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高强混凝土

发表时间:2020-06-26 15:40来源:百度百科

高强混凝土


一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土,C100强度等级以上的混凝土称为超高强混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿粉、矿渣、硅粉等混合料,经常规工艺生产而获得高强的混凝土。高强混凝土作为一种新的建筑材料,以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性,在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。


高强混凝土最大的特点是抗压强度高,一般为普通强度混疑土的4~6倍,故可减小构件的截面,因此最适宜用于高层建筑。试验表明,在一定的轴压比和合适的配箍率情况下,高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小,减轻自重,避免短柱,对结构抗震也有利,而且提高了经济效益。


高强混凝土


高强混凝土


中文名:高强混凝土

外文名:high-strength concrete

用途:建筑材料

原材料:水泥、砂、石

主要特点:抗压强度高、抗变形能力强、密度大

归类:强度等级为C60及其以上的混凝土


目录


1▪特性

主要

优越性

2▪规范

3▪改善

4▪应用

5▪要求

6▪配制


特性


主要


高强混凝土作为一种新的建筑材料,以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性,在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高,一般为普通强度混疑土的4~6倍,故可减小构件的截面,因此最适宜用于高层建筑。


试验表明,在一定的轴压比和合适的配箍率情况下,高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小,减轻自重,避免短柱,对结构抗震也有利,而且提高了经济效益。高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件,可采用高强度钢材和人为控制应力,从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。


因此世界范围内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构,应用于大跨度房屋和桥梁中。此外,利用高强混凝土密度大的特点,可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建(构)筑物,如原子能反应堆基础等。利用高强混凝土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点,建造具有高抗渗和高抗腐要求的工业用水池等。


优越性


1、在一般情况下,混凝土强度等级从C30提高到C60,对受压构件可节省混凝土30-40%;受弯构件可节省混凝土10-20%。


2、高强混凝土比普通混凝土成本上要高一些,但由于减少了截面,结构自重减轻,这对自重占荷载主要部分的建筑物具有特别重要意义。再者,由于梁柱截面缩小,不但在建筑上改变了肥梁胖柱的不美观的问题,而且可增加使用面积。以深圳贤成大厦为例,该建筑原设计用C40级混凝土,改用C60级混凝土后,其底层面积可增大1060平方米,经济效益十分显著。


3、由于高强混凝土的密实性能好,抗渗、抗冻性能均优于普通混凝土。因此,国外高强混凝土除高层和大跨度工程外,还大量用于海洋和港口工程,它们耐海水侵蚀和海浪冲刷的能力大大优于普通混凝土,可以提高工程使用寿命。


4、高强混凝土变形小,从而使构件的刚度得以提高,大大改善了建筑物的变形性能。


规范


CECS 104:99《高强混凝土结构技术规程》1.0.2条明确规定:“高强混凝土为采用水泥、砂、石、高效减水剂等外加剂和粉煤灰超细矿渣硅灰等矿物掺合料以常规工艺配制的C50~C80级混凝土。”


改善


(1)改善水泥的水化条件

①增加水泥中早强和高强的矿物成分的含量。

②提高水泥的磨细度。


(2)掺加各种高聚物


(3)增强集料和水泥的粘附性


(4)掺加高效外加剂


(5)增加混凝土的密实度


(6)采用纤维增强


(7)混凝土密封固化剂


应用


1、混凝土


组成钢筋混凝土主要材料之一的混凝土的发展方向是高强、轻质、耐久(抗磨损、抗冻融、抗渗)、抗灾(地震、风、火〕、抗爆等。


1.1、高性能混凝土(high performance concrete,HPC)


HPC是混凝土材料发展的一个重要方向,所谓高性能:是指混凝上具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。从强度而言,抗压强度大于C50的混凝土即属于高强混凝土,提高混凝土的强度是发展高层建筑、高耸结构、大跨度结构的重要措施。


采用高强混凝土,可以减小截面尺寸,减轻自重,因而可获得较大的经济效益,而且,高强混凝土一般也具有良好的耐久性。我国己制成C100的混凝土。已有文献报道1),国外在试验室高温、高压的条件下,水泥石的强度达到662MPa(抗压)及64.7MPa(抗拉)。在实际工程中,美国西雅图双联广场泵送混凝土56d抗压强度达133.5MPa。


