建筑施工手册10混凝土工程108 高性能混凝土109 常用特种混凝土Word文件下载.docx
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无论是在水泥出厂前还是在混凝土制备中掺入的矿物掺合料,都需要比水泥熟料更大的细度和更好的颗粒级配。
(2)宜选用42.5级或更高等级的水泥。
如果所配制的高性能混凝土强度等级不太高,也可以选用32.5级水泥。
(3)应选用C3S含量高、而C3A含量低(少于8%)的水泥。
C3A含量过高,不仅水泥水化速度加快,往往会引起水泥与高效外加剂相互适应的问题,不仅会影响超塑化剂的减水率,更重要的是会造成混凝土拌合物流动度的经时损失增大。
在配制高性能混凝土时,一般不宜选用C3A含量高、细度细的R型水泥。
(4)水泥中的碱含量应与所配制的混凝土的性能要求相匹配。
在含碱活性骨料应用较集中的环境下,应限制水泥的总碱含量(Na2O+0.658K2O)不超过0.6%。
(5)在充分试验的基础上,考虑其他高性能水泥。
2.外加剂
用于高性能混凝土的外加剂主要是高效减水剂,其次还有缓凝剂、引气剂、泵送剂等。
(1)高效减水剂
高性能混凝土离不开高效减水剂。
任何一种外加剂都有一个与水泥等胶凝材料适应性问题,应通过试验来确定。
高效减水剂的减水率应该在20%以上,有时甚至高达25%以上;
普通减水剂不仅减水率低(一般10%以下),而且掺量较低(如木钙不能超过0.3%),超过了反而有害,而高效减水剂则可高比例掺入水泥,除经济因素外,对混凝土并无不利影响。
常用的高效减水剂主要是三聚氰胺系、萘系和胺基磺酸盐系。
目前国内高效减水剂以萘系为主,产品型号有NF、UNF、FDN、NSZ、DH、SN及NNO等。
三聚氰胺系为树脂类高效减水剂,产品型号有SM、JZB-1、SP401等。
胺基磺酸盐系有AN3000、DFS-II等。
为了改善高效减水剂的性能,降低成本,常常将高效减水剂与缓凝剂一起使用。
通过优化各外加剂的比例和掺量,可以获得改善混凝土强度增长性质,改善拌合物工作性和减少流动性经时损失。
目前我国生产的高效减水剂产品多是这样复合配制而成的,有时在复合配制时掺入“载体”以降低成本,如此对配合比设计带来麻烦。
建议选购合适的高效减水剂母体,再根据性能要求和所用原材料进行试配。
即使同为萘系高效减水剂,不同生产厂家使用的原料和工艺也不尽相同,这更提出了注重复合配制和试配的重要性。
(2)其他外加剂
在高性能混凝土中,为了改善拌合物及硬化后混凝土的性能,常常也引入一些其他的外加剂,如缓凝剂、引气剂、防冻剂、泵送剂等。
预拌混凝土的大量使用,常常需要调剂混凝土拌合物的凝结时间,在夏季施工以及大体积混凝土施工中更为突出,往往需要复合使用缓凝剂。
缓凝剂的缓凝效果和水泥组成、水胶比、缓凝剂掺入顺序、外界环境等有关。
如C3A和碱含量低的水泥,缓凝效果较好;
在混凝土搅拌2~4min后掺入,比将缓凝剂加入拌合水中,凝结时间可延长2~3h。
掺有粉煤灰的高性能混凝土,凝结时间随掺量增大而不断延缓,掺矿渣粉或硅粉等对凝结时间影响相对较小。
不同缓凝剂亦存在与高效减水剂和水泥的相容性问题,应通过试验确定。
引气剂配制高性能混凝土,虽然混凝土的强度等级不是很高,但提高了混凝土的工作性和均质性,改善了混凝土的抗渗性和抗冻性。
用于混凝土的引气剂主要是聚乙二醇型的非离子表面活性剂。
引气剂在混凝土中形成大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡,可以进一步提高混凝土的流动性和改善混凝土的耐久性。
但是由于气泡的引入提高了混凝土的孔隙率,因而使混凝土的强度及耐磨性有所降低。
