高性能混凝土培训讲义

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1、 京 沪 高 速 铁 路高性能混凝土主要技术标准与施工关键技术 二OO七年一月高性能混凝土主要技术标准与施工关键技术2007年1月目 录一 概论 1（一）高性能混凝土的定义 1 （二）高性能混凝土与普通混凝土的区别 3 （三）铁路混凝土结构耐久性状况 3（四）铁路混凝土结构采用高性能混凝土的意义及可行性 6（五）高性能混凝土的应用前景 7二 混凝土结构耐久性与高性能混凝土的关系 10（一）混凝土结构的耐久性及其影响因素 101 环境条件 102 结构构造 123 混凝土的性能 134 施工质量 15（二）高性能混凝土的性能 15（三）混凝土结构耐久性与高性能混凝土的关系 15三 高性能混凝土技

2、术要求 16（一）原材料技术要求 161 水泥 162 粉煤灰 173 矿渣粉 174 细骨料 185 粗骨料 186 外加剂 197 拌合用水 20（二）配合比技术要求 20（三）耐久性技术要求 23四 高性能混凝土施工前准备 25（一）建立全过程质量管理的理念 25（二）制定完善的施工技术文件 27（三）筹建试验室 28（四）选择原材料 30（五）混凝土配合比设计 31五 高性能混凝土施工 36（一）一般要求 36（二）混凝土搅拌站 43（三）桩基混凝土施工 46（四）承墩台混凝土施工 54（五）隧道衬砌混凝土施工 58（六）涵洞混凝土施工 59（七）梁体混凝土施工 59（八）季节施工 6

3、2六 高性能混凝土质量检验 64（一）施工前检验 64（二）施工过程检验 64（三）施工后检验 65第i页编号：时间：2021年x月x日书山有路勤为径，学海无涯苦作舟页码：第66页 共71页一 概 论（一）高性能混凝土的定义高性能混凝土是上世纪80年代末90年代初才出现的。自从有了波特兰水泥后，水泥基材料经历了漫长的发展过程。经过无数次改革、创造与发明，其科技内容已十分丰富。早在30年前，28d抗压强度超过50MPa的高强度混凝土已较多地在工程上应用。一些具有远见卓识的专家考虑到某些工程的需要，在提出高强度指标的同时，也提出了对混凝土工作性和耐久性的要求。但当时还没有一个为大家所接受的名称，更

4、没有定出指标和规程。因此也有人认为，高性能混凝土是高强度混凝土的进一步完善。由此可见，高性能混凝土这一名词出现至今已近20年。但是，不同国家、不同学者由于各自认识、实践、应用范围和目的要求存在差异，对高性能混凝土有着不同的定义和解释，例如：1. 美国国家标准与技术研究所（NIST）和美国混凝土协会（ACI）于1990年5月召开的讨论会上提出：高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制，且便于浇捣，不离析，力学性能稳定，早期强度高，具有一定的韧性和体积稳定性等性能的耐久混凝土，特别适用于高层建筑、桥梁以及暴露在严酷环境中的建筑结构。2. 1990年美国著

5、名水泥化学专家Mehta PK提出：高性能混凝土不仅要求高强度，还应具有高耐久性（抵抗化学腐蚀）等其他重要性能，例如高体积稳定性（高弹性模量、低干缩率、低徐变和低的温度应变）、高抗渗性和高工作性。3. 1992年法国Malier YA提出：高性能混凝土的特点在于有良好的工作性、高的强度尤其是早期强度、工程经济性、高耐久性，特别适用于桥梁、港工、核反应堆以及高速公路等重要的混凝土建筑结构。4. 1992年日本的小泽一雅和冈村甫提出：高性能混凝土应具有高工作性（高的流动性、黏聚性与可浇筑性）、低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。5. 1992年日本Sarkar S L提出：高性能混凝土应具有较

6、高的力学性能（如高抗压强度、抗折强度、抗拉强度）、高耐久性（如抗冻融循环、抗碳化和抗化学侵蚀）、高抗渗性，属于水胶比很低的混凝土家族。我国著名水泥混凝土专家、中国工程院院士吴中伟教授在总结上述学者的观点，结合中国实际情况，提出如下高性能混凝土的定义：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，对下列性能有重点予以保证：耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性、经济性。为此，高性能混凝土在配制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和高效外加剂。这一定义目前已

7、被我国工程界广泛接受。由于不同的工程和应用部门对高性能混凝土有不同的要求，因而常常对高性能混凝土会提出不同的性能或指标，例如：1. 用于公路工程的高性能混凝土应满足下列要求（美国战略公路研究计划（SHRP）提出）：（1）水胶比不大于0.35；（2）耐久性指数大于80%；（3）4h抗压强度高于17.2MPa，或24h抗压强度高于34.5MPa，或28d抗压强度高于68.9MPa。2. 用于桥梁，尤其是大跨度桥梁的高性能混凝土应满足下列要求：（1）水胶比不大于0.4；（2）强度高于41.4MPa；（3）徐变率低。3. 用于高层建筑的高性能混凝土应具有高强度、高弹性模量、轻质、低徐变率、较高的工作性

