耐久性混凝土(讲稿).doc

1、1高 性 能 混 凝 土 讲 座一、高性能混凝土的概念混凝土工程结构应满足三方面要求：强度、耐久性能和良好的工作性能。具有一定的强度是结构承受一定的荷载不破坏的要求；耐久性是结构在侵蚀、冻融等有害环境下，在相对长久的使用期限里不毁损破坏、正常使用的要求。过去传统的混凝土偏重强度要求；而像客运专线这样的工程，设计使用寿命是 100 年，而且结构可能在腐蚀、冻融等环境条件里工作。如何使混凝土在不同自然环境里在相对长久的使用期限里正常使用、承受荷载，就是混凝土的耐久性问题，混凝土的耐久性用混凝土的电通量、抗冻性、耐磨性和抗渗性来表达，最重要的指标是电通量。工作性能指混凝土的和易性、流动性，即可顺畅输

2、送、可以捣固的性能，一般用坍落度和粘稠度来表示。高性能混凝土的核心是其耐久性，说高性能混凝土，主要是讲它的耐久性。工程施工过程是实现设计意图和形成工程实体的过程，也是最终形成工程质量和保证使用功能的重要阶段，混凝土的耐久性是通过施工控制实现的。混凝土的耐久性具体是指：1、满足设计使用年限的要求设计对混凝土结构明确了混凝土的耐久性指标，例如客运专线铁路的设计使用寿命是 100 年，客运专线的结构工程全部采用耐久性混凝土。通过施工过程进行控制，使混凝土结构的使用寿命达到设计文件提出的耐久要求。2、满足在特殊环境下使用要求（1）抗渗性混凝土的抗渗性，指混凝土抵抗空气和水分中的各种有害离子侵入混凝2土

3、内的性能。混凝土应延缓碳化和氯离子、硫酸根离子的侵蚀过程，而且阻滞氧气、水分供应，延 迟钢筋锈蚀的速度。 这种性能的强弱取决于混凝土的密实性。衡量混凝土的抗渗性是采用“抗渗等级” 。过去采用“抗渗标号” 来表示混凝土的密实性能，实践证明这种方法难以区分混凝土抵抗外界水、气及溶于水汽中的其它有害物质侵入混凝土内部的能力大小。而且实际工程中（除深水工程外）混凝土承受高水压的情况较少。 “电通量 ”较好地用来相对比较评价混凝土密实性或抗侵入性，从而间接评价混凝土的耐久性。 补充标准即是采用“电通量”评价混凝土密实性或抗侵入性，从而间接评价混凝土的耐久性。（2）抗腐蚀性混凝土抵抗化学侵蚀的能力取决于两

4、个方面的因素，一方面，混凝土的胶凝材料本身应能有效抵抗环境中有害离子的化学侵蚀。人们常用抗蚀系数来评价水泥或胶凝材料耐 （硫酸根离子）侵蚀的能力。另一方面，混凝土抗化24SO学侵蚀的能力也取决于混凝土本身的密实性。混凝土愈密实，环境中的有害离子愈难渗入其内。因此， “电通量”也评价混凝土的抗腐 蚀性。（3）抗冻融性引气是提高混凝土抗冻能力的最有效手段。其次，矿物掺和料对混凝土抗冻性有一定影响。通常情况下，掺加硅粉有利于抗冻；在低水胶比前提下，适量掺加粉煤灰和矿渣对抗冻能力的影响不大，但应严格控制粉煤灰的品质，特别要尽量降低粉煤灰的烧失量，后者对含气量有很大影响混凝土的抗冻融性可用多种指标表示，

5、如标准试验条件下经反复冻融后混凝土试件的动弹性模量损失、质量损失、长度增加或体积膨胀等。 补充标准采用“抗冻等级”作为评定混凝土抗冻性的指标。 “抗冻等级” 指将混凝土试件进行快速冻融试验，其动弹模降到初始值的 60%或质量损失到 5（两个条件中3只要有一个先达到时）的循环次数。从以上介绍可以看出，影响混凝土耐久性的主要因素是混凝土的密实性，可以通过衡量混凝土的密实性来衡量混凝土的耐久性。而衡量混凝土的密实性的主要指标是电通量，电通量也就是间接衡量混凝土耐久性的主要指标。3、耐久性控制与强度控制设计混凝土的主要区别（1）提高混凝土的密实性提高混凝土的密实性是提高混凝土耐久性的关键。国内外的大量

6、研究表明，降低水胶比，提高密实度，混凝土抵抗水分、气体（氧气或二氧化碳）及氯离子、硫酸根离子、镁 离子等扩散的能力要比传统混凝土高 12 个数量级，极大地延缓了碳化和氯离子、硫酸根离子的侵蚀过程，而且由于氧气、水分供应受阻，钢 筋锈蚀的速度亦得以阻滞。所以混凝土的密实度是判定混凝土抵抗环境中各种有害离子侵入性能的重要指标。（2）控制混凝土原材料中氯离子、碱等有害成分含量。（3）提高混凝土的防开裂性能混凝土的耐久性要求混凝土要有很好的防止产生裂缝的性能。通过控制原材料品质、好的配合比和优良的施工工艺来提高混凝土的防开裂性。所以提高混凝土的耐久性的途径，就是提高原材料品质，优化配合比和施工工艺，改

