高性能混凝土

关键词： 超细粉 减水剂 混凝土 高性能

高性能混凝土（精选6篇）

篇1：高性能混凝土

高性能混凝土的特性及应用

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高性能混凝土的特性及应用

【摘要】高性能混凝土具有高强性、高工作性、高耐久性等优良特性，是近期混凝土技术发展的主要方向，至今已在不少重要工程中被采用，本文主要介绍了高性能混凝土的特性以及其应用情况。

【关键词】高性能混凝土，特性，应用 引言

随着土木工程的发展，在修建大跨度桥梁、高层及超高层建筑、高速铁路、地下结构、大型堤坝等混凝土结构物时，由于其所处环境和受力特点，普通混凝土的强度、工作性、耐久性等都无法满足工程的需要，而且混凝土老化、受环境侵蚀问题严重，大量使用混凝土带来的环境问题也非常突出。因此，高性能混凝土日益受到业内人士的重视，20世纪90年代前半期是我国高性能混凝土发展的初期，经过10余年的发展，在国内外多种观点逐步交流融合后，目前对高性能混凝的认识也更加清晰，高性能混凝土在工程上的优越性也更加突出，成为了应用领域的一个热点，对高性能混凝土的研究也在逐步深入。高性能混凝土的概念

高性能混凝土（High Performance Concrete）是高强度、高工作性、高耐久性的混凝土，目前对高性能混凝土的定义各国没有统一的标准。ACI关于HPC的定义为：易于浇筑捣实但不影响强度；长期力学性能好；早期强度高；韧性好；体积稳定性好；在恶劣环境中长期强度好。吴中伟院士提出：“如果现在将HPC规定在50-60MPa以上，则用途很受限制，大大妨碍HPC的推广应用；更重要的是窒息了HPC向绿色HPC的发展，不能改变水泥混凝土愈来愈沦为不可持续发展的材料的可怕前景。”我国工程建设标准《高性能混凝土应用技术规程》（CECS 207:2006）的相关规定为:高性能混凝土是采用常规材料和工艺生产的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。该标准强调的重点是耐久性，其规定根据混凝土结构所处环境条件，高性能混凝土应满足下列的一种或几种技术要求：

1、水胶比0.38;2、56天龄期的6小时总导电量<1000 C； 3、300次冻融循环后相对动弹性模量>80%;

4、胶凝材料抗硫酸盐腐蚀试验试件15周膨胀率<0.4%，混凝土最大水胶比0.45；

5、混凝土中可溶性碱的总含量<3.0kg/m3。

由上可见，对高性能混凝土的标准要求还是比较高的，目前对HPC的研究还是比较浅的，吴中伟院士的话值得我们深思，HPC不仅仅知识强度上有要求，发展研究绿色HPC是以后研究的方向，也是社会的需要。高性能混凝土的特性

2．1高性能混凝土的组成和结构

2．1．1高性能混凝土的组成和配合比热点

高性能混凝土在组成和配合比上有以下特点：

1、使用矿物掺合料，HPC一般都含有矿物掺合料和料硅粉、粉煤灰或磨细矿渣，可大大提高强度和耐久性。

2、低水胶比，只有水胶比很低，混凝土的孔隙率或渗透性才可能低，因此低水胶比是保证混凝土高耐久性与高强度的前提，实际应用的有HPC水胶比常常介于0.25-0.40之间。

3、最大骨料粒径小，高性能混凝土骨料的最大粒径宜在10-20mm。有两个原因，其一：最大粒径较小，则骨料与水泥浆界面应力差较小，一位应力差可能引起裂缝；其二：较小骨料颗粒强度比大颗粒强度高，因为岩石破碎时消除了内部裂隙。

4、高效减水剂与水泥的相容性好。低水胶比和含有硅粉的高性能混凝土除必须使用高效减水剂以外，高效减水剂和水泥之间的相容性还必须好，这样保证混凝土拌合物有良好的工作性。2．1．2高性能混凝土结构特点

高性能混凝土的水泥石微结构，按照中心质假说，属于次中心质的未水化水泥颗粒（H颗粒）、属于次介质的水泥凝胶（L粒子）和属于负中心质的毛细孔组成水泥石。从强度的角度看孔隙率一定时，H/L粒子比值越大，水泥石强度越高；但有个最佳值，超过后随其强度而下降。在一定范围内，H/L最佳值随孔隙率下降而提高。在水胶比很低的高性能混凝土中，水泥石的孔隙率很低，在一定的H/L粒子比值下，强度随孔隙率的减少而提高。因此，尽管水泥的水化程度很低，水泥石中保留了很大的H/L粒子比值，但与很低的孔隙率和良好的孔结构相配合，可获得高强度。

高性能混凝土的界面特点主要是由低水胶比和掺入外加剂与矿物细粉带来的。由于低水胶比提高了水泥石的强度和弹性模量，使水泥石和集料弹性模量的差距变小，因而使界面处水膜层厚度减少，晶体生长的自由空间减少；掺入的活性矿物细粉与Ca（OH）会增加C-S-H和AF生成数量，减少Ca（OH）2反应后，2含量，并且干扰水化物的结晶，因此水化物结晶颗粒尺寸变小，富集程度和取向程度下降，硬化后的界面孔隙率也下降。

2．2 高性能混凝土的技术特性

1、高强性

高强混凝土严格来说并不一定是高性能混凝土，但高强也是高性能混凝土的一个重要方面，HPC的骨料与水泥基材料界面有明显不同，薄弱的界面得到强化；且HPC所用的高效减水剂与水泥的分散力强、减水率更高，甚至进行减水剂二次添加，可以大幅度降低单位混凝土的用水量，当HPC水化程度提高后，凝胶数量增多，强度、密实性继续提高；HPC中还掺加了矿物细粉，可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善混凝土的界面结构，提高密实度，使HPC大幅度提高强度。

2、高工作性

坍落度是评价工作性的主要指标，高性能混凝土通过掺入高效减水剂等外加剂，使HPC具有良好的流变学性能，高流动性、易泵性和填充型，在振捣过程中，HPC粘性大、粗骨料的下沉速度慢，在相同的振捣时间内下沉距离短、稳定性和均匀性好，且基本上无泌水，水泥浆的粘性大，基本无离析现象发生。由此HPC在正常施工条件下能够保证混凝土结构的密实性和均匀性，对于某些结构的特殊部位（如梁柱接头等钢筋密集处）还可采用自流密实成型混凝土，从而保证该部位的密实性，这样就可以减轻施工劳动程度，节约施工能耗。

3、高耐久性

由于HPC中高效减水剂，其水胶比很低，使HPC单位体积用水量小、大幅减少混凝土内部空隙；再者HPC中掺加矿物质超细粉后，混凝土中骨料与水泥石之间的界面过渡区孔隙能得到明显的降低，而且矿物质超细粉的掺加还能改善水泥石的空结构，使其孔含量得到明显减少，这也能使得混凝土的早期抗裂性能得到很大的提高。这些措施对于混凝土的抗冻融、抗中性化、抗碱-集料反映、抗硫酸盐腐蚀，以及其它酸性和盐类侵蚀等性能都得到有效的提高。HPC的高耐久性能使得浇筑的结构安全，这样可以增加对恶劣环境的抵御能力，延长建筑物的使用寿命，减少维修费用及对环境带来的影响，具有显著的社会和经济效益。