8、、高早期强度、高耐久性等特性，使长期以来建筑物的安全使用期从3050年提高到100年以上。4. 用于港工工程的高性能混凝土应具有高耐久性（抗腐蚀、抗冻融循环等）、高抗渗性、高强度、体积稳定性与抗冲击疲劳性好。5. 用于重要水工建筑物（包括大体积混凝土工程）的高性能混凝土对耐久性与体积稳定性有很高的要求，而对于强度和早期强度要求不高。水工建筑常要求有很长的安全使用期。在寒冷、干热以及高速水流冲刷等条件下应用的高性能混凝土，尤其需要某些特殊性能。由于水工混凝土的工程量通常较大，混凝土的工作性好坏对混凝土的均匀性、工程安全性以及施工经济性有极大影响，因此对混凝土的工作性常有较高的要求。法国为发展高性

9、能混凝土而设立的“混凝土新方法”国家科研项目提出：“高性能混凝土应该是要求长期耐久性的一切工程所必须采用的，即使结构上不要求应用高强度混凝土。”这说明高性能混凝土不一定要求高的强度指标。（二）高性能混凝土与普通混凝土的区别与联系高性能混凝土是在普通混凝土技术的基础上发展起来的一种新技术混凝土，无论从原材料组成、结构、生产制造工艺到性能要求，两者之间既存在区别，也存在联系。表11列出了高性能混凝土与普通混凝土的区别与联系。表11 高性能混凝土与普通混凝土的区别与联系 混凝土种类项目普通混凝土高性能混凝土理念重视强度，对于不同混凝土，规定不同的最低强度重视耐久性，根据环境特点，确定混凝土应具备的性

10、能寿命2050年左右100年以上原材料组成水泥、砂、石、水、普通减水剂水泥、砂、石、水、高性能减水剂、矿物掺合料原材料质量要求原材料的品质指标主要满足强度要求原材料的品质指标应满足工作性、强度、耐久性等要求配合比控制指标坍落度、力学性能粘聚性、保水性、流动性、坍落度、扩展度、含气量、力学性能、耐久性能生产工艺包含搅拌、运输、灌注、振捣、养护等环节包含施工前准备、搅拌、运输、灌注、振捣、养护、过程检验等环节施工过程控制特点仅对坍落度、凝结时间等进行控制对坍落度、坍落度保留值、含气量、泌水率、凝结时间、水胶比、温度、匀质性进全面行控制质量检测指标强度、外观等强度、外观、耐久性等（三）铁路混凝土结构

11、的耐久性状况铁路是国民经济的动脉，铁路也是混凝土的应用大户。铁路混凝土结构在铁路线路上占有相当大的比例。令人遗憾的是，铁路工务部门发现，近二、三十年来，铁路混凝土结构出现了各种各样的病害，有些病害甚至发展到危及行车安全的地步。以下是铁道部对全路桥梁和隧道的安全性进行的几次普查情况。桥梁方面：兖石线1985年建成通车，1991年检查时发现，于19821983年期间生产的189孔32m及24m跨度的预应力混凝土梁（采用永定河产砂石和高碱水泥）中，有183孔梁出现程度不同的膨胀裂缝。根据裂缝特征，初步判定为碱骨料反应（AAR）病害。随后发现，16m跨度的预应力混凝土梁也出现了程度不同的膨胀裂缝。胶济

12、、京沪、新兖、陇海等线共发现有AAR病害预应力混凝土梁553孔，迄今已投资531万元整治了173孔，还有380孔需整治，尚需投资1000余万元。1994年秋季调查结果显示，全国铁路桥梁中当时有6137座存在不同程度劣化损害，占当年铁路桥梁总数约33600座的18.8%。有300O多孔钢筋混凝土挢梁发生锈蚀，230O多孔预应力混凝土梁顺筋开裂，所需修补加固费用约4亿元。2000年调查发现，全路共有裂缝超限混凝土梁1155座/4154孔，发生钢筋锈蚀的混凝土梁达3000多孔，其中形梁占绝大多数。这些桥梁的竣工资料表明，建国后早期修建的铁路桥，很多在制梁时都掺加了CaCl2作为早强剂及抗冻剂。如京沪

13、线上行新薛河桥、上下行排洪道桥等，在制造23.8m预应力混凝土梁及16m形梁时均掺加了CaCl2，从而加剧了桥梁钢筋锈蚀病害；徐州枢纽夹孟线大山二号及一号桥的8m跨度钢筋混凝土梁，由于设计及制造原始缺陷，加之氯盐侵蚀，造成了近200孔梁出现了严重的钢筋锈蚀病害。而京广线百孔大桥，在维修时发现2孔31.7m跨度的预应力混凝土梁高强钢丝束锈蚀严重，若不是及时发现，极有可能出现类似英国一样的预应力混凝土梁垮塌事故，后果不堪设想。到2002年底，铁路桥梁总数约4万座，总孔数超过13万，其中混凝土桥梁就有12万孔以上，发现混凝土顺筋开裂的有3000多孔，占2.5%；碳化深度在20mm以上的约5000多孔

14、。2003年的铁路秋季检查结果显示，全国铁路有失格桥梁7352座（占桥梁总数的18.15%），其中混凝土梁体发生顺筋开裂3345孔，大面积锈蚀3390孔，T型梁横隔板断裂3000多孔。隧道方面：由于设计缺陷以及取用的混凝土强度等级过低，隧道衬砌的裂损、腐蚀和渗漏现象非常普遍。据1997年调查，铁路隧道发生裂损的数量约占当年隧道总量的10%，衬砌漏水十分严重。铁道部科学研究院西南分院对广州、郑州、沈阳、哈尔滨等路局所辖的部分隧道进行抽样调查发现，漏水隧道数量竟占50.4%，有的区段高达94%，严重漏水的约占其中的30%，导致了铁路钢轨锈蚀、道床翻浆、电力牵引设备漏电，从而危害正常运行。此外，由于