7、善混凝土的密实性和抗侵蚀性能，尽可能不产生裂缝。二、提高混凝土耐久性的措施及其机理（一） 、配合比首先介绍配合比，因为配合比更突显混凝土的耐久性控制与强度控制的概念上不同。配制成的混凝土配合比直接关系到结构物的寿命，不仅满足强度等级而且还要满足耐久性能要求和施工工艺的要求。混凝土配合比选定的好坏，也关系到整个工程的经济效益。4耐久性混凝土的配合比有以下特点。1、混凝土的水胶比水泥用量与矿物掺合料用量之和就是胶凝材料总用量。用水量与胶凝材料总用量之比叫水胶比。首先明确的第一个概念是用“水胶比” 取代“水灰比”作为控制混凝土耐久性质量的主要指标。在以往按强度设计的混凝土配合比设计方法中，首先是按混

8、凝土强度等级计算水灰比；而现在按耐久性要求的设计方法是必需添加矿物掺合料的，耐久性混凝土配合比设计首先要根据环境作用等级选择水胶比。如果满足补充标准规定的最大水胶比和最小胶凝材料总量的限制，混凝土的强度一般是足够的。必须明确的第二个概念是水胶比愈大对混凝土愈不利，要尽可能采用小的水胶比。过大的水胶比特别不利于使用矿物掺和料混凝土的内部微结构发展，同时影响混凝土的耐久性与强度。与硅酸盐水泥相比，粉煤灰和矿渣掺和料对混凝土强度的贡献受水胶比的影响较大，尤其是粉煤灰对水胶比更为敏感。只有在低水胶比（如小于 0.4 或 0.42）的前提下，粉煤灰的作用才得以充分发挥。当混凝土水胶比比较大时，电通量值就

9、大，说明抗渗性、密实度不好；反之，电通量 值相对就小。尤其要注意大掺量矿物掺和料混凝土的水胶比必须要低。所以，补充标准 规定了在各种使用条件下的“ 最大水胶比”，这是个硬指标， 实际采用的水胶比只能比它小。将拌和水的最大用量作为控制混凝土耐久性质量要求的一种标志，要比用最大水胶比（或水灰比）更为适宜。依靠水胶比的控制尚不能解决混凝土中因浆体用量过大而引起收缩和水化热增加的负面影响。在高性能混凝土中，减少浆体量，增加骨料所占的比例，又是提高混凝土抗渗性或抗氯离子扩散性的重要手段。如果控制拌和水用量，则可同时控制浆体用量（浆骨比），就有可能5从多个方面体现耐久性的需要。但是这方面的工程经验和研究积

10、累还较少，尢其是国内目前供应的骨料级配与粒形普遍很差，不得不用过量的浆体填充，所以仍以水胶比作为混凝土耐久性要求的最主要综合指标。但为了保证重要工程的耐久性质量，应该同时对棍凝土拌和水的用量作出限制，对于水胶比很低的混凝土一般不宜超过 150kg/m3，这就需要从以下几个方面采取措施：选用具有良好级配和粒形的粗骨料，尽可能降低骨料中的含泥量，采用优质外加剂和低需水量的矿物掺和料，降低混凝土拌和料的温度。在日本的标准中，要求各种混凝土的每方用水量最多不超过 175kg。2、单方混凝土胶凝材料的最低用量和水泥最高用量限制提出混凝土最大水胶比和最小胶凝材料用量的限值，是保证混凝土耐久性的常用做法。胶

11、凝材料用量是水泥和矿物掺合料总量，取代水泥用量。之所以规定最小胶凝材料用量，是因为要减小水胶比，不提供必要的胶凝材料量，配置混凝土很困难甚至不可能。但是，水泥用量偏高加大混凝土水化热，混凝土容易发生开裂。减少单方混凝土中胶凝材料用量尤其是水泥用量有利于降低混凝土的渗透性，减少收缩量，所以要限制胶凝材料最高用量不超过500kg，其中尤其要限制水泥的最高用量。过去错误地以为加大水泥用量和采用早强水泥总能有利于质量，这些都对混凝土结构的耐久性带来极为不利的影响。对于 现代混凝土来说，提高强度比较容易，而耐久性则急待改善。混凝土的早期强度越高，混凝土早期开裂的可能性就越大，不利于混凝土的耐久性能。在本

12、人经历的一个连续梁工程中，试验室配 C50 混凝土，设计水泥用量400kg,粉煤灰用量 80kg。他们接受我的建议，水泥用量减少到 340kg，粉煤灰用量增加到 120kg， 3 天强度达到 90%以上 满足张拉要求。京沪铁路十二局贾汪制梁场的 C50 混凝土水泥用量为 298kg、粉煤灰和矿粉分别为 78kg，叫你6材料总重 454kg，水胶比 0.31，据介绍，其 36-48h 强度可达 80%，满足与张和初张要求，设计要求 10d 始可终张，强度不会成为张拉工期的控制因素。3、添加矿物掺和料添加矿物掺和料的好处：（1）水化热低。矿物掺和料指粉煤灰、硅粉、磨细矿碴等，它们的组分受水泥的熟料