4、其他

高性能混凝土除了以上特性之外，由于缓凝剂及膨胀剂等外加剂的掺入，还具有较高的韧性、良好体积稳定性和长期的力学性能稳定性。HPC的高韧性要求其能较好抵抗地震荷载、疲劳荷载及冲击荷载的能力，高性能混凝土的韧性可通过在混凝土掺加引气剂或采用高性能纤维混凝土等措施得到提高。高性能混凝土的体积稳定性表现在其优良的抗初期开裂性，低的温度变形、低徐变及低的自收缩变形。高性能混凝土长期的力学稳定性要求其在长期的荷载作用及恶劣环境侵蚀下能够保持其强度。

2．3 绿色混凝土

高性能混凝土是一种绿色混凝土，更多的掺加工业废料为主的细掺合料；更多的节约熟料水泥，降低能耗与环境污染；更大的发挥混凝土的高性能优势，减少水泥与混凝土的用量。可持续发展也是当今世界的主题，由此需要继续的研究，使得高性能混凝土更加绿色环保。高性能混凝土的应用

高性能混凝土是近期混凝土技术发展的主要方向，由于其具有综合的优异技术特性，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，引起了国内外材料界与工程界的广泛重视和关注，耐久性、养护的难易程度以及建设的经济性已成为工程建筑的目标。

3．1高性能混凝土在桥梁建设中的应用

HPC广泛用于很多离岸结构物和长大跨桥梁的建造，包括长大跨桥梁所用的拌合物。它们只要用于主梁、墩部和墩基，硅粉混合水泥。推广HPC在桥梁中的应用，延长桥梁的使用年限和获得更好的经济效益。当前国内应用较好的如上海东海大桥用的混凝土，设计寿命100年，使用的“高性能海工混凝土”是粉煤灰、矿粉等废料化腐朽为神奇，成为特殊的掺合材料，使海工混凝土既有高强度、耐久性、抗腐蚀性等特性，又易于施工，直接节约材料成本2000万元。不仅效果稳定，还能提前感知混凝土的过度疲劳。HPC在桥梁工程中应用的优点是：跨径更长；主梁间距更大；构件更薄；耐久性增强；力学性能加强。

3．2高性能混凝土在公路上的应用

HPC具有高施工性、高体积稳定性、高耐久性及足够的力学强度，为此它能相对长时间承受随冲刷、磨耗、冰冻、水的渗入、侵蚀等恶劣环境，HPC在公路应用中，其耐久性优点极为突出，一方面它可以提高路基施工质量，确保路基不下沉；另一方面需解决公路混凝土强度等级低，水泥用量少，从而形成了水泥用量少与耐久性要求之间的矛盾。

公路高性能混凝土应根据公路混凝土的特点，结合HPC的有点，综合考虑其各方面的性能要求来进行开发研究。现公路混凝土的技术途径：应以掺加复合高效外加剂。经处理的优质矿物掺合料来改善混凝土内部的孔结构、孔分布等提高混您图的力学、耐久性、耐磨性等一系列性能。

3．3高性能混凝土在建筑工程中的应用

高性能混凝土（>40MPa）首先用于30层以上高层建筑物的钢筋混凝土结构，因为这种建筑物三分之一的柱子，在用普通混凝土时断面很大。除节省材料费用外，与钢结构相比，加快施工速度也是采用混凝土结构的重要特点。

应用实例：HPC应用C80高强与高性能混凝土在沈阳方园大厦、大西电业园等多项高层建筑钢管混凝土柱中应用。88层金茂大厦的C40一次泵送到382.5m；明天广场矿渣微粉C80泵送混凝土；在上海教育电视台综合楼大体积基础混凝土，水泥用量只占胶凝材料总量的46%，配置的混凝土浆量饱满，混凝土工作性、黏聚性和抗离析性能都十分优异。

3．4高性能混凝土在高铁中的应用 高速铁路的核心技术是高速度，它对轨道结构提出高平顺性和高稳定性的要求，包括有砟轨道和无砟轨道，无砟轨道是高速铁路工程技术的发展方向。无砟轨道结构形式总体设计方案分为两类，即：预制板式无砟轨道和现浇混凝土式无砟轨道。目前我们建设了自己的无砟轨道技术体系，CRTS I型、CRTS II型、双块式等。

京沪高铁采用预应力混凝土箱梁C50高性能混凝土，以下是其主要技术要求。在原材料的选择和配合比的设计上都进行了严格的控制，并且施工过程中也严格管理。

结语

高性能混凝土由于其优良的性质，近年来倍受关注，这不仅是一种技术性能很好的混凝土，而且是一种绿色混凝土，是可持续发展的，但是目前对于HPC的研究还是很欠缺的，现场的施工技术、水泥的质量等都在一定程度上限制了HPC的广泛应用，并且养护上也还存在很大的问题。由此，我们需要进一步的研究高性能混凝土，并且掌握相关的技术，这样才可以利用好高性能混凝土。

【参考文献】

[1] 任准，周文军.高性能混凝土的特性及其发展应用概况[J].中国科技博览．2010(30):113-114．

[2] 闫浩舶，吕鹏.浅谈高性能混凝土在我国的发展应用[J].建筑与预算．2010(2):62-62．

[3] 于明秀．高性能混凝土在公路桥梁建设中的应用浅析[J]．中小企业管理与科技．2010(31):168-168．

[4] 祁绩,杨文龙.高性能混凝土在建筑工程中的应用[J].黑龙江科技信息.2010(17):228-228.[4] 朋改非．土木工程材料[M]．天津：华中科技大学出版社建筑分社，2008．

篇2：高性能混凝土

前言：

施工缝是指在浇筑钢筋混凝土结构构件过程中，因设计要求或施工需要而暂时留置的缝隙，它不是真实存在的缝隙，它会随着施工的进展或工序的结束而消失。但施工缝的留置又是不可避免的，因此，如何正确留置施工缝和处理因施工缝引起的工程质量问题，保证混凝土结构的安全性，是钢筋混凝土结构施工的重要技术问题。

1 施工缝设置原则

根据《混凝土结构工程施工规范》(GB50666-)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》(GBJ50204-)(2011 年版)中的规定：施工缝应设置在剪力较小且便于施工的部位，同时对钢筋混凝土结构中施工缝的设置提出了具体要求。这里对常见的柱、梁、板等钢筋混凝土结构件的内力作简要分析，进而说明施工缝的设置在某种程度上有一定的选择性。

2 施工缝的设置

在施工过程中，因设计、施工技术间歇、天气等因素影响需要设置施工缝的常见构件主要有柱、墙、梁、板、基础等。

2.1 混凝土柱或墙

1)混凝土柱的最大弯矩位于柱的两端，其剪力和轴力沿柱高变化很小或基本无变化，所以施工缝设置在柱两端主要是方便施工，但目前施工中由于各种原因将施工缝设置在柱中段也不应视为质量问题。2)混凝土高柱或高墙往往因建筑功能或装饰方面需要，有的建筑物中独立柱或独立墙高度达到十几米以上，如柱或墙一次浇筑到顶面，既不现实还可能导致混凝土产生离析，同时还会有模板支撑困难、振捣不便等诸多不利因素。因此，只要模板支立、接槎处理符合规范要求，就完全可以在柱中段设置水平施工缝，这种施工缝对高柱或高墙受力没有不利影响。

