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高性能混凝土应用技术new

添加日期:2016/2/24 11:27:22   作 者:魏伟  来源:   浏览次数:

 摘要:

本文主要介绍了高性能混凝土(High Performance ConcreteHPC)发展和研究现状,讲述了高性能混凝土的特性,高性能混凝土在研究中的应用,并对其发展趋势作出展望。随着我国建筑向高层化、大型化、现代化的发展,HPC必将成为新世纪的重要建筑工程材料。

 

关键词:高性能混凝土;耐久性;体积稳定性;强度;技术途径

 

引言

 

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。从20世纪以来,混凝土就己成为房屋建筑、桥梁、水利、公路等现代工程结构首选材料,混凝土作为土木工程中最大宗的人造材料,其用量巨大。并且随着我国近年来工业化、城市化进程的加快,其用量将继续快速增长。人类进入21世纪,随着科学技术的快速发展,一种又一种新型混凝土涌现出来。混凝土能否长期作为最主要的建筑结构材料,除其本身必须具有高强度、高工作性、高耐久性等性能外,还在于其能否成为绿色材料。因此绿色高性能混凝土是现代混凝土技术发展的必然结果。

 

1 高性能混凝土的特

 

1.1高耐久性能

高性能混凝土的重要特点是具有高耐久性, 而耐久性则取决于抗渗性,抗渗性又与混凝土中的水泥石密实度和界面结构有关。由于高性能混凝土掺加了高效减水剂,其水胶比很低,水泥全部水化后,混凝土没有多余的毛细水,孔隙细化,总孔隙率低;再者高性能混凝土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孔结构, 使其≥100μm的孔含量得到明显减少,矿物质超细粉的掺加也使得混凝土的早期抗裂性能得到了大大的提高。以上这些措施对于混凝土的抗冻融、抗中性化、抗碱-集料反应、抗硫酸盐腐蚀,以及其它酸性和盐类侵蚀等性能都能得到有效的提高。

胶凝材料用量及粉煤灰所占比例在进行配合比参数设计时,为保证混凝土的耐久性,混凝土中胶凝材料总量应处在一个适宜范围内,不仅有最低限要求,同时,对于C30及以下混凝土,胶凝材料总量不宜高于400kg/m3C35C40不宜高于450kg/m3。铁路客运专线大力提倡使用粉煤灰、矿渣粉等矿物掺和料,与普通硅酸盐水泥一起作为胶凝材料。使用粉煤灰等矿物掺和料,不单地考虑降低混凝土成本,首先是为了混凝土耐久性的需要,特别是可以有效改善混凝土抵抗化学侵蚀的能力(包括氯化物侵蚀、硫酸盐侵蚀、碱骨料反应等)。国内外的大量研究表明,粉煤灰的掺量在20%以上时,改善混凝土耐久性的效果较佳,更有研究资料表明,粉煤灰的最大掺量可达到50%左右。在《铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定》中明确规定,一般情况下,矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%,当大于30%时,混凝土的水胶比不得大于0.45

1.2抗氯盐污染

高性能混凝土耐久性的检验应符合现行水运行业标准《水运工程混凝土质量控制标准》JTJ269的有关规定,且表征其氯离子渗透性的电通量不应大于1000库仑。我国行业标准《海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范》JTJ275-2000对海港工程混凝土结构要求的高性能混凝土提出了如下技术指标:

混凝土拌合物

硬化混凝土

水胶比

胶凝物质总量(kg/m3)

坍落度(mm

强度等级

抗氯离子渗透性(C

0.35

400

120

C45

1000

    对混凝土原材料也提出了相应技术要求。减水剂的减水率不低于20%。掺合料应选用细度不小于4000cm2/g的磨细高炉矿渣、Ⅰ、Ⅱ级粉煤灰和硅粉等。细骨料细度模数在2.6-3.2之间。粗骨料最大粒径不宜大于25mm。在进行配合比设计时应通过降低水胶比和调整掺和料的掺量使抗氯离子渗透性指标达到规定要求。混凝土搅拌应采用强制搅拌机,搅拌时间应比常规混凝土延长40s以上。混凝土抹面后,应立即覆盖。终凝后,混凝土顶面应立即开始持续潮湿护养,在常温下,至少养护15d

适用范围:适用于海洋工程、冬季撒除冰盐的公路与桥梁工程、盐渍地区和距离海洋较近的岸上建筑物等处于氯盐污染环境下的建构筑物。

含气量的要求也是客运专线高性能混凝土与普通混凝土的重要区别之一。以往工程仅在有抗冻要求时才考虑适当提高混凝土的含气量,这是对混凝土耐久性的规律认识不足的表现。实际上,混凝土中适量的引气,不仅能改善抗冻性,同时可显著减轻混凝土的泌水性,使水在拌合物中的悬浮状态更加稳定,从而提高混凝土材料的均匀性和稳定性。因此,客运专线规定,即使配制非抗冻混凝土时,含气量也应不小于2%,并且作为施工质量控制的必检项目之一。为适当提高混凝土的含气量,并获得较佳的减水和保塑效果,可使用新型聚羧酸盐减水剂。