13、、石膏等的激发具有水硬胶凝性能，但水化热比水泥低。（2）可以提高混凝土粘稠度，改善和提高混凝土工作性和密实性；（3）提高混凝土抵抗盐、酸等化学腐蚀介质的能力。硅酸盐水泥混凝土抗硫酸盐、酸等化学侵蚀的能力差。硅酸盐水泥水化产物中的 Ca(OH)2 化学稳定性很弱，在硫酸盐腐蚀条件下容易分解，遇软水还会溶解，是混凝土耐久性上的薄弱环节。 矿物掺和料一方面减少 Ca(OH)2 含量，一方面又利用 Ca(OH)2产生胶凝性能，所以对于提高混凝土抵抗盐、酸等化学腐蚀介质的能力有很大的作用。国内外大量的试验研究数据和工程实例表明，掺加适量矿物掺和料可使混凝土具有良好抗侵入性。C30 以下混凝土的 电通量值

14、一般小于 2000C，C45以下混凝土的电通量值一般小于 1500C，C50 混凝土的电通量值一般小于1000C。（4）降低碱-骨料反应的风险。粉煤灰、矿粉和硅粉的可溶性碱只占其 总含碱量的约 1/6 和 1/2。大体积混凝土、氯盐侵蚀的配筋混凝土、更宜掺用大掺量粉煤灰等矿物掺和料矿物掺和料。所以，用硅酸盐水泥配制的混凝土，只有加入较大掺量的粉煤灰、矿渣或一定量的硅灰以后，才能获得根本的改善。但是要注意：（1）必须有低水胶比作为前提。（2）低水胶比的矿物掺和料混凝土（例如粉煤灰混凝土）的强度发展较慢，7对温度和湿度比较敏感，按过去的普通水泥混凝土的标准试验方法制作试件、养护和检测强度、抗冻和抗

15、盐冻的性能不反映低水胶比的矿物掺和料混凝土实际的真实性能。粉煤灰混凝土用室内快速抗冻标准试验方法的结果不好，但在现场的严酷冻融环境条件下却表现良好。掺加矿物掺和料后，对保证混凝土的耐久性能有利，但混凝土的早期强度增长速度有所放慢。所以，从评定混凝土强度指标是否合格角度，按 56d 龄期作为混凝土标准强度的验收龄期。但从现有混凝土的评定体系及施工管理方面看，全部按 56d 龄期的条件还不很成熟。故规定预应力混凝土、喷射混凝土、蒸汽养护混凝土的抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为 28d，其他混凝土抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为 56d。这对混凝土结构的耐久性、施工单位组织施工都是有利的。不

16、同掺和料在不同腐蚀性介质作用下的合适掺量和效果并不完全相同。矿渣的效果通常很好，加入少量的硅灰一般都能起到比较显著的作用，粉煤灰和另外一些火山灰质材料因其本身的 Al2O3 含量有波动，效果差 别较大，并非都是掺量越大越好。因此，当单独掺加粉煤灰等火山灰质掺和料时，应当通过实验确定其最佳掺量。国内外大量研究表明，为有效改善混凝土抗化学侵蚀性能（如氯化物侵蚀、碱骨料反应、硫酸盐侵蚀），粉煤灰最佳替代量一般应在20以上。粉煤灰的最大掺量可到 50或更多，以不超过胶凝材料总量 60%为宜。强度高的混凝土同样可以采用大掺量矿物掺和料。例如美国加州大学曾在一幢6层楼的剪力墙和基础的加固工程中，分别用16

17、0kg/m 3水泥、195kg/m 3粉煤灰（粉煤灰掺量67%）和195g/m 3水泥、 195kg/m3粉煤灰（粉煤灰掺量50%）配制混凝土，用水量只有118kg/m 3，28天抗压强 度分别达到相当于我国立方体强度37.6 MPa和45.9 MPa。清华大学在深圳地铁足尺模型试验中，用45% 粉煤灰、10% 矿渣和45硅酸盐水泥配制的混凝土，胶凝材料 总量400kg，各组试件828天强度均在54 MPa以上。4、外加剂的使用外加剂对混凝土具有良好的改性作用。混凝土外加剂不同功能的品种横多，如减水剂、引气 剂 、粘稠 剂、早强剂、缓 凝剂等等。 掺用一定品种、一定数量外加剂是制备高性能混凝土

18、的关键技术之一，减水剂是必须使用的外加剂，它的直接效果就是在减小水胶比、减少用水量的情况下获得好的和易性。引气剂对提高混凝土的抗冻融性起到十分重要的作用，混凝土中掺入少量引气剂后，就能使每方混凝土中引入数千亿个微小气泡，使混凝土的抗冻融性能大大提高。一般情况下，不要使用早强剂。混凝土越是早期强度发挥快，越容易发生开裂，对 耐久性不利。外加剂的性能品质、匀质性和与水泥的相容性是成功配制高性能混凝土的基本条件。由于目前外加剂品种繁多，产品质量参差不齐，市场管理又比较混乱，选用 时，一定要注意不同外加剂的使用功能、特点。工程上若需要采用其他具有特殊功能的外加剂，其性能还应满足现行国家标准混凝土外加剂

