1、客运专线高性能混凝土,中铁二局工程测试中心,主要内容一、高性能混凝土的定义与特点 二、高性能混凝土的技术途径 三、高性能混凝土原材料的技术要求及选用 四、混凝土配合比的设计及选定工作 五、高性能混凝土配合比实例 六、高性能混凝土施工过程的质量控制 七、总结归纳,一、高性能混凝土的定义与特点 （一）高性能混凝土的定义 高性能混凝土一词译自High Performance Concrete(简称HPC)。-跨世纪的新型建筑材料。,美国国家标准与技术研究所（NIST）与美国混凝土协会（ACI）于1990年5月在美国马里兰州盖瑟斯堡召开的学术会上首先提出：高性能混凝土是具有某些性能要求的匀质混凝土，必
2、须采用严格的施工工艺，采用优质材料配制的，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。,中国建材研究院的吴中伟（1978年起兼任清华大学教授、博士生导师，1994年当选为中国工程院院士）对高性能混凝土提出以下定义：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，高性能混凝土对下列性能有重点地予以保证：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低水胶比，选
3、用优质原材料，并除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。,海港工程混凝土结构防腐蚀技术规范JTJ275-2000对高性能混凝土的定义是： 用混凝土的常规材料、常规工艺。在常温下，以低水胶比、大掺量优质掺合料和较严格的质量控制制作的高耐久性、高尺寸稳定性、良好工作性及较高强度的混凝土。,铁路混凝土与砌体工程施工质量验收标准TB10424-2003将高性能混凝土定义为： 以耐久性作为设计指标，强度等级在C50及以上，具有高工作性、高抗渗性、高耐久性和体积安定性的混凝土。,（二）高性能混凝土的特点,1、高耐久性 铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定（铁建设2005157号）明确了混
4、凝土结构设计使用年限级别，见下表。,混凝土的耐久性指标一般包括混凝土的抗裂性、护筋性（电通量）、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱-骨料反应性等。,2、高工作性,主要指混凝土的和易性（坍落度、粘聚性、保水性），良好的施工性能。 可以用坍落度、扩展度、含气量、泌水率等指标来衡量。,3、高体积稳定性,收缩、徐变小,二、高性能混凝土的技术途径,（一）选择优质原材料 1、选用低水化热和低碱含量的水泥，尽可能避免使用早强水泥和高C3A含量的水泥； 2、选用球形粒形、吸水率低、空隙率小的洁净骨料，严格控制骨料的针片状颗粒含量和空隙率，粗骨料宜采用二级或多级级配； 3、适量掺用规定品质的优质粉煤灰、磨细矿渣粉等矿
5、物掺和料或复合矿物掺和料； 4、采用具有高效减水、适量引气、能细化混凝土孔结构、能明显改善或提高混凝土耐久性能的复合外加剂，尽量降低拌合水用量。,（二）严格进行混凝土配合比的设计,严格控制混凝土的最大水胶比、最小胶凝材料用量和最大胶凝材料用量，尽可能减少混凝土胶凝材料中的水泥用量；,（三）加强混凝土施工过程控制,通过施工前对原材料品质和配合比混凝土耐久性进行检验，施工过程对原材料品质和混凝土耐久性进行批量抽检以及各工艺流程的控制，施工后对实体混凝土的表观质量进行检查，实现对混凝土施工全过程的质量监控，从而确保混凝土的长期耐久性能。,三、高性能混凝土原材料的技术要求及选用,（一）水泥水泥应选用低
6、碱、非早强的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥，水泥中的混合材只能是粉煤灰或矿渣。其技术指标应满足表1的规定。,表1 水泥的技术要求,1、C3A含量（8%）,表2 水泥熟料主要成份性能比较,2、水泥中的碱含量（0.6%）,水泥中碱含量按Na2O+0.685K2O计算值来表示。 增加混凝土的开裂倾向. 引发混凝土的碱骨料反应。,（二）矿物掺和料,矿物掺和料应选用品质稳定的产品，其品种宜为粉煤灰、磨细矿渣粉。粉煤灰的技术要求应满足表3的规定，磨细矿渣粉的技术要求应满足表4的规定。,表3 粉煤灰的技术要求,表4 矿渣粉的技术要求,氯离子含量,粉煤灰、磨细矿渣粉的氯离子含量分别不大于0.02%、 0.06%
