高性能混凝土配合比设计要点.docx

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高性能混凝土配合比设计要点

高性能混凝土配合比设计要点

1.混凝土结构耐久性的基本规定

1.1高性能混凝土结构耐久性设计应包括以下内容：

1混凝土结构及构件的设计使用年限。

2混凝土结构的环境类别及环境作用等级。

3混凝土结构用材料的性能及耐久性指标要求。

4混凝土结构裂缝控制措施。

5混凝土结构构造措施。

6严重腐蚀环境下对混凝土结构采取的防腐蚀强化措施。

7在设计使用年限内对混凝土结构采取的跟踪检查与维修要求。

1.2混凝土结构的使用年限级别可根据设计使用年限按表1.2进行划分。

表1.2混凝土结构的使用年限

使用年限

设计使用年限

一

100年

二

60年

三

30年

2.环境

2.1一般规定

2.1.1混凝土结构耐久性设计前，应对所建线路沿线气候、水质、土质等环境条件进行勘察或调查，确定混凝土结构所处的环境类别及作用等级。

2.1.2混凝土结构处于多种环境共同作用情况下，应对结构所处的不同环境作用分别进行确定，所采取的耐久性技术措施应同时满足每种环境作用的要求。

2.1.3同一混凝土结构的不同部位所处的环境作用不同时，应根据具体情况对不同部位所处的环境类别及作用等级分别经行确定，并采取相应的耐久性技术措施。

2.2类别

2.2.1混凝土结构所处的常见环境类别按其对混凝土材料和钢筋的腐蚀机理分为6类，并按表2.2.1确定。

表2.2.1环境类别

环境类别

腐蚀机理

碳化环境

保护层混凝土碳化导致钢筋锈蚀

氯盐环境

氯盐渗入混凝土内部导致钢筋锈蚀

化学侵蚀环境

硫酸盐等化学物质与水泥水化产物发生化学反应导致混凝土损伤

盐类结晶破坏环境

硫酸盐等化学物质在混凝土孔中结晶膨胀导致混凝土损伤

冻融破坏环境

反复冻融作用导致混凝土损伤

磨蚀环境

风沙、河水、泥砂或流冰在混凝土表面高速流动导致混凝土表面损伤

2.3作用等级

2.3.1碳化环境的作用等级应按表2.3.1确定。

表2.3.1碳化环境的作用等级

环境作用等级

环境条件

T1

年平均相对湿度<60%

长期在水下（不包括海水）或土中

T2

年平均相对湿度≥60%

室外环境

T3

水位变动区

干湿交替

注：

薄型结构的一侧干燥而另一侧湿润或饱水时，其干燥一侧混凝土的碳化锈蚀作用等级应按T3级考虑。

2.3.2氯盐环境的作用等级应按表2.3.2确定。

表2.3.2氯盐环境的作用等级

环境作用等级

环境条件

L1

长期在海水水下区

离平均水位15m以上的海上大气区

离涨潮岸线100m～300m的陆上近海区

水中氯离子浓度≥100mg/L且≤500mg/L，并有干湿交替

土中氯离子浓度≥150mg/kg且≤750mg/kg，并有干湿交替

续表2.3.2

环境作用等级

环境条件

L2

平均水位15m以内（含15m）的海上大气区

离涨潮岸线100m以内（含100m）的陆上近海区

海水潮汐区或浪溅区（非炎热地区）

