高性能混凝土及耐久性施工

1、第十八章 高性能混凝土及耐久性施工 第一節(jié) 概 述 要建立健全的各級(jí)質(zhì)量保證體系，要以“調(diào)整地位、驗(yàn)評(píng)分離、充實(shí) 內(nèi)容，嚴(yán)格程序、 強(qiáng)化控制、明確職責(zé)”的指導(dǎo)思想，搞好工程質(zhì)量。試驗(yàn)工作是質(zhì)量 體系的重要環(huán)節(jié)之一，對(duì)推動(dòng)技術(shù)進(jìn)步、保證工程質(zhì)量、降低工程成本都起著重要作用。武 廣客運(yùn)專線鐵路要求橋 梁、隧道等主體結(jié)構(gòu)采用高性能耐久性混凝土，使用壽命為 100 年。 下面是根據(jù)高性能混凝 土的特點(diǎn)我們總結(jié)一下高性能耐久性混凝土配合比設(shè)計(jì)和施工檢測(cè) 控制。一、高性能混凝土特點(diǎn) 高性能混凝土是指采用普通原材料、 常規(guī)施工工藝， 通過摻加外加劑 和摻合料配制而成 的具有高工作性、高強(qiáng)度、高耐久性的綜合性

2、能優(yōu)良的混凝土。 目前，高性能混凝土在客運(yùn)專用線的工程實(shí)踐中已較廣泛采用， 高性 能混凝土特點(diǎn)具有以下特點(diǎn)： 1拌合料呈高塑或流態(tài)、可泵送、不離析，便于澆筑密實(shí)； 2在凝結(jié)硬化過程中和硬化后的體積穩(wěn)定，水化熱低，不產(chǎn)生微細(xì) 裂縫，徐變?。?有很高的抗?jié)B性。 其中高工作性是高性能政必須具備的首要條件， 即高流動(dòng)性、高 抗分離性、高間隙通過性、高填充性、高密實(shí)性、高穩(wěn)定性；并同時(shí) 具備低成本的技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理性。 高性能混凝土具有豐富的技術(shù)內(nèi)容，基本特征是按耐久性進(jìn)行設(shè)計(jì)， 保證拌和物易于澆筑和密實(shí)成型， 不發(fā)生或盡量少發(fā)生由溫度和收縮產(chǎn)生的裂縫， 硬化 后有足夠的強(qiáng)度，內(nèi)部孔隙結(jié)構(gòu)合理而有低滲透性和

3、高抗化學(xué)侵蝕。隨著工程建設(shè)的需要 , 高性能混凝土的使頻率越來越高 ,對(duì)其進(jìn)行嚴(yán)格質(zhì)量控制的重要性也越來越強(qiáng)。二、高性能混凝土的研究設(shè)計(jì)內(nèi)容高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)， 高性能混凝土及耐久性， 高性能外加劑（聚 羧酸系減水劑）在客運(yùn)專線工程中的應(yīng)用， 高性能混凝土施工溫度控制， 高性能混凝 土外觀質(zhì)量缺陷原因分析及預(yù)防措施， 客運(yùn)專線用高性能混凝土攪拌站， 高性能混凝土的應(yīng) 用及生產(chǎn)質(zhì)量控制等。第二節(jié) 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì) 高性能混凝土配合比是保證高性能混凝土質(zhì)量的關(guān)鍵， 所有高性能混 凝土的配制全部運(yùn)用正交試驗(yàn)法進(jìn)行配合比的優(yōu)化設(shè)計(jì)試驗(yàn)。 依據(jù)原材料性質(zhì)配制多個(gè) 配合比，對(duì)每個(gè)配合比 坍落度、