2.2 混凝土梁、板随着建筑物功能及装饰美观的需要，“高、大、新”的建筑物越来越多，多年来因混凝土梁板两端的剪力或负弯矩最大，在框架梁两端靠柱一侧设施工缝，并未出现任何质量问题;同时由于混凝土浇筑、模板支设、钢筋绑扎、施工操作等问题，使混凝土分成若干段浇筑，因此只要我们对钢筋混凝土构件的内力和抗渗问题有比较正确的认识，施工缝的处理方法科学合理，就不应对施工缝设置作过多的限制。

2.3 混凝土基础

1)当筏板基础较长时，为克服基础沉降差异、温差和水泥干缩等影响，需间隔一定距离浇筑筏板，每段筏板之间还应设置“后浇带”填平补齐，这样在后浇带处就会出现两道垂直的施工缝，同时应对后浇带混凝土浇捣采取必要的.技术措施加以保护。

2)箱形基础及地下室外墙施工缝设置是否合理，不仅关系到结构安全问题，而且还会影响到结构的抗渗防漏。有的施工单位为防止施工缝处成为渗水通路，采取基础底板同壁板或地下室外墙同底板一起浇筑的方法，结果事与愿违。一般是在箱型基础和地下室底板同侧壁外墙相交处往上30～40cm 设一道水平施工缝，缝内再设钢板或橡胶止水带。但是施工缝毕竟是个薄弱部位，能少设缝时尽量少设，同时施工缝的结构及构造处理措施必须周密。

3 加强施工缝质量的处理措施

为了确保钢筋混凝土工程质量，避免因设缝给结构带来隐患，确保施工缝处混凝土力学性能和抗渗性能不变，施工缝应采取以下处理措施。

1)施工间歇时间未超过水泥的初凝时间时，可将新混凝土均匀盖满先浇好的混凝土，然后将振捣工具穿过新混凝土层到达已浇好的混凝土层内5～10 cm，将新老混凝土一并捣实形成整体。

2)施工间歇时间超过水泥的初凝时间时，则必须等待已浇筑的混凝土强度达到1.18 MPa 后方可继续施工。

3)已浇筑的混凝土早已硬化时，新浇筑混凝土前应按照以下步骤处理：

①清除接缝表面的浮浆、薄膜、松散砂石、软弱混凝土层、油污、钢筋上的锈斑等，凿毛接缝表面并使之形成锯齿状，这样可以明显提高接续面粘结强度。

②用清水冲洗旧混凝土表面，使其保持湿润，并在新浇混凝土前先铺一层厚度为1～1.5 cm 的素水泥砂浆(若是水平施工缝，则水泥砂浆厚度宜为2～3cm)，再按混凝土浇筑要求浇新混凝土。

③处理方法

a)二次振捣法。在混凝土初凝后、终凝前再次对施工缝附近新浇筑的混凝土二次浇捣消除泌水现象。

b)插粗骨料法。对于一些体积较大的混凝土进行分层分段浇筑时，因表面浮浆多，易造成施工缝处结合差，这是应将提前准备好的长尖型小毛石，均匀插入原混凝土深2/3、外露长1/3，使施工缝处结合更加牢固，以增强其抗剪强度。

c)插粗短钢筋法。在浇筑混凝土时，先在施工缝处均匀插入短粗不一的钢筋，使二次浇筑混凝土时施工缝处混凝土温度及干缩变形受到阻碍和约束，于是提高了施工缝处抗拉、抗剪强度。

d)采用补偿收缩混凝土法。随着微膨胀剂的发展，使得“后浇带”、“加强带”等施工缝的处理应用较多。即在后浇带混凝土中掺入水泥重10% 以上的微膨胀剂(具体掺量根据试配情况确定)配制成补偿收缩混凝土，基本或大部分抵消了混凝土因温度收缩变形对施工缝产生的不利影响，同时还可以通过后浇混凝土的微膨胀，挤实新老混凝土之间的施工缝。

e)钢板网法。当施工缝处配筋较密集、堵头模板无法设置时，可采用钢板网封堵浇筑完毕的混凝土，其作用除能阻挡混凝土流动外，还可以在钢板网处形成均匀的混凝土凸头，会大大提高施工缝处混凝土的粘结力和咬合力。

4混凝土施工缝处理的经验和体会

4.1 合理的时间控制采用冲毛法对施工缝进行处理时，掌握好冲毛时机十分重要。冲毛时需要使用大量的高压水，因此，应避免冲毛水影响混凝土的水化作用。其次，混凝土的凝结时间分为初凝和终凝，初凝作为混凝土浇注时间的控制，终凝则为混凝土抗压强度开始发展的时间。实际上，混凝土达到终凝时，抗压强度也只不过1 MPa 左右。而采用冲毛法时为保证冲毛效果，喷枪的工作压力一般至少为1 MPa。因此，应防止混凝土强度受到高压水的破坏。

4.2 关于浮浆混凝土的浮浆层，形成原因是多方面的。其中，有混凝土配合比设计方面的原因，也有混凝土所用原材料的原因。搅拌后的混凝土混合料可以看成是均匀分布的，但在静止状态或动力作用下，颗粒因重力和浮力作用而下沉或上浮，浮浆的产生可以看成是水泥浆与骨料的分离。若骨料粒径过大，或者水泥浆黏度过小，都容易产生浮浆。因此，要避免浮浆过多，合理的选用混凝土原材料和配合比是很重要的。施工缝为混凝土结构的薄弱部位，若能采取合理有效的技术措施加以处理，就能保障混凝土的施工质量。

5 结语

篇3：浅析高性能混凝土

高强混凝土与高性能混凝土有一定的关联, 但也有很大区别。我国规定强度等级达到或者超过C60的混凝土为高强混凝土 (high strength concrete) 。高性能混凝土是指选用优质的原料, 严格的施工工艺, 一定数量的矿物细掺量, 外加剂等所制成以耐久性为主要指标, 同时满足强度、和易性、耐久性以及经济性等要求的混凝土。所以, 高强混凝土不是高性能混凝土。

二、高性能混凝土特点

1. 易浇筑、不离析、和易性好

高性能混凝土在配制上的最大特点是低水灰比。由于用水量减少了, 那么要满足施工要求的和易性, 高性能混凝土采用了超塑化剂来作为外加剂。超塑化剂是一种高效减水剂, 其减水率可以达到30%以上, 因此混凝土中的用水仅用于保证水泥的水化即可, 和易性可完全由减水剂保证。经施工验证, 采用超塑性减水剂可以使水灰比下降到0.25或者0.26, 水泥的用量仍可维持在500Kg/m3, 坍落度保持在200毫米以上, 从而使混凝土不分层离析、不过分泌水以及保证其捣实系数为0.98以上, 且强度也大有提高。

2. 耐久性有大幅度提高

高性能混凝土一项重要指标就是耐久性。材料的耐久性是材料的一项综合性质, 主要包括抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性、抗碳化性、耐磨性等。

抗渗性是指混凝土抵抗压力水渗透的能力。一般来说混凝土越密实, 孔隙率越小, 特别是连通的孔隙越少, 则混凝土的抗渗性越好。

抗冻性是指混凝土在吸水饱和的状态下, 能够经受最大的冻融循环次数而本身的性质不显著降低的性能。一般来说, 当混凝土中的毛细孔隙越多, 所能吸附的水也就越多, 更容易因水结冰产生冻胀应力而被破坏。