19、（GB8076）和有关行业标准的相关规定，从而确保外加剂的总体质量和使用安全性。常用减水剂有萘系列和聚羧酸系列。铁道部曾经通知不再使用萘系，而必须使用聚羧酸系列。其原因是认为萘系引起的坍落度损失较大且减水率比聚羧酸小。但是房建工程上仍广泛使用萘系，据说萘系对坍落度损失的影响也不是问题了。 过去聚羧酸比萘系贵得多，现在价格已接近了。5、重视混凝土碱含量和氯离子的影响（1）碱含量碱的负面效应首先是由于高含碱量所引起的收缩开裂。如果骨料具有碱活性，则可能引起碱-骨料反应，导致是混凝土膨 胀开裂。所以混凝土中的碱含9量应符合要求。混凝土的总碱含量包括水泥、矿物掺和料、外加剂及水的碱含量之和。其中，矿物

20、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。发生碱-骨料反应有两个条件：一是骨料具有碱活性，一是混凝土的 总碱含量足以使碱骨料反应发生。所以，降低发生的风险措施之一是限制混凝土的总碱含量，并掺加矿物掺和料；措施之二是限制骨料的碱活性。在试验室衡量碱- 骨料反 应的指标是“ 砂浆棒膨胀率” ，砂浆棒膨胀率在 0.10.2% 的骨料，活性不是很大，可用，可通过控制混凝土总碱含量降低风险；砂浆棒膨胀率在0.20.3% 的骨料活性较大，可通过控制混凝土 总碱含量和掺加矿物掺和料两种措施降

21、低风险；砂浆棒膨胀率在 0.3 以上的骨料活性很大，原则上更换骨料。但是，近年来又发现含碱量太低时会使大坍落度（如大于 160mm）混凝土的泌水性增加。所以当使用较大掺量的矿物掺和料，或水泥中的 C3A（铝酸三钙）含量或同时 C3S（硅酸三钙）含量也低时，水泥中的含碱量上限可适当放宽。补充标准将上限放宽到 0.8%。但用于制梁、制板的水泥含碱量不得大于0.6%（称为低碱水泥）。（2）氯离子含量氯离子对钢筋混凝土的影响主要是造成钢筋的锈蚀。这里所指的氯离子是混凝土成型后硬化混凝土中的水溶氯离子量，测试龄期为 28d 或 46 周之间。一般用酸溶氯离子表示的是混凝土中的氯离子总量，数值上略大于水溶

22、值。我国沿海地区的混凝土用砂中往往带有氯盐，在混凝土质量合格验收中，还应在竣工混凝土中取芯检测氯离子量作为必须的内容。控制氯离子产生钢筋锈蚀的两条途径：10（1）从严控制混凝土生产时从原材料带入的氯离子总量。使用环境有外界氯离子侵入时，钢筋混凝土中由水泥、矿物掺和料、骨料、外加剂和拌和用水等引入的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的 0.10%，预应力混凝土结构的氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的 0.06。（2）提高混凝土的抗侵入性和增加钢筋的保护层厚度。当混凝土结构处于含氯盐的海水、岩土或空气环境中时，氯离子也会从混凝土表面逐渐扩散到钢筋表面并使钢筋锈蚀。防止氯离子渗入混凝土内部最为简便和有

23、效的途径就是提高混凝土的抗侵入性即提高混凝土密实度和增加钢筋的保护层厚度。因此，仍然采用电通量指标来评价混凝土抵抗氯离子侵入的能力。（二） 、原材料1、骨料混凝土骨料最重要的质量指标是骨料粒形和级配。对骨料粒形和级配的不够重视和骨料的质量较差，是我国混凝土质量不如发达国家的重要原因之一。我国工程界过去比较看重的只是与混凝土强度有关的骨料强度和含泥量等指标，而忽 视骨料粒形和级配的重要性，以为后者不过是多费点水泥的问题，很少从耐久性的角度去重视骨料的质量。一般天然骨料的强度，对于目前常用的混凝土强度等级（C70 以下）来说其实是足 够的，而骨料的其他性能如吸水率、热膨胀 系数等对混凝土耐久性则有

24、重要影响。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。砂岩骨料的吸水率可为石灰岩和石英岩的 20 倍左右，配制的混凝土 1 年收缩率约为后者的 4 倍和 3 倍，所以规定不能使用砂岩碎石。与卵石相比，碎石混凝土的骨料与浆体的界面有较好的结合，抗裂性也好些。粗骨料的最大粒径较小时，混凝土的抗渗性提高，当耐久性作为主要因素考虑时，骨料的最大粒径宜取小些。11粗骨料的级配和粒形不好，必然要加大混凝土的胶凝材料总量和用水量，不仅增加混凝土收缩，而且会增加混凝土的渗透性和有害介质在混凝土中的扩散系数。 先进的混凝土技术可将用水量减少到 130 kg 以下并依然有很好的泵送性，其中

25、的一个关键就是骨料的级配和粒形好，不存在粗骨料的针、片状颗粒问题。所以配制混凝土的骨料都要经过粒形和级配的严格选择。改变我国现有的骨料生产方式，首先要用户提出需求，应尽可能拒绝采用颚式破碎机生产的粗骨料。骨料的堆积密度和表观密度是骨料级配的反映，堆积密度越大，说明空隙率越小，则级 配越好。对粗骨料来说， 40%左右的空隙率 应该是最低要求。针、片状颗粒含量反映粗骨料粒形的优劣，实践证明，针、片状颗粒含量最好不大于 5%。考虑到目前要求粗骨料针、片状颗粒含量不大于 5%还有难度，标准暂定为不大于 10%，这个要求其实太低。为了保证混凝土浇筑的通畅，骨料的最大粒径应不超过钢筋最小间距和保护层厚度的