7、，考虑到混凝土的总氯离子含量还有限制，当工程上不得不采用氯离子含量大于0.02%的粉煤灰、氯离子含量大于0.06%磨细矿渣粉时，必须严格控制混凝土的总氯离子含量满足下列要求： （1）钢筋混凝土结构中各种原材料引入的氯离子含量不得超过胶凝材料总量的0.1 （2）预应力混凝土结构中各种原材料引入的氯离子含量不得超过胶凝材料总量的0.06,3、矿物掺和料在高性能混凝土中的作用,（1）提高抗化学侵蚀的能力，增强混凝土耐久性 显著地提高其抗离子渗透性，增强对混凝土的护筋性。 对硫酸盐和海水的腐蚀有较好的抵抗能力 对碱-骨料反应也有抑制作用。,（2）改善混凝土拌和物的和易性,掺入矿物掺和料的高性能混凝土有
8、很好的流动性、粘聚性 、保水性,（3）降低混凝土的温升,表5 水泥累积最终放热量（kJ/kg）统计表,（4）增进混凝土的后期强度,掺入矿物掺和料时，混凝土的早期强度随掺量的增加而降低，但后期强度会有较大幅度的增长。,（三）细骨料,1 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河砂。细骨料的品质应符合下表6、表7的要求,表6 细骨料的累计筛余百分数,表7 细骨料的技术要求,配制混凝土时宜优先选用中砂。,按细度模数分为： 粗砂 3.73.1 中砂 3.02.3 细砂 2.21.6 （用于预制梁时，砂的细度模数要求为2.63.0，喷射混凝土用砂细度模数应大于2.5 ）,3 当河
9、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。,石粉含量（人工砂中公称粒径小于0.08mm，且其矿物组成和化学成分与被加工母岩相同的颗粒含量）-亚甲蓝试验确定 含泥量（砂、石中公称粒径小于0.08mm的颗粒含量）-水洗法确定,（四）粗骨料,1 粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。 2 粗骨料的最大公称粒径钢筋的混凝土保护层厚度的2/3，且钢筋最小间距的3/4。 配制强度等级C50及以上预应力混凝土时，粗骨料最大公称粒径（圆孔筛）25mm。 轨道板混凝土用粗骨料的最大公称粒径20mm。 喷射混凝土中的粗骨料最大粒
10、径15 mm。,3 粗骨料应选用二级或多级级配，掺配比例通过试验确定。粗骨料的品质应符合下表8、表9的要求,表8 粗骨料的技术要求,注： 不得使用具有碱碳酸盐反应活性的骨料。 喷射混凝土宜采用连续级配，含泥量不应大于1%，泥块含量不应大于0.25%。,表9 粗骨料的压碎指标值（%）,注： 沉积岩（水成岩）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。 用于梁体时，应采用坚硬耐久的碎石，压碎指标不应大于10%。,（1）吸水率,吸水率大的骨料，配制的混凝土会有较大的长期收缩，影响混凝土的抗裂性。,（2）碱活性骨料,能在
11、一定条件下与混凝土中的碱发生化学反应导致混凝土产生膨胀、开裂甚至破坏的骨料。 碱-硅酸反应 碱-碳酸反应（不得使用具有碱-碳酸反应的骨料常见活性骨料:蛋白石、微晶白云岩,（五）外加剂,1、外加剂应选用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显改善或提高混凝土耐久性能的质量稳定产品。 2、外加剂与水泥之间应有良好的相容性。 3、采用的复合外加剂应经铁道部鉴定或评审，并经铁道部质量监督检验中心检验合格后方可使用，且应在铁道部科技司公布的“合格客运专线高性能混凝土用外加剂产品及其生产企业”名单之内。 4、外加剂的品质应符合表10.1、10.2的要求 。,表10.1 聚羧酸系减水剂的技术要求,其他类型减
