高性能混凝土讲稿—高性能混凝土的发展和应用

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1、中铁三局高速铁路施工技术培训班资料高性能混凝土的发展与应用铁道部科学研究院2004.0315高性能混凝土的发展与应用谢永江[摘要]高性能混凝土（HighPerformanceConerete，简称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。HPC组成材料中必须具有矿物质超细粉和高效减水剂，HPC的ASTMC12026h总导电量应＜1000库仑，相应抗压强度≥60MPa。关键词高性能混凝土矿物质超细粉高效减水剂

2、导电量一、引言1990年5月在马里兰州，由美国NIST和ACI主办的讨论会上，HPC定义为具有所要求的性能和匀质性的混凝土。这些性能包括：易于浇注、捣实而不离析；高超的、能长期保持的力学性能；早期强度高、韧性高和体积稳定性好；在恶劣的使用条件下寿命长。也就是说，HPC要求高的强度、高的流动性与优异的耐久性。1993年，P.C.Aitcin和A.Neville发表了“高性能混凝土揭密”（HPCDemysitied）的文章，定义了高性能混凝土，并说明了高性能混凝土与高强混凝土的区别。混凝土达到高性能最重要的

3、技术手段是使用新型高效减水剂和矿物质超细粉。前者能降低混凝土的水灰比、增大坍落度和控制坍落度损失，也即赋予混凝土高的密实度和优异的施工性能；后者填充胶凝材料的空隙，参与胶凝材料的水化反应，除了提高混凝土的密实度外，还改善混凝土的界面结构，提高混凝土的耐久性与强度。可以说，20世纪60年代高效减水剂的发明与应用，使混凝土技术进入高强度与高流态的新领域；20世纪90年代的粉体工程，进一步使混凝土进入了高性能时代。在中国大陆，C60的高性能混凝土已广泛应用于桥梁、高层建筑及机场建设等工程；C80混凝土也在工程

4、中试点应用。在国际上强度为90MPa、100MPa、110MPa、120MPa、150MPa，甚至230MPa的高性能混凝土，在工程中都获得了应用。今后在高层与超高层建筑物、桥梁和严酷条件下工作的结构上，HPC会获得越来越多的应用。二、定义、方法与途径定义：（1）美国战略公路研究项目（SHRP）定义①W/C≤0.35；15②300次冻融循环，相对动弹模≥80%；③浇注后4小时内达到21MPa；24h时≥34MPa；28d时≥67MPa。（2）ACI定义易于浇筑捣实但不影响强度；长期力学性能好；高早期强度

5、；韧性好；体积稳定性好；在恶劣环境中长期强度好。（3）日本学者岡村的定义：免振自密实混凝土就是高性能混凝土。强度一般为40~45MPa，混凝土材料中除了水泥外，还有矿渣粉、粉煤灰及膨胀剂。（4）作者的观点W/C≤0.38，组成材料中必须含有高效减水剂和矿物质超细粉，混凝土56d的ASTMC12026h总导电量＜1000库仑；冻害地区冻融300次相对动弹模≥80%；抗压强度≥60MPa；并具有满足施工要求的流动性。途径：（1）W/C≤0.38按照Rüsch提出的相图，水灰比与水泥浆组成关系如图-1。图-1

6、水泥浆组成与水灰比关系(水泥水化程度100%)由图-1可见，当混凝土的W/C＞0.38（例如为0.5时），水泥全部水化后，水泥石中有水泥凝胶、凝胶水、毛细水和空隙。毛细水是可以在混凝土中扩散渗透的。也就是说，如果W/C＞0.38时，混凝土中有毛细管存在，抗渗性降低，耐久性降低。从图-2也可以看出来，水灰比（W/C）=0.2时，水泥颗粒没有全部水化，在硬化的水泥石中，还有一部分未水化的水泥颗粒。水灰比（W/C）＝0.6时，水泥颗粒已全部水化完，水泥石中还有多余自由水存在，水分蒸发后变成毛细管留下来，使抗渗

7、性和耐久性降低。只有当W/C=0.4时，水泥颗粒全部水化，既无毛细水也无未水化颗粒，混凝土具有良好的抗渗性。由此可见，高性能混凝土的水灰比必须≤0.38，才能具有高的抗渗性和耐久性。15CementgelWaterCementcornW/C=0.20W/C=0.60W/C=0.40W/C=0.40CementstoneCementpasteW/C=1.0图-2水灰比与水泥石结构（2）改善混凝土中水泥石与粗骨料之间的界面结构普通混凝土粗骨料与水泥石之间的界面上积滞着大量的Ca(OH)2；Ca(OH)2在界

8、面上的结晶与定向排列，是混凝土强度与耐久性低下的主要原因。因此，改善混凝土中骨料与水泥石之间的界面结构，是高性能混凝土必须解决的关键技术。高性能混凝土中，掺入部分矿物质超细粉，是改善界面结构的重要途径，如图-3所示。图-3含不含SF混凝土的界面区形成图3-2含与不含复合超细粉混凝土中骨料界面SEM(以20%复合粉等量取代水泥的混凝土，W/C=0.35，标养28d。)15（3）改善混凝土中水泥石的孔结构以20%的复合超细粉等量取代水泥，W/C