15、隧道周围地下水中含有侵蚀性物质以及机车排放废气等的侵蚀，隧道混凝土出现了严重腐蚀。据1998年底统计，我国铁路隧道受腐蚀而裂损的有734座，占隧道总数的13.2%。70年代建成的成昆铁路某些区段，交付使用仅3年，就有22座隧道发生了化学腐蚀；到1978年普查发现，有的腐蚀深度已达30mm以上，隧道底部隆起有的达到330mm。另外，轨枕破损、接触网支柱破损以及墩台开裂破损等问题对铁路运营造成的影响也一直困扰着铁路工务部门。图1-1 表面开裂的混凝土桥梁 图1-2 表面开裂的混凝土涵洞不同铁路混凝土结构物劣化情况见图1-1图1-8。图1-4 劣化的混凝土桥墩图1-3 石家庄百孔桥大桥盐的腐蚀（四）

16、铁路混凝土结构采用高性能混凝土的意义及可行性如前所述，混凝土结构病害已给工程界造成巨大损失。为此，世界各国都不同程度地投入了大量的人力、物力用于预防混凝土结构病害、提高混凝土结构耐久性方面的研究。通过大量研究和工程应用实践，人们发现，采用高性能混凝土施工是提高混凝土结构耐久性的重要途径。因此，尽管高性能混凝土这一概念提出的时间不长，但人们在工程上应用高性能混凝土的热情很高，应用实例层出不穷。1992年，法国MalierX对重要混凝土结构作了调查统计，发现有75%的结构是按耐久性指标设计混凝土的，即只有25%的结构是根据强度来设计混凝土的。可见长期以来按保证强度单一指标的做法已有了变化。上世纪9

17、0年代初，中国工程院资深院士、我国著名的混凝土材料科学家吴中伟教授首次将高性能混凝土介绍到我国。随后，我国对高性能混凝土的研究和应用水平发展很快。中国建筑材料科学研究院曾主持完成了国家“九五”科技攻关项目“重点工程混凝土安全性的研究”，针对影响混凝土耐久性的主要因素：碱骨料反应、腐蚀、冻融、钢筋锈蚀等，深入系统地研究了重点工程混凝土的安全性问题，取得了可喜的成绩。我国其它部门的研究单位、大专院校等也陆续开展了高性能混凝土的研究、工程应用以及标准的制定工作。2002年11月，由中国工程院、清华大学等单位研究编制的混凝土结构耐久性设计与施工指南，对混凝土结构的耐久性、混凝土结构的施工及混凝土耐久性

18、的检验等问题均作了较为明确的规定。建设部2002年颁布的混凝土结构设计规范（GB50010-12）对混凝土结构的耐久性和设计使用年限做了重要规定；交通部2000年颁布的公路桥涵施工技术规范（JTJ041-2000）在混凝土耐久性方面新增了许多重要的补充条文；公路水泥混凝土路面施工技术规范和公路工程水泥混凝土外加剂与掺合料应用技术规范对公路混凝土中的钢筋锈蚀、冰（盐）冻破坏、碱骨料反应破坏、酸雨破坏、路面磨损等均作出了新的规定。虽然这些标准条文尚待完善，但我国有关部门在混凝土结构耐久性设计方面毕竟已经迈出了重要的一步。在工程应用方面，我国也有一些重要建筑采用了高性能混凝土，如上海金茂大厦(C60

19、)、北京西客站(C60)、北京静安中心大厦(C80)、辽宁物产大厦(C80)、南京邮电中心(C60)、长春国际商贸城(C55)、广州虎门大桥(C50)、上海杨浦大桥(C50)、万县长江大桥钢管混凝土(内外用，C60)等都是应用的典范。此外，京津塘高速公路桥梁，北京某些立交桥和高架桥的梁体，三峡工程，杭州湾大桥等都是采用高性能混凝土施工的。相比之下，我国铁路有关部门在混凝土结构耐久性方面的研究及应用方面的研究工作并不很晚，但其在工程上的应用却低于国际水平。1999年颁布的铁路混凝土工程设计规范仍未能对隧道混凝土的耐久性问题采取适当的对策，导致建成后的隧道混凝土发生了十分严重的开裂和渗漏病害（其中

20、漏水占50.4%，约30%渗漏严重），导致钢轨等配件锈蚀和电力牵引漏电，影响正常运转。又如我国铁路混凝土工程设计规范对铁路结构物尚无明确的使用年限要求，造成我国绝大部分铁路钢筋混凝土梁在正常使用期间就过早产生了开裂病害。此外，因水泥强度不断提高，工程建设的施工速度不断加快，环境条件不断恶化，混凝土结构耐久性面临着更为严酷的挑战。今天的低强度等级的普通混凝土，其耐久性已不如几十年前同样强度的混凝土，并已对我国铁路大量已建、在建工程留下了各种各样的隐患，许多铁路钢筋混凝土建筑物仅使用二、三十年甚至更短时间就出现了混凝土结构的劣化，不得不采用限载、大修或拆除的办法进行维护或处理。令人欣慰的是，199