水中氯离子浓度>500mg/L且≤5000mg/L，并有干湿交替

土中氯离子浓度>750mg/kg且≤750mg/kg，并有干湿交替

L3

海水潮汐区或浪溅区（南方炎热地区）

盐渍地区露出地表的毛细吸附区

水中氯离子浓度>5000mg/L，并有干湿交替

土中氯离子浓度>7500mg/kg，并有干湿交替

注：

1氯离子浓度的测定方法应符合交通部现行的水质和岩土分析规程的相关规定。

2炎热地区是指年平均气温高于20℃的地区。

2.3.3化学侵蚀环境的作用等级应按表2.3.3确定。

表1.2.1-3化学侵蚀环境的作用等级

环境作用等级

环境条件

水中

SO42

（mg/L）

强透水性土中SO42-（水溶值mg/kg）

弱透水性土中SO42-（水溶值mg/kg）

酸性水

（pH值）

水中侵蚀性CO2（mg/L）

水中Mg2+（mg/L）

H1

≥200

≤1000

≥300

≤1500

>1500

≤6000

≤6.5

≥5.5

≥15

≤40

≥300

≤1000

H2

>1000

≤4000

>1500

≤6000

>6000

≤15000

<5.5

≥4.5

>40

≤100

>1000

≤3000

H3

>4000

≤10000

>6000

≤15000

>15000

<4.5

≥4.0

>100

>3000

H4

>10000

≤20000

>15000

≤30000

—

—

—

—

注：

1强透水性土是指碎石土和砂土，弱透水性土是指粉土和粘性土。

2当混凝土结构处于高硫酸盐含量（水中SO42-含量大于20000mg/L、土中SO42-含量大于30000mg/kg）的环境时，其耐久性技术措施应进行专门研究和论证。

3当环境中存在酸雨时，按酸性水侵蚀考虑，但相应作用等级可降一级。

4水和土中侵蚀性离子浓度的测定方法应符合交通部现行的水质和岩土分析规程的相关规定。

2.3.4盐类结晶破坏环境的作用等级应按表2.3.4确定。

表2.3.4盐类结晶破坏环境的作用等级

环境作用等级

环境条件

水中SO42-（mg/L）

土中SO42-（水溶值mg/kg）

Y1

≥200,≤500

≥300,≤750

Y2

>500,≤2000

>750,≤3000

Y3

>2000,≤5000

>3000,≤7500

Y4

>5000,≤10000

>7500,≤15000

注：

1对于盐渍土地区的混凝土结构，埋入土中的混凝土按遭受化学侵蚀环境作用考虑；当大气环境多风干燥时，露出地表的毛细吸附区内的混凝土按遭受盐类结晶破坏环境作用考虑。

2对于一面接触含盐环境水（或土）而另一面临空且处于大气干燥或多风环境中的薄壁混凝土结构（如隧道衬砌），接触含盐环境水（或土）的混凝土按遭受化学侵蚀环境作用考虑，临空面的混凝土按遭受盐类结晶破坏环境作用考虑。

3当混凝土结构哦处于高硫酸盐含量（环境水中SO42-含量大于10000mg/L或环境土中SO42-含量大于15000mg/kg）的地区，其耐久性技术措施应进行专门研究和论证。

