高性能混凝土简介19105.ppt

高性能混凝土 (High Performance Concrete) 石家庄铁道大学 罗永会 155 3013 5207 luoyh@stdu.edu.cn 高性能混凝土 (High Performance Concrete) 1 概 述 3 HPC的性能要求及检测方法 4 提高混凝土耐久性的措施 2 混凝土结构的劣化形式 5 生产及检测设备要求 1 概 述 一、 HPC的相关概念 二、 HPC的结构特点 三、国内外现状 四、推广 HPC的意义 一、 HPC相关概念 1. 背景 l混凝土结构的破坏，更多的不是因为强度不足； l而是因为抵抗自然环境劣化条件的耐久性不足。 1. (1)国外情况 2. (2)国内情况 一、 HPC相关概念 2. HPC概念的发展 (1) 美国 1984 年，法国发表第一篇关于 HPC的论文； 1990年 5月，在美国马里兰州由 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 HPC的定义。 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。 一、 HPC相关概念 (1) 美国 (2) 日本 (3) 欧洲 (4) 中国 …… 2. HPC概念的发展 一、 HPC相关概念 CECS 207-2006 高性能混凝土应用技术规程 ： 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、高工作性和 高体积稳定性的混凝土。 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。 高强混凝土就是高性能混凝土？ 高性能混凝土一定高强？ 2. HPC概念的发展 一、 HPC相关概念 3. 全寿命经济分析 (LCCA) l 全寿命经济分析理念诞生于 19世纪中期，但直到 20世纪 30 年代才被公众所接受。 l 20世纪 60年代，美国经济学家和美国州立高速公路协会发 布的红皮书将全寿命设计概念引入到交通工程中； l 1983年，美国公路研究基金立项推动道路和桥梁结构全寿 命设计方法的研究； l 1996年，美国联邦公路局正式颁布了 “道路和桥梁结构全寿 命设计指南。 美国： “它是一个程序和方法，用于评价可行计划项目的总经济价值。 包括初始成本和经折现的进一步成本 —— 整个寿命期内的维护、 修复、重建和表面翻新处理成本 ” 。 一、 HPC相关概念 3. 全寿命经济分析 (LCCA) 全寿命周期成本 (1) 机构成本： l规划与设计； l施工及管理； l检查； l维护与维修； l大修、更换、更新； l残值 l交通阻塞延误； l交通绕道； l环境损害； l其它 …… l荷载导致的损害； l碰撞损害； l地震、洪水； l其它 …… (2) 使用者成本： (3) 意外与风险成本 一、 HPC相关概念 3. 全寿命经济分析 一、 HPC相关概念 4. 耐久性及耐久性设计 CECS 207∶2006 高性能混凝土应用技术规程 混凝土在所处工作环境下，长期抵抗劣化外力与劣化内 因的作用，维持其应有性能的能力。 耐久性设计：指设计中为抵抗环境因素的作用、提高设 计寿命而增加的一系列技术要求。 例如材料的耐久性要求，结构的耐久性构造，附件的可 更换性及桥梁施工的质量要求。 二、 HPC的结构特点 1. 水泥石的孔结构 类 别 名 称 直 径 对浆 体性能影响 粗 孔 球形大孔 1000～ 15μm 强 度、渗透性 毛 细 孔 大毛 细 孔 10～ 0.05μm 强 度、渗透性 小毛 细 孔 50～ 10nm 强 度、渗透性、高湿度下的收 缩 凝胶孔 胶粒 间 孔 微 孔 层间 孔 10～ 2.5nm 2.5～ 0.5nm ﹤ 0.5nm 湿度 50% 以下 时 的收 缩 收 缩 、徐 变 收 缩 、徐 变 二、 HPC的结构特点 2. 界面过渡区 (1) 过渡区的形成 l水灰比梯度lCH取向生长 l水灰比高 l孔隙率大 lCH、 Aft多，结晶颗粒大 lCH取向生长 (2) 过渡层的特点 二、 HPC的结构特点 (1) 孔隙率低，基本上不存在 100nm以上的大孔； (2) 水化物中 CH减少， CSH和 Aft增多； (3) 未水化颗粒多，中心质效应增强； (4) 界面过渡区得到优化。 