12、水剂的技术要求,表10.2 其他类型减水剂的技术要求,（六）拌和水,混凝土拌和用水可采用饮用水。当采用其他来源的水时，水的品质应符合表11的要求 。,表11 拌合用水的技术要求,四、混凝土配合比的设计及选定工作,（一）混凝土应满足的技术指标 1、和易性指标（坍落度、含气量、泌水率等） 2、力学性能指标（抗压强度、弹性模量等） 3、耐久性指标（电通量、抗渗性、抗冻性、抗裂性等）,依据：,铁路混凝土工程施工技术指南（TZ210-2005）、 客运专线高性能混凝土暂行技术条件、 客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件、 铁路混凝土工程施工质量验收补充标准（铁建设2005160号）、 铁路混凝土结构耐
13、久生设计暂行规定（铁建设2005157号） 关于印发铁路混凝土工程施工质量验收补充标准混凝土分项工程原材料标准局部修订条文的通知铁建设2009152号）,表12 桩身混凝土的技术指标,表13 客运专线预应力混凝土预制梁混凝土的技术指标,（二）混凝土配合比选定应遵循的基本规定,1、适量掺加优质的粉煤灰、磨细矿渣粉等矿物掺和料 （1）一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。 （2）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。 （3）预应力钢筋混凝土以及处于冻融环境中的混凝土的粉煤灰的掺量不宜大于30%。,2、最大胶凝材料用量要求,（1）C30及以下混凝土的胶凝
14、材料总量不宜高于 400 kg/m3； （2）C35C40混凝土不宜高于450 kg/m3； （3）C50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3。,3、碱活性试验要求,（1）砂浆棒膨胀率应小于0.10%。 （2）当骨料的碱硅酸反应砂浆棒膨胀率在0.10%0.20%时，混凝土的碱含量应满足表14的规定。 （3）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表14的规定外，还应在混凝土中掺加具有明显抑制效能的矿物掺和料和外加剂，并经试验证明抑制有效。,表14 混凝土最大碱含量（kg/m3）,注： “*”号表示混凝土必须换用非碱活性骨料。 混凝土的总碱含量包括水泥、矿物掺和料
15、、外加剂及水的碱含量之和。其中，矿物掺和料的碱含量以其所含可溶性碱计算。粉煤灰的可溶性碱量取粉煤灰总碱量的1/6，矿渣的可溶性碱量取矿渣总碱量的1/2，硅灰的可溶性碱量取硅灰总碱量的1/2。,4、混凝土的最大水胶比、最小胶凝材料用量要求,（1）不同环境条件下钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土的混凝土最大水胶比、最小胶凝材料用量应满足表15的规定。,表15 钢筋混凝土和预应力钢筋混凝土的最低强度等级、 最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3),（2）不同环境条件下素混凝土结构的混凝土最大水胶比、最小胶凝材料用量应满足表16的规定。,表16 素混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量(kg/m3),注
16、：“*”号表示不宜采用素混凝土结构。,5、氯离子总含量要求（包括水泥、矿物掺和料、粗骨料、细骨料、水、外加剂等所含氯离子含量之和）,（1）钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量-不应超过胶凝材料总量的0.10%， （2）预应力钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量-不应超过胶凝材料总量的0.06。,6、特定部位混凝土,（1）基桩混凝土 混凝土的配制强度应较在一般配制强度的基础上再提高10%20%； 胶凝材料用量不宜小于350kg/m3。,例：聚源特大桥、都江堰高架桥属H1条件，应满足下表17的要求。,表17 H1条件下桩身混凝土的最大水胶比和最小胶凝材料用量,（2）预应力混凝土预制梁混凝土,混凝土胶凝