21、5年，铁路有关部门在前期大量的研究工作基础上，为客运专线的建设制定了相应的规范和技术条件，如：铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设2005157号）、客运专线高性能混凝土暂行技术条件（科技基2005101号）、铁路混凝土工程施工质量验收补充标准（铁建设2005160号）和铁路混凝土工程施工技术指南（TZ2102005）。这些规范和技术条件的制定，为高性能混凝土在铁路混凝土结构中的广泛应用奠定了重要的基础。这对于提高铁路混凝土结构的耐久性，延长其使用寿命，节约建设资金，保护环境，具有十分重要的意义。目前，客运专线全面采用高性能混凝土进行施工，广大施工单位已积累了大量的应用经验，为京沪高速铁路

22、在混凝土结构中采用高性能混凝土提供了良好的保证。（五）高性能混凝土的应用前景高性能混凝土是近代水泥基材料学与工程学取得的新成就，是混凝土技术长期实践的结果，在性能上已达到了完善的程度。在科学技术飞速发展的今天，高性能混凝土的性能将不断提高，在土木建筑工程中的应用范围将迅速扩大，并将取得更多更大的效益。材料与工程不断相互促进，将为人类带来更大的利益。高性能混凝土不仅是对传统普通混凝土的重大突破，而且在节能、节料、工程经济、劳动保护以及环境保护等方面都具有重要意义，是一种环保型、集约型的新型材料，亦可称为“绿色混凝土”。高性能混凝土可以为社会各个方面、各个层次的人员带来无穷的好处：对于业主或用户因

23、耐久性好，工程安全使用期延长，可减少维修费，保证安全，这实际上是最大的经济效益。对于社会降低能耗、料耗，利用工业废渣、减少噪声污染，对环境有利，并消除不安全感。对于施工者提高机械化作业程度，促进工程施工进度。对于设计者减小断面，减轻结构自身重量，增加使用空间，取得明显的节约效果。便于建筑艺术与灵活性的发挥。上述明显的优越性与效益，使高性能混凝土的适用性不断扩大，在不少工程中得以推广应用。例如高性能混凝土最早是用于美国的高层建筑、挪威的海上石油钻采平台和法国的桥梁工程，接着高性能混凝土又被许多大型结构如长大跨度桥梁、海上漂浮结构、隧洞衬砌、放射性废物贮罐等采用。由于以上这些结构对耐久性、密实性、

24、强度等都有很高的要求，可以认为，除高性能混凝土外，其他材料很难胜任。因此，高性能混凝土即使其造价比普通混凝土有所增加，也还是值得采用的。当前，阻碍高性能混凝土广泛应用的主要原因是经济比较。由于原材料中的高性能减水剂和超细磨的细掺料价格较高，加上质量控制要求较严格也会增加一些费用，使高性能混凝土的综合单价比常规混凝土的单价稍高，因此往往不易被用户接受。其实混凝土材料费用在工程总造价中所占的比例和钢筋等原材料相比是很小的，混凝土材料所增加的费用很容易被其他方面的效益所补偿，因此应当从工程总造价上进行比较，算大帐。此外，随着科学技术的进步和生产水平的提高，经济性的概念也会随之变化。例如，高效减水剂在

25、开始推广使用时的阻力就很大，其原因之一也是经济比较。随着生产建设和混凝土技术的发展（如高层建筑的发展，混凝土设计强度的提高，预拌、泵送工艺的普及等），高效减水剂的使用目前已很广泛。高强度高性能混凝土的使用，可减小构件断面，节省钢筋，加快模板周转，增加使用空间，其经济效益远远超过混凝土材料所增加的费用。而耐久性所带来的安全使用期的保证，尤其是在不利环境下，其社会效益、经济效益更是大大超过混凝土材料所增加的费用。这种算大帐的概念相信会很快地被接受。目前国内外高层建筑的底层柱采用C50-C60的高性能混凝土已成为通行的做法。随着重视工程质量、强调安全和环境保护的正确认识逐渐深入人心，过去对高性能混凝

26、土“高性能高造价”的看法将被“性能好、总效益高”所代替。到那时，高性能混凝土将受到普遍欢迎，真正进入大推广和大收益的时期。发展高性能混凝土的更大意义还在于，水泥混凝土这样的大宗材料的可持续发展。即如何最大限度地节约资源和能源，最好地与环境相协调，而不是破坏环境。只有如此，水泥与混凝土才能成为可持续发展的主要建筑材料。二 混凝土结构耐久性与高性能混凝土的关系（一）混凝土结构的耐久性及其影响因素混凝土结构耐久性系指由混凝土浇注成型的结构及其部件在可能引起材料性能劣化的各种作用下能够长期维持其应有性能的能力。在结构设计中，结构耐久性又常被定义为在预定作用和预期的维修与使用条件下，结构及其部件能在预定

27、的期限内维持其所需的最低性能要求的能力。混凝土结构的耐久性受众多因素的影响，其中最主要的因素为混凝土结构所处的环境条件、结构构造、混凝土的性能以及施工质量等。1环境条件环境是影响混凝土结构耐久性能的重要因素。环境不同，混凝土结构耐久性的具体要求也不一样。铁路混凝土结构所处环境类别分为碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融破坏环境和磨蚀环境。不同类别环境的条件特征及作用等级列于表2-1、2-2、2-3、2-4、2-5。表2-1 碳化环境作用等级代号环境条件特征T1室内年平均相对湿度60%长期在水下（不包括海水）或土中T2室内年平均相对湿度60%室外环境T3水位变动区干湿交替注：当混凝土薄型结构的

