高性能混凝土配合比设计.ppt

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1、1/70高性能混凝土高性能混凝土2/70高性能混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨 料新拌混凝土100%质量比6080%1025%胶凝材料胶凝材料2040%68%45%2535%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂 为了改善或提高工作性矿物外加剂3/70各组成材料的作用骨 料廉价的填充材料，廉价的填充材料，节省水泥用量节省水泥用量混凝土的混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展传力作用传力作用降低水化热降低水化热提供耐磨性提供耐磨性水泥润滑作用润滑作用与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性胶结作用胶结作用包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的

2、凝结硬化，将砂、石包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体骨料胶结成整体，形成固体4/70各组成材料的作用水 混凝土中的拌和水有两个作用混凝土中的拌和水有两个作用:供水泥的水化反应 赋予混凝土的和易性 剩余水留在混凝土的孔（空）隙中剩余水留在混凝土的孔（空）隙中 使混凝土中产生孔隙 对防止塑性收缩裂缝与和易性有利 对渗透性、强度和耐久性不利5/70各组成材料的作用外加剂 化学外加剂：改善混凝土的性能化学外加剂：改善混凝土的性能 缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；减水剂减少拌和需水量；引气剂在混凝土中引起封闭气孔；矿物掺合料：减

3、少水泥用量，改善混凝土性能矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能 粉煤灰 硅灰 矿渣6/707/70第一章第一章 绪论绪论第四节第四节 高性能混凝土配合比设计高性能混凝土配合比设计 高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标 高性能混凝土拌和物配合比参数的选择高性能混凝土拌和物配合比参数的选择 确定高性能混凝土拌和物配合比的方法确定高性能混凝土拌和物配合比的方法 高性能混凝土配合比设计的计算机化高性能混凝土配合比设计的计算机化8/70 高性能混凝土高性能混凝土是指采用常规材料和生产工艺，能保证混凝土是指采用常规材料和生产工艺，能保证混凝土结构所要求的各项力学性能，并具有高耐久性

4、、高工作性和高体结构所要求的各项力学性能，并具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。积稳定性的混凝土。耐耐久久性性高性能混凝土配制目标高性能混凝土配制目标强强度度工工作作性性高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标9/70高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标1.1.耐久性耐久性 高性能混凝土配制的目标主要是耐久性，而用于承重结构，则强度应满足不同构件的要求。换句话说，不论设计强度是多少，首先应满足结构耐久性的要求。如混凝土结构一旦侵蚀破坏，会造成巨大损失。10/70我国危桥数量急剧增加时时 间（年）间（年）危危 桥桥 数数 量（座）量（座）桥桥 梁梁

5、里里 程（延米）程（延米）20002000400040006000600080008000100001000012000120001400014000160001600019901990 19911991 19921992 19931993 19941994 19951995 19961996 19971997 19981998 19991999 20002000 20012001 20022002 20032003 20042004 20052005危桥总数危桥总数危桥总延米危桥总延米交通部统计图交通部统计图高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标11/70 干燥收缩和碳化反

6、应产生类似的裂缝！干燥收缩和碳化反应产生类似的裂缝！高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标12/70结晶肿胀导致裂缝产生！结晶肿胀导致裂缝产生！高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标13/70桥塔支柱桥塔支柱上的纵向上的纵向裂缝裂缝14/70梁上的纵向裂缝梁上的纵向裂缝15/70钢筋锈蚀导致裂缝产生！钢筋锈蚀导致裂缝产生！16/70硫酸盐侵蚀导致裂缝产生！硫酸盐侵蚀导致裂缝产生！17/7018/70北京西直门桥混凝土裂化实例高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标19/70国家可持续发展战略性能耐久性使用寿命混凝土结构服役寿命美国学者美国学者

7、Setter的五倍定律的五倍定律：节省1美元，多追加5美元（钢筋锈蚀），多追加维护费用25美元（开裂），多追加维护费用125美元（严重破坏）：放大放大效应效应以武汉长江隧道工程为例，工以武汉长江隧道工程为例，工程总投资程总投资20.5亿元，如果工程亿元，如果工程主要结构构件主要结构构件管片的使用管片的使用寿命提高寿命提高50，将产生巨大的，将产生巨大的社会经济效益社会经济效益高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标20/70高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标作作 用：用：结构骨架和防水主体，最重要和最关键的衬砌结构构件结构骨架和防水主体，最重要和最关键的衬

8、砌结构构件性能要求：性能要求：强度和抗渗性，耐久性和防火性能强度和抗渗性，耐久性和防火性能成成 本：本：管片制作与安装费用占隧道工程造价管片制作与安装费用占隧道工程造价203021/70 高防水功能层 高强结构层 高耐火功能层 高抗渗功能层 水土压力方向 高防水抗渗功能层 HILS 功能功能/结构一体化设计示意图结构一体化设计示意图高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标22/70HILS实物模拟图实物模拟图高防水致密层高抗渗保护层高强结构层防火抗爆层高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标23/70压印模具压印模具 压印效果压印效果界面强化工艺高性能混凝土拌和

9、物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标24/70抗渗试验抗渗试验三环拼装三环拼装三环拼装三环拼装HILS组装高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标25/70高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标 混凝土渗透性是影响混凝土耐久性重要指标混凝土渗透性是影响混凝土耐久性重要指标，与混凝土的内部结构有关，影响因素包括影响因素包括拌和物的均匀性、稳定性，以及硬化混凝土的密实度、中心质网络的形成、界面结构、尺寸稳定性尺寸稳定性和所用原料的品质等。26/70高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标 一般来说，只要保证成型密实、均匀、硬化后无原始裂缝，强度