加入引气剂的混凝土,必须采用机械搅拌,搅拌时间不小于3min,也不宜大于5min,采用插入式振动器时,振动时间不应超过20s。
3.矿物细掺合料
矿物细掺合料是高性能混凝土的主要组成材料,它起着根本改变传统混凝土性能的作用。
在高性能混凝土中加入较大量的磨细矿物掺合料,可以起到降低温升,改善工作性,增进后期强度,改善混凝土内部结构,提高耐久性,节约资源等作用。
其中某些矿物细掺合料还能起到抑制碱-骨料反应的作用。
可以将这种磨细矿物掺合料作为胶凝材料的一部分。
高性能混凝土中的水胶比是指水与水泥加矿物细掺合料之比。
矿物细掺合料不同于传统的水泥混合材,虽然两者同为粉煤灰、矿渣等工业废渣及沸石粉、石灰粉等天然矿粉,但两者的细度有所不同,由于组成高性能混凝土的矿物细掺合料细度更细,颗粒级配更合理,具有更高的表面活性能,能充分发挥细掺合料的粉体效应,其掺量也远远高过水泥混合材。
如磨细矿渣的掺量可以占胶凝材料总量的70%,甚至到80%。
高性能混凝土应首选用需水量小的矿物细掺合料。
不同的矿物细掺合料对改善混凝土的物理、力学性能与耐久性具有不同的效果,应根据混凝土的设计要求与结构的工作环境加以选择。
使用矿物细掺合料与使用高效减水剂同样重要,必须认真试验选择。
(1)粉煤灰
高性能混凝土所用粉煤灰从原材料上有所要求,要选用含碳量低、需水量小以及细度大的I级或II级粉煤灰(烧失量低于5%,需水量比小于105%,细度45μm筛余量小于25%)。
随着我国电厂煤燃料和工艺的改进,粉煤灰的品质大幅度改善,使得大量利用粉煤灰配制高性能混凝土成为可能。
由于粉煤灰粒子大部分为实心和中空的表面光滑的球状,因此在满足相同工作度的要求下,可以降低用水量,改善和易性,尤其适合泵送混凝土的应用。
粉煤灰的活性主要是火山灰活性,所以混凝土中掺入粉煤灰后,胶凝材料的水化反应放缓,水化热降低,新拌混凝土的初凝和终凝时间延长,绝热温升可以降低,特别有利于大体积混凝土的应用。
低水胶比的大掺量粉煤灰混凝土可以有很多的性能(粉煤灰占胶凝材料总量可达50%以上),虽然早期强度在常温下尚不够理想,但后期强度得到较大增长,养护温度越高,强度增长越显著。
粉煤灰除了改善和易性、降低水化热等外,还有许多其他方面的优点。
粉煤灰的品质及其均匀性是保证混凝土质量的前提。
控制水胶比在0.36以下,即使掺入占胶凝材料总量50%的II级粉煤灰,混凝土的60d强度也有可能达到60MPa以上。
粉煤灰还会提高硬化混凝土的弹性模量,减小收缩和徐变,同时起到改善混凝土抗蚀性能和抑制碱骨料反应的作用。
粉煤灰的负面影响主要有:
由于粉煤灰的火山灰反应,消耗了一部分Ca(OH)2,混凝土碱性降低,从而在一定程度上影响到混凝土的碳化。
但是
高性能混凝土由于抗渗性提高,碳化又受到削弱。
另一个是粉煤灰中的碳,能吸附引气剂,使含气量发生变化,因此对高性能混凝土的粉煤灰更应严格控制含碳量。
(2)磨细矿渣
磨细矿渣是粒化高炉矿渣磨细到比表面积4000~8000cm2/g而成的。
粒化高炉矿渣,是由炼铁时排出的高温状态下熔融炉渣经急速水淬而成。
其中的钙、硅、铝和锰多处于非结晶的玻璃体。
通常认为,粒径小于10μm的矿渣颗粒参与28d前龄期的混凝土强度,10~45μm的参与后期强度,而大于45μm的颗粒则很难水化。
现代混凝土技术发现把水淬矿渣单独磨细后,作为混凝土的掺合料使用,活性可以得到很好激发,混凝土多项性能得到改善和提高,成为配制高性能混凝土的重要技术途径之一。
在配制高性能混凝土时,磨细矿渣的适宜掺量随矿渣细度的增加而增大,最高可占胶凝材料总量的70%。
矿渣磨得越细,其活性越高,但粉磨费用也越高,与粉煤灰相比,其早期活性明显较高,7d强度可赶超对比普通混凝土,而后期强度继续增加。