28、一侧干燥而另一侧湿润或饱水时，其干燥一侧混凝土的碳化锈蚀作用等级应按T3级考虑。表2-2 氯盐环境作用等级代号环境条件特征L1长期在海水水下区离平均水位15m以上的海上大气区离涨潮岸线100m300m的陆上近海区L2离平均水位15m以内的海上大气区离涨潮岸线100m以内的陆上近海区海水潮汐区或浪溅区（非炎热地区）L3海水潮汐区或浪溅区（南方炎热地区）盐渍土地区露出地表的毛细吸附区遭受氯盐冷冻液和氯盐化冰盐侵蚀部位表2-3 化学侵蚀环境化学侵蚀类型作用等级代号H1H2H3H4硫酸盐侵蚀环境水中SO42-含量（mg/L）200 6006003000300060006000强透水性环境土中SO42-

29、含量（mg/kg）20003000300012000120002400024000弱透水性环境土中SO42-含量（mg/kg）300012000120002400024000盐类结晶侵蚀*环境土中SO42-含量（mg/kg）20003000300012000 12000酸性侵蚀*环境水中pH值6.55.55.54.54.54.0二氧化碳侵蚀环境水中侵蚀性CO2含量（mg/L）154040100100镁盐侵蚀环境水中Mg2+含量（mg/L）3001000100030003000注：1 对于盐渍土地区的混凝土，埋入土中的混凝土遭受化学侵蚀；当环境多风干燥时，露出地表的毛细吸附区内的混凝土遭受盐类结

30、晶型侵蚀。2 对于一面接触含盐环境水（或土）而另一面临空且处于干燥或多风环境中的薄壁混凝土，接触含盐环境水（或土）的混凝土遭受化学侵蚀，临空面的混凝土遭受盐类结晶侵蚀。3 当环境中存在酸雨时，按酸性环境考虑，但相应作用等级可降一级。表2-4 冻融破坏环境作用等级代号环境条件特征D1微冻地区+频繁接触水D2微冻地区+水位变动区严寒和寒冷地区+频繁接触水微冻地区+氯盐环境+频繁接触水D3严寒和寒冷地区+水位变动区微冻地区+氯盐环境+水位变动区严寒和寒冷地区+氯盐环境+频繁接触水D4严寒和寒冷地区+氯盐环境+水位变动区注：严寒地区、寒冷地区和微冻地区是根据其最冷月的平均气温划分的。严寒地区、寒冷地区

31、和微冻地区最冷月的平均气温t分别为：t -8oC, -8 oC t -3 oC 和 -3 oC t2.5 oC。表2-5 磨蚀环境作用等级代号环境条件特征M1风蚀（有砂情况）风力等级7级，且年累计刮风时间大于90天M2风蚀（有砂情况）风力等级9级，且年累计刮风时间大于90天流冰冲刷被强烈流冰撞击、磨损、冲刷（冰层水位下0.5m冰层水位上1.0m）M3风蚀（有砂情况）风力等级11级，且年累计刮风时间大于90天泥砂冲刷被大量夹杂泥砂或物体磨损、冲刷以上各种环境条件下，作用等级为L3、H3、H4、D3、D4、M3级的环境为严重腐蚀环境。2结构构造混凝土结构的构造对其耐久性亦具有重要影响。混凝土结构的

32、构造因素包括外形外观、表面防排水、钢筋的保护层厚度。混凝土结构外形应力求简洁，便于养护维修。混凝土结构的构造应有利于减轻环境对结构的作用，有利于避免水、水汽和有害物质在混凝土表面的积聚，便于施工时混凝土的捣固和养护。混凝土结构表面应设置可靠的防、排水等构造措施。必要时可采用换填土、降低地下水位及设防护层等工程措施，防止水和有害物质接触混凝土表面。混凝土结构的各种接缝应尽量避开最不利环境作用的部位。对于遭受严重冻融破坏和化学侵蚀的混凝土结构，应考虑暴露面上混凝土的可能剥蚀对构件（特别是薄壁构件）承载力的损害，设计时需适当增加混凝土厚度。混凝土桥梁端部应采取有效构造措施防止污水回流污染支座和梁端表

33、面。预应力后张梁的封锚混凝土宜采用水泥基聚合物混凝土，混凝土的水胶比应不大于本体混凝土的相应值，并采取可靠的防护措施，以防止环境水和其它有害介质渗入接缝。隧道拱墙初期支护与二次衬砌之间应设置可靠的防水层。钢筋的混凝土保护层厚度除遵守现行铁路工程有关专业标准的规定外，还应符合铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定的相关要求。混凝土保护层垫块的强度和密实度应不低于构件本体混凝土的强度和密实度。预应力钢筋的混凝土保护层厚度要求与普通钢筋的混凝土保护层厚度相同。预应力后张梁的孔道宜优先采用高密度聚乙烯塑料管成型，不宜采用金属管成型。若采用金属管成型，金属管外缘至混凝土表面的距离，在结构的顶面和侧面不应小于1