在我国为提高混凝土强度采用的主要措施有:


(1)合理利用高效减水剂,采用优质骨料、优质水泥,利用优质掺合料,如优质磨细粉煤灰、硅灰、天然沸石或超细矿渣。采用高效减水剂以降低水灰比是获得高强及高流动性混凝土的主要技术措施;


(2)采用525,625,725号的硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥及相应的外加剂,这是中国建筑材料科学研究院制备高性能混凝土的主要技术措施;


(3)以矿渣、碱组分及骨料制备碱矿渣高强度混凝土,这是重庆建筑大学在引进前苏联研究成果的基础上提出的研制高强混凝土的技术措施;


(4)交通部天津港湾工程研究所采用复合高效减水剂,用525号水泥320kg/m,水灰比0.43,和425号水泥480kg/m,水灰比0.32,在试验室中制成了抗压强度分别为68MPa和65MPa的高强混凝土。


1.2、活性微粉混凝土(reactive powder concrete,RPC)


RPC是一种超高强的混凝土,其立方体抗压强度可达200-800MPa,抗拉强度可达25~150MPa,断裂能可达30KJ/㎡,单位体积质量为2.5-3.0t/m3.制成这种混凝土的主要措施是:


(1)减小颗粒的最大尺寸,改善混凝土的均匀性;


(2)使用微粉及极微粉材料,以达到最优堆积密度(packing density);


(3)减少混凝土用水量,使非水化水泥颗粒作为填料,以增大堆积密度;


(4)增放钢纤维以改善其延性;


(5)在硬化过程中加压及加温,使其达到很高的强度。


普通混凝土的级配曲线是连续的,而RPC的级配曲线是不连续的台阶形曲线,其骨料粒径很小,接近于水泥颗粒的尺寸。RPC的水灰比可低到0.15,需加入大量的超塑化剂,以改善其工作度。RPC的价格比常用混凝土稍高,但大大低于钢材,可将其设计成细长或薄壁的结构,以扩大建筑使用的自由度。在加拿大Sherbrook已设计建造了一座跨度为60m、高3.47m的B200级RPC的人行-摩托车用预应力桁架桥。


1.3、低强混凝土


美国混凝土学会(AC1)229委员会,提出了在配料、运送、浇筑方面可控制的低强混凝土,其抗压强度为8MPa或更低。这种材料可用于基础、桩基的填、垫、隔离及作路基或填充孔洞之用,也可用于地下构造,在一些特定情况下,可用其调整混凝土的相对密度、工作度、抗压强度、弹性模量等性能指标,而且不易产生收缩裂缝。


荷兰一座隧洞工程中曾采用了低强度砂浆(1ow-strength mortar,LSM〕,其组分为:水泥150kg/m,砂;1080kg/m,水570kg/m,超塑化剂6kg/m,膨润土35kg/m,所制成的LSM的抗压强度为3.5MPa,弹性模量低于500Mpa.LSM制成的隧洞封闭块,比常规的土壤稳定法节约造价50%,故这种混凝土可望在软土工程中得到发展应用。


1.4、轻质混凝土


利用天然轻骨料(如浮石、凝灰岩等)、工业废料轻骨料(如炉渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等)、人造轻骨料(页岩陶粒、粘土陶粒、膨胀珍珠岩等)制成的轻质混凝土具有密度较小、相对强度高以及保温、抗冻性能好等优点利用工业废渣如废弃锅炉煤渣、煤矿的煤矸石、火力发电站的粉煤灰等制备轻质混凝土,可降低混凝土的生产成本,并变废为用,减少城市或厂区的污染,减少堆积废料占用的土地,对环境保护也是有利的。


1.5、纤维增强混凝土


为了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺点,在混凝土中掺加纤维以改善混凝土性能的研究,发展得相当迅速。研究较多的有钢纤维、耐碱玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、聚丙烯纤维或尼龙合成纤维混凝土等。


在承重结构中,发展较快、应用较广的是钢纤维混凝土。而钢纤维主要有用于土木建筑工程的碳素钢纤维和用于耐火材料工业中的不锈钢纤维。用于土木建筑工程的钢纤维主要有以下几种生产方法:


(1)钢丝切断法;