抗腐蚀性是指混凝土抵抗外界侵蚀的能力。一般来说, 混凝土的腐蚀主要是钢筋的腐蚀 (cl-侵蚀) , 骨料 (碱骨料反应) 、氢氧化钙的腐蚀。当w/c小时, 孔隙率小则cl-越不容易侵蚀。水泥水化产物中的氢氧化钙越多, 抗腐蚀能力也越差。

混凝土中的碳化是指环境中的CO2与混凝土中Ca (0H) 2作用生成Ca CO3的过程。Ca CO3结构疏松, 增大了混凝土的孔隙。所以没有氢氧化钙这个“骨架”的支撑作用, 钢筋很快被锈蚀, 使结构强度降低, 发生破坏。提高混凝土的密实性, 降低其水灰比, 参加优质减水剂、粉煤灰等都可可有效提高混凝土的抗碳化能力。

耐磨性是指混凝土抵抗外界机械破坏的能力。混凝土的强度越高, 粗骨料硬度越大, 则耐磨性越好。

高性能混凝土掺加了活性细矿物, 改善了混凝土水泥石的胶凝物质组成。活性矿物掺料 (火山灰、矿渣、粉煤灰等) 中含有大量活性SiO2及活性Al2O3, 能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化硅酸钙产生二次反应, 生成强度更高, 稳定性更优的低碱性水化硅酸钙, 从而达到改善水化胶凝物质的组成, 消除游离石灰的目的。有些超细矿物掺料, 其平均粒径小于水泥粒子的平均粒径, 能填充于水泥粒子之间的空隙中, 使水泥石结构更为致密[1], 减少了混凝土内部与外界接触的通道, 有效的保护了钢筋。此外, 高性能混凝土采用了低水灰比, 大大减少了加水量, 有效的降低了空隙率, 增大混凝土的强度。因此, 通过低水胶比和外加剂, 高性能混凝土的耐久性可以得到充分的保证。

3. 体积安定性好, 使用寿命长

高性能混凝土选材优质, 避免了过烧的氧化钙和氧化镁, 而且加入的活性细矿物有效地降低了游离的石灰, 故混凝土的体积安定性良好。因为高性能混凝土又具有很强的耐久性, 故建筑使用寿命长, 也减少了后期的维修费用。

三、发展现状及应用前景

由于以前的设计只是看重结构强度, 因此许多混凝土不能与周围的环境相适应, 被有害气体、有害介质等侵蚀, 结构的寿命大大缩短。所以混凝土的耐久性逐渐被人们所关注并研究, 与之相应的高性能混凝土逐渐被研发与应用。

自1990年, 美国国家标准与技术研究所 (NIST) 与美国混凝土协会 (ACI) 研讨了高性能混凝土之后, 全球掀起了对高性能混凝土研究的高潮。如98年加拿大政府提出了一个协作网研究计划。“高性能混凝土协作网”作为其中研究的一项, 并获得了640万加元的资助。

我国自1992年开始针对国内原材料和工艺条件进行高性能混凝土研究、宣传和开发, 并已在桥梁、高层建筑的基础和底层柱、地下构筑物等工程中应用, 受到愈来愈多的重视。尤其是在高层建筑、大跨度桥梁、海上采油平台、矿井工程、海港码头等工程中的应用日益增多。例如:上海金茂大厦 (C60) 、北京静安中心大厦 (C80) 、辽宁物产大厦 (C80) 、南京希尔顿国际大酒店 (C30和C50) 、深圳地王大厦 (C60) 、上海东方明珠电视塔 (C60) 、首都机场新航站楼 (C60, C65) 、首都机场停车 (C50, C60) 、北京西客站 (C60) 、北京航华中心 (C60) 、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) [2]。

高性能混凝土相比于传统的混凝土在节约资源、能源等方面有重大突破, 它的高工艺性、高耐久性和高强性对于资源的可持续发展具有重大意义。高性能混凝土的应用是很有必要的, 绿色高性能混凝土也将是发展方向。

四、结论

高性能混凝土以耐久性为主要指标, 解决了传统混凝土因环境侵蚀带来的使用寿命缩短的问题, 为满足强度条件, 采用了低水灰比, 并且可以利用高效减水剂保证良好的和易性, 有利于施工操作。高性能混凝土相比于传统的混凝土在节约资源、能源方面有重大突破, 在未来资源紧缺, 人口爆满的环境下, 绿色高性能混凝土必将是混凝土的发展方向。

参考文献

[1]美谈砼业.高性能混凝土结构耐久性问题分析与思考

篇4：高性能混凝土浅议

关键词: 高性能混凝土 特点 耐久性 高效减水剂 强度

从1824年波特兰水泥发明开始，混凝土材料至今已有100多年的历史，以水泥为胶结材的混凝土也取得了巨大的发展，由普通混凝土向高性能混凝土发展。

近年来,越来越多的大跨度桥梁,高层建筑,地下、水下建筑等工程的修建,混凝土使用的环境条件日益严酷,工程建设对混凝土的要求愈来愈高,这就要求混凝土不仅要具有良好的物理力学性能,而且还要具有长期的耐久性，尤其是后者,因为这些建筑物一般工程浩大,相应的维修、重建费用高。显然,普通混凝土不能满足这一时代的要求,而高性能混凝土的需求就越来越大。何谓高性能混凝土,目前,在国际上,存在不同的解释,尽管各有差异,但基本认为:高性能混凝土是一种具有高抗渗性、高强度、高工作性、高耐久性、高体积稳定性的混凝土。

高性能混凝土(High performance concrete，简称HPC )是一种新型的高技术混凝土,有多种定义,不同国家,甚至同一个国家的不同部门,对高性能混凝土的定义都有所差别。1990年由美国国家标准与技术研究院（NIST）与美国混凝土学会（ACI）共同主办的一次研讨会上正式定名高性能混凝土。大会规定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藝，采用优质材料配制，便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高、具有韧性和体积稳定性等性能的耐久的混凝土，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。

通俗地讲，我们通常所谓的高性能混凝土是指混凝土具有高强度、高耐久性、高工作性等多方面的优越性能。高强度、高工作性、高耐久性这三项指标，构成了“高性能混凝土”所具备“三高(即3H)”的性能指标。因此，高性能混凝土并不一定强调高强，也就是说高性能混凝土除了包含以前的概念外，还包括另一个方面，就是普通混凝土的高性能化。

目前，高性能混凝土的主要发展动向有:

(1) 超高强混凝土;

(2) 绿色高性能混凝土;

(3) 机敏型高性能混凝土;

(4) 普通混凝土的高性能化

高性能混凝土的主要特点如下:

1) 强度高。

由于混凝土强度的提高, 可有效地减小梁柱等构件截面尺寸, 减少混凝土用量, 减轻结构的自重和基础的负荷, 扩展所有空间, 降低建筑成本。高性能混凝土的最高抗压强度已经超过200MPa。目前, 28 d 平均强度介于100 MPa～ 120 MPa 的高性能混凝土, 已在工程中应用。

2) 工作性好。

高性能混凝土的和易性很好，具有良好的流动性, 保水性，不离析, 可泵性好, 适宜于泵送混凝土, 从而大大加快了施工速度, 减小了劳动强度。

3) 耐久性好。

高性能混凝土具有良好的耐久性, 除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土外, 还具有上百年而不是通常对普通混凝土所要求的40 年～50 年的使用寿命。在已发生的一些钢筋混凝土结构破坏事故中, 其产生破坏的主要原因不是因为强度不足, 而是因为其耐久性不够, 特别是一些易受外界不良介质侵蚀的建筑物, 其耐久性就显得更为重要。高性能混凝土因材料致密坚硬, 抗冻、抗渗等性能均优于普通混凝土, 因而更能经受侵蚀介质的破坏作用。