34、倍管道直径，在结构底面不应小于60mm。无密封套管（或导管、孔道管）的预应力钢筋的混凝土保护层厚度应比普通钢筋的混凝土保护层厚度大10mm。3混凝土的性能混凝土的性能是影响结构耐久性至关重要的因素。混凝土性能主要包括混凝土的工作性能、力学性能以及长期耐久性能。混凝土的工作性是指混凝土拌和、运输、浇捣、抹面等主要操作工序能够顺利进行的有效内功的总称，包括流动性、充填性、粘聚性、可泵性以及稳定性等涵义。混凝土的力学性能包括抗压强度和弹性模量。抗压强度是指在规定的加载速度下，对混凝土试件进行加压，所得的极限破坏强度乘以尺寸换算系数所得的数值。加载速度根据混凝土强度等级而定，混凝土强度等级C30时，加

35、荷速度取0.30.5MPa/s；混凝土强度等级C30且C60时，取0.50.8MPa/s；混凝土强度等级C60时，取0.81.0MPa/s。混凝土试件包括标准试件和非标准试件，边长为150mm的立方体试件是标准试件，尺寸换算系数为1.00；边长为100mm和200mm的立方体试件是非标准试件，尺寸换算系数分别为0.95和1.05。混凝土的弹性模量是指在弹性变形范围内，混凝土试件受压时产生单位变形所需的混凝土抗压强度即为混凝土的弹性模量，又称静力受压弹性模量。混凝土的抗渗性是指混凝土抵抗气体、液体或离子等各种外部介质入侵的能力。它是反映混凝土材料本身性质的一个参数，与流经混凝土的介质无关。依据试

36、验原理的不同，混凝土的抗渗性试验方法可大致分为三类：渗透系数法、离子扩散系数法和电参数法。混凝土的抗冻性是指混凝土抵抗冻融破坏的能力。它可间接反映混凝土抵抗环境水侵入和抵抗冻晶压力的能力。混凝土的抗碳化性是指混凝土抵抗碳化的能力。碳化是指大气中的二氧化碳通过混凝土孔隙溶解于毛细管中的液相，并与水泥水化产生的碱性物质发生反应，生成中性的碳酸钙，从而降低混凝土的碱度，使混凝土发生“中性化”的现象。混凝土的护筋性是指作为钢筋混凝土结构的保护层，混凝土保护钢筋免受腐蚀以保持其物理力学性能的能力，包括抗碳化性和抗氯离子侵入性等。混凝土的耐腐蚀性是指混凝土抵抗外部有害离子侵入并与混凝土中的组分发生化学反应

37、而使混凝土发生劣化破坏的能力。混凝土的抗碱-骨料反应性是指混凝土抵抗碱-骨料反应破坏的能力。碱-骨料反应是指混凝土中来自水泥、掺和料、外加剂以及水中的可溶性碱溶于混凝土孔隙中，与骨料中的活性物质发生反应，生成可吸水肿胀的凝胶或体积膨胀的晶体，从而导致混凝土产生体积膨胀、开裂甚至破坏的现象。混凝土的收缩性能是指在规定的温、湿度条件下，混凝土不受外力作用产生的变形性能。混凝土的徐变性能是指在一定环境条件下，混凝土在长期恒定轴向压力作用下的变形性能。混凝土的不同性能均对混凝土结构的耐久性产生一定影响。不过，影响混凝土结构耐久性最重要的混凝土性能还是混凝土的耐久性。这是因为在一般情况下，任何可能对混凝

38、土结构耐久性造成影响的环境作用首先是与混凝土直接接触的。大气中的水、气及溶于水汽中的其它有害物质首先是经过扩散、渗透或吸收等途径通过结构表面的混凝土传入内部的。显然，混凝土本身的质量好坏，尤其是混凝土本身的耐久性好坏决定着混凝土结构的耐久性。国内外的大量研究表明，降低水胶比，提高密实度，混凝土抵抗水分、气体（氧气或二氧化碳）及氯离子、硫酸根离子、镁离子等扩散的能力要比传统混凝土高12个数量级，极大地延缓了碳化和氯离子、硫酸根离子的侵蚀过程，而且由于氧气、水分供应受阻，钢筋锈蚀的速度亦得以阻滞。可见，混凝土的密实度是判定混凝土抵抗环境中各种有害离子侵入性能的重要指标。传统上，混凝土密实性是采用混

39、凝土抗高压水渗透的能力抗渗标号来表示的。实践证明，抗渗标号比较适合于判定低强度等级混凝土的密实性，但却难以区分现代混凝土的密实性，因为强度等级超过C30的混凝土，抗渗等级几乎均能达到P20及以上的水平，单靠抗渗标号已难以区分混凝土抵抗外界水、气及溶于水汽中的其它有害物质侵入混凝土内部的能力大小。实际工程中（除深水工程外）混凝土承受高水压的情况较少。因此，参照混凝土结构耐久性设计与施工指南（CCES01-2004）的做法，铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定没有将抗渗标号纳入混凝土的耐久性指标，而是采用国内外现在最常用的以美国ASTM C1202快速电通量测定方法为基础的标准试验方法，相对评价混凝土

40、密实性或抗侵入性，从而间接评价混凝土的耐久性。国内外大量的试验研究数据和工程实例表明，掺加适量矿物掺和料且具有良好抗侵入性的C30以下混凝土的电通量值一般小于2000C，C45以下混凝土的电通量值一般小于1500C，C50混凝土的电通量值一般小于1000C。4施工质量施工质量好坏是决定混凝土结构耐久性的最后一关。所有保证混凝土质量的技术措施均需要通过正确施工得以实现。与普通混凝土相比，高性能混凝土施工虽然没有什么特别之处，但特别强调精细、到位以及加强过程控制。混凝土施工前，应根据设计和施工工艺要求提前开展混凝土配合比选择试验，并针对混凝土结构的特点和施工环境、使用环境条件特点，制定施工全过程的