(2)薄板剪切法;


(3)钢锭(厚板)铣削法;


(4)熔钢抽丝法。


当纤维长度及长径比在常用范围,纤维掺量在1%到2%(体积分数,本文中的掺量均指体积分数)的范围内,与基体混凝土相比,钢纤维混凝土的抗拉强度可提高40%~80%,抗弯强度提高50%~120%,抗剪强度提高50%~100%,抗压强度提高较小,在0~25%之间,弹性阶段的变形与基体混凝土性能相比没有显著差别,但可大幅度提高衡量钢纤维混凝土塑性变形性能的韧性。


中国工程建设标准化协会于1992年批准颁布了由大连理工大学等单位编制的《钢纤维混凝土结构设计与施工规程》(CECS 38:92),对推广钢纤维混凝土的应用起到了重要作用。


钢纤维混凝土采用常规的施工技术,其钢纤维掺量一般为0.6%~2.0%。再高的掺量,将容易使钢纤维在施工搅拌过程中结团成球,影响钢纤维混凝土的质量。但是国内外正在研究一种钢纤维掺量达5%~27%的简称为SIFCON的砂浆渗浇钢纤维混凝土,其施工技术不同于一般的搅拌浇筑成型的钢纤维混凝土,它是先将钢纤维松散填放在模具内,然后灌注水泥浆或砂浆,使其硬化成型。SIFCON与普通钢纤维混凝土相比,其特点是抗压强度比基体材料有大幅度提高,可达100~200MPa,其抗拉、抗弯、抗剪强度以及延性、韧性等也比普通掺量的钢纤维混凝土有更大的提高。


另一种名为砂浆渗浇钢纤维网混凝土(SIMCON)的施工方法与SIFCON的基本相同,只是预先填置在模具内的不是乱向分布的钢纤维,而是钢纤维网,制成的产品中,其纤维掺量一般为4%~6%,试验表明,SIMCON可用较低的钢纤维掺量而获得与SIFCON相同的强度和韧性,从而取得比SIFCON节约材料和造价的效果。


虽然SIFCON或SIMCON力学性能优良,但由于其钢纤维用量大、一次性投资高,施工工艺特殊,因此它们只是在必要时用于某些特殊的结构或构件的局部,如火箭发射台和高速公路的抢修等。


在砂浆中铺设钢丝网及网与网之间的骨架钢筋(简称钢丝网水泥)所做成的薄壁结构,具有良好的抗裂能力和变形能力,在国内外造船、水利、建筑工程中应用较为广泛。在钢丝网水泥中又掺人钢纤维来建造公路路面、渔船、农船等,取得了更好的双重增韧、增强效果。


1.6、自密实混凝土(self-compacting concrete)


自密实混凝土不需机械振捣,而是依靠自重使混凝土密实。混凝土的流动度虽然高,但仍可以防止离析。


配制这种混凝土的方法有:


(1)粗骨料的体积为固体混凝土体积的50%;


(2)细骨料的体积为砂浆体积的40%;


(3)水灰比为0.9-1.0;


(4)进行流动性试验,确定超塑化剂用量及最终的水灰比,使材料获得最优的组成。


这种混凝土的优点有:在施工现场无振动噪音;可进行夜间施工,不扰民;对工人健康无害;混凝土质量均匀、耐久;钢筋布置较密或构件体型复杂时也易于浇筑;施工速度快,现场劳动量小。


1.7、智能混凝土(smart concrete)


利用混凝土组成的改变,可克服混凝土的某些不利性质,例如:高强混凝土水泥用量多,水灰比低,加入硅灰之类的活性材料,硬化后的混凝土密实度好,但高强混凝土在硬化早期阶段,具有明显的自主收缩和孔隙率较高,易于开裂等缺点。解决这些问题的一个方法是,用掺量为25%的预湿轻骨料来替换骨料,从而在混凝土内部形成一个“蓄水器”,使混凝土得到持续的潮湿养护。这种加入“预湿骨料”的方法,可使混凝土的自生收缩大为降低,减少了微细裂缝。


