高速铁路-高性能混凝土知识培训.ppt

1、新建云桂铁路（云南段）建设 高性能混凝土知识培训,西南交通大学,第一部分：高性能混凝土基本理论知识 第二部分：高性能混凝土相关技术标准 第三部分：高性能混凝土配制技术 第四部分：高性能混凝土施工要点,第一部分高性能混凝土基本理论知识,主要内容1、引言 2、高性能混凝土的发展与应用现状 3、高性能混凝土的组成与结构,1、引言,铁路发展迅猛。 铁路承重混凝土都要按照高性能混凝土进行设计。 结构的耐久性对混凝土提出了高性能的要求。 （混凝土材料工作性、耐久性、稳定性、经济型）,北京-上海客运专线1300Km,北京-沈阳-哈尔滨客运专线 含:京秦沈快速客运通道700Km天津-秦皇岛与哈尔滨-大连116

2、0Km,徐州-郑州-兰州客运专线1400Km,青岛-石家庄-太原客运专线770Km,南京-武汉-重庆-成都客运专线1900Km,杭州-南昌-长沙客运专线880Km,杭州-宁波-深圳客运专线1600Km,北京-广州-深圳客运专线2230Km,中长期路网规划(2008年调整）,（一）客运专线 规划“四横四纵”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统，建设客运专线1.2万公里以上，客运速度目标值达到200km/h及以上。 “四纵”:京沪，贯穿京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区；北京-武汉-广州-深圳，连接华北和华南地区；北京-沈阳-哈尔滨，连接东北和关内地区；杭-宁-福-深，连接长、珠江三角洲和东

3、南沿海。,“四横”：徐州-郑州-兰州，连接西北和华东地区；杭州-南昌-长沙，连接华中和华东地区；青岛-石家庄-太原，连接华北和华东地区；南京-武汉-重庆-成都，连接西南和华东地区； 三个城际：环渤海地区、长江三角洲地区、珠江三角洲地区城际客运系统，覆盖区域内主要城镇。,（二）完善路网布局和西部开发性新线 以扩大西部路网规模为主，形成西部铁路网骨架，完善中东部铁路网结构，提高对地区经济发展的适应能力。规划建设新线约4.1万公里。,(三)路网既有线 加强既有路网技术改造和枢纽建设，提高路网既有通道能力。规划既有线增建二线1.9万公里，既有线电气化2.5万公里。 总体目标：规划从2003年开始，在2

4、020年前逐步建成。2010年阶段目标调整为：到2010年，全国铁路营业里程达到9万公里以上，其中客运专线约7000公里，复线、电化率均达到45%以上。,铁路混凝土结构： 1、桥梁（桩基、承台、墩身、托盘顶帽、垫石-支座、预制梁-桥面纤维混凝土、封端混凝土、现浇梁） 2、隧道（衬砌） 3、轨道系统（无碴轨道、有碴轨道、轨道板、轨枕、沥青混凝土防水层、低弹模低强度缓冲层） 4、涵洞,混凝土耐久性是国际工程界关注的重大课题。全世界因混凝土丧失耐久性造成的经济和社会损失十分巨大，每年的修复和重建费用高达百亿甚至上千亿美元。我国正处在高速发展时期，大规模的建设使每年的混凝土用量达数十亿立方米。 高速铁

5、路和客运专线的设计规定已明确要求“桥涵主要承重结构设计应满足100年使用年限设计”，这对延长结构寿命，提高我国混凝土材料及结构的技术水平将起到重要作用。 1997年江泽民签发了“中华人民共和国建筑法”，于1998年开始实施。2000年1月31日国务院颁发了“建设工程质量管理条例”（中华人民共和国国务院第279号令），首次以政令形式规定了“设计文件应符合国家规定的设计深度要求，注明合理使用年限”、“建设工程实行质量保修制度，基础设施工程最低保障期限为设计文件规定的该工程的合理时用年限。”,混凝土 定义：是一种将具有胶结性质的材料和骨料或集料（如石、砂）以及填料（粉细颗粒）混合并浇注成型后，经凝固

6、硬化而粘结成为整体的一系列建筑材料。 水泥混凝土Cement concrete沥青混凝土Asphalt Concrete 聚合物混凝土Polymer Concrete硫磺混凝土,With cement as cementitious materials and the most widely used materials in modern civil and architectural constructions,以水泥为胶结材，在现代土木建筑工程中最为 广泛应用的一类建筑材料。,水泥混凝土混凝土 Cement Concrete-Concrete,20世纪80年代，美国国家材料委员会提出：要