高性能混凝土以其优良的工作性能, 硬化后优越的力学性能和卓越的耐久性能, 无论是在使用功能上还是社会、经济效益上都越来越受到世界各国工程界的重视, 高性能混凝土是以高耐久性为目标而发展起来的。为了保证混凝土具有高的耐久性, 高性能混凝土的水灰比一般低于0. 38,这样从理论上混凝土中的水泥石仅存在水泥凝胶、水和大约8%左右的孔隙,使混凝土具有高的抗渗性与耐久性。美国建造的数百座50层～70 层的超高层建筑所采用的混凝土强度等级也仅仅为C40～C60，采用C60 以上的混凝土也仅为百分之几。我国高性能混凝土( HPC)的研究和应用较晚,20世纪80年代初首先在轨枕和预应力桥梁中得到应用, 高层建筑中则始于1988年,才在北京、上海、广东等地采用C60～C80的HPC。随着国民经济发展和建筑技术的进步要求,HPC将在我国的高层建筑、道路、桥梁、港口、海洋、大跨度及预应力结构、高耸建筑物等工程中广泛应用,强度等级也将不断提高。从我国高层建筑物广泛采用的混凝土来看,低于20 层建筑的框架剪力墙结构低层所采用混凝土强度等级多为C40,高于20 层建筑的框架结构低层所采用的混凝土强度等级也仅为C50,只有近1%的高层建筑结构采用了C60混凝土。

配制高性能混凝土的方法多种多样, 而在原材料和生产工艺都不变的条件下,采用加入高效减水剂和活性矿物掺合料配制高性能混凝土的方法,有利于这种混凝土的大规模推广和应用,因此,研究和开发这种高性能混凝土具有重要的实际意义。

高性能混凝土的组分较普通混凝土的多,原材料性质、配比以及混凝土施工方法都会对高性能混凝土的实现产生很大的影响。

高性能混凝土原材料的要求如下:

1) 水泥: 混凝土中水泥用量过多会产生多种不利后果,如会产生大量的水化热,收缩增加产生裂缝。因此配制高性能混凝土用的水泥宜用52. 5 号或更高标号的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。

2) 水:高性能混凝土拌合用水为饮用水。水灰比是控制混凝土强度的重要参数,高性能混凝土的水灰比一般小于0.4,而水灰比的降低使混凝土工作性变差,可通过加入高效减水剂来解决。

3) 骨料: 是混凝土的主要组成成分,在混凝土组织结构中起骨架作用, 在配制高性能混凝土时,如何正确选择骨料的品种就显得十分重要。据经验,配制高性能混凝土时,粗骨料的强度要高于混凝土强度1. 5 倍~ 2 倍。粗骨料的粒径大小也会影响高性能混凝土的强度,最大粒径不宜大于30 mm, 此外粗骨料宜采用连续级配，有利于改善混凝土的工作性，所以骨料强度对混凝土强度的影响很大。

4) 高效减水剂: 是配制高性能混凝土的重要组分,高效减水剂的加入,可以大大降低混凝土的水灰比,增加流动性,使坍落度达到20 cm 左右,有利于施工。代表性的有萘系、改性木钙系高效减水剂。高性能混凝土技术的发展,使混凝土的耐久性与强度均有大幅度的提高。

高性能混凝土在实际应用中需要注意的问题

篇5：高性能混凝土技术读书报告

摘要：高性能混凝土（HPC)是一种具有高强度、高耐久性与高工作性的混凝土，HPC的W/C≤0.38，混凝土中的水泥石只有凝胶孔无毛细孔，具有高的抗渗性和耐久性。在传统混凝土的基础上，通过添加一些掺和料、外加剂，来改善其混 凝土的性能，达到提高其耐久性的目的。

关键词：高性能混凝土，活性矿物掺合料，高效减水剂，配合比设计

1、高性能混凝土简介

高强度混凝土不是高性能混凝土。过分强调混凝土的强度，特别是早期强度，对混凝土的其他性能是不利的，因为要求了早期强度，则势必大幅度增加水泥用量，并还要用各种技术手段来加速水泥的水化。这样，混凝土内部由于水化反应过快，水化物来不及迁移，造成局部应力，大孔隙问题，使混凝土的整体性能下降。它还有可能造成后期(28天或56天)强度大大超过设计强度。这是非常危险的，因为钢筋混凝土理论中，强度过高，与配筋不协调，成为少筋混凝土结构。这种结构在破坏以前没有任何先兆，为脆性破坏。所以，在此条件下，不能称为高性能混凝土。

高弹性模量混凝土不是高性能混凝土。混凝土的高弹性模量，在进行预应力施工时，可能会减少预应力的损失，从而混凝土结构在受力方而更为有利。这往往造成一种错误的认识，若混凝土结构处于温度变化较大，特别是全天温度变化较大的环境中时，由于高弹性模量，造成的温度应力也更大。同理，在其他环境中因混凝土体积变化造成的应力也越大。因为混凝土早期的化学收缩、塑性收缩及失水收缩等，均会形成混凝土的拉应力，而此时弹性模量增长过快，弹性模量越高，拉应力相应也越大，此时混凝土的抗拉强度还很低，极易造成混凝土开裂。所以，这也不能叫高性能混凝土。

大流动度混凝土不是高性能混凝土。过大的流动性，甚至自密实性混凝土，可能过多地使用胶凝材料，这会使混凝土的长期性及耐久性性能降低。只有在某些特定的施工场合下，才用高流动度或自密实混凝土。比如，钻孔灌注桩，由于桩孔中有泥奖护壁或深桩孔等等。

高密实度、低渗透性混凝土也不是高性能混凝土。一般的认为，混凝土越密实、低渗透性，从而外界的侵蚀性介质不易渗透进入混凝土中。因而，混凝土不易遭受侵蚀，其耐久性更好，这样的混凝土可以认为是高性能混凝土，但是，过于密实的混凝土，内部水分迁移也很困难，极有可能在外部水介质或湿度发生变化时造成内部水分不均衡，从而产生应力，特别是会产生拉应力，使混凝土开裂。因此，单纯强调混凝土的密实度、低渗透性，也不是高性能混凝土。

我国资深院士吴中伟认为: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。

高性能混凝土具有丰富的技术内容，尽管同业对高性能混凝土有不同的定义和解释，但彼此均认为高性能混凝土的基本特征是按耐久性进行设计，保证拌和物易于浇筑和密实成型，硬化后有足够的强度，不发生或尽量少发生由温度和收缩产生的裂缝，内部孔隙结构合理而有低渗透性和高抗化学侵蚀。因此高性能混凝土具有良好的性能优点：

（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长，对于一些特护工程的特殊部位，控制结构设计的不是混凝土的强度，而是耐久性。能够使混凝土结构安全可靠地工作50～100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，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的使用年限，降低工程造价。

2、混凝土配合比设计

2.1高性能混凝土对材料的要求

高性能混凝土与普通混凝土使用基本相同的原材料(如水泥、砂、石),同时必须使用外加剂和矿物细掺料。但由于高性能的要求和配置特点,原材料对普通混凝土影响不明显的因素,对高性能混凝土就可能影响显著,高性能混凝土对材料的要求如下:

（1）水泥：高性能混凝土所用的水灰比很低,要满足施工工作性的要求,水泥用量就要大,但为了尽量降低混凝土的内部升温和减小收缩,又应当尽量降低水泥的用量,同时,为使混凝土有足够的弹性模量和体积的稳定性,对胶凝材料总用量也要加以限制,因此用于高性能混凝土的水泥的流动性能比强度更重要。高性能混凝土所用水泥最好是强度高且同时具有良好的流动性能,并与目前使用的高效减水剂有良好的相容性。我国一般采用42.5号硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。（2）粗骨料：粗骨料应该选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线涨系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。

（3）细骨料：细骨料应该选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、孔隙率小的洁净天然中粗河砂。

（4）矿物掺和料(包括硅灰、粉煤灰、磨细矿渣、天然佛石岩、磨细石灰石粉、石英砂粉等): 在配置混凝土时加入较大量矿物掺和料,可降低温升,改善工作性,增进后期强度,并可改善混凝土的内部结构,提高抗腐蚀能力,增强混凝土的耐久性。因此矿物细掺料应选用品质稳定的产品。不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的施工环境特点、拌合物性能、力学性能以及耐久性要求通过试验确定。一般来说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，混凝土水胶比不宜大于0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土中粉煤灰掺量不宜大于30%。

（5）外加剂:主要指无需取代水泥而外掺小于5 %的化合物。外加剂的主要性能是改善新拌混凝土和硬化混凝土的性能。用于高性能混凝土的外加剂有减水剂、缓凝剂、引气剂等。其中高效减水剂使得混凝土的水灰比能降得很底却仍可有很好的工作性。因此外加剂应采用减水率高、塌落度损失小、适量引气、能明显提高混凝土耐久性且质量稳定的产品。外加剂与水泥之间应具有良好的相容性。外加剂的掺量都很少,使用外加剂时应当延长搅拌时间,以得到均匀的混凝土拌合物。

（6）水：饮用水即可。

2.2配制高性能混凝土的目标及影响因素 2.2.1耐久性

高性能混凝土配合比设计首先要保证其满足耐久性要求，这与普通混凝土不同。耐久性要求包括抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀性、抗碳化性和体积稳定性以及碱一集料反应等[2]。由于大多数造成混凝土劣化的原因都是有害介质通过水的侵入而发生的，所以混凝土抗渗性直接影响到混凝土的耐久性。2.2.2强度

混凝土的强度是其最基本的性能特征。高层建筑、大跨度桥梁等都对混凝土强度提出了更高的要求。一般认为，只要水胶比低于0.38，各种强度等级的混凝土都可做成高性能混凝土。影响强度的主要因素是水胶比和矿物细掺料的用量。2.2.3工作性

高性能混凝土拌合物的工作性比强度还重要，是保证混凝土浇筑质量的关键。高性能混凝土拌合物具有高流动性(坍落度应不小于120mm、可泵性，同 时还应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性。影响高性能混凝土拌合物的因素主要有水泥砂浆用量、集料级配、外加剂品种及用量等。2.3配合比的参数选择

高性能混凝土配合比的参数主要有水胶比、浆集比、砂率和高效减水剂掺量。2.3.1水胶比

低水胶比是高性能混凝土的配制特点之一。为达到混凝土的低渗透性以保证其耐久性，无论设计强度是多少，高性能混凝土的水胶比一般都不能大于0.40，以保证混凝土的密实。实践证明，当水胶比降到0.40以下时，随水胶比的降低，混凝土强度却能继续提高。其原因是，尽管水泥水化不完全，但较低的水胶比能够降低混凝土孔隙率并减小孔隙尺寸，而未水化的水泥颗粒则作为一种坚强的细微集料发挥其作用。在较低的水胶比(镇0.40)范围内，水胶比的稍微变化就可使混凝土强度发生较大的变化，所以严格控制水胶比是保证高性能混凝土质量的一个关键。水胶比确定后，用矿物细掺料的掺量来调节强度。2.3.2浆集比

水泥浆和集料的比例为浆集比。美国Mehta和Aitcin认为，采用适宜的集料时，固定浆集体积比35：65可以很好地解决强度、工作性和尺寸稳定性(弹性模量、干缩和徐变)之间的矛盾，配制出理想的高性能混凝土。

根据经验，高性能混凝土中胶凝材料总用量应不超过550kg/m3，并随混凝土强度等级下降而减少。其中水泥用量应尽量减少，而以干缩小的矿物细掺料部分取代之，以减少混凝土的温升和干缩，提高抗化学侵蚀的能力，增加密实度，降低造价。但是，为了保证高性能混凝土的耐久性，胶凝材料总用量也不能低于300kg/m3。

根据国内外有关研究报告和工程实践资料，建议配制C50 ~C70的高性能混凝土，可单独掺加15%~30%的优质粉煤灰或20%~50%矿渣代替水泥;配制C80以上的混凝土，可用5%~10%的硅灰和15%~35%的优质粉煤灰或矿渣混合掺入。

2.3.3砂率

砂率主要影响混凝土的工作性。高性能混凝土中的粗集料用量应该比中低强度等级混凝土中多一些。当水胶比不同时，高性能混凝土中的最优砂率也有所不同。一般而言，随着混凝土砂率的增加，强度呈增长的趋势，而弹性模量则呈下降趋势。高性能混凝土的砂率可根据胶凝材料总用量，粗细集料的颗粒 级配及泵送要求等因素来选择。2.3.4高效减水剂掺量

高性能混凝土的高强度、高耐久性是以低水胶比和低用水量为保证的，高效减水剂是实现大流动性的唯一途径。高效减水剂的掺量要根据混凝土坍落度来确定。一般情况下，用量越大，坍落度增加越高，但超过一定量后效果不再显著，也不经济。高效减水剂均有其最佳掺量，大多数在1%~2%之间，以此为参照可以确定高效减水剂掺量。2.4高性能混凝土配合比设计方法

高性能混凝土由水泥、矿物细掺料、砂、石子、水和超塑化剂等多种成分按严格的比例关系组成，传统配合比设计方法不可能得到优化的配合比，而“全计算法”在设定条件下能精确计算出每个组分的用量和相互比例。HPC配合比全计算法设计步骤如下：

1、配制强度

fcu.p=fcu.o+1.645σ

式中:fcu.p—配制强度，MPa；

fcu.o—混凝土立方体抗压强度标准值，MPa；

σ—混凝土强度标准差。

2、水胶比

W/(C+F)= 1/[(fcu.p/（Afcu.o+B)] 式中：A,B-回归系数

3、用水量

W=Ve-Va/[1+0.335/(W/B)] 式中：Ve—浆体体积，L； Va—空气体积，L.4、胶凝材料的用量

C+F=W/[W/(C+F)]=Q

C=(1-a)Q F=a*Q 式中：Q-胶凝材料用量（kg/m3)； a-细掺料掺量（％)； C-水泥用量（kg/m3)； F-细掺料用量（kg/m3).5、砂率及集料用量

Sp=(Ves-Ve+W)/(1000-Ve)*100％

S=(D-W-C-F)*Sp G=D-W-C-F-S 式中：D-混凝土容重（kg/m3)； G-石子用量（kg/m3)； S-砂的用量（kg/m3)； Ve-浆体体积，L； Ves-干砂浆体积，L.6、复合超塑化剂（CSP)掺量