高强混凝土的另一问题是良好的密实性所引起的防火能力降低.这是因为在高温(火灾〕时,砂浆中的自由水和化学结合水转变为水气,但却不能从密实的混凝土中逸出,从而形成气压,导致柱子保护层剥落,严重降低了柱的承载力,解决这个问题的一种方法是,在每方混凝土中加2kg聚丙烯纤维,在高温(火灾)时,纤维熔化,形成了能使水气从边界区逸出的通道,减小了气压,从而防止柱的保护层剥落。


1.8、预填骨料升浆混凝土


国内在大连中远60000t船坞工程中,因地质条件复杂,船坞底板首次采用了坐落于基岩上的预填骨料升浆混凝土,即用密度较大的厚4~5m的铁矿石作为预填骨料,矿石层下再铺设1m厚的石灰石块石。矿石层上是厚60~80cm的现浇钢筋混凝土板在预填骨料层中布置压浆孔注入砂浆,形成预填骨料升浆混凝土。采取这种工艺,缩短了工期,取得了良好的经济效益。


1.9、碾压混凝土


碾压混凝土发展较快,可用于大体积混凝土结构(如水工大坝、大型基础)、工业厂房地面、公路路面及机场道面等。


用于大体积混凝土的碾压混凝土的浇筑机具与普通混凝土不同,其平整使用推土机,振实用碾压机,层间处理用刷毛机,切缝用切缝机,整个施工过程的机械化程度高,施工效率高,劳动条件好,可大量掺用粉煤灰,与普通棍凝土相比,浇筑工期可缩短1/3~1/2,用水量可减少20%,水泥用量可减少30%~60%。


碾压混凝土的层间抗剪性能是修建混凝土高坝的关键问题,国内大连理工大学等单位曾开展这方面的研究工作。


在公路、工业厂房地面等大面积混凝土工程中,采用碾压混凝土,或者在碾压混凝土中再加入钢纤缝,成为钢纤维碾压混凝土,则其力学性能及耐久性还可进一步改善。


1.10、再生骨料混凝土


新中国建国至今己逾50年,建国前后修建的不少混凝土结构,因老化或随着经济的发展,需拆除重建,其拆除量十分巨大,在拆除的混凝土中,约有一半是粗骨料,应该考虑如何使之再生利用。以减少环境垃圾,变废为用。


在荷兰的德尔夫特,一个272所住宅的方案中,所有的混凝土墙均利用了再生骨料,该方案下一步的计划,是在混凝土楼板中也利用再生骨料。当然,在利用这些再生骨料时,需对这种馄凝土的性能进行试验,例如,有关再生轻质混凝土收缩和徐变较为显著的试验成果,值得重视。


2.配筋及增强材料


2.1纤维筋


钢筋混凝土结构的配筋材料,是钢筋在国际上研究较多的是树脂粘结的纤维筋(fiber reinforced plastics,FRP)作混凝土及预应力混凝土结构的非金属配筋,常用的纤维筋有树脂粘结的碳纤维筋(GFRP)、玻璃纤维筋(GFRP)及芳纶纤维筋(AFRP)国外研究指出,这几种纤维筋的强度都很高,只是玻璃纤维筋的抗碱化性能较差。


纤维筋的突出优点是抗腐蚀、高强度,此外,还具有良好的抗疲劳性能、大的弹性变形能力、高电阻及低磁导性,其缺点是断裂应变性能较差、较脆、徐变(松弛)值较大,热膨胀系数较大。


国外已有日本、德国、荷兰等国将纤维筋用于预应力混凝土桥,包括体外预应力桥的实例[4]。


2.2双钢筋


为了减小裂缝宽度和构件的变形,国内在一些工程中,采用焊成梯格形的双钢筋,在构件内平放或竖放布置。


2.3冷轧变形钢筋


为了节约钢材用量,国内引进国外设备或自制设备,用光圆钢筋,经过冷轧,轧成带肋的直径小于母材直径的钢筋,称为冷轧带肋钢筋。另一种类似的钢筋,是用I级光圆用筋冷轧扭转成型,称为冷轧变形用筋或冷轧扭钢筋。这两种冷轧钢筋的抗拉强度标准值(极限抗拉强度)及设计值都比母材大大提高,与混凝土的粘结强度也得到提高,但直径较小。