26、 3/4，后者同时也是为了保证混凝土保护层抗渗性的需要。现在铁路工程结构的钢筋配置都很密，按这个要求，在很多情况下，石子的最大粒径不超过 25mm。在 过 去施工中，为了少用水泥，往往尽可能增大石子粒径，一些商品预拌混凝土由于大批量生产也极少变换石子粒径，而设计人员在施工图的钢筋净间距上又常忽略施工的实际情况与需要，于是混凝土浇筑时的钢筋通过性就很差，造成混凝土浇筑质量不匀，钢筋下方形成缝隙，并在保护层外表面沿水平钢筋或箍筋的下方位置出现裂缝，这些均要予以充分重视。粗骨料应采用连续级配。应采用分级供应石子，到搅拌站再进行级配的方法。耐久性混凝土的粗骨料应采用二级配或三级配，最大粒径不宜大于40

27、mm。2、水泥12我国通用水泥按国家标准的规定有六个品种。1）硅酸盐水泥，有两个编号 PI 和 PII，PI 无任何 掺加的矿物混合材料， PII 允许有不超过 5%的活性矿物混合材料；2）普通硅酸盐水泥，允许以 5% 15%的矿物混合材料等量取代硅酸盐熟料；3）矿渣硅酸盐水泥，在生产水泥时允许以 20%70%的粒化高炉矿渣作为矿物混合材料等量取代硅酸盐熟料，由于矿渣硬度比熟料大，共同磨细时，水泥中的矿渣颗粒太粗，矿渣的潜在活性不能充分发挥；4）火山灰质硅酸盐水泥，允 许有 20%50%的火山灰质材料作为矿物混合材料等量取代熟料；5）粉煤灰硅酸盐水泥，允许有 20%40%的粉煤灰等量作为矿物混

28、合材料取代熟料，粉煤灰也属于火山灰质材料，但因其需水量小、抗裂性好，不同于其他火山灰质材料，故单列一个品种；6）复合硅酸盐水泥，用两种以上矿物混合材料以总量 20%40%取代硅酸盐熟料。在配制耐久混凝土时宜采用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。水泥是混凝土的主要胶凝材料。为了说明水泥的作用，介绍一下水泥凝结硬化的机理。水泥凝结硬化是一个十分复杂的过程。简单说来是水泥的四种主要物质与水发生化学反应、即“ 水化反应”。四种物质是：硅酸三钙 3cao.sio2(简写为C3S)、硅酸二钙 2cao.sio2(简写为 C2S)、铝酸三钙 3cao. Al2o3(简写为 C3A)、铁铝酸四钙 4cao. Al2

29、o3.Fe2o3(简写为 C4AF)。前两种与水反应生成水化硅酸钙凝胶，后两种与水反应生成水化铝酸钙又称水石榴石。解释它们凝结硬化有两种理论：晶体交错聚结说和胶体物质失水说。近来比较一致认同的是两种理论的综合。认为 在水化初期，胶体晶粒和一些大的氢氧化钙晶体包裹水泥颗粒，靠很弱的引力粘结形成空间网状结构，成为凝聚结构。继续水化，包裹层破坏，水化物晶体长大，引力增大，彼此粘结，称 为 粘结结构而凝结在失水（外失水和内失水）过程中硬化。在整个过程中，化学反应都发生热。13按水化速度，也是发热速度和发挥强度的速度，C3AC 4AFC 3SC 2S按最终强度贡献C2S C 3S C4AF C3A显然。

30、希望控制 C3A 的含量不要大，增大 C2S 的含量。我国水泥标准中没有强度最高值的限制，客观上起到了误导厂家和用户片面强调强度的作用，尤其受到经济利益和片面追求施工进度的驱使，过分追求早期强度而牺牲耐久性质量。在我国目前的生产工艺条件下，提高水泥强度（尤其是早期强度）的主要措施，实际 上只是增加水泥中的 C3A（铝酸三钙）与 C3S（硅酸三钙）含量并提高水泥的比表面积，导致水化速率过快、水化热大、混凝土收缩大、抗裂性下降、混凝土的微结构不良、抗腐蚀性差。 实 践经验也普遍表明，早期强度很高的混凝土在 14d 以后的强度几乎就不再增长，长期强度甚至还有可能倒缩。水泥中 C3A 的 3d 水化热

31、量约为 C3S 的 3.7 倍、C 2S（硅酸二钙）的 17.7 倍，7d水化热量则分别约为 C3S 的 7 倍和 C2S 的 37 倍；C 3A 的收缩率大约是 C3S和 C2S 的 3 倍；而环境中的化学腐蚀介质对混凝土的侵蚀对象主要就是 C3A和硅酸盐矿物水化物中的 Ca(OH)2。所以， 选择水泥时不能以强度作为唯一指标。不管是否有活性骨料存在，碱的影响首先表现在增加混凝土的开裂倾向。为防止碱促进混凝土的开裂，水泥中的碱含量应不超过 0.6% Na2O（氧化钠）当量。但是，近年来又 发现含碱量太低时会使大坍落度（如大于 160mm）混凝土的泌水性增加。当使用较大掺量的矿物掺和料，或水泥