7、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。,1990年5月，在美国马里兰州Gaithers-burg 城由 NIST 和 ACI 主办了第一次关于HPC的国际研讨会，会议首次提出关于高性能混凝土的定义。,定义,高性能混凝土具有所要求的性能和匀质性的混凝土。例如易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、严酷环境中使用寿命长。采用传统的组分、普通的搅拌、浇注与养护操作，是不可能日常生产这种混凝土的。高性能混凝土国际研讨会（1990）,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：,易于浇注 早期强度 渗透性 水化热 体积稳定性,可捣实

8、、不离析 长期力学性质 密度 韧性 在服务环境中运行寿命长久,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。美国P.K.Mehta （1990）,高性能混凝土应具有高工作性（高的流动性、粘聚性与可浇注性）、低温升、低干缩率、高抗渗性和足够的强度。日本冈村甫（1992）,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凝土有若干特性必须同时满足，则必须将其中每一项都在合同书上规定清楚。 美国混凝土学会 1998,高性能混凝

9、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。吴中伟,国内高性能混凝土的定义,高性能混凝土 (high performance concrete) 以耐久性为基本要求并用常规材料和常规工艺制造的水泥基混凝土。这种混凝土在配比上的特点是掺加合格的矿物掺和料和高效减水剂，取用较低的水胶比和较少的水泥用量，并在制作上通过严格的质量控制，使其达到良好的工作性、均匀性、密实性和体积稳定性。混凝土结构耐久性设计与施工指南 （CCES

10、2004-01）,高性能混凝土:采用常规材料和工艺生产,具有混凝土结构所要求的各项力学性能,且具有高耐久性,高工作性和高的体积稳定性的混凝土.高性能混凝土应用技术规程(CECS207-2006),高性能混凝土与普通混凝土（相对的高）,客运专线高性能混凝土,1、较严格的原材料品质要求 2、混凝土强度等级无具体要求 3、流动度根据施工要求确定 4、均有含气量要求 5、电通量、抗裂性、抗碱骨料反应作为基本耐久性指标 6、根据环境作用等级和结构部位要求抗腐蚀、抗冻、抗渗性能等耐久性指标尚有一些未体现的指标如绝热温升、徐变、收缩等,高性能混凝土应该是一个体系，涉及到原材料、配合比、耐久性能、力学性能、搅

11、拌、浇注、振捣、养护、施工前中后的质量控制等方方面面。这些系统可以分解成多个技术，有些内容也是沿用了普通混凝土的相关规定。,1987年美国材料顾问委员会提交的一篇报告引起了轰动：约25.3万座桥梁的混凝土桥面板，其中部分使用不到20年，就已不同程度地破坏，且每年还将新增3.5万座。,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。根据国家公路合作研究计划1995年检查的结果表明：10万座混凝土桥面板是在混凝土浇筑后一个月内就出现间隔13米的贯穿性裂缝。,2、高性能混凝土的发展与应用现状,不是强度，而是混凝土的坚固性（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

12、的作用。P.K.Mehta 耐久性影响未来的关键问题,混凝土结构劣化破坏分类,1、磨蚀：机械磨耗、冲刷磨损、气蚀2、物理作用：干湿交替、水的渗透、冻融、盐的结晶3、化学作用：化学介质侵蚀（水解、软水、置换、硫酸盐）、AAR、CaO和MgO水化4、钢筋锈蚀：碳化引起、Cl-引起近代混凝土技术,铁路工程混凝土结构耐久性设计暂规 混凝土结构所处环境类别分为5种环境类别、17种环境作用等级。 (1)碳化环境 (2)氯盐环境 (3)化学侵蚀环境 (4)冻融破坏环境 (5)磨蚀环境。,混凝土结构劣化破坏原因分类,一个不透水，但存在非 连续微裂缝，且多孔的 钢筋混凝土结构,环境作用（第一阶段） （无可见损伤

13、） 1. 侵蚀作用 （冷热循环、干湿循环） 2. 荷载作用 （循环荷载、冲击荷载）,由于微裂缝和孔隙 连通起来，不透水性逐 渐丧失,环境作用（第二阶段） （损伤的开始与扩展） 水的渗入 O2、CO2渗入 酸性离子（Cl- , SO4-)渗入,A：以下原因使孔隙内静水 压增大、混凝土膨胀：钢筋 锈蚀、碱-骨料反应、水结 冰、硫酸盐侵蚀 B：混凝土强度与刚度降低,开裂、剥落与整体性丧失,混凝土受环境作用产生劣化的“整体性”模型,以耐久性为基本要求的高性能混凝土并不能避免环境对混凝土结构的破坏作用。但是，高性能混凝土可以延长混凝土结构的使用寿命。有关混凝土结构使用寿命的设计理论也越来越被人们关注。,