它们主要用作板式构件的受力钢筋或梁、柱构件的箍筋或作预应力筋。由于强度提高,可以节约材料用量,获得经济效益。这两种钢筋,国内己制订了规程。为将这种小直径钢筋的用途扩展至梁、柱的受力钢筋,也可采用双筋或三筋的并筋,但需适当增大其锚固长度。


2.4环氧树脂涂敷钢筋


在海洋环境或者有腐蚀性介质的环境中(如冬季撒盐的桥面),钢筋锈蚀是影响结构耐久性的重要原因。为了防止钢筋锈蚀,用不锈钢制造钢筋是一个途径,但是价格昂贵。另一个途径是用环氧树脂涂敷钢筋表面,形成防锈的涂层,以防止钢筋生锈,这种方法在日本、美国应用较多。钢筋在工厂中校直、加热、喷涂树脂粉末,形成防护薄膜,冷却后经检验合格,用于有严格防锈蚀要求的工程,可使结构的耐久性大大提高。


2.5预应力混凝土用钢棒、预应力混凝土用螺旋肋钢丝


在传统用于预应力混凝土的钢丝、钢绞线、热处理钢筋的基础上,从国外引进生产线,己生产出直径达12.6mm、抗拉强度达1570MPa的预应力混凝土用的带螺旋肋的钢棒(stee1 bar),及直径达12.0mm、抗拉强度达1570MPa的带螺旋肋的钢丝。这种新产品的特点是:高强度、低松弛,与混凝土的粘结强度好,易墩粗,可点焊,可盘卷等。


2.6纤维布、纤维条、纤维板,国内在对钢筋混凝土结构进行加固时,常用的一种技术是钢板粘结加固技术,但是钢板质量重、运送不便,剪切成型也比较复杂。


在国内外发展并应用了以质量很轻、易于加工、单向抗拉强度很高的纤维布(条、板〕代替钢板进行构件加固的技术,取得了良好的效果。


例如,冶金工业局建筑研究总院使用从日本进口的碳纤维,开发了加固改造修复混凝土结构新技术,其使用的碳纤维布,厚0.111-0.165mm,单向抗拉强度3000~3550MPa,这种碳纤维布的特点是:具有很高的单向抗拉强度(为普通钢材的10倍),弹模与钢材接近,很适用于钢筋混凝土结构的加固;质量轻,密度仅为钢的1/4,加固层厚度一般不大于1mm,基本不增加结构自重及截面尺寸;施工方便,功效高;耐腐蚀,无须定期维护。


国外在用碳纤维布或碳纤维条时,还利用不同弹模的碳纤维进行优化组合,降低造价。


除碳纤维外,与纤维筋类似,也有用芳纶纤维和玻璃纤维制成的产品(布、条或扳〕.值得指出的是,国际桥梁与结构工程学会(IABSE)在1999年11月出版的Structural Engineering第9卷第4期中,集中报道了加拿大、美国、日本、欧洲诸国在发展使用这种新型材料方面的经验,对激发我国开展这种新材料的生产与应用很有意义。


要求


1、配制高强砼应采用具有较高的C3S含量和细度(表面积3500~4000cm/s)特性的硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥或火山灰质硅酸盐水泥,水泥标号应是相对应的砼强度等级的0.9~1.5倍,且水泥用量必须控制在500~700kg/m³范围内。


2、配制高强度砼必须采用强度指标大于2.0的表面粗糙、干净无粉尘的立方体碎石,最好采用密致的花岗岩、辉绿岩、大理石等骨料,粒径必须坚实并带有棱角,粒径必须在于10~35mm之间。


3、配制高强砼,必须采用细度模数为2.5~3.0洁净的砂,并尽可能降低含水率。


4、配制高强度砼必须采用ph>4的干净水,水灰比必须在0.28~0.35之间。


5、配制高强度砼应采用NNO、MF等高效减水剂。[1]


配制


配制高强混凝土:①要精选水泥、骨料等各项原材料;②必须要掺用高效减水剂,以降低用水量和水灰比;③要掺用优质的矿物掺合料,以改善水泥石和界面区的微结构,提高致密性和胶结强度;④要仔细选择配合比,确定合理的砂率和水灰比,以降低水泥用量并提高混凝土的强度;⑤要严格控制施工质量,做好早期养护。只有综合采取以上技术措施,才可能实施高强}昆凝土的有效配制。