32、中的 C3A 含量或同时 C3S 含量也低时，水泥中的含碱量上限可适当放宽。 补充标准将上限放宽到 0.8%。要尽可能降低胶凝材料中硅酸盐水泥用量，提倡加大矿物掺和料的用量，14减少水泥用量大所带来的负面影响。强度和组分相同但配比不同的混凝土，其中性能最优的一般应是硅酸盐水泥用量少的一种。混凝土早期强度越高，对混凝土长期性能越不利，在早期也越易开裂，所以要慎用早强水泥。由于过分强调混凝土强度或为了保险而多用水泥，会对耐久性带来不良后果。当环境中的硫酸盐含量非常高时，最好是采用不含硅酸盐的水泥，如石膏矿渣水泥或矾土水泥。铁道科学研究院的研究人员在青藏铁路建设前，在该铁路沿线（环境条件为高盐渍、温

33、差大、干燥）埋设了大量的使用不同水泥和不同配合比的混凝土桩体试件，十年后取出观察，除了低水灰比的矾土水泥之外，包括抗硫酸盐水泥在内的其他混凝土试件全部腐烂崩散。但是非硅酸盐类水泥的使用条件和配合比以及养护等都有特殊要求，需通过试验确定使用。3、矿物掺合料介绍三种主要的矿物掺合料：粉煤灰：是发电厂粉煤燃烧废料。粉煤灰的组分以 SiO2 和 AL2O3为主，两者占 85%左右，但各地煤质差别很大，粉煤灰 组分也有较大差别。这些组分主要以玻璃质微粒形态存在，其次是玻璃相结晶。在煤燃烧过程中，经过煅烧而具有活性，但是粉煤灰本身没有或很少水硬胶凝性能，而是在有水条件下，与氢氧化钙等碱金属氢氧化物发生化学

34、反应，生成物具有水硬胶凝性能。粉煤灰的品质，应 首先注重烧失量和需水量，而细度不必过于苛求。现行粉煤灰分级标准有缺点，它同时用细度、需水量比和烧失量作为分级的主要标准，而将烧失量很小、需水量比稍小，而只是细度不符合一级标准的粉煤灰降到二级，这样并不利于发挥粉煤灰的效用。一般说来，粉煤灰的烧失量愈小愈好。烧失量越大，含碳量越高，混凝土的需水量就大。实际 工程选用粉煤灰时，应首先注重烧失量和需水量两个指标。因条件所限不得不采用烧失量较大的粉煤灰时，必须经过混凝土拌和物性能和耐久性试验证明可行。C50 级以下混凝土用粉15煤灰的烧失量不得大于 8%，C50 级及以上混凝土用粉煤灰的烧失量不得大于 5

35、%。粉煤灰价格低廉。粉磨矿渣（矿粉）：是高炉炼铁废料粒状矿渣经磨细而成。矿粉的组分以CaO、SiO2、MnO、MgO为主，四种占90%。其活性受水泥熟料、石膏等激发，具有水硬胶凝性能。单独用于配制混凝土，矿渣越细，活性越高。对于高细度的磨细矿渣，在一定掺量范围内，混凝土的强度随掺量的增大而提高，但是混凝土的温升、化学收缩和自收缩也随矿渣掺量的增加而增加硅粉：在水胶比不变的情况下，掺入硅灰可明显提高混凝土强度，但需水量随硅灰掺量而增加，不仅不会降低混凝土的温升，反而使温升提前，不利于减小温度变形，并且增大混凝土自收缩。硅灰的价格也比较贵，最好和其它需水量小的矿物掺和料复合使用。 硅粉和磨细矿碴的

36、优点是对混凝土强度贡献较大，缺点是需水量较大，不利于防止混凝土收缩开裂。加矿粉要相应减少水泥用量。使用最广泛的是粉煤灰。使用矿物掺和料首先是为了混凝土的耐久性需要，而不是单纯地出于降低混凝土成本。4、外加剂外加剂中常用的是减水剂。前面说过，耐久性混凝土用水量愈小愈好，减水剂可以有效减少用水量而获得必要的和易性。铁道部曾有通知，用于耐久性混凝土的，不得使用奈系减水剂，而必须使用聚羧酸型减水剂。聚羧酸减水剂有缓凝型和早强型两种，根据前面的分析应该知道，一般应该采用缓凝型。外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、质量稳定、能满足混凝土耐久性能的产品。当将不同功能的多种外加剂复合使用时，外加剂之

37、间以及外加剂与水泥之间应有良好的适应性。宜选用多功能复合外加剂。5、拌和用水16一般说来，可以饮用的水可以用作拌和用水，但是必须经过检测，尤其是水的碱含量。（三） 、施工工艺1、机械设备是工程施工的重要物质基础、工艺实施的重要手段。工程施工中采用的机械设备、工艺方法，对工程质量均会产生直接影响，应该本着技术先进、经济 合理、使用安全、操作方便的原则进行选定。 补充标准规定耐久性混凝土必须采用强制式拌和机拌和。计量系统应定期检定，搅拌机经大修中修或迁移至新的地点后，应对计量器具重新进行检定。称量控制是十分重要的，各种衡器应定期检定，每次使用前应进行零点校核和复称，保证计量准确。根据季节、用途确定