4水盒土中硫酸盐离子浓度的测定方法应符合交通部现行的水质和岩土分析规程的相关规定。

2.3.5冻融破坏环境的作用等级应按表2.3.5确定。

表2.3.5冻融破坏环境的作用等级

环境作用等级

环境条件特征

D1

微冻条件，且混凝土频繁接触水

D2

微冻条件，且混凝土处于水位变动区

严寒和寒冷条件，且混凝土频繁接触水

微冻条件，且混凝土频繁接触含氯盐水体

D3

严寒和寒冷条件，且混凝土处于水位变动区

微冻条件，且混凝土处于含氯盐水体的水位变动区

严寒和寒冷条件，且混凝土频繁接触含氯盐水体

D4

严寒和寒冷条件，且混凝土处于含氯盐水体的水位变动区

注：

1严寒地区、寒冷地区和微冻地区是根据最冷月的平均气温划分的。

严寒地区、寒冷地区和微冻地区最冷月的平均气温t分别为：

t≤-8℃,-8℃

2含氯盐水体包括海水、含氯盐的地下水或盐湖水等。

2.3.6磨蚀环境的作用等级应按表2.3.6确定。

表2.3.6磨蚀环境的作用等级

环境作用等级

环境条件特征

M1

风力等级≥7级，且年累计刮风时间大于90d的风沙地区

M2

风力等级≥9级，且年累计刮风时间大于90d的风沙地区

有强烈流冰撞击的河道（冰层水位下0.5m～冰层水位上1.0m）

汛期含砂量为200～1000kg/m3的河道

M3

风力等级≥11级，且年累计刮风时间大于90d的风沙地区

汛期含砂量>1000kg/m3的河道

西北戈壁荒漠区洪水期间夹杂大量粗颗粒砂石的河道

2.3.6环境作用等级为L3、H4、Y4、D4和M3级的环境为严重腐蚀环境。

3配合比

3.1.1不同强度等级混凝土的胶凝材料用量宜满足表3.1.1的要求

表3.1.1混凝土的胶凝材料最大用量限值（kg/m3）

混凝土强度等级

成型方式

振动成型

自密实成型

360

/

C30～C35

400

550

C40～C45

450

600

C50

480

/

>C50

500

/

3.1.2不同环境下混凝土中矿物掺和料的掺量宜满足表3.1.2的要求。

表3.1.2不同环境下混凝土中矿物掺和料掺量范围（%）

环境类别

矿物掺和料种类

水胶比

≤0.40

>0.40

碳化环境

粉煤灰

≤40

≤30

磨细矿渣粉

≤50

≤40

氯盐环境

粉煤灰

30～50

20～40

磨细矿渣粉

40～60

30～50

续表3.1.2

环境类别

矿物掺和料种类

水胶比

≤0.40

≤0.40

化学侵蚀环境

粉煤灰

30～50

20～40

磨细矿渣粉

40～60

30～50

盐类结晶破坏环境

粉煤灰

≤40

≤30

磨细矿渣粉

≤50

≤40

冻融破坏环境

粉煤灰

≤30

≤20

磨细矿渣粉

≤40

≤30

磨蚀环境

粉煤灰

≤30

≤20

磨细矿渣粉

≤40

≤30

注：

1本表规定的产量是指单掺一种矿物掺和料时的适宜产量范围。

当采用多种矿物掺和料复合掺用时，不同矿物掺和料的掺量可参考本表并经过试验确定。

2本表规定的矿物掺和料的掺量范围仅限于使用硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥的混凝土。

3对于预应力混凝土结构，粉煤灰的掺量不宜超过30%。

4严重氯盐环境与化学侵蚀环境下，粉煤灰掺量应大于30%，或磨细矿渣粉的掺量大于50%。

3.1.3不同环境下，混凝土的含气量应满足表3.1.3的要求。

表3.1.3混凝土含气量最低限值要求

环境条件

冻融破坏环境

盐类结晶破坏环境

其他环境

D1

D2、D3

D4

Y1、Y2、Y3、Y4

含气量（%）

4.0

5.0

6.0

4.0

2.0

注：

1冻融破坏环境和盐类结晶破坏环境下，除新拌混凝土的含气量应满足本表规定外，硬化混凝土的气泡间距系数应小于300μm。

气泡间距系数按照直线导线法检测。

2本标准环境条件下，梁板混凝土的含气量应为2.0%～4.0%。

3.1.4碳化环境下，钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的混凝土配合比参数应满足表3.1.4的要求，素混凝土结构的混凝土的最大水胶比不应超过0.60，最小胶凝材料用量不应低于260kg/m3。

表3.1.4碳化环境下，钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的混凝土配合比参数限值

环境作用等级

100年

60年

30年

最大

水胶比

最小胶凝材料用量（kg/m3）

最大

水胶比

最小胶凝材料用量（kg/m3）

最大

水胶比

最小胶凝材料用量（kg/m3）

T1

0.55

280

0.60

260

0.60

260

T2

0.50

300

0.55

280

0.55

280

T3

0.45

320

0.50

300

0.50

300

3.1.5氯盐环境下，钢筋混凝土结构和预应力钢筋混凝土结构的混凝土配合比参数应满足表3.1.5的要求，素混凝土结构的混凝土的最大水胶比不