1.水泥的选择


水泥的矿物成分和标号高低,对混凝土的强度有直接影响。大家知道,硅酸盐水泥的矿物成分主要由C3S.C2S.C3A.C4AF所组成。配制高强混凝土宜选用C3A含量低、c。s含量较高的水泥,此类水泥水化热较低,后期强度发展较好。


高强度混凝土一般都采用高标弓的普通硅酸盐水泥,规范规定水泥用量不应大于550kg/m3,水泥和矿物掺合料的总量不应超过600kg/m3。试验指出,当超过500kg/m3以后,水泥用量对混凝土强度增长的作用已不明显,水泥的利用系数降低。此时,增加水泥用量不仅增大成本,而且还将产生不利影响。最佳水泥用量随外加剂的分散减水效应不同而变化。


水泥标号对混凝土强度的影响很大,当强度等级不超过C60时,可以采用普通425号水泥,高于C60的混凝土,则应采用525号或更高标号的水泥。之所以可以采用较低标号的水泥能配制成较高强度的混凝土,是由于检测水泥标号是采用了较细的标准砂和较大的水灰比,加之混凝土中又加入了高效减水剂,使水泥得到了充分的扩散和水化所致。


2.粗、细骨料的选择


高强混凝土宜选用粒径大于5mm的碎石或碎卵石。从岩石品种上要求,以花岗岩、长石、玄武岩等最好,其次为片麻岩、石英岩、石灰岩等。岩石的强度是以极限抗压强度和压碎值表示(卵石只测定压碎值),岩石的抗压强度与混凝土的强度之比不应低于1.5,压碎值指标应在10%~15%以下。


骨料的其他物理性质,对混凝土也是有影响的。吸水率低、孔隙和缺陷少,则混凝土的强度高、抗冻性强、收缩率小;骨料还应该与水泥石有相近的热膨胀系数和弹性模量,否则容易产生微裂缝,增加混凝土的渗透,并降低耐久性;如果粗骨料过于坚硬,当混凝土遭受温、湿度变化时,容易引起体积变化,当水泥石一骨料界面处应力较大时,则易形成升裂破坏。


由于高强混凝土中水泥石强度很高,水泥石与骨料的黏结力(胶结强度)也很强。在混凝土的破坏断面中,粗骨料遭到破坏的比率较大,所以粗骨料的强度,常常成为高强混凝土的一个重要制约因素。另外在母岩中可能存在的微裂缝薄弱区,在破碎中会沿裂缝破坏,所以破碎后形成的小碎石,常常会得到比母岩大试样更高的强度。这也是高强混凝土应该采用小粒径骨料的原因之一。


从宏观上观察,混凝土是由粗细骨料与水泥石二相体系所构成。从微观上观察,水泥石一骨料界面区的水泥石与体系中的水泥石基体也存在较大的差异,界面区形成较高的水灰比、孔隙多,一般弱于混凝土的其他二相,是体系中最薄弱的部分。如果界面区胶结强度低,将沿界面区破坏。


许多研究指出,高强混凝土应该采用小粒径的粗骨料。因为小粒径粗骨料表面积相对增大,在水泥石一骨料界面区单位表面积上的应力将大为减小,降低了界面区对胶结强度的要求,这样才有可能得到具有较高胶结强度的界面区,能承受更高强度的外荷载。相反,粗骨料粒径大,与水泥石黏结的表面积小,并容易形成较弱的界面区,减弱混凝土的强度。


在普通中、低标号的混凝土中,界面区的胶结强度要求不是很高,比较容易满足要求,如果条件许可.要求尽量采用较大粒径的骨料,以节约水泥。但对强度等级较高的高强混凝土则不同,如果不是采用小粒径粗骨料以增大表面积,就不可能配制成高强混凝土。国外则认为骨料最大粒径宜取10~15mm,为节省水泥,一般以不超过20~25mm为宜。


细骨料对高强混凝土的影响,相对粗骨料来说要小些,但也是不可忽视的。应该选用洁净的、细度模数在2.6~3.2的中粗砂,以细度模数为3.0的粗砂最好。其中大于Smm和小于0.315mm的数量宜少。由于细骨料比粗骨料有更大的表面积,粗细骨料间的比率(砂率),对水泥用量和混凝土强度的影响很大,最佳的砂率可以获得最好的强度,高强}昆凝土由于水泥用量多,适当降低砂率不至于影响和易性。