 

2 高性能混凝土的施工控制

 

搅拌:混凝土原材料应严格按照施工配合比要求进行准确称量,称量最大允许偏差应符合下列规定(按重量计):胶凝材料(水泥、掺合料等)±1%;外加剂±1%;骨料±2%;拌合用水±1%。搅拌时间不宜少于2min。炎热季节或寒冷季节搅拌混凝土时,必须采取有效措施控制原材料温度,以保证混凝土的入模温度满足规定。

运输:应采取有效措施,保证混凝土在运输过程中保持均匀性及各项工作性能指标不发生明显波动。应对运输设备采取保温隔热措施,防止局部混凝土温度升高(夏季)或受冻(冬季)。应采取适当措施防止水分进入运输容器或蒸发。

浇筑:混凝土入模前应采用专用设备测定混凝土的温度、坍落度、含气量、水胶比及泌水率等工作性能,只有拌合物性能符合设计或配合比要求的混凝土方可入模浇筑。混凝土的入模温度一般宜控制在530℃。混凝土浇筑时的自由倾落高度不得大于2m;当大于2m时,应采用滑槽、串筒、漏斗等器具辅助输送混凝土,保证混凝土不出现分层离析现象。混凝土的浇筑应采用分层连续推移的方式进行,间隙时间不得超过90min,不得随意留置施工缝。新浇混凝土与邻接的己硬化混凝土或岩土介质间浇筑时的温差不得大于15℃。

振捣:可采用插入式振动棒、附着式平板振捣器、表面平板振捣器等振捣设备振捣混凝土。振捣时应避免碰撞模板、钢筋及预埋件。采用插入式振捣器振捣混凝土时,宜采用垂直点振方式振捣。每点的振捣时间以表面泛浆或不冒大气泡为准,一般不宜超过30s,避免过振。若需变换振捣棒在混凝土拌合物中的水平位置,应首先竖向缓慢将振捣棒拔出,然后再将振捣棒移至新的位置,不得将振捣棒放在拌合物内平拖。

养护:高性能混凝土早期强度增长较快一般3天达到设计强度的60%7天达到设计强度的80%因而混凝土早期养护特别重要。通常在混凝土浇注完毕后,采取以带模养护为主浇水养护为辅使混凝土表面保持湿润。养护时间不少于14天。

质量检验控制:除施工前严格进行原材料质量检查外,在混凝土施工过程中,应对混凝土的以下指标进行检查控制:混凝土拌合物的水胶比、坍落度、含气量、入模温度、泌水率、匀质性。硬化混凝土:标准养护试件抗压强度、同条件养护试件抗压强度、抗渗性、电通量等。

 

3 清水混凝土技术

 

清水混凝土是指结构混凝土硬化后不再对其表面进行任何装饰,以混凝土本色直接作为建筑物的外饰面。以清水混凝土作为装饰面,对美观、色差、表面起泡等方面都有很高要求,因此在混凝土配制、生产、施工、养护等方面都应采取相应的措施。

3.1 混凝土配制

混凝土应使用同一种原材料和相同的配合比,混凝土拌合物应具有良好的和易性、不离析、不泌水。矿物掺合料作为混凝土不可缺少的组分,在考虑掺合料活性的同时,充分利用各种掺合料的不同粒径,在混凝土内部形成紧密充填,增强混凝土的致密性,在外加剂方面应进一步重视解决外加剂和水泥的适应性,减少混凝土的泌水率,减少混凝土坍落度的经时损失。除了不同水胶比将导致硬化后混凝土颜色变化外,骨料对外观的影响也不可忽视,因此同一个视觉面的混凝土工程,应采用相同类型的骨料。

3.2混凝土模板

为了使清水混凝土表面光滑无气泡,应根据不同强度等级混凝土选用不同材质的模板,而脱模剂除了起到脱模作用外,不应影响混凝土的外观。

3.3混凝土施工

    混凝土浇注时,混凝土下料口与浇筑面之间距离不能过大,否则混凝土易离析,振捣时以混凝土表面出浆为宜,同时应避免漏振和过振。

3.4混凝土养护

混凝土的养护应确保混凝土表面不受污染,充分合理的养护是保证混凝土硬化后表面和内在质量的关键。

3.5混凝土技术指标

     混凝土表面无裂缝、无明显气泡、色差、蜂窝麻面。

     混凝土表面平整、光滑,轴线、体型尺寸准确。

     大截面、变截面结构线条规则,棱角分明。

     梁柱接头通顺,无明确槎痕。

清水混凝土以其古朴稳重、自然、清纯的质感为建筑物增添了独特的装饰效果。一般多用于市政、交通、水利、航空等工程,近年来在住宅建筑上也逐渐被采用。

 

