业化大生产转变的象征；是普通混凝土技术向高性能混转变的象征；是普通混凝土技术向高性能混凝土发展的关键。凝土发展的关键。从提高原材

45、料的匀质性开始，包括水泥活从提高原材料的匀质性开始，包括水泥活性和外加剂的变异、骨料含水量的波动，直性和外加剂的变异、骨料含水量的波动，直到拌合物的工作度（易于浇注和成型密实而到拌合物的工作度（易于浇注和成型密实而不离析）和温度等，使混凝土的微结构尽量不离析）和温度等，使混凝土的微结构尽量均匀，是制备高性能混凝土的重要条件。均匀，是制备高性能混凝土的重要条件。高性能混凝土发展前景展望高性能混凝土发展前景展望 混凝土业通常被认为是混凝土业通常被认为是“低技术低技术”，需，需要将混凝土技术从经验性技术转变为具备扎要将混凝土技术从经验性技术转变为具备扎实材料科学和结构力学根基的技术，这个转实材料科学

46、和结构力学根基的技术，这个转变将使混凝土成为可以预测的、性能更加优变将使混凝土成为可以预测的、性能更加优异的材料。异的材料。高性能混凝土发展前景展望高性能混凝土发展前景展望 建立相适应的标准和规范，才能使这种新型混凝土建立相适应的标准和规范，才能使这种新型混凝土的发展得到可靠的保证。现行标准和规范是依据从事普的发展得到可靠的保证。现行标准和规范是依据从事普通混凝土研究和试验得出来的，为了高性能混凝土的推通混凝土研究和试验得出来的，为了高性能混凝土的推广应用，新的标准与规范应该基于对其诸多影响因素的广应用，新的标准与规范应该基于对其诸多影响因素的认识上。认识上。为了鼓励创新，需要建立以性能为基准

47、的规范，而为了鼓励创新，需要建立以性能为基准的规范，而为实施这种规范，必须开发可靠的试验方法，尤其是现为实施这种规范，必须开发可靠的试验方法，尤其是现场能够就地检测，可以反映真实性能的方法（坍落度就场能够就地检测，可以反映真实性能的方法（坍落度就不能反映掺有高效减水剂不能反映掺有高效减水剂HPC的性能）。的性能）。高性能混凝土：为了提高应用水平，需要开展研究高性能混凝土：为了提高应用水平，需要开展研究 CI，1991，9 请提出宝贵意见和建议请提出宝贵意见和建议以便不断改进以便不断改进谢谢谢谢！覃维祖覃维祖 Tel:62785836(o)62784983(h)E-mail:演讲完毕，谢谢观看！