38、搅拌时间。对计量误差也有更严格的规定，特别是对用水量和外加剂规定为不得大于 1%。而用水的计量和添加外加剂恰恰是很多拌和站的薄弱 环节。2、施工配合比确定施工配合比，一是核对现场原材料品种、规格、材质等与设计理论配合比所用相同，二是测定砂石实际含水量，在不提高水胶比的原则下，折减实际用水量和调整砂石用量。3、拌和测试混凝土拌和物出机的坍落度，测定值应符合理论配合比的要求，偏差不宜大于20 mm。4、运输和浇筑在运输和浇筑施工方法方面，耐久性混凝土与普通混凝土的要求没有大的差别。不同的是两点：（1）工地测试和温度要求入模含气量和入模坍落度：均为每拌制 50 m3 混凝土或每工作班测试不应17少于

39、 1 次；入模温度：冬期施工时，混凝土的入模温度不应低于 5；夏期施工时，混凝土的入模温度不宜高于气温且不宜超过 30。每工作班至少测温 3 次；新浇筑与邻接的己硬化混凝土或岩土介质间的温差：不得大于 20。每部位测温 1 次。（2）留置试件对于耐久性混凝土混凝土，抗压强度试件除了标准条件养护试件外，更十分重视同条件养护试件的抗压强度必须符合设计要求。混凝土抗压强度同条件养护试件的组数应按设计要求、相关标准规定和实际需要确定。桥梁的墩台、梁部和隧道的衬砌等重要部位应制作抗压强度同条件养护法试件。标准条件养护试件留置组数，按补充标准规定执行。试件应在混凝土的浇筑地点随机抽样制作。当设计对混凝土的

40、弹性模量有要求时，其弹性模量必须符合设计要求。弹性模量试件应在混凝土的浇筑地点随机抽样制作，试件制作数量应符合补充标准规定。当设计对混凝土抗渗等级有要求时，其抗渗等级应符合设计要求。抗渗试件应在混凝土的浇筑地点随机抽样制作。5、混凝土养护普通混凝土结构表面的非受力裂缝宽度不得大于 0.20 mm，预应力混凝土结构表面不得出现裂缝。与普通混凝土的质量验收标准相比，预应力混凝土结构表面“不得出 现裂 缝” 的规定要严格多了。混凝土产生裂缝的主要原因有三个：一是混凝土内外温度差大，混凝土内外收缩不均；二是混凝土干缩，碱的作用产生收缩开裂；这两个原因一般导致产生早期开裂。三是在发生碱-骨料活性反应时

41、膨胀开裂。而产生裂缝是影响18混凝土耐久性的主要因素之一，必须尽可能避免产生裂缝。要注意耐久性混凝土的养护与普通混凝土养护要求有区别。养护的目的是在混凝土发挥强度、逐渐产生和逐渐消散水化热的过程中，使混凝土保水并且不存在混凝土内外大的温度差，避免产生早期裂缝。（1）养护时间a. 试 件养护时间：预应力混凝土、喷射混凝土、蒸汽养护混凝土的抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为 28d，其他混凝土抗压强度标准条件养护试件的试验龄期为 56d。同等条件养护试件在现场的养护时间为按养护期间每日平均温度逐日累计达到 600d 时所对应的龄期（不计 0及以下龄期）。不小于 14 天，也不宜大于 60 天。b

42、. 现场实体自然养护时间不同混凝土潮湿养护的最低期限大气潮湿(50%RH75%)，无风，无阳光直射大气干燥(RH50%)，有风，或阳光直射混凝土类型 水胶比日平均气温T（）潮湿养护期限（d）日平均气温T（）潮湿养护期限（d）0.455T10 10T20T202114105T10 10T20T2028 21140.455T10 10T20T20141075T10 10T20T20211410胶凝材料中掺有矿物掺和料0.455T10 10T20T2010775T10 10T20T2014107大体积混凝土的养护时间不宜小于 28d。（2）养护温度和温度差混凝土养护期间，混凝土内部温度不宜超过 60

43、，最高不得大于 65，混19凝土内部温度与表面温度之差、表面温度与环境温度之差不宜大于 20（墩台、梁体混凝土不宜大于 15），养护用水温度与混凝土表面温度之差不得大于15。（3）养护措施a. 自然养护时 ：在混凝土浇筑完毕后应对混凝土进行保水潮湿养护，养护时间不得少于上表规定。当 环境温度低于 5时禁止洒水。预制梁混凝土表面应喷涂养护剂，并采取保温措施。b. 蒸汽养护时：蒸汽养护分静停、升温、恒温、降温四个阶段。静停期间应保持环境温度不低于 5，混凝土浇筑完 46h 且终凝后方可升温。升温、降温速度不得大于 10/h，恒温期间混凝土内部温度不宜超 过 60，最高不得大于 65。蒸汽养护结束后