(3)超细沸石粉
用于高性能混凝土的细沸石粉,与其他火山灰质掺合料类似,平均粒径<10μm,具有微填充效应与火山灰活性效应。
因而能降低新拌混凝土的泌水与离析,提高混凝土的密实性,使强度提高,耐久性改善。
细沸石粉的细度与掺量对混凝土性能具有明显影响。
在一定的细度范围内增强效果提高,但过细时强度反而有所降低。
掺量以5%~10%为宜。
超细沸石粉配制的高性能混凝土,还具有优良的抗渗性和抗冻性。
对混凝土中的碱骨料反应有很强的抑制作用。
但是这种混凝土的收缩与徐变系数均略大于相应的普通混凝土。
(4)硅粉
硅粉最主要的品质指标是SiO2含量和细度。
SiO2含量越高、细度越细其活性率越高。
以10%的硅灰等量取代水泥,混凝土强度可提高25%以上。
硅灰掺量越高,需水量越大,自收缩增大。
研究发现,在混凝土中掺入1kg硅粉后,为保持其流动度不变,一般需增加1kg用水量。
因此一般将硅粉的掺量控制在5%~10%之间,并用高效减水剂来调节需水量。
在我国因硅粉产量低,价格高,出于经济考虑,一般混凝土强度高于80MPa时才考虑掺用硅粉。
硅粉常常与粉煤灰、矿渣细粉或其他掺合料共掺,以发挥它们的叠加效应,是目前配制高性能混凝土常用的方法。
(5)其他掺合料
除了上述常用的掺合料以外,还可根据高性能混凝土的设计要求与资源条件,选用其他掺合料。
如:
磨细石灰石粉、石英砂粉、稻壳灰、凝灰岩粉、偏高岭土细粉、磷渣粉、锂渣粉,以及其他一些具有一定化学反应性的细掺料。
开发应用这些细掺料还需要进行大量的试验研究工作。
4.骨料
高性能混凝土对骨料的外形、粒径、级配以及物理、化学性能都有一定要求,但砂石又是地方性材料,在满足基本性能的条件下应因地制宜地选择。
随着配制混凝土强度等级的提高,骨料性能的影响将更为显著。
(1)粗骨料
天然岩石一般强度都在80~150MPa,因此对了C40~C80高性能混凝土,最重要的不是强度,而是粒形特征、品种、级配、粒径以及碱活性等。
品种:
应选择质地坚硬未风化的岩石,如石灰岩、辉绿岩、玄武岩等。
岩石的密度越大,吸水率越低,压碎值越小,其力学性能往往越好。
粒形与级配:
配制高性能混凝土应选用针片状含量少的石子,针、片颗粒骨料不但降低混凝土的流动性,而且因其内部缺陷降低强度。
石子具有良好的级配,才能使骨料堆积密度增大,用于填充空隙的砂浆量减少,有利于混凝土体积稳定的提高,配制高性能混凝土应采用石子的连续级配,不宜在砂石场将其中粒径小于10mm的石子分离出去。
在含泥量(包括含粉量)满足要求的前提下,对于中、低强度的混凝土,使用卵石与碎石没有明显差别,但随着强度等级的不断提高,界面粘结性能成为控制因素,使用碎石或碎卵石优于卵石。
粒径:
高性能混凝土应选用粒径较小的石子。
小粒径的石子,水泥浆体和单个石子界面周长和厚度都小,形成缺陷的几率小,有利于界面强度的提高。
同时,粒径越小,石子本身缺陷几率越小。
在水胶比相同的情况下,石子粒径越小,渗透系数也越小。
当然石子粒径也不是越小越好,要同时满足强度和施工性能的要求。
高性能混凝土石子的合理的最大粒径见表10-90。
高性能混凝土石子的合理的最大粒径表10-90
强度等级
石子最大粒径(mm)
C50以下
按施工要求选择
C60
≤20
C70
≤15
C80
≤10
粗骨料的品种和弹性模量对混凝土的弹性模量有较大影响,在配合比相同的情况下,石灰岩和辉绿岩配制的混凝土弹性模量高于花岗岩、砂岩配制棍凝土的弹性模量。
(2)细骨料
高性能混凝土的细骨料宜优先选用细度
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