10、高只要保证成型密实、均匀、硬化后无原始裂缝，强度高的混凝土密实度也高的混凝土密实度也高；目前使用的各种矿物细粉料和减水剂，均可以使强度不高的高性能混凝土水灰比降低，同时满足工作性要求，而成型密实；为避免由于温度应力而产生裂缝，为避免由于温度应力而产生裂缝，要尽量降低水泥水化热和混凝土内部的温升；从原材料的选择和配合比上还要尽量降低混凝土的干缩，防止开裂防止开裂。27/702.2.强强 度度 强度是建筑设计和混凝土配合比设计的主要依据强度是建筑设计和混凝土配合比设计的主要依据。高强混凝土具有减小高层建筑底层柱和大跨度桥梁等构件的断面、降低结构物自重、扩大使用面积等优势。混凝土强度很高时，结构延性

11、的问题就变得突出，必须改变现有结构体系。高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标28/702 2、强强 度度影响强度和密实度的主要因素是影响强度和密实度的主要因素是水胶比、胶凝材料。受界面的影响，粗集料粒径、砂率和浆体数量也会对强度有所影响。高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标29/70现代混凝土的两大特点：长距离运输、高流态输送长距离运输、高流态输送高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标3.3.工作性工作性30/703.3.工作性工作性 高性能混凝土拌和物的工作是保证混凝土浇筑质量的关键。高性能混凝土拌和物具有高流动性、可泵性。若用坍落度

12、来表示，则其坍落度应大于180mm；要求免振时，坍落度应大于250mm。拌和物应具有体积稳定、不离析、不泌水等特性;为了保证施工的质量，在配料时还要考虑减小流动性的损失。高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标31/703.3.工作性工作性影响高性能混凝土拌和物工作性的因素:水灰比 胶凝材料种类及用量 砂率 集料级配 外加剂品种及用量外加剂品种及用量等。高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标32/70第一章第一章 绪论绪论第四节第四节 高性能混凝土配合比设计高性能混凝土配合比设计 高性能混凝土拌和物配制的目标高性能混凝土拌和物配制的目标 高性能混凝土拌和物配合

13、比参数的选择高性能混凝土拌和物配合比参数的选择 确定高性能混凝土拌和物配合比的方法确定高性能混凝土拌和物配合比的方法 高性能混凝土配合比设计的计算机化高性能混凝土配合比设计的计算机化33/701.1.灰水比法则灰水比法则高高性性能能混混凝凝土土配配合合比比法法则则2.2.混凝土密实体积法则混凝土密实体积法则3.3.最小用水量法则最小用水量法则4.4.最小水泥用量法则最小水泥用量法则与强度的相关性；灰水比一与强度的相关性；灰水比一经确定，不能随意变动。经确定，不能随意变动。可塑状态混凝土总体积为水、胶可塑状态混凝土总体积为水、胶凝材料、砂、石的密实体积之和。凝材料、砂、石的密实体积之和。在灰水比

14、固定、原材料一定的情在灰水比固定、原材料一定的情况下，使用满足工作性的最小用况下，使用满足工作性的最小用水量（即最小的浆体量），可得水量（即最小的浆体量），可得到体积稳定的、经济的混凝土。到体积稳定的、经济的混凝土。为降低混凝土的温升、提供混凝为降低混凝土的温升、提供混凝土抗环境因素侵蚀的能力，在满土抗环境因素侵蚀的能力，在满足混凝土早期强度要求的前提下，足混凝土早期强度要求的前提下，应尽可能减少胶凝材料中的水泥应尽可能减少胶凝材料中的水泥用量。用量。一、一、混凝土配合比法则混凝土配合比法则（吴中伟（吴中伟19551955提出的，高性能混凝土仍然适用）提出的，高性能混凝土仍然适用）高性能混凝土

15、拌和物配合比参数的选择高性能混凝土拌和物配合比参数的选择34/70二、配制强度二、配制强度按下式确定试配强度按下式确定试配强度 fcu,o fcu,k+3 式中：式中：fcu,o混凝土试配强度（混凝土试配强度（MPa）fcu,k设计强度标准值（设计强度标准值（MPa）标准差（商品混凝土搅拌站标准差（商品混凝土搅拌站=4.5 MPa）高性能混凝土拌和物配合比参数的选择高性能混凝土拌和物配合比参数的选择35/70三、配合比参数的选择三、配合比参数的选择 高性能混凝土中由于掺入了高效减水剂和活性矿物掺合料，使得用于描述其强度与水胶比之间关系的强度公式成为一个技术关键。在北美，普遍采用Abrams水灰

16、比定理。对纯水泥混凝土，水灰比与强度之间的反比关系以下式表示：X21KKf f混凝土的抗压强度；X水灰比（体积比）；K1，K2实验参数，其大小取决于除水灰比之外的其它因素，如原材料性能，实验龄期以及所采用的度量单位等 高性能混凝土拌和物配合比参数的选择高性能混凝土拌和物配合比参数的选择36/70 Abrams公式描述了在混凝土原材料，特别是水泥确定的条件下混凝土强度与其水灰比之间的关系。对不同的原材料，将存在不同的K1、K2值。当部分水泥被掺合料取代后，Abrams公式同样适用，只不过需将公式中的水灰比改为水胶比，这一推广的前提条件是水灰比改为水胶比，这一推广的前提条件是胶结料的组成比例固定不变胶结料的组成比例固定不变。高性能混凝土拌和物配合比参数的选择高性能混凝土拌和物配合比参数的选择37/70 法国F.de.Larrard等将Feret公式进行推广，得到如下的混凝土强度公式：221281131)BFS)KK(CAW.(RKCG cf式中f28c混凝土28天圆柱体特征抗压强度；KG 集料类型决定的系数；RC 水泥强度，即由份砂、份水泥、半份水(重量比)制成的砂浆的28天强度；A 每方