4 超高泵送混凝土

 

超高泵送混凝土技术一般是指泵送高度超越200m的现代混凝土泵送技术。改革开放以来,高层、建筑已达数千座,超高泵程混凝土技术已成为超高层建筑施工技术不可缺少的一个方面,并且已成为一种发展趋势受到各国工程界的重视。

4.1原材料品质

    配制超高泵程混凝土,其原材料较一般泵送混凝土有很大的区别。作为最基本的胶结材料——水泥,除了用量以外,还应充分考虑水泥的流变性,即水泥与高性能减水剂的相容性问题,两者相容性好才可获得低用水量大流动性、且坍落度经时损失小的效果。对于细集料其品质除了应符合《普通混凝土用砂量标准及检验方法》(JGJ52)外,对于不同强度等级的混凝土应选用不同细度模数的中砂。而掺合料作为高性能、高泵程混凝土的重要组成材料更需从活性、颗粒组成、减水效果、水化热、泵送性能等诸方面加以平衡选择。作为外加剂,单一成分的外加剂已不能很好发挥其作用,而单纯以减水为目的外加剂也不能达到超高泵程的混凝土的使用目的,外加剂的多组份复合,以及针对具体工程配制特定要求的外加剂已成为外加剂生产厂家加强现场服务的重要方面。

4.2混凝土配制

超高泵程混凝土配制的同时也要研究新拌混凝土的整体性、流动性与泵送性的互相关系。

4.3泵送设备

泵送混凝土离不开混凝土输送泵,因此高压力、大排量、耐磨损,适应性强的泵送设备也是必不可少的。此外泵送管道的设计,如何减小阻力,缩短路线也是泵送技术研究的一个方面。

4.4技术指标

     混凝土泵送高度>200m

     硬化混凝土性能符合设计要求。

     混凝土扩展度>600mm,倒锥法混凝土下落时间<20s

4.5适用范围

超高泵程混凝土适用于泵送高度大于200m的各种超高层建筑。

已应用的典型工程:金茂大厦:泵送高度382.5m,一次泵送174m3;恒隆广场:泵送高度388m,主楼标准层每层1000m3混凝土方量。

 

5 自密实混凝土技术

 

混凝土在自重的作用下,不采取任何密实成型措施,能充满整个模腔而不留下任何空隙的均质的混凝土称之为自密实混凝土。本技术提供的主要技术内容:对混凝土原材料的技术要求、自密实混凝土设计要点即流动性、充填性、抗离析性以及保塑性和自密实混凝土配合比设计等。

试验方法及评价指标:本技术给出了相应的试验方法和评价指标,并给出如何在工地控制自密实混凝土拌合物性能的具体规定。

使用范围:适用于难以用机械振捣的混凝土的浇筑。由于自密实混凝土细分含量较大,更应重视混凝土抗裂性能。在采取抗裂措施的情况下,自密实混凝土抗裂性能相对较差。不适用于连续墙、大面积楼板的浇筑。

 

                              6   

 

配制高性能混凝土要从原材料的选择配合比参数的合理确定等方面进行了论证通过掺入矿物微细粉和高性能化学外加剂的技术途径来解决,既可改善混凝土的性能,又能降低生产成本,有利于高性能混凝土的推广应用。

1)高性能混凝土,其性能与所处时代的发展相适应,又随着社会生产、生活的发展需要而发展,它有着鲜明的时代特征,即不能超越现实的可能,又必须按照时代的需要而发展。

2)高性能可持续性发展,是人们使生产和生活更加科学化为我们工作提出了一个行为准则。

3)混凝土的高性能不仅是产品自身的高性能,还包括生产的全过程。实现高性能必须有高性能的生产保证。可持续发展的要求确,要保护资源和环境,这不仅是要求产品自身、同时也要求生产的全过程都需要面临资源消耗和环境保护的问题,这是一个全行业的系列化问题,也就是关于绿色高性能混凝土的研究、生产与应用的问题。

 

                        参考文献

[1] 孙振平.绿色高性能混凝土与建筑工程材料的可持续发展

[2] 丁大钧.高性能混凝土及其在工程中的应用[M].北京:机械工业出版社,2007.

[3] 张长清.混凝土材料的环境资源问题和对策

[4] 陈肇元..混凝土结构耐久性设计与施工指南[M].北京中国建筑工业出版社2004.

 


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