4、含氣量、泌水率、強(qiáng)度、彈性模量等進(jìn)行試驗(yàn)。從中選出能 滿足設(shè)計(jì)要求的最佳配 合比，進(jìn)行抗?jié)B性、抗氯離子滲透性能、抗堿骨料反應(yīng)、抗凍性、 抗裂性、抗鋼筋銹蝕等 檢驗(yàn)，確定最終的混凝土配合比。 一、高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)步驟 京廣高鐵（武廣段）工程總結(jié)5541確定初步理論配合比設(shè)計(jì)參數(shù)（1）配制強(qiáng)度配制強(qiáng)度 fcu,0, 應(yīng)根據(jù)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí) fcu,0 和施工單位的 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差（T，按國(guó)家現(xiàn)行普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ55中有關(guān)混凝 土的施工配制強(qiáng)度計(jì)算公式確定：1.645（T ,0 ,> + cu cu k f f當(dāng)施工單位無近期同一品種混凝土的資料時(shí)，混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差a

5、值可按表 1 取用。表 1 混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差 a 值生產(chǎn)單位 混凝土等級(jí)C20 C20- C40 >C40預(yù)制混凝土構(gòu)件廠 3.0 MPa 4.0 MPa 5.0 MPa 現(xiàn)場(chǎng)混凝土集中攪拌站 3.5 MPa 4.5 MPa 5.5 MPa 但應(yīng)注意，在進(jìn)行水下混凝土配合比設(shè)計(jì)時(shí)， 其配制強(qiáng)度應(yīng)較普通 混凝土的配制強(qiáng)度提高10%- 20%水泥用量不宜小于350kg/m3 ;當(dāng)摻用外加劑，摻合 料時(shí)，水泥用量可減少，但不得小于 350kg/m3。（ 2）水膠比 W0/J按國(guó)家現(xiàn)行普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ55）中有關(guān)混凝土的 水膠比計(jì)算公式計(jì)算，按耐久性設(shè)計(jì)要求確定。 當(dāng)按計(jì)算所得水

6、膠比例大于按耐久性 設(shè)計(jì)要求確定的水膠比值時(shí)，取耐久性設(shè)計(jì)要求確定的水膠比值。（ 3）用水量 W0可參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ55）選取，通過試驗(yàn)據(jù)混凝土拌合物流動(dòng)性、黏聚性和泌水性確定。（ 4）砂率 SP可參考行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ55）選用。二、配合比設(shè)計(jì)計(jì)算 進(jìn)行高性能混凝土配合設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)， 所用骨料均以干燥狀態(tài)骨料為基 準(zhǔn)（所謂干燥狀態(tài)骨料系指含水率小于 0.5%的細(xì)骨料或含水率小于 0.2%的粗骨料） , 所用細(xì)骨料均以過 10mm圓孔篩的細(xì)骨料為基準(zhǔn) . 混凝土配合比設(shè)計(jì)計(jì)算步驟和方法可參照行 業(yè)標(biāo)準(zhǔn)普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程（JGJ55）執(zhí)行。高

7、性能混凝土配合比由于設(shè)計(jì)影響因數(shù)眾多、 試驗(yàn)周期長(zhǎng)、 試驗(yàn)任務(wù) 繁重，早期配合比設(shè)計(jì)宜采用正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，合理安排配合比組數(shù)，達(dá)到事半功倍。三、高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù) 高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括混凝土的強(qiáng)度等級(jí)、 耐久性設(shè) 計(jì)參數(shù)、最大水膠 比和最小膠凝材料用量、混凝土含氣量、混凝土電通量 q 混凝土的 抗凍性、混凝土中的堿含量等。京廣高鐵（武廣段）工程總結(jié)555采用設(shè)計(jì)規(guī)定混凝土的強(qiáng)度等級(jí)和耐久性設(shè)計(jì)參數(shù)， 最大水膠比和最 小膠凝材料用量應(yīng)符合鐵道部 140 號(hào)文變更規(guī)定，混凝土含氣量、混凝土電通量 q 應(yīng) 符合相關(guān)規(guī)定，混凝土的抗凍性凍融破壞環(huán)境下的混凝土結(jié)構(gòu)， 混凝土的抗凍性應(yīng)