17、材料总量不应超过500kg/m3，水胶比不应大于0.35。,（三）混凝土配合比设计、试配和调整,1、初步选定混凝土的各种原材料 2、根据环境作用等级选择水胶比、胶凝材料总量、矿物掺和料与外加剂的掺量 3、计算基准配合比混凝土各原材料单方用量，并核算单方混凝土的总碱含量、氯离子含量 是否满足要求。如不满足，重新选择原材料或调整计算配合比，至满足要求为止（普通混凝土配合比设计规程JGJ55-2000）,4、试拌混凝土，调配出坍落度、含气量、泌水率、表观密度符合要求的混凝土配合比； 调整外加剂用量、砂率、用水量 5、试配拌和物性能与要求基本接近的35个配合比。 改变水胶比、胶凝材料用量、矿物掺和料,
18、6、制作力学性能和抗裂性能对比试件 抗压强度试件每种配合比宜制作4 组，标准养护到1d、3d、28d、56d时试压 7、制作混凝土耐久性试件，养护至规定龄期进行耐久性试验 从上述配合比中选出拌和物性能、抗裂性优良、抗压强度适宜的一个或多个配合比成型。 8、确定理论配合比 原则：工作性优良、强度、耐久性满足要求、经济合理 9、对理论配合比进行校正（按工程实际原材料） 校正系数=实测拌和物表观密度/理论配合比拌和物表观密度,五、高性能混凝土配合比实例,（一）哈大铁路客运专线,1、工程概况,由中铁二局哈大铁路客运专线项目经理部承建的哈大铁路客运专线TJ-1标的施工里程为DK233+000DK308+
19、665.5，其中桥梁工程有营海特大桥、海城特大桥、海鞍特大桥、名甲山特大桥、鞍辽特大桥共计5座特大桥。混凝土结构所处的环境类别及作用等级分别为：化学侵蚀大多数为H1，部分为H2；碳化环境为T1、T2；部分施工段为氯盐环境，其作用等级为L1；部分施工段为抗冻等级为D2。混凝土结构的设计使用年限为100年，桩基混凝土施工工艺采用搅拌站集中拌和，罐车运送、输送泵浇筑。,2、混凝土技术指标要求,、强度等级根据（铁建设2007 140号）的规定，T1环境下的桩基混凝土强度等级为C30，故T1环境下的桩基混凝土配合比设计强度等级为C30； 、工作性能要求 坍落度180220 mm，半小时内坍落度损失不超过
20、20mm，入模含气量不小于2.0%，凝结时间812h； 、耐久性要求 混凝土应具有良好的抗裂性能； 混凝土最大碱含量不大于3.0kg/m3； 混凝土氯离子含量不应超过0.10%； C30混凝土的氯离子渗透电量要求小于1500 C； 胶凝材料的抗蚀系数不得小于0.8。,3、材料选用,、水泥：辽宁恒威水泥有限公司PO 42.5水泥； 、细集料：沈阳白清寨砂场； 、粗集料：辽阳立业碎石场515mm、1525mm两级配碎石掺配成525mm的连续级配； 、外加剂：山西黄腾HT-HPC； 、粉煤灰：辽化I级粉煤灰； 、矿粉：鞍钢磨细矿渣； 、水：地下水。,4、理论配合比及每方用量,哈大铁路客运专线TJ-1
21、标段,桥梁桩基高性能混凝土氯离子含量计算书,哈大铁路客运专线TJ-1标段,桥梁桩基高性能混凝土碱含量计算书,（二）沪宁城际铁路,娄蕴特大桥C40桩基高性能混凝土配合比,沪宁城际铁路 娄蕴特大桥C40桩基高性能混凝土配合比,（三）成都至都江堰铁路工程桥梁桩基C35混凝土配合比,1、工程概况由中铁二局成都至都江堰铁路工程项目经理部承建的成都至都江堰铁路站前施工2标的施工里程为DK19+411DK56+290，全长36.954km，另外从DK45200处引出到漓堆公园支线D1K45200D1K51159.914，共长5.96km；从漓堆公园支线到线路正线引入左右联络线，左联络线自漓堆支线D1K473
22、60处引入，到正线DK47643.17处引出，里程为LZDK0000LZDK2+108.79，长2.09km，右联络线自漓堆支线LDK47170处引入，到正线DK47643.17处引出，里程为LZDK0000LZDK1+723.559，长1.724km。 主要工程包括郫县特大桥二标段部分、安德特大桥、崇义特大桥、聚源特大桥、都江堰特大桥、D1K特大桥、YD1K特大桥、LZDK特大桥、LYDK特大桥、都江堰隧道。 本标工程包含路基长13.26（含支线），桥梁长24.29（含支线桥和联络线），隧道长2.583。 混凝土结构的设计使用年限为100年，桩基、承台混凝土施工工艺采用搅拌站集中拌和，罐车运