14、1 香港青马大桥 设计使用寿命120年，要求所用混凝土满足如下要求：Cl扩散系数小于910-13m2/s(1300库仑) 混凝土28天立方体试件配比强度50MPa普通水泥/2535%粉煤灰/6575%矿渣水泥用量350550kg/m3水胶比0.4胶结料中最大氯离子含量0.06%碱含量（折合Na2O） 3kg/m3,现代高性能混凝土的应用实例,2 英吉利海峡隧道 设计使用寿命120年，要求混凝土满足如下要求：Cl扩散系数小于K=1.410-13m/s (1300库仑)水泥采用两种当地海工用的水泥，C3A含量为0.690.77%, 400kg/m3水灰比0.350.32，坍落度100mm砂：由石灰

15、石碎石与石英石组成，01mm硅质河砂、04mm和38mm两级石灰石碎石粗骨料：粒径512.5mm的石灰石碎石。,现代高性能混凝土的应用实例,3 日本明石大桥设计使用寿命120年，桥墩混凝土采用免振自密实混凝土，桥面及梁采用泵送高性能混凝土。要求混凝土满 足如下要求：Cl扩散系数小于1000库仑W/B0.35，胶凝材料用量500kg/m3，其中水泥60，其余为矿渣及粉煤灰。,现代高性能混凝土的应用实例,大体积混凝土基础91d圆柱体标准强度为50MPa的大体积水下浇注高强缆索锚基（海面下5m到60m浇注9000立方米混凝土）和低强度（20MPa）桥墩。该工程的特点是要求混凝土温升很低、流动性很大、

16、流动性保持时间很长、浇筑量很大。,4、长江三峡大坝,现代高性能混凝土的应用实例,长江三峡大坝（2002/11/17）,东海大桥 杭州湾大桥 深港大桥（西部通道） 珠港大桥,国内明确了高性能混凝土全套技术措施的工程有： 1、青藏铁路 2、杭州湾大桥 3、客运专线高性能混凝土,高性能混凝土比较经典的著作有： 高性能混凝土 吴中伟 廉慧珍著 混凝土结构耐久性设计指南 陈肇元,3、高性能混凝土的组成与结构,3.1 混凝土如何高性能化 3.2 影响混凝土性能的因素 3.3 矿物掺合料 3.4 减水剂 3.5 小结,3.1混凝土如何高性能化（1）高性能混凝土的结构特点 高性能混凝土是在与普通混凝土相对比的

17、基础上提出的概念。相比而言： A、孔隙率很低 B、水化物中Ca(OH)2减少、CSH和AFt增多 C、未水化颗粒多，未水化颗粒和矿物细掺料等各级中心质增多，各中心质间距离缩短，有利的中心质效应增多，中心质网络骨架得到强化 D、界面过渡层厚度小，并且孔隙率低、 Ca(OH)2数量减少，取向程度下降,中心质假说示意图,(2)混凝土高性能化的途径和方法A 降低水胶比可大量减少水泥石的孔隙。在无外加剂掺入的情况下，水灰比大于0.5时混凝土才具有可施工的流动性。方法：掺入高效减水剂,水灰比与水泥石结构,水,水,方法：掺入矿物质掺合料,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(

18、OH)2在界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。改善砼中骨料与水泥石之间的界面结构，是高性能砼必须解决的关键技术。,B 改善砼中水泥石与粗骨料之间的界面结构,C 改善混凝土中水泥石的孔结构,引入封闭孔。 在相同的孔隙率下，封闭孔的渗透系数最低。方法：掺入优质引气剂。,优质原材料,3.2 影响混凝土性能的因素（1）水泥特性对混凝土影响 Cement influence on durability of concrete高含碱量、高比表面积、高C3S、高C3A、高SO3使水泥水化热大、水化快、早期强度高、徐变小、使混凝土延伸性低。易使混凝土温度收缩、自收缩和干燥收缩使混凝土开

19、裂。,（2）骨料特性对混凝土影响 Aggregate influence on durability of concrete,（3）拌和物特性对混凝土耐久性的影响,（4）矿物掺和料对混凝土性能的影响（5）外加剂对混凝土性能的影响,（6）浇筑特性对混凝土耐久性影响Cast influence on durability of concrete,（7）环境对混凝土耐久性的影响 Environment influence on durability of concrete,粉煤灰（FA）：发电厂煤粉燃烧后的未燃尽无机残渣。磨细矿渣粉（BFS）：主要成份为CaO2、Al2O3和SiO2等。来自于铁矿石

20、炼铁高炉。硅粉（SF）：硅和含硅合金时所产生的副产品。 偏高岭土粉（MK）：黏土经煅烧生成的无定形铝硅酸盐。天然沸石粉（NZ）。矿物掺合料的功能不同，起着不同的作用。重点讨论磨细矿渣粉和粉煤灰。,3.3 矿物掺合料,水泥、粉煤灰、矿渣的化学成分,矿物掺合料一般具有如下作用：1）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），同时生成胶凝性产物；3）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；4）延缓初期水化速率，形成较低水胶比、较大水灰比的有利环境；5）降低温升，改善徐变能力，减小早期形成热裂缝的危险。,1、填充效应2、流化效应3、耐久效应4、强度效应