41、质量控制与质量保证措施。重要混凝土结构应进行混凝土试浇筑，验证并完善混凝土的施工工艺。（二）高性能混凝土的性能高性能混凝土具有如下性能：1高性能混凝土具有一定的强度和高抗渗能力，但不一定具有高强度，中、低强度亦可。2高性能混凝土具有良好的工作性，混凝土拌和物应具有较高的流动性，混凝土在成型过程中不分层、不离析，易充满模型；泵送混凝土、自密实混凝土还具有良好的可泵性、自密实性能。 3高性能混凝土的使用寿命要长，对于一些特殊工程的特殊部位，控制结构设计的并不是混凝土的强度，而是其耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50100年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。4高性能混凝土具有较高的体积稳定性

42、，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构使用年限，降低工程造价。（三）混凝土结构耐久性与高性能混凝土的关系如前所述，尽管影响混凝土结构耐久性的因素较多，但其所采用的高性能混凝土的性能对结构的耐久性起着至关重要的作用。高性能混凝土的相对高强度，可以使混凝土结构的尺寸更小，从而使得结构自重得以减轻，使用面积增加，材料用量减少。高性能混凝土的相对高弹性模量可以使混凝土结构变形更小，刚度增大，稳定性更好。高性能混凝土的高工作性可以使混凝土能更方便地充填于各种复杂的结构体内。

43、高性能混凝土的高耐久性可以使混凝土结构的维修和重建费用减少，使用寿命大幅度延长，这些优点基本满足混凝土结构耐久性的要求。三 高性能混凝土技术要求（一）原材料技术要求1水泥水泥应选用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥（简称“普硅水泥”），混合材宜为矿渣或粉煤灰。处于严重化学侵蚀环境时（硫酸盐侵蚀环境作用等级为H3或H4）应选用C3A含量不大于6%的硅酸盐水泥或抗硫酸盐硅酸盐水泥（简称“抗硫水泥”）。水泥的质量指标应符合表3-1的要求。表3-1 水泥的技术要求序号项目硅酸盐水泥普硅水泥抗硫水泥42.5级32.5级42.5级32.5级42.5级1抗压强度（MPa）3d17.011.016.010.015.0

44、28d42.532.542.532.542.52抗折强度（MPa）3d3.52.53.52.53.028d6.55.56.56.06.53凝结时间（min）初凝454545终凝3906006004安定性合格合格合格5比表面积（m2/kg）300350280680m方孔筛筛余（%）10.07不溶物（%）0.75 I型1.5型1.508烧失量（%）3.0 I型3.5型5.03.09熟料中的C3A（%）8%，氯盐环境下10%5.0 中抗硫3.5 高抗硫10三氧化硫（%）3.52.511氧化镁（%）5.012游离氧化钙（%）1.013氯离子（%）1.0（钢筋混凝土）0.06（预应力混凝土）14碱含量（

45、%）0.8注：1 当骨料具有碱硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过0.60%。2 C40及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60%。2粉煤灰粉煤灰应选用质量稳定的产品。强度等级不大于C50的钢筋混凝土可选用国标I级或级粉煤灰，但应控制粉煤灰的烧失量不大于5.0%；强度等级不小于C50的预应力混凝土应选用国标I级粉煤灰，但应控制粉煤灰的烧失量不大于3.0%。粉煤灰的质量指标应符合表3-2的要求。表3-2 粉煤灰的技术要求序号名称技术要求C50以下混凝土C50及以上混凝土1细度（%）20122需水量比（%）1051003烧失量（%）5.03.04氯离子含量（%）0.025含水量（%）1.0（干排

46、灰）6SO3含量（%）3.07CaO含量（%）10（对于硫酸盐侵蚀环境）8游离CaO含量（%）F类粉煤灰：1.0C类粉煤灰：4.09安定性（mm）（雷氏夹沸煮后增加距离）C类粉煤灰：5.0注： F类粉煤灰由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。C类粉煤灰由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰。3矿渣粉矿渣粉应采用水淬矿渣的粉磨产品。矿渣粉的质量指标应符合表3-3的要求。表3-3 矿渣粉的技术要求序号名称技术要求1MgO含量（%）142SO3含量（%）4.03烧失量（%）3.04氯离子含量（%）0.025比表面积（m2/kg）3505006需水量比（%）1007含水率（%）1.08活性指数（%），28d954细

47、骨料细骨料应选用处于级配区的中粗河砂（用于预制梁时，砂的细度模数要求为2.63.0）。当河砂料源确有困难时，经监理和业主同意也可采用质量符合要求的人工砂。细骨料的质量指标应符合表3-4的要求。表3-4 细骨料的技术要求项目技术要求C30C30C45C50人工砂石粉含量MB1.4010.07.05.0MB1.405.03.02.0含泥量（%）3.02.52.0泥块含量（%）0.5云母含量（%）0.5轻物质含量（%）0.5氯离子含量（%）0.02硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3）（%）0.5有机物含量（用比色法试验）颜色不应深于标准色，如深于标准色，则应按水泥胶砂强度试验方法进行强度对比试验，抗压