8、符合相關(guān)規(guī)定。混凝土中的堿含量 應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求。四、高性能混凝土配合比選定試驗(yàn)的檢測(cè)項(xiàng)目 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定混凝土配合比選定試 驗(yàn)的檢測(cè)項(xiàng)目應(yīng)符合下表的規(guī)定。表 15 混凝土配合比選定試驗(yàn)的檢測(cè)項(xiàng)目序號(hào) 檢測(cè)項(xiàng)目 試驗(yàn)方法1 坍落度2 泌水率3 含氣量 普通混凝土拌和物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) ( GB/T50080)4 抗裂性 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)附錄 C5 抗壓強(qiáng)度 普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn) ( GB/T50081)6 電通量 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗(yàn)收補(bǔ)充標(biāo)準(zhǔn)附錄 H 必檢7 彈性模量 普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)( GB/T50081)8 抗凍性 普

9、通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法 ( GBJ82)9 耐磨性 水泥膠砂耐磨性試驗(yàn)方法 ( JC/T421)10 抗?jié)B性 普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法 (GBJ82) 根據(jù)結(jié)構(gòu)所處環(huán)境類別、設(shè)計(jì)要求等進(jìn)行試第三節(jié) 高性能混凝土及耐久性設(shè)計(jì) 混凝土受到來自土壤、 水和空氣中有害介質(zhì)的侵蝕或混凝土本身組成 材料有害成分的化 學(xué)及物理作用，往往會(huì)產(chǎn)生開裂、溶蝕、剝落、膨脹、松軟及強(qiáng)度等 級(jí)下降等現(xiàn)象，嚴(yán)重的還會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破壞或倒塌。 由于多種錯(cuò)綜復(fù)雜的原因?qū)е鹿こ藤|(zhì)量耐 久性差給國(guó)家造成的損 失難以估量，因此混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性和安全性已受到越來越受到廣 泛關(guān)注。 提高混凝土 結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)于當(dāng)前

10、實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略， 更好地利用資源、 節(jié)約能 源和保護(hù)環(huán)境，都具有十分重要的意義。 目前，我國(guó)鐵路部門已經(jīng)在大量推廣應(yīng)用以高抗氯 離子滲透性能、高工作 性和高體積穩(wěn)定性為標(biāo)志的耐久性混凝土，并于 2005 年度先后出臺(tái) 了三部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，即鐵路混凝土工程施工技術(shù)指南 (TZ 210-2005)、客運(yùn)專線鐵路橋涵工 程施工技術(shù)指南(TZ213-2005 )以及鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定(鐵建設(shè)2005157 號(hào))。一、耐久性混凝土設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 明確規(guī)定了其主要的內(nèi)容有以下 8 個(gè)方面：1結(jié)構(gòu)及主要可更換部件的設(shè)計(jì)使用年限； 2結(jié)構(gòu)所處的環(huán)境類別及其作用等

11、級(jí)； 3結(jié)構(gòu)耐久性要求的混凝土原材料品質(zhì)、配合比參數(shù)限值以及耐久 性指標(biāo)要求；京廣高鐵（武廣段）工程總結(jié)5564結(jié)構(gòu)耐久性要求的構(gòu)造措施（包括鋼筋的混凝土保護(hù)層厚度） ； 5與結(jié)構(gòu)耐久性有關(guān)的主要施工控制要求； 6嚴(yán)重腐蝕環(huán)境條件下采取的附加防腐蝕措施； 7與結(jié)構(gòu)耐久性有關(guān)的跟蹤檢測(cè)要求； 8與結(jié)構(gòu)耐久性有關(guān)的養(yǎng)護(hù)維修要求。二、耐久性混凝土的原材料選擇1原材料品質(zhì)控制 基于抗裂、低水化熱、高體積穩(wěn)定性、低滲透性，并適應(yīng)混凝土施工 要求，通常實(shí)現(xiàn)耐久性混凝土的關(guān)鍵技術(shù)措施主要有：選用高性能優(yōu)質(zhì)水泥、優(yōu)質(zhì)骨料 、優(yōu)質(zhì)摻合料和高性能減水劑，并利用高性能減水劑的大減水率大幅度降低混凝土的水膠 比。為節(jié)