21、,矿物掺合料产生效应,粉煤灰,粉煤灰也叫飞灰（fly ash），是由燃煤电厂烟囱收集的灰尘，其中含有大量的球状玻璃珠，以及莫来石、石英、和少量矿物结晶相。目前，全世界粉煤灰 年产量约500亿吨，美国每年排放粉煤灰大约超过2.5亿吨，大多数用于修建码头、堤坝、筑路以及用作混凝土的掺合料。我国1983年以来粉煤灰年均增加近400万吨；到1997年，年排放量达1亿吨以上。主要用于建材、回填、筑路、建工、农（种植)业等方面。,粉煤灰的密度只有水泥的2/3，因此采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，获得普通混凝土条件下无法达到的使用效果。英国Dunstan M：必须把粉煤灰

22、当作除水泥、水和集料外的第四组分，而不是一种替代物来使用。（只有掺量超过25%时，粉煤灰对混凝土的性能才会有明显的改善）,扫描电镜下粉煤灰的形貌,粉煤灰对混凝土性能的影响,1. 新拌混凝土1）增加浆体含量、增大粘聚性、不易离析，改善可泵性，容易振实；2）延缓拌合物凝结时间，减小坍落度损失；3）减小泌水速率，但凝结时间延长(尤其低温季节），需要及早覆盖养护；4）降低水化热。,粉煤灰对混凝土性能的影响,2.硬化混凝土1）早期强度发展速率延缓（程度取决所用水泥），但也随温度升高加快；2）早期应力松弛作用强，抗裂性能好；3）后期微结构密实、强度增长幅度大，耐久性良好；4）预防混凝土的耐久性病害发生，如

23、碱骨料反应。5）提高混凝土抵抗环境因素劣化破坏的能力。抗硫酸盐侵蚀、抗氯离子渗透等。,大掺量粉煤灰混凝土强度发展规律,水泥 150 kg/m3; 粉煤灰200 kg/m3； 水胶比 0.29 混凝土抗压强度： 3天 22MPa（试件） 7天 34MPa28天 52MPa90天 70MPa365天 100MPa,目前，国内外绝大多数有关粉煤灰混凝土的研究，都是在相同胶凝材料用量前提下，变化水泥与粉煤灰掺量，而不调整混凝土水胶比；以等坍落度评价拌合物的工作度；以检测普通水泥混凝土的20养护试件进行比较研究，其结果必然是随着粉煤灰掺量增大、水泥用量减少，混凝土的强度发展速率和抗碳化等耐久性能指标下降

24、。实际上，在骨料、粉煤灰的质量改善的前提下，变化拌合物的水胶比、适当调整混凝土拌合物的坍落度，完全可以配制出粉煤灰掺量大、强度发展满足工程要求，且其他性能优异的高性能混凝土。,磨细高炉矿渣,矿渣是在炼铁炉中浮于铁水表面的熔渣，排除时用水急冷，得到水淬矿渣。磨细矿渣是将这种粒状高炉水淬矿渣干燥，再采用专门的粉磨工艺磨至规定细细度，在混凝土配制时掺入的一种矿物掺合料。我国每年高炉矿渣排量约为4000万吨以上，大约3400万吨被水泥工业利用。,1）需要干燥后粉磨，使用成本较高； 2）密度、需水量与水泥接近，需水量随粉磨细度变化小； 3）随细度增大，混凝土早期强度发展加快，适用于蒸养制品； 4）开始水

25、化后呈加速，比水泥快，掺量在70%以上，才能起明显降低温升效果。,水泥颗粒,微矿粉颗粒,微矿粉颗粒,水化硅酸钙凝胶,氢氧化钙晶体,无微矿粉混凝土的水化产物,掺加微矿粉混凝土的水化产物,致密的水化硅酸钙凝胶,3.4 外加剂,高性能混凝土所用外加剂，建议由使用者选购合适的高效减水剂母液，根据使用要求和所用原材料自己进行复配和试验，出售复配高效减水剂的厂家应当像出售药品那样，在说明书上注明主要成份，以便用户根据需要选用，使用者也不要购买那些“不知道都加了什么”的产品。,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（超塑化剂）是高性能混凝土必要的组分，正是因为高效减水剂的出现，才