44、，应及时采取措施，继续对混凝土进行保温保湿自然养护，自然养护时间不得少于上表规定。6、拆模拆模时混凝土芯部与表层、表层与环境之间的温差不得大于 20（墩台、梁体芯部混凝土与表层混凝土之间、表层混凝土与环境之间以及箱梁腹板内外侧混凝土之间的温差均不得大于 15）。混凝土内部开始降温前不得拆模。三、耐久性混凝土拌合物及其原材料检测1、基本要求铁路混凝土工程应采用先进、成熟、科学的检测手段，质量数据必须真实可靠，全面反映工程质量状况。所用方法和仪器设备应符合相关标准的规定，仪器精度应能满足质量控制要求, 质量检测人员必须具有规定的资格。铁路混凝土工程的各类质量检测报告、检查验收记录和其他工程技术管2

45、0理资料，必须按规定及时填写，并且严格履行责任人签字确认制度。施工质量验收资料的归档整理应符合有关规定的要求。2、检测项目（1）耐久性混凝土拌合物及其原材料的检测项目如下表21测物名定期检测项目检测物名称 新货源全检项目检测周期 检测项目每批次必须检测项目水 泥烧失量、氧化镁、三氧化硫、细度、凝 结时间、安定性、抗压强度、抗折强度、碱含量、助磨 剂名称及掺量、石膏名称及掺量、混合材名称及掺量、熟料 C3A 含量同厂家、同批号、同品种、同强度，每 3 个月或出厂时间超过 3个月烧失量、氧化镁、三氧化硫、细度、凝 结时间、安定性、抗压强度、抗折强度、碱含量、助磨剂名称及掺量、石膏名称及掺 量细度、

46、凝结时间、安定性、抗压强度、抗折强度(批次规定：同出厂日期的散装水泥每 500t，袋装水泥每 200t，不足时为每一批)粉煤灰细度、烧失量、含水率、需水量比、 SO3 含量、 CaO含量、碱含量、Cl -含量 同上细度、烧失量、含水率、需水量比、 SO3 含量、CaO 含量、碱含量、Cl -含量细度、烧失量、需水量（批次规定：同厂家、批号、品种、出厂日期的每 120t，不足时为每一批）磨 细矿 渣 粉比表面积、烧失量、MgO 含量、SO 3 含量、Cl -含量、含水率、需水量比、碱含量、活性指数同上比表面积、烧失量、MgO 含量、SO 3 含量、Cl -含量、含水率、需水量比、碱含量、活性指数

47、比表面积、烧失量、需水量比（批次规定同上）硅 灰烧失量、Cl 含量、 SiO2 含量、比表面积、需水量比、含水率、活性指数 同上烧失量、Cl 含量、 SiO2 含量、比表面积、需水量比、含水率、活性指数烧失量、比表面积、需水量比、活性指数（批次规定同上）细骨料细度模数、吸水率、含泥量、泥块含量、 坚固性、云母含量、轻物质含量、有机质含量、硫化物及硫酸盐含量、Cl 含量、碱活性同料源品种规格每 1 年细度模数、吸水率、含泥量、泥块含量、 坚固性、云母含量、轻物质含量、有机质含量、硫化物及硫酸盐含量、Cl 含量、碱活性细度模数、含泥量、泥块含量、云母含量、轻物质含量、有机质含量（批次规定：同料源、

48、品种、规格每 400m3）检测物名称 新货源全检项目 定期检测项目 每批次必须检测项目22检测周期 检测项目粗骨料颗粒级配、岩石抗压强度、吸水率、空隙率、 压碎指标、坚固性、针片状颗粒含量、含泥量、泥 块含量、硫化物及硫酸盐含量、Cl -含量、有机物含量（卵石）、碱活性同上颗粒级配、岩石抗压强度、吸水率、空隙率、压碎指标、坚固性、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、硫化物及硫酸盐含量、Cl -含量、有机物含量（卵石）、碱活性颗粒级配、压碎指标、针片状颗粒含量、含泥量、泥块含量、有机物含量（卵石）（批次规定同上）外加剂匀质性、水泥净浆流动度、硫酸钠含量、Cl -含量、碱含量、减水率、坍落度保留值、

49、常压泌水率比、压力泌水率比、含气量、凝结时间差、抗压强度比、对钢筋的锈蚀作用、耐久性指数、收缩率比同厂家、品种、批次每 6 个月匀质性、水泥净浆流动度、硫酸钠含量、Cl -含量、碱含量、减水率、坍落度保留值、常 压泌水率比、压力泌水率比、含气量、凝结时间差、抗压强度比、对钢筋的锈蚀作用、耐久性指数、收缩率比碱 含 量 、坍 落 度 保 留 值 、压 力 泌 水 率比 、凝 结 时 间 差 、抗 压 强 度 比（批次规定：同厂家、批号、品种、出厂日期的 50t，不足时为每一批）拌和用水pH 值、不溶物含量、可溶物含量、氯化物含量、硫酸盐含量、碱含量、凝结时间、抗压强度比同水源 1 年 pH 值、不溶物含量、可溶物含量、氯化物含量、硫酸盐含量、碱含量、凝结时间每一汛期重检测一次混凝土坍落度、泌水率、含气量、抗裂性、抗压强度、 电通量、弹性模量、抗冻性、耐磨性、抗渗性每种配合比 坍落度、含气量、抗压强度、电通量各检测项目的质量指标均应符合补充规定的要求，在此不一一列举。（2）与过去按强度控制的混凝土检测项目相比，增加了检测项目，尤其是对混凝土的含气量和电通量检测。电通量是衡量混凝土耐