三、国内外现状 ACI-201： 1957成立，负责混凝土耐久性方面的研究， 1992年编制了耐久性混凝土指南； RILEM： 1960成立钢筋锈蚀技术委员会； 1996提出基 于破坏概率设计理论的混凝土结构耐久性设计概念； ASTM：每三年召开一次建筑材料耐久性研讨会； 日本、挪威、印度等国的研究机构。 1. 国外情况 三、国内外现状 l七五 (1986-1990)：大气条件下钢筋混凝土结构耐久性及使用年限； l八五 (1991-1995)：预应力混凝土结构及混凝土耐久性技术、工业厂房 混凝土结构耐久性研究、重大土木与水利工程安全性与耐久性基础研究 l九五 (1996-2000)：重点工程混凝土安全性研究 l十五 (2001-2005)：青藏铁路 l十一五 (2006-2010)：客运专线 /高速铁路 相关标准： lCCES 01-2004 混凝土结构耐久性及耐久性设计指南 lCECS 207-2006 高性能混凝土应用技术规程 lCECS 220-2007 混凝土结构耐久性评定标准 lGB 50476-2008 混凝土结构耐久性设计规范 1. 国外情况 2. 国内情况 三、国内外现状 3. 当前的严峻形势 l建设速度； l新材料、新工艺； l大型工程建设； l特殊环境开发利用 1. 国外情况 2. 国内情况 四、推广 HPC的意义 l普通砼工程的维修费用急剧增大，使用寿命 受到影响； l传统砼的强度及性能越来越难以满足要求， 水泥用量增大使砼的体积稳定性变差，容易 开裂； l混凝土施工要求越来越高，要求和易性好、 可泵性好； l发展 HPC是保护生态环境，保证可持续发展道 路的需要。 2 混凝土的劣化形式 二、冻融破坏 三、化学侵蚀 四、碱骨料反应 一、钢筋锈蚀 五、磨蚀、风蚀、冲刷 2 混凝土的劣化形式 Metha：当今世界混凝土破坏的主要原因为钢筋锈蚀 、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用。 (1991年第二届混凝土耐久性会议主题报告：混凝土 耐久性 -50年的进展 ) 2 混凝土的劣化形式 Metha：当今世界混凝土破坏的主要原因为钢筋锈蚀 、寒冷气候下的冻害、侵蚀环境下的物理化学作用。 (1991年第二届混凝土耐久性会议主题报告：混凝土 耐久性 -50年的进展 ) 本地的具体情况： 温度低； 温差大； 风沙大； 雨量少； 撒盐除冰。 钢筋锈蚀； 冻融破坏及盐冻； 风蚀。 一、钢筋锈蚀 电化学腐蚀： lFe-2e=Fe2+ lH2O+O2+4e=4OH- 发生条件 l阳极反应：脱钝 l阴极反应： H2O、 O2 l离子和电子通路 1. 锈蚀机理 一、钢筋锈蚀 1. 锈蚀机理 一、钢筋锈蚀 lpH值； l氯离子浓度； l环境温湿度； l混凝土饱水度、电阻抗； l保护层渗透性 2. 影响因素 1. 锈蚀机理 l减少氯离子含量和侵入； l保护层厚度及质量 3. 预防措施 二、冻融破坏 (1) 静水压假说 (2) 渗透压假说 (3) 盐冻 1. 破坏机理 二、冻融破坏 (1) 静水压假说 (2) 渗透压假说 (3) 盐冻 l初始饱水度提高：盐类的吸湿性和保水性 l渗透压、结晶压 l结冰速度和降温速度加快使静水压增大 1. 破坏机理 二、冻融破坏 2. 影响因素 (1) 气泡间距； (2) 饱水程度； (3) 骨料特性； (4) 混凝土强度； (5) 冻结温度、速度 1. 破坏机理 3. 预防措施 适当引气 三、化学侵蚀 (1) 环境水 (2) 酸碱 (3) 硫酸盐 (4) 结晶侵蚀 2. 影响因素 (1) 侵蚀介质 (2) 渗透性能 (3) 水化产物 lCa(OH)2溶出 l 水泥石分解 (稳定浓度 1.3g/L) l 其它腐蚀性介质 lE盐腐蚀 (Ettringite)250mg/L lG盐腐蚀 (Gypsm) 1000mg/L l 碳硫硅钙石 lDEF 1. 侵蚀机理 四、碱骨料反应 (1) ASR 2. 发生条件 l骨料具有碱活性 l可溶性碱 (Na2O+0.658K2O) l潮湿环境 (2) ACR 1. AAR机理 3. 预防措施 l非活性集料 l减少可溶性碱 (Na2O+0.658K2O) l减少与水接触 l引气 3 HPC的性能要求及检测方法 二、混凝土的体积稳定性 三、混凝土的力学性能 四、混凝土的耐久性 一、新拌混凝土的性能