3.掺用优质矿物掺合料


粉煤灰、磨细矿渣、硅粉、沸石粉等矿物掺合料,能改善混凝土的和易性,增加拌禾口物的黏聚性。由于黏聚性改变,截断了水分迁移通道,可减少泌水和离析。泌水和离析是造成混凝土显微结构缺陷的主要原因,尤其是水泥石一骨料界面区结构。因此,在高强混凝土中掺入矿物掺合料,不仅是为了节约水泥,主要还是为了改善混凝土的微结构和陛能。


矿渣粉、粉煤灰和硅粉属火山灰材料,在有水和石灰的条件下会缓慢水化,生成增加强度的胶凝物质,充填混凝土中的孔隙。它们中的活性成分,主要是非晶态的Si02和Al。O。。Si0。与水泥中的Ca(OH)。产生化学作用,它们的反应式如下:


xCa(OH)2+SiOz+mH20-,xCa0.Si02‘TIH20


未掺粉煤灰时,在骨料一水泥石界面区内,不仅会形成高水灰比区,而且还由于生成的Ca(OH)。结晶大且呈定向排列,是多孔的、板状薄弱结构。掺入粉煤灰后,就可以降低Ca(OH)。在界面区的沉枳量;如果掺入更细的硅粉或沸石粉等,则会更多地与Ca(OH)。反应。生成的C-S-H凝胶体,呈无定形的、致密结构,从而明显地改善了两相界面区的微结构,可以提高}昆凝土的强度、抗渗性及耐久性能。


硅灰含有90%以上的Si0。,掺量5%~10%。掺硅灰后混凝土具有很好的合易性和稳定性。沸石是由硅氧四面体组成的多孔结晶矿物,在混凝土中掺入沸石粉后,能使水化均匀充分反应,从而提高密实性和强度。如果掺入活性低的矿物掺合料,均匀分布在水泥浆里,成为大量水化物沉积核心,水泥浆成为均匀分布微孔无定形水化物,减少了结晶块的不均匀结构,对强度和抗渗也是十分有利的。


4.掺用高效减水剂


由于高强混凝土必须采取高水泥用量和低水灰比,必然导致}昆凝土黏性大、流变性差。掺入高效减水剂后,对水泥具有强烈的分散和润滑作用,可以大幅度降低用水量,使得最大限度地降低水灰比成为可能。所以,高效减水剂自然成为高强混凝土的必要组分之一。


水灰比大小是控制水泥石和混凝土强度的主要因素,试验表明,当水灰比低于0.35以下时,界面区的性质显著改善,致密性与强度显著增加。硅酸盐水泥水化所需结合水,理论值约为28%,直接测定的化学结合水约为25%,当实际水灰比低于此值时,水泥水化将不完全,水泥石达不到足够的密实度。结合拌和、浇筑和养护条件,在掺加高效减水剂的情况下,高强混凝土的水灰比一般应不超过o.35,当强度在80MPa以上时’不应超过0.25~0.30。


5.加强施工控制与早期养护


根据高强混凝土水泥用量高、水化块的特点,在施工中应采取以下措施:


(l)采取分步投料拌和。即先将水泥、掺合料、砂和水}昆合40s左右,再投入石子和减水剂搅拌1min出机。这样可以充分发挥减水剂的作用,保持良好的浇筑性,并能提高强度。在炎热条件下,各种材料尽可能保持低温度。


(2)采用搅拌运输车运输。从搅拌至浇筑完毕,可根据气温高低限时完成。


(3)采用高频振捣。即使采用流态混凝土也应该进行振捣,以提高密实性。


(4)加强早期养护。由于水化迅速,早期即应洒水养护,保证水化不缺水,以免影响强度发展。


(5)尽量降低坍落度。在条件许可的条件下,尽量少加水,采用小坍落度,仍不失为提高强度的重要措施。[2]


参考资料


1.高强混凝土施工作业指导书.建筑工程质量安全网.2013-03-15[引用日期2013-03-15]

2.JTGT F50-2011《公路桥涵施工技术规范》,P79

内容来源:百度百科(2020年6月26日)