12、約篇幅，本文只介紹原材料選擇上與普通混凝土選材不一樣的指標(biāo)，具體而言： （1）基于控制水化熱和收縮的抗裂性要求以及強(qiáng)度、耐久性要求，選擇膠凝材料 時(shí)應(yīng)注意：水泥：不宜使用早強(qiáng)型水泥；C3A含量w 8%（氯鹽環(huán)境w 10%;比表 面積 w 350 m2/kg（對(duì)硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽水泥）；堿含量w 0.8%, C40級(jí)以上混凝 土堿含量w 0.6%;氯離子含量w 0.06%。粉煤灰：鐵路行業(yè)將其劃分為 C50 以下混凝土用灰和 C50 以上混凝 土用灰兩個(gè)等級(jí)。鐵路行業(yè)C50以上混凝土用灰某些技術(shù)要求要高于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的I 級(jí)灰。具體而言，燒失量：C50以下混凝土w 5.0%, C50以上混凝土

13、w 3.0%;細(xì)度：C50以下混 凝土w 25.0%, C50 以上混凝土w 12.0%;需水量比：C50以下混凝土w 105% C50以上混凝 土w 100%對(duì)硫酸鹽環(huán)境氧化鈣含量w 10%并增加了游離氧化鈣含量和安定性兩項(xiàng)指標(biāo)。2009 年 8 月 26 日,鐵建設(shè)2009152 號(hào)文對(duì)粉煤灰的質(zhì)量要求又進(jìn)行了局部修訂, 適當(dāng)放松 了燒失量指標(biāo)要求,但對(duì)于C50以上混凝土用灰的需水量比應(yīng)w 95%礦渣粉：其主要技術(shù)指標(biāo)有燒失量w 4.0%;比表面積350500 m2/kg; 需水量比w 100%活性指數(shù)（28d）95%鐵建設(shè)2009152號(hào)文對(duì)燒失量規(guī)定修改為 < 3.0%。硅灰：由

14、于硅灰比表面積特別大，導(dǎo)致用水量增加，且摻加硅灰混凝 土早期自收縮大，因此對(duì)于硅灰應(yīng)該謹(jǐn)慎使用。其主要技術(shù)指標(biāo)有燒失量w 6.0%;比表 面積18 000 m2/kg ;需水量比w 125%活性指數(shù)（28d）> 85%（ 2）基于強(qiáng)度和耐久性要求并考慮施工性能，選擇骨料應(yīng)注意： 粗骨料：上述三本行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，以客運(yùn)專線鐵路橋涵工程施工技術(shù)指 南（ TZ 213-2005 ）規(guī)定最為嚴(yán)格。以使用于 C50 級(jí)及以上混凝土用粗集料為例，母巖 強(qiáng)度應(yīng)為混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度的2倍；壓碎指標(biāo)值w 10%針片狀顆粒含量w 5%宜為520mm連 續(xù)級(jí)配碎石，使用510mm和1020mm兩級(jí)配配料，其質(zhì)量之比為（

15、40士 5） % （60± 5） % 含泥量w 0.5%; 吸水率w 2.0%;并要求為非活性骨料；其他指標(biāo)參見鐵路混凝土結(jié)構(gòu) 耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（鐵建設(shè) 2005157 號(hào)）。大量工程實(shí)踐表明粗集料應(yīng)積極選擇石灰 巖、玄武巖和細(xì)?；◢従V高鐵（武廣段）工程總結(jié)巖等巖種，以滿足線膨脹系數(shù)（溫控）和混凝土彈性模量的要求。 細(xì)集料： C50 級(jí)以上混凝土用細(xì)集料優(yōu)先采用優(yōu)質(zhì)天然河砂， 細(xì)度模 數(shù)在2.63.0之間；含泥量w 1.5% ;并要求為非活性骨料；其他指標(biāo)參見鐵路混凝 土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定（鐵建設(shè) 2005157 號(hào)）。 （3）基于收縮、抗裂性、強(qiáng)度、耐久性要求以及施工性能，