48、强度比不应低于0.95。细度模数2.3坚固性（质量损失率）（%）8吸水率（%）2碱活性岩相法矿物组成和类型鉴定快速砂浆棒法砂浆棒膨胀率小于0.30%（用于梁体时砂浆棒膨胀率小于0.20%）人工砂压碎指标值25%5粗骨料粗骨料应选用二级或多级配的碎石，亦可采用分级破碎的碎卵石（预应力混凝土除外）。粗骨料的质量指标应符合表3-5和3-6的要求，且其表面目测不得有明显的水锈现象。表3-5 粗骨料的压碎指标值（%）混凝土强度等级C30C30岩石种类沉积岩 （水成岩）变质岩或深成的火成岩火成岩沉积岩 （水成岩）变质岩或深成的火成岩火成岩碎石162030101213碎卵石1612注： 1 沉积岩（水成岩）

49、包括石灰岩、砂岩等；变质岩包括片麻岩、石英岩等；深成的火成岩包括花岗岩、正长岩、闪长岩和橄榄岩等；火成岩包括玄武岩和辉绿岩等。2 对于压碎指标值不符合表4-5规定的粗骨料，可通过试验，建立岩石抗压强度与压碎指标值的对应关系，确认岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不小于1.5且混凝土的力学及耐久性能满足要求后，方可使用。3 用于预制梁时，压碎指标不应大于10%。表3-6 粗骨料的技术要求项目技术要求C30C30C45C50含泥量（%）1.01.00.5泥块含量（%）0.25针、片状颗粒总含量（%）101085（预制梁）硫化物及硫酸盐含量（折算成SO3）（%）0.5氯离子含量（%）0.02碎卵石中有

50、机质含量（用比色法试验）颜色不应深于标准色。当深于标准色时，应配制成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应小于0.95。紧密空隙率（%）40吸水率（%）2%（用于干湿交替或冻融循环下的混凝土应小于1%）岩石抗压强度（%）（岩石抗压强度与混凝土强度等级之比）1.5 2.0（预制梁）坚固性（质量损失率）（%）8（混凝土结构）5（预应力混凝土结构）碱活性岩相法矿物组成和类型鉴定快速砂浆棒法砂浆棒膨胀率小于0.30%（用于梁体时砂浆棒膨胀率小于0.20%）岩石柱法岩石柱膨胀率小于0.10%注： 施工过程在中粗骨料强度可用压碎指标值进行控制且应符合表4-6的要求。6外加剂外加剂的品名应符合混凝土外加剂应

51、用技术规程的要求。混凝土中不得掺加诸如防腐蚀剂、抗裂剂等无标准不规范的产品。掺入混凝土中的外加剂的质量指标应符合表3-7的要求。表3-7 外加剂的技术要求序号项 目技术要求备注1水泥净浆流动度（mm）2402硫酸钠含量（%）10.03氯离子含量（%）0.24碱含量(Na2O+0.658K2O)（%）10.05减水率（%）206含气量（%）3.0用于配制非抗冻混凝土时4.5用于配制抗冻混凝土时7坍落度保留值（mm）30min180用于泵送混凝土时60min150用于泵送混凝土时8常压泌水率比（%）209压力泌水率比（%）90用于泵送混凝土时10抗压强度比（%）3d1307d12528d12011

52、对钢筋锈蚀作用无锈蚀12收缩率比（%）135 13相对耐久性指标（%），200次807拌合用水拌合用水可直接采用饮用水。当采用其他来源的水时，应进行检测，保证水的质量指标符合表3-8的要求。表3-8 拌合用水的技术要求项目技术要求预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH值4.54.54.5不溶物（mg/L）200020005000可溶物（mg/L）2000500010000氯化物（以Cl-计）（mg/L）50010003500硫酸盐（以SO42-计）（mg/L）60020002700碱含量（以当量Na2O计）（mg/L）150015001500凝结时间差（min）30抗压强度比（%）90注：1 拌合

53、用水不得采用海水。当混凝土处于氯盐环境时，拌合水氯离子含量应不大于200mg/L。对于使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，拌合水氯离子含量不得超过350mg/L。2 养护用水除不溶物、可溶物可不作要求外，其他项目应符合表48的规定。养护用水不得采用海水。（二）配合比技术要求1 为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中应适量掺加优质的粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等矿物掺和料。不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。当混凝土中粉煤灰掺量大于30%时，混凝土的水胶比不宜大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境中

54、的混凝土的粉煤灰的掺量不宜大于30%。2 C30及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于400 kg/m3，C35C40混凝土不宜高于450 kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3。3 不同环境条件下钢筋混凝土结构的混凝土的水胶比、胶凝材料用量应满足表3-9的规定。表3-9 混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3)环境类别环境作用等级设计使用年限级别一（100年）二（60年）三（30年）（1）（2）（1）（2）（1）（2）碳化环境T10.552800.602600.65260T20.503000.552800.60260T30.453200.503000.50300氯盐环

55、境L10.453200.503000.50300L20.403400.453200.45320L30.363600.403400.40340化学侵蚀环境H10.503000.552800.60260H20.453200.503000.50300H30.403400.453200.45320H40.363600.403400.40340冻融破坏环境D10.503000.552800.60260D20.453200.503000.50300D30.403400.453200.45320D40.363600.403400.40340磨蚀环境M10.503000.552800.60260M20.453200.453000.50300M30.403400.453200.45320注：“（1）”表示最大水胶比，“（2）”表示最小胶凝材料用量。4 不同环境条件下素混凝土结构的混凝土的水胶比、胶凝材料用量应满足表3-10的规定。表3-10 混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3)环境类别环境作用等级设计使