26、使得混凝土的水胶比能降得很低却仍可有很好的工作性，高性能混凝土的实现才成为可能。,3.4.1 高效减水剂高效减水剂又称为超塑化剂，其区别于普通减水剂之处，就在于减水率高。普通减水剂的减水率一般为5%10%，而高效减水剂的减水率可达15%30%；普通减水剂的掺量不能超过限制值（如木质素磺酸盐类减水剂的掺量不能超过0.3%)，而高效减水剂则可以较高比例掺入水泥，并对混凝土无不利影响。,聚羧酸系减水剂的特点：（1）高减水率 水泥的分散能力强，减水率高，可大幅度降低砼单方用水量,不同外加剂的用量与减水率关系,（2）坍落度损失小混凝土拌合物的流动性大，且保持混凝土坍落度损失功能好；,高强混凝土坍落度的经

27、时变化,萘磺酸盐系高效减水剂是一种刚性链横卧吸附，减水率相对低，控制坍落度损失功能差。聚羧酸系减水剂是齿轮型、引线型吸附。在水泥颗粒表面，形成立体排斥力。减水率高，控制坍落度损失功能好。,水泥粒子对减水剂吸附形态，因减水剂的类型及结构而不同，对减水性能及控制坍落度损失均有很大影响。,萘系减水剂,特种木质素磺酸盐,聚羧酸盐,化学外加剂吸附模型,减水剂控制坍落度损失机理,（3）不含Na2SO4,碱含量低，对混凝土耐久性有利。 （4）收缩小，对防止混凝土开裂有利 （5）分子结构易于设计，容易接枝合成不同性能要求的产品 ,3.4.2 缓凝剂 夏季施工时，在高性能混凝土中复合使用缓凝剂可以延长凝结时间，

28、减少坍落度的损失，同时，因缓凝剂可控制混凝土的硬化速度，并因延缓凝结而可消除冷缝，减少施工的困难，有些缓凝剂（如酒石酸）还具有一定的分散作用，与高效减水剂一起使用后，可提高减水率，增加混凝土的流动性。,不同混凝剂存在与高效减水剂的匹配和与水泥的相容性问题，使用前应进行试验。缓凝剂的掺量要严格控制，以免因过多而影响混凝土的早期强度或凝结时间过长。,3.4.3 引气剂谨慎地在高性能混凝土中使用一定量的引气剂，在混凝土中形成一些细小的圆形封闭气孔，可进一步提高混凝土的流动性，减少拌合物的离析和泌水，提高混凝土的均匀性，改善混凝土的耐久性（抗渗性、抗冻性能）。 3.4.4 其他外加剂 寒冷地区冬季施工

29、用的防冻剂一般是针对普通混凝土而开发出产的，掺入后，强度会有较大的损失，而且还会影响混凝土的其他性能，故最好不用防冻剂，而采取其他措施。高性能混凝土由于其水胶比很低而又足够的早期强度，除非要求很特殊，通常都不用早强剂。应为早强剂虽然可以加速混凝土的强度发展，但对强度的长期发展不利。,水泥和外加剂的适应性问题,适应性的问题成为困扰混凝土工作者的一个难题，影响外加剂的应用效果和推广应用。设计水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识。 适应性的概念 水泥与减水剂适应时： 减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；没有离析和泌水现象；坍落度随时间变化损失相应较小；对混凝土的强度等性能

30、无负面影响。 不适应时：初始坍落度小、坍落度损失快、离析、泌水、外加剂用量增加。,水泥与高效减水剂适应性包括三个方面： 初始流动性 高效减水剂是否有明确的饱和点 流动性损失情况,水泥的物理化学性能对适应性的影响,水泥的矿物组成和反应能力 C3A活性（取决于其形态和熟料硫化程度） 吸附顺序C3AC4AFC3SC2S，在高效减水剂掺量相同的情况，C3A和C4AF含量较高的水泥浆体中，减水剂的分散效果较差。,水泥的细度,水泥的比表面积越大，对减水剂的吸附量就越多，水泥磨细使减水剂的饱和掺量增大，并加大了水泥浆体的流动性损失。,混合材品种,高效减水剂： 对矿渣水泥和粉煤灰水泥的适应性较好，矿渣和粉煤灰

31、的掺入可使水泥浆体的流动度增大，流动度损失减小； 对火山灰、煤矸石及窑灰为混合材的水泥的适应性较差，要达到预期的效果，需要适当增加高效减水剂的掺量。,提高水泥的颗粒形态,水泥颗粒级配和颗粒球形度的变化对减水剂的饱和掺量影响不大，但影响了水泥浆体的初始及1hr后的流动度。,优化混合材细度和掺量,混合材的辅助减水作用主要有三个作用 颗粒吸附作用 颗粒堆积作用 颗粒球形作用 提高混合材比表面积可提高水泥强度、改善与减水剂的适应性，使生产优质水泥的可行性措施之一。 此外，水泥的合理的颗粒级配、陈化时间、碱含量（可溶性石膏掺量、石膏形态-半水石膏）。,高效减水剂和水泥之间的适应性是一个十分错综复杂的问题