µ=[(VWo-VW)/VWo+Δη]*3.67％

式中：VWo一坍落度为7cm ~9cm基准混凝土用水量，与石子最大粒径有关，L； Vw—用水量，L；

Δη—减水剂增量系数，取决与高性能混凝土的初始坍落度；

当SL一16cm~18 cm时，Δη=0.04；

当SL一20cm~22cm时，Δη= 0.06.3、高性能混凝土质量的施工中控制

（1）振捣方式的质量控制。施工方要根据设计图纸及其施工规范等做好施工方案,并且及时向所有操作人员做好技术交底,预防因振捣方式不对而造成混凝土分层、离析、表面浮浆、麻面等质量问题,进而尽可能降低混凝土成型硬化后出现裂缝的概率,保证混凝土的耐久性。

（2）二次振捣或多次搓压表面。高强、高性能混凝土在拌制过程中,掺加多种外加剂及掺和料,一般情况下缓凝4小时左右,这段时间已浇混凝土表面因环境及水泥水化作用失水较多,容易产生收缩裂缝,经初凝前二次振捣或多次搓压表面,能有效防止表层裂纹,且通过留置的混凝土试块进行强度试验,强度提高5%左右。

（3）在施工过程中出现下列情况之一应挖出混凝土。不能保证混凝土振捣密实或对水工建筑带来不利影响的级配错误的混凝土料；长时间凝固、超过规定时间的混凝土料；下到高等级混凝土浇筑部位的低等级混凝土料。（4）浇筑完的混凝土必须遮盖来保温或者防雨。

（5）加强高性能混凝土的养护。混凝土养护有两个目的：一是创造使水泥得以充分水化的条件，加速混凝土硬化；二是防止混凝土成型后因日晒、风吹、干燥、寒冷等自然因素的影响而出现超出正常范围的收缩、裂缝及破坏等现象。混凝土的标准养护条件为温度（20± 3）℃，相对湿度保持90％以上，时间28d。在实际工程中一般无法保证标准养护条件，而只能采取措施在经济实用条件下取得尽可能好的养护效果。混凝土养护从大的范围可分为自然养护与加热养护两类。

4、总结

高性能混凝土的研究与开发应用，对传统混凝土的技术性能有了重大的突破，对节能、工程质量、工程经济、环境与劳动保护等方面都具有重大的意义。配制高性能混凝土的方法有很多，在原材料和生产工艺不变的条件下，采用加入活性矿物细掺料和高效减水剂的技术途径来配制高性能混凝土，有利于高性能混凝土的大规模推广和应用。高性能混凝土科学地大量使用矿物细掺料及其它工业废渣，有利于降低成本，保护环境。因此，高性能混凝土是可持续发展的混凝土，其配合比设计也将得到更深入的研究。

参考文献

篇6：高性能混凝土

摘要：青岛是我国目前海洋工程发展十分迅速的城市之一，无论是高速公路建设还是海湾工程的建设已为世人所瞩目，作为目前青岛在建第二大海湾工程陈家贡湾特大桥位于胶南市琅琊镇的陈家贡海湾，起于陈家贡村西北，止于尹家圈村东北，属滨海地貌，地形比较平坦。全桥总长1811.5米、孔数-孔径为60-30m，为装配式预应力混凝土连续T梁桥。是我国目前在建的较为罕见的大型海洋工程。

关键词：特大桥海工混凝土耐久性浅谈应用

0引言

由于陈家贡湾特大桥处于海水环境，海水环境对于桥梁混凝土结构具有强腐蚀性，按照一级公路桥梁结构1设计基准期和本工程使用年限的要求进行结构耐久性设计，为保证陈家贡湾特大桥混凝土结构的耐久性，本工程采取了以高性能混凝土技术为核心的综合耐久性技术方案。然而我国目前尚没有大型海洋工程超长寿命服役的相关技术规范，高性能混凝土的设计、生产、施工技术在工程中的应用尚为空白，因此结合陈家贡湾特大桥工程的具体要求，研究跨海大桥混凝土结构耐久性策略和高性能混凝土的应用技术极为迫切和重要。

1陈家贡湾特大桥混凝土结构布置和耐久性设计

1.1陈家贡湾特大桥混凝土结构布置陈家贡湾特大桥孔数―孔径(孔―米)为60―30m，为装配式预应力混凝土连续T梁桥，桥梁上部结构：六孔一联、全桥共十联，行车道板与桥面铺装采用剪力钢筋连接;桥梁下部结构：桥墩采用双悬臂预应力薄壁墩，墩柱为主截面3×1.5米的带竖肋矩形截面，基础采用柱式台、桩基础或重力台、扩大基础。混凝土设计强度根据不同部位在C35～C50之间。

1.2陈家贡湾特大桥附近海域气象环境陈家贡湾特大桥地处东亚季风比较发达的黄海之滨，受季风和海洋气候的影响，四季变化比较明显，属南温带湿润季风气候类型：夏季空气湿润，雨量充沛;冬季气候干燥，时长稍寒。多年年平均最低气温为9.1℃、最高气温为15.9℃。最热出现在八月，月平均气温为25℃，最冷出现在一月，月平均气温为-4.5℃。年平均相对湿度为72%，累年全年蒸发量平均为1462.2毫米，其中全年以五月份为最高，累年平均达到180.1毫米，一月最小，仅为54.8毫米，海区全年盐度一般在15.00～34.00‰之间变化，属强混合型海区，海洋环境特征明显。

1.3陈家贡湾特大桥面临的耐久性问题在海洋环境下结构混凝土的腐蚀荷载主要由气候和环境介质侵蚀引起，主要表现形式有钢筋锈蚀、盐类侵蚀、冻融循环、溶蚀、碱-集料反应和冲击磨损等。陈家贡湾特大桥位于东亚季风比较发达的黄海之滨，因为天气较暖，严重的冻融破环和浮冰的冲击磨损可不予考虑;镁盐、硫酸盐等盐类侵蚀和碱骨料反应破坏则可以通过控制混凝土组分来避免;这样钢筋锈蚀破坏就成为最主要的腐蚀荷载。

混凝土中钢筋锈蚀可由两种因素诱发：

一是海水中Cl-侵蚀;

二是大气中的CO2使混凝土碳化。国内外大量工程调查和科学研究结果表明：海洋环境下导致混凝土结构中钢筋锈蚀破坏的主要因素是Cl-进入混凝土中，并在钢筋表面集聚，促使钢筋产生电化学腐蚀。在陈家贡湾特大桥周边沿海地区调查中亦证实，海洋环境中混凝土的碳化速度远远低于Cl-渗透速度，混凝土自然碳化速度平均为3mm/。因此，影响陈家贡湾特大桥结构混凝土耐久性的首要因素是混凝土的Cl-渗透速度。

2提高海工混凝土耐久性的技术措施

提高海工耐久性混凝土的主要技术措施有：

2.1海工耐久性混凝土其技术途径是采用优质混凝土矿物掺和料和聚羧酸高效减水剂复合，配以与之相适应的水泥和级配良好的粗细骨料，形成低水胶比，高密实、高耐久的混凝土材料。