23、送、输送泵浇筑。,2、混凝土技术指标要求,、强度等级根据（铁建设2007 140号）的规定，H1环境下的最低混凝土强度等级为C35，故H1环境下的桩基混凝土配合比设计强度等级为C35； 、工作性能要求 坍落度180220 mm，半小时内坍落度损失不超过20mm，入模含气量不小于2.0%，凝结时间812h； 、耐久性要求： 混凝土应具有良好的抗裂性能； 混凝土最大碱含量不大于3.0kg/m3； 混凝土氯离子含量不应超过0.10%； C35混凝土的氯离子渗透电量要求小于1200 C； 胶凝材料的抗蚀系数不得小于0.8。,3、材料选用,、水泥：四川都江堰拉法基水泥有限公司PO 42.5R水泥； 、细
24、集料：鼎立砂石厂人工砂； 、粗集料：鼎立砂石厂510mm、1025mm两级配碎石掺配成525mm的连续级配； 、外加剂：上海巴斯夫聚羧酸减水剂329型； 、粉煤灰：内江热电厂I级粉煤灰； 、矿粉：成都砼新建材公司磨细矿渣粉； 、水：地下水。,4、理论配合比及每方用量,胶凝材料总量395 矿粉20% 粉煤灰20% 外加剂1.1% 水胶比0.38,1、C50预应力混凝土预制梁高性能混凝土配合比,胶凝材料总量470 矿粉10% 粉煤灰20% 外加剂1.0% 水胶比0.3,（四）预制梁高性能混凝土配合比,2、C55预应力混凝土预制梁高性能混凝土配合比,胶凝材料总量488 矿粉12% 粉煤灰8% 外加剂
25、1.1% 水胶比0.307,六、混凝土施工过程的质量控制,（一）混凝土施工过程控制要点 1、严格按照批准的混凝土配合比施工，计量准确 按重量计混凝土原材料称量允许偏差，应符合下列规定： 水泥、矿物掺合料、外加剂、拌合水：1； 粗、细骨料：2。 搅拌站应采用计算机控制技术，计量器具应定期检定。,2、投料顺序,混凝土原材料计量后，宜先向搅拌机投入细骨料、水泥和矿物掺和料，搅拌均匀后，加水并将其搅拌成砂浆，再向搅拌机投入粗骨料，充分搅拌后，再投入外加剂，并搅拌均匀为止。砂 搅拌30S 搅拌60S 搅拌60S 水泥 +拌和水 +石子 +外加剂 卸料 矿物掺和料,3、控制散装水泥的出厂温度在55以内，严
26、格控制混凝土拌合物的入模温度在530之间；,4、严格控制混凝土的搅拌、运输、浇筑、养护和振捣作业程序，强化混凝土的保湿保温养护过程；,混凝土养护期间实行温度监控，养护期间混凝土的芯部与表层、表层与环境之间的温差不宜超过20（截面较为复杂时，不宜超过15） 梁体养护期间及撤除保温设施时，应采取措施保证梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不应超过15。,5、施工过程中加强对原材料品质和混凝土和易性、力学性能、耐久性的批量抽检，施工后对实体混凝土的表观质量进行检查，实现对混凝土施工全过程的质量监控，从而确保混凝土的长期耐久性能。,（二）原材料的日常抽检工作,在混凝土施工过程中，按表18对水泥、粉煤灰
27、、矿粉、粗细骨料、外加剂、拌和水等原材料的品质进行日常批量抽检，检验结果应满足前述相应的技术要求。,表18 混凝土原材料性能检验要求,（三）混凝土拌和物性能抽检 在搅拌和浇筑混凝土过程中，按表19、表20对混凝土拌和物性能进行抽检。,表19 混凝土拌合物性能抽检要求,表20 预制梁生产过程控制检验项目、质量要求和检验频次,（四）混凝土的力学性能抽检 在混凝土施工过程中，按表21、表22的要求对混凝土的力学性能进行抽检。,表21 混凝土力学性能抽检要求,表22 预制梁生产过程混凝土力学性能检验项目、 质量要求和检验频次,（四）混凝土的耐久性能抽检 在混凝土施工过程中，按表23、表24的要求对混凝土的耐久性能进行抽检。,表23 混凝土耐久性能抽检要求,表24 预制梁生产过程耐久性检验项目、质量要求和检验频次,(五)梁场原材料与混凝土的初次全面检验项目 “关于对质监中2008003号文的补充说明”(质监中200924号),七、总结归纳-高性能混凝土的质量控制(三阶段)一、试配控制1、原材料的选择2、配合比的设计 二、生产控制1、原材料的抽检2、计量控制3、施工工艺控制4、温度控制 三、验收控制（强度、耐久性、表观质量等）,谢谢！,