32、，目前还不能完全从理论上来解释这一现象。 工程现场遇到适应性问题，首先遵照一般规则将不适合的水泥和高效减水剂排出，其次在多次试验的基础上，利用简易试验测定料浆的粘度，将水泥和外加剂品种的选择范围缩小，最后还必须试拌混凝土来尝试解决。,3.5 小结,选用品质良好的原材料，较低的水胶比和较少的水泥用量，合理的应用矿物掺合料和高性能引气减水剂是实现混凝土高性能化的主要技术途径。高效减水剂能降低砼的水灰比、增大坍落度和控制坍落度损失，赋予混凝土高的密实度和优异的施工性能。矿物掺合料填充胶凝材料的空隙，参与胶凝材料的水化反应，除了降低水化热、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

33、性与强度。,高性能混凝土效益分析,HPC工作性好，耐久性好，其成本与同级高强混凝土相比如何?这是需关心的另一问题。本文仅对二者胶凝材料和外加剂成本做如下比较，见下表。,据上表比较可看出：在相同强度等级时，HPL比同级Hsc直接节约32588元/m 。按推广1000万m年，HPC节约材料费40 元/m计，仅材料节约就达4亿元/年。,内容之二高性能混凝土相关 技术标准,1、标准简介 2、混凝土耐久性要求 3、混凝土的质量要求3.1 原材料的质量要求与检验3.2 混凝土拌和物的要求与检验3.3 混凝土耐久性的检验与要求,1、关于标准的简介,标准：对重复性事和概念所做的统一规定。 标准、规范、规程、技

34、术条件等都属于标准。 标准分为四级：国家标准、行业标准、地方标准、企业标准。 标准分为两类：强制性标准、推荐性标准。 标准还分为两种：产品标准、工程建设标准。,强制性标准、推荐性标准： 强制性标准是保障人体健康、人身、财产安全的标准和法律、 行政法规规定强制执行的标准。 其他标准是推荐性标准，这仅限于国家标准和行业标准。 从标准的代号就可以区分：强制性标准的代号是GB、TB；推荐性标准的代号是GB/T、TB/T。 推荐性标准一经合同双方确认采用，其内容也应全部执行。,两种标准：产品标准、工程建设标准。产品标准：如钢材标准、水泥标准、道碴标准、轨 道扣件标准、预制成品梁标准、电气设备标准等。产品

35、标准的 国家标准由国家质量监督检验检疫总局管理，铁道行业标准由 铁道部科技司管理。工程建设标准：包括勘察设计规范、施工规范、质 量验收标准、施工安全规程等。工程建设标准的国家标准由国 家质量监督检验检疫总局和建设部共同管理，铁道行业标准由 铁道部建设管理司管理。,设计规范、验收标准、施工指南,原施工规范,原验收标准,施工指南,验收标准,评优标准,（推荐性）,（强制性）,（推荐性）,施工规范、验标分离合并示意图,客运专线铁路相关设计规范,京沪高速铁路设计暂行规定（300350 km/h） 新建时速300350 km客运专线铁路设计暂行规定 新建时速200250 km客运专线铁路设计暂行规定 客运

36、专线铁路无碴轨道设计指南 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定,客运专线铁路相关施工指南,客运专线铁路轨道工程施工技术指南 客运专线铁路路基工程施工技术指南 客运专线铁路桥涵工程施工技术指南 客运专线铁路隧道工程施工技术指南 铁路混凝土工程施工技术指南,铁道部“铁建设 2005160号文”发布的5项 工程施工质量验收标准,客运专线铁路路基工程施工质量验收暂行标准 客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准 客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准 客运专线铁路轨道工程施工质量验收暂行标准 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 上述5项标准，自2005年9月起施行。,客运专线高性能混凝土相关技术标准,客

37、运专线高性能混凝土暂行技术条件 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件 客运专线有碴轨道预应力混凝土轨枕暂行技术条件 客运专线有碴轨道预应力混凝土碴枕暂行技术条件,各技术标准的适用范围设计暂规:铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设2005157号）:适用于铁路混凝土结构在环境作用下的耐久性设计。验收标准： 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准：适用于客运专线铁路混凝土工程施工质量验收。（喷射混凝土和特种混凝土除外） 客运专线铁路隧道工程施工质量验收暂行标准：适用于旅客列车设计行车速度200-350km/h的标准轨距客运专线

38、铁路隧道工程施工的质量验收。 客运专线铁路桥涵工程施工质量验收暂行标准：适用于旅客列车设计行车速度200-350km/h的标准轨距客运专线铁路桥涵工程施工的质量验收。,技术条件：客运专线高性能混凝土技术条件：适用于客运专线新建桥梁、隧道、涵洞、轨道、路基支挡等结构用混凝土。客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件：适用于新建客运专线单线、双线及多线道碴桥面的先张法、后张法预应力混凝土预制简支梁及先简支后连续的预制简支结构（以下统称预制梁），无碴桥面预制梁可参考应用。350km/h客运专线有碴轨道预应力混凝土轨枕本技术条件：适用于时速350km的高速铁路有碴轨道用轨枕。,耐久性是对铁路混凝土的基本

39、要求,2、混凝土耐久性的要求,2.1耐久性的定义耐久性，主要是环境作用下的耐久性。 环境对混凝土结构材料的作用因素，主要涉及温度和湿度及其变化（干湿交替、冻融循环），以及环境中的水、气、盐、酸等物质。环境作用所造成的材料劣化则表现为钢筋的锈蚀和混凝土的腐蚀与损伤。,2.2 耐久性的基本规定,1、设计使用年限一级（100年）、二级（60年）、三级（30年） 2、环境类别及作用等级依据结构物所处环境条件分为：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5 个环境类别，17个作用等级。 3、混凝土耐久性指标依据结构物所处环境条件和设计使用年限提出。,碳化环境作用,空气中的CO2从混凝土

40、表面扩散到混凝土内部，与混凝土内呈碱性的水泥水化产物Ca(OH)2起反应，生成中性的CaCO3，降低混凝土的碱度，使钝化膜不能继续维持而破坏，并在水份和氧的参与下持续锈蚀。,碳化环境,注：当混凝土薄型结构的一侧干燥而另一侧湿润或饱水， 其干燥一侧混凝土的碳化环境作用等级应按T3级考虑。,氯盐环境作用,氯离子从混凝土表面扩散到钢筋位置并积累到一定浓度（临界浓度）后，也能使钝化膜破坏。混凝土内的钢筋碳化锈蚀和氯盐锈蚀都是电化学腐蚀过程，都必须有水份和氧的参与。氯盐不仅能破坏钢筋表面钝化膜而引起钢筋锈蚀，而且能和混凝土中的Ca(OH)2发生离子互换反应生成易溶的（如CaCl2）或疏松无胶凝性(如Mg

41、(OH)2)的产物，破坏混凝土材料的微结构。在有冰冻情况下，盐冻能使混凝土表面起皮剥落。除冰盐（一般为氯盐）不但能对钢筋造成严重锈蚀，而且对表层混凝土有很大破坏作用。,氯盐环境,化学侵蚀环境作用,水、土中的硫酸盐、镁盐、酸等化学介质的作用。硫酸盐能与混凝土中的水化产物Ca(OH)2和水化铝酸钙发生化学作用生成石膏和钙钒石，造成体积膨胀使混凝土开裂剥落；在干湿交替的条件下，潮湿时侵入混凝土孔隙中的盐溶液当环境转为干燥后因过饱和而结晶，还会产生极大的结晶压力使混凝土破坏；酸能溶解混凝土中的Ca(OH)2等水化产物，破坏混凝土的内部结构和密实性；空气中的二氧化硫及氮氧化物等空气污染物与水结合形成酸雨

42、，对混凝土也有很大侵蚀作用。,化学侵蚀环境,注：1 对于盐渍土地区的混凝土结构，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晶侵蚀。 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。,冻融破坏环境,混凝土内的饱和孔隙水受冻膨胀产生压力，反复冻融可使混凝土表层开裂、浆体剥落、骨料裸露甚至崩落。,冻融破坏环境,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

43、区和寒冷地区最冷月的平均气温t分别为：t -8oC, -8 oC t -3 oC 微冻地区最冷月的平均气温t分别为： -3 oC t2.5 oC。,磨蚀环境,2.3混凝土耐久性指标,1、电通量,2、抗裂性,3、混凝土保护层厚度,4、抗碱骨料反应性能,5、氯盐环境下混凝土的电通量,6、化学侵蚀环境下混凝土的电通量,7、冻融破坏环境下混凝土的抗冻性,8、混凝土耐磨性对比试验,9、附加防腐蚀措施涂层钢筋表面涂层阻锈剂,小 结,电通量是高性能混凝土施工全过程中必做的耐久性指标 抗碱-骨料反应是基本的耐久性控制指标 抗裂性是配合比选定过程中进行的比对性试验 耐腐蚀性能是配合比选定过程中的必试项目 其它指