2.2提高混凝土保护层厚度这是提高海洋工程钢筋混凝土使用寿命的最为直接、简单而且经济有效的方法。但是保护层厚度并不能不受限制的任意增加，当混凝土保护层过薄时，易形成裂缝等缺陷使保护层失去作用，钢筋过早锈蚀，降低结构强度和延性;当保护层厚度过厚时，由于混凝土材料本身的脆性和收缩会导致混凝土保护层出现裂缝反而削弱其对钢筋的保护作用。

2.3混凝土保护涂层完好的混凝土保护涂层具有阻绝腐蚀性介质与混凝土接触粘结的特点，其于砼粘结力不小于1.5Mpa，并且与砼表面的强碱性相适应，延长混凝土和钢筋混凝土的使用寿命。然而大部分涂层本身会在环境的作用下老化，逐渐丧失其功效，一般寿命在5～10年，只能作辅助措施。

2.4阻锈剂阻锈剂通过提高氯离子促使钢筋腐蚀的临界浓度来稳定钢筋表面的氧化物保护膜，其品质对混凝土的主要物理性能、力学性能无不利影响，从而延长钢筋混凝土的使用寿命。但由于其有效用量较大，作为辅助措施较为适宜。

3加强陈家贡湾特大桥结构混凝土耐久性措施

改善混凝土和钢筋混凝土结构耐久性需采取的措施：

①从材质本身的性能出发，提高混凝土材料本身的耐久性能，例如采用高效减水剂和高效活性矿物掺合料。

②找出破坏混凝土耐久性作用的内在因素和外在因素，对主因和次因对症施治，并根据具体情况采取除高性能混凝土以外的补充措施，例如综合防腐措施。采用高性能混凝土是在恶劣的海洋环境下提高结构耐久性的基本措施，然后根据不同构件和部位，尽可能提高钢筋保护层厚度(一般不小于50mm)，某些部位还可复合采用保护涂层或阻锈剂等辅助措施，形成以高性能海工混凝土为基础的综合防护策略，有效提高陈家贡湾特大桥混凝土结构的使用寿命。

因此，陈家贡湾特大桥混凝土结构的耐久性基本方案是：首先，混凝土结构耐久性基本措施是采用高性能混凝土，同时依据混凝土构件所处结构部位及使用环境条件，采用必要的补充防腐措施，如掺加钢筋阻锈剂、混凝土外涂保护层等。在保证施工质量和原材料品质的前提下，混凝土结构的耐久性将可以达到设计要求。

对于具体工程而言，耐久性方案的`设计必须考虑当地的实际情况，如原材料的耐久性指标、工艺设备的可行性等，以及混凝土配合比经济上的合理性。也就是说应该采取有针对性的，因地制宜的制定防腐方案。

根据设计院提出的陈家贡湾特大桥主要部位构件的强度等级要求、构件的施工工艺和环境条件，对各部位混凝土结构提出具体的耐久性方案。

4陈家贡湾特大桥高性能混凝土原材料耐久性

4.1试验用原材料及其物理化学性能

4.1.1水泥试验中采用了P.Ⅱ52.5，有关性能参数见下表。

4.1.2高炉磨细矿渣(S95)

高炉磨细矿渣(S95)的有关性能参数见表

4.1.3硅粉

硅粉的有关性能参数见表

4.1.4粗骨料

混凝土配制试验用石为5～25mm连续级配碎石。

4.1.5细骨料

混凝土配制试验用砂检验结果如表

4.1.6减水剂

试验采用HSN-A聚羧酸高性能混凝土减水剂。

4.1.7拌和用水

饮用水。 4.2试验方案和主要试验方法从高性能海工混凝土的基本要求出发，在原材料的优选试验中，以混凝土的坍落度和扩展度评价混凝土的工作性，以抗压强度等评价混凝土的物理力学性能，以混凝土的电通量和氯离子扩散系数(自然扩散法)试验结果评价混凝土的抗氯离子渗透性能，并以耐久性能为首要要求。

试验中所采用的主要试验方法有：

4.2.1坍落度、扩展度混凝土的坍落度、扩展度按《新拌混凝土性能试验方法》GBJ80-85测定。

4.2.2抗压强度混凝土的抗压强度按《普通混凝土力学性能试验方法》GBJ81-85测定。

4.2.3混凝土的抗冻性能试验参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》(GBJ82-85)进行。

4.2.4混凝土的电通量和氯离子扩散系数快速试验NEL-PER型混凝土电通量测定仪来评价混凝土抵抗氯离子渗透能力的标准。试验仪器采用北京耐尔NEL-PER型混凝土电通量测定仪。通过在￠95×50mm的混凝土试样两端施加60V的直流电压，通过检测6hrs内流过的电量大小来评价混凝土的渗透性。

用RCM-DH型氯离子扩散系数测定仪测定混凝土氯离子扩散系数的试验方法，RCM法参照DuraCrete非静态电迁移原理制定，定量评价混凝土抵抗氯离子扩散的能力，本方法适用于骨料最大粒径不大于25mm的试验室制作的或者从实体结构取芯获得的混凝土试件。将标准养护28天的混凝土试件浸泡于质量浓度为3.0%的NaCl溶液中至指定龄期后，用混凝土切割机将混凝土试件切割成直径=100±1mm，高=50±2mm的试件。将试件放入电解槽的夹具中，注入1L0.2mol/LKOH正极溶液与1L含5%NaCl的0.2mol/LKOH负极溶液，用测试机主机电源进行电迁移过程，劈开试件，用0.1mol/LAgNo3溶液测定显色深度，最后用软件计算混凝土试件的氯离子扩散系数。

4.3混凝土配合比设计试验主要研究C40和C50高性能海工混凝土的性能

4.4高性能混凝土性能试验结果及分析混凝土的物理力学性能试验结果，常规耐久性能试验结果

高性能海工混凝土的氯离子扩散系数和抗冻性能;高性能海工混凝土与普通混凝土相比较，具有优良的工作性能、相近的物理力学性能和优异的耐久性能，尤其是其耐海水腐蚀性能，混凝土氯离子扩散系数可小于3.0～1.0E-12m2/s

5海工耐久性混凝土的质量保证措施

5.1影响海工耐久性混凝土质量的因素高性能海工耐久性混凝土一般通常具有较高的胶凝材料用量、低水胶比与掺入大量活性掺合料等配制特点，致使高性能混凝土的硬化特点与内部结构同传统的普通混凝土相比具有很大的差异，随之带来了它的早期体积稳定性差、容易开裂等问题。而混凝土的裂缝正是在使用阶段环境侵蚀性介质侵入的通道，进而削弱其耐久性。

5.2提高海工耐久性混凝土质量措施在试验过程中发现，浇筑的混凝土由于阳光直射温度较高产生温差过大的现象，同时由于海湾地区海风比较强烈也容易造成混凝土表面失水过快，混凝土表面收缩较大而导致混凝土开裂。因此，在实际浇筑混凝土过程中，T梁或其它结构的混凝土浇注完毕后应立即在顶面和四周采取保温保湿措施。对于T梁等大型预制构件，由于预制场地的限制和施工进度要求，采用低温蒸养的方式。

对于现浇混凝土，混凝土成型抹面结硬后立即覆盖土工布，砼初凝后立即进行浇水养护，养护用水为外运淡水,记录每天的温度和风向，避免混凝土干湿交替，拆模前12小时拧松加固螺栓，让水从侧面自然流下养护，侧面拆模不小于48小时。

6结语