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C100強度等級以上的混凝土稱為超高強混凝土
一般把強度等級為C60及其以上的混凝土稱為高強混凝土,C100強度等級以上的混凝土稱為超高強混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加減水劑或同時外加粉煤灰、F礦粉、礦渣、硅粉等混合料,經常規工藝生產而獲得高強的混凝土。高強混凝土作為一種新的建筑材料,以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優越性,在高層建筑結構、大跨度橋梁結構以及某些特種結構中得到廣泛的應用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高,一般為普通強度混疑土的4~6倍,故可減小構件的截面,因此最適宜用于高層建筑。試驗表明,在一定的軸壓比和合適的配箍率情況下,高強混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸減小,減輕自重,避免短柱,對結構抗震也有利,而且提高了經濟效益。
 

特性

主要

  高強混凝土作為一種新的建筑材料,以其抗壓強度高、抗變形能力強、密度大、孔隙率低的優越性,在高層建筑結構、大跨度橋梁結構以及某些特種結構中得到廣泛的應用。高強混凝土最大的特點是抗壓強度高,一般為普通強度混疑土的4~6倍,故可減小構件的截面,因此最適宜用于高層建筑。試驗表明,在一定的軸壓比和合適的配箍率情況下,高強混凝土框架柱具有較好的抗震性能。而且柱截面尺寸減小,減輕自重,避免短柱,對結構抗震也有利,而且提高了經濟效益。高強混凝土材料為預應力技術提供了有利條件,可采用高強度鋼材和人為控制應力,從而大大地提高了受彎構件的抗彎剛度和抗裂度。因此世界范圍內越來越多地采用施加預應力的高強混凝土結構,應用于大跨度房屋和橋梁中。此外,利用高強混凝土密度大的特點,可用作建造承受沖擊和爆炸荷載的建(構)筑物,如原子能反應堆基礎等。利用高強混凝土抗滲性能強和抗腐蝕性能強的特點,建造具有高抗滲和高抗腐要求的工業用水池等。

優越性

  1、在一般情況下,混凝土強度等級從C30提高到C60,對受壓構件可節省混凝土30-40%;受彎構件可節省混凝土10-20%。
  2、高強混凝土比普通混凝土成本上要高一些,但由于減少了截面,結構自重減輕,這對自重占荷載主要部分的建筑物具有特別重要意義。再者,由于梁柱截面縮小,不但在建筑上改變了肥梁胖柱的不美觀的問題,而且可增加使用面積。以深圳賢成大廈為例,該建筑原設計用C40級混凝土,改用C60級混凝土后,其底層面積可增大1060平方米,經濟效益十分顯著。
  3、由于高強混凝土的密實性能好,抗滲、抗凍性能均優于普通混凝土。因此,國外高強混凝土除高層和大跨度工程外,還大量用于海洋和港口工程,它們耐海水侵蝕和海浪沖刷的能力大大優于普通混凝土,可以提高工程使用壽命。
  4、高強混凝土變形小,從而使構件的剛度得以提高,大大改善了建筑物的變形性能。

規范

  CECS 104:99《高強混凝土結構技術規程》1.0.2條明確規定:“高強混凝土為采用水泥、砂、石、高效減水劑等外加劑和粉煤灰超細礦渣硅灰等礦物摻合料以常規工藝配制的C50~C80級混凝土。”

改善

(1)改善水泥的水化條件
①增加水泥中早強和高強的礦物成分的含量。
②提高水泥的磨細度。
(2)摻加各種高聚物
(3)增強集料和水泥的粘附性
(4)摻加高效外加劑
(5)增加混凝土的密實度
(6)采用纖維增強
(7)混凝土密封固化劑

應用

  1、混凝土
  組成鋼筋混凝土主要材料之一的混凝土的發展方向是高強、輕質、耐久(抗磨損、抗凍融、抗滲)、抗災(地震、風、火〕、抗爆等。
  1.1 高性能混凝土(high performance concrete,HPC)
  HPC是混凝土材料發展的一個重要方向,所謂高性能:是指混凝上具有高強度、高耐久性、高流動性等多方面的優越性能。從強度而言,抗壓強度大于C50的混凝土即屬于高強混凝土,提高混凝土的強度是發展高層建筑、高聳結構、大跨度結構的重要措施。采用高強混凝土,可以減小截面尺寸,減輕自重,因而可獲得較大的經濟效益,而且,高強混凝土一般也具有良好的耐久性。我國己制成C100的混凝土。已有文獻報道1),國外在試驗室高溫、高壓的條件下,水泥石的強度達到662MPa(抗壓)及64.7MPa(抗拉)。在實際工程中,美國西雅圖雙聯廣場泵送混凝土56 d抗壓強度達133.5MPa。

  在我國為提高混凝土強度采用的主要措施有:
 ?。?)合理利用高效減水劑,采用優質骨料、優質水泥,利用優質摻合料,如優質磨細粉煤灰、硅灰、天然沸石或超細礦渣。采用高效減水劑以降低水灰比是獲得高強及高流動性混凝土的主要技術措施;
 ?。?)采用525,625,725號的硫鋁酸鹽水泥、鐵鋁酸鹽水泥及相應的外加劑,這是中國建筑材料科學研究院制備高性能混凝土的主要技術措施;
 ?。?)以礦渣、堿組分及骨料制備堿礦渣高強度混凝土,這是重慶建筑大學在引進前蘇聯研究成果的基礎上提出的研制高強混凝土的技術措施;
 ?。?)交通部天津港灣工程研究所采用復合高效減水劑,用525號水泥320kg/m,水灰比0.43,和425號水泥480kg/m,水灰比0.32,在試驗室中制成了抗壓強度分別為68MPa和65MPa的高強混凝土。

  1.2 活性微粉混凝土(reactive powder concrete, RPC)
  RPC是一種超高強的混凝土,其立方體抗壓強度可達200-800MPa,抗拉強度可達25~150MPa,斷裂能可達30KJ/㎡,單位體積質量為2.5-3.0t/m3.制成這種混凝土的主要措施是:
 ?。?)減小顆粒的最大尺寸,改善混凝土的均勻性;
 ?。?)使用微粉及極微粉材料,以達到最優堆積密度(packing density);
 ?。?)減少混凝土用水量,使非水化水泥顆粒作為填料,以增大堆積密度;
 ?。?)增放鋼纖維以改善其延性;
 ?。?)在硬化過程中加壓及加溫,使其達到很高的強度。
  普通混凝土的級配曲線是連續的,而RPC的級配曲線是不連續的臺階形曲線,其骨料粒徑很小,接近于水泥顆粒的尺寸。RPC的水灰比可低到0.15,需加入大量的超塑化劑,以改善其工作度。RPC的價格比常用混凝土稍高,但大大低于鋼材,可將其設計成細長或薄壁的結構,以擴大建筑使用的自由度。在加拿大Sherbrook已設計建造了一座跨度為60m、高3.47m的B200級RPC的人行-摩托車用預應力桁架橋。

  1.3低強混凝土
  美國混凝土學會(AC1)229委員會,提出了在配料、運送、澆筑方面可控制的低強混凝土,其抗壓強度為8MPa或更低。這種材料可用于基礎、樁基的填、墊、隔離及作路基或填充孔洞之用,也可用于地下構造,在一些特定情況下,可用其調整混凝土的相對密度、工作度、抗壓強度、彈性模量等性能指標,而且不易產生收縮裂縫。荷蘭一座隧洞工程中曾采用了低強度砂漿(1ow-strength mortar, LSM〕,其組分為:水泥150kg/m,砂;