44、标依据实际环境条件开展,混凝土质量检验要求,3.1原材料的要求与检验 由于混凝土耐久性的需要，对原材料的品质要求在现行行业标准的基础上有所提高 。 原材料的验收分为：进场检查、复检和日常检验，应按频次以及规范中要求的检验方法进行检验，并确保各项指标满足要求的原材用于铁路混凝土施工。,原材料的技术要求-水泥,硅酸盐水泥或者普通硅酸盐水泥，掺合材宜为矿渣或者粉煤灰，（提供掺合材的种类和掺量）。有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中抗硫酸盐硅酸盐水泥或高抗硫酸盐硅酸盐水泥。不宜使用早强水泥。水泥的技术要求除应满足国家标准的规定外，还应满足下表规定 。,注：1 碱硅酸反应，水泥的碱含量不超过0.60%。

45、2 C40及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过0.60%。,原材料检验要求-水泥,原材料的技术要求-粉煤灰,矿物掺合料宜为矿粉、磨细粉煤灰、粉煤灰和硅灰。 梁体混凝土宜采用粉煤灰或磨细矿渣粉。,原材料检验要求-粉煤灰,原材料的技术要求-矿渣粉,原材料检验要求-矿渣粉,原材料的技术要求-细骨料,细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天 然中粗河砂，也可选用专门机组生产的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海 砂。梁体必须使用天然河砂。坚固性不超过8% ；吸水率应不大于2。,原材料的检验要求-细骨料,原材料的技术要求-粗骨料,1、粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀 系

46、数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。 梁体：粗骨料应为坚硬耐久的碎石。C50及以上混凝土碎石的 最大公称直径小于25mm。 2、粗骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于 1500kg/m3，紧密空隙率宜小于40%，吸水率应小于2%（用 于干湿交替或冻融循环下的混凝土应小于1%）,原材料的技术要求-粗骨料,4、粗骨料坚固性指标,3、当粗骨料为碎石时，碎石的强度用岩石抗压强度表示，且岩石抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5（卵石根据岩石种类参照有关规定）。 梁体规定：碎石母岩抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2， 施工过程中可按压碎指标进行控制。,原材料的技术要求-

47、粗骨料,5、粗骨料有害物质含量,原材料检验要求-粗骨料,骨料的碱活性,1、细骨料碱活性细骨料的碱活性应采用砂浆棒法进行检验，且细骨料的砂浆 棒膨胀率应小于0.10%，否则应采取抑制碱骨料反应的技术 措施。 2、粗骨料的碱活性应首先采用岩相法检验。若粗骨料含有 碱硅酸反应活性矿物，其砂浆棒膨胀率应小于0.10%，否则 应采取抑制碱骨料反应的技术措施。不得使用具有碱碳酸 盐反应活性的骨料。 3、抑制碱骨料反应的有关规定及技术措施骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率或碱碳酸盐反应岩石 柱膨胀率应小于0.10%；,骨料的碱活性,当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.100.20%时，混 凝土的碱含量应满足规定；

48、当骨料的砂浆棒膨胀率在0.20 0.30%时，除了混凝土的碱含量应满足规定外，还应在混凝 土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺合料和复合外加剂，并 应进行抑制效能试验； 梁体:应优先采用非活性骨料。选用的骨料在试生产前应进行碱活性试验；当所采用骨料的碱-硅酸反应膨胀率在0.100.2时，混凝土中的总碱含量不应超过3.0kg/m3，且按客运专线高性能混凝土暂行技术条件的要求进行掺和料和复合外加剂抑制混凝土碱-骨料反应有效性评价。,原材料的技术要求-外加剂,原材料-外加剂,原材料的技术要求-水,pH值、不溶物、可溶物、氯化物、硫酸盐、硫化物、碱含量、凝结时间、28d抗压强度比,预制梁中对原材料的不同技

49、术要求,梁体技术条件中对原材料提出更加严格或具体的要求： 水泥：品质稳定、强度等级不低于42.5级的低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐水泥。 掺合料：仅限粉煤灰和矿渣。 细骨料 ：应采用硬质洁净的天然河砂，细度模数为2.63.0。 粗骨料：应为坚硬耐久的碎石，压碎指标不应大于10，母岩抗压强度与梁体混凝土设计强度之比应大于2，针片状颗粒含量不应大于5。,原材料小 结,高性能混凝土对原材料有更加严格全面具体的要求。混凝土对原材料的检验有明确的检验频次要求。,3.2 混凝土力学性能抽检要求,3.3混凝土拌合物性能抽检要求,3.4实体混凝土质量抽检要求,各技术标准中施工过程检验控制,内容之三高性能混凝土配制技术,混凝土的强度、耐久性主要取决于水泥石的强度及耐久性、骨料的强度以及水泥石与骨料之间的粘结强度与耐久性，选择合适的原材料、优化配比参数以提高这三者强度、耐久性和混凝土工作性是高性能混凝土配合比设计的关键。,