16、選擇減 水劑時(shí)應(yīng)注意： 減水劑質(zhì)量的好壞是實(shí)現(xiàn)耐久性混凝土的最關(guān)鍵材料， 為此鐵道部科 情司與鐵道科學(xué)研究院就我國(guó)當(dāng)前能滿足鐵路客運(yùn)專線工程的減水劑進(jìn)行了系統(tǒng)的抽 樣檢驗(yàn)，并公布了合格名 錄。因此在合格名錄范圍內(nèi)應(yīng)選擇優(yōu)先選擇減水率大于 25%的聚羧酸 系，其他類減水劑的減水率也應(yīng)大于 20%，適應(yīng)性良好，硫酸鈉含量、堿含量、氯離子含量 合格的產(chǎn)品，其他指標(biāo) 均滿足鐵路混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)暫行規(guī)定 （鐵建設(shè) 2005157 號(hào)）的優(yōu)質(zhì)減水劑。三、耐久性混凝土的施工性能控制 摻加聚羧酸減水劑、 大量使用礦粉的低水膠比耐久性混凝土拌合物往 往比普通 C50 級(jí)純水泥混凝土黏聚性更大， 這主要是因?yàn)?/p>

17、礦粉的顆粒形狀引起的， 而原材料品質(zhì)的波動(dòng)、計(jì)量 誤差、攪拌時(shí)間、骨料含水率的變化更容易引起混凝土拌合物工作性 不良。結(jié)合武廣鐵路客 運(yùn)專線工程實(shí)踐建議注意以下環(huán)節(jié)和參數(shù)控制：（1）施工中合理控制混凝土拌合物性能，優(yōu)化可泵性并注意合理選 擇泵機(jī)和布管工藝 混凝土的可泵性能與混凝土黏著管道產(chǎn)生的阻力及其在管道內(nèi)流動(dòng) 的速度快慢產(chǎn)生的阻力有關(guān)， 混凝土流動(dòng)性過小、 黏度過大會(huì)引起摩擦阻力增大并導(dǎo)致 泵送壓力增大，甚至堵 管。正因?yàn)殍F路耐久性混凝土黏度較普通混凝土大， 因此應(yīng)改變傳統(tǒng) 以單一坍落度指標(biāo)控制 變成以坍落度、擴(kuò)展度、倒坍落度流下時(shí)間等多指標(biāo)控制方法。必要 時(shí)可以適量摻加助泵劑 或者潤(rùn)滑劑

18、以改善新拌拌合物的工作性能。 混凝土輸送泵的電機(jī)功率是決定出口壓力和輸送方量的前提條件， 如 果既要達(dá)到出口壓 力高，又想得到輸送量大的目的，尤其在布管長(zhǎng)度（高度）較大時(shí)， 選擇電機(jī)功率高的輸送 泵目前來看是最便捷的途徑，同時(shí)還應(yīng)保證液壓泵，液壓閥，電氣元 件的可靠性。根據(jù)武廣工程實(shí)踐： 應(yīng)選擇拖式 S 形擺管閥高壓泵， 最大出口泵壓應(yīng)在 16MPa 以上，電機(jī)功率在 132kW 以上。還應(yīng)根據(jù)輸送泵的設(shè)備能力和混凝土工作性能確定合理的泵管 布置方案。在必要的情況下可以通過工程試泵試驗(yàn)來確定。（2）配合比設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證混凝土最適宜的漿體含量 最適宜的漿體含量與骨料品質(zhì)特別是粗骨料的品質(zhì)密切相關(guān)， 應(yīng)確保 骨料質(zhì)量的穩(wěn)定， 且經(jīng)常對(duì)其漿體體積進(jìn)行微調(diào)，通常漿體體積變動(dòng)1.5%左右即可以實(shí)現(xiàn)。（3）制定特殊條件下的施工措施 混凝土冬期、雨期、高溫季節(jié)應(yīng)該有不同的有效的施工保證措施，才 能持續(xù)實(shí)現(xiàn)混凝土耐久性。一般而言，混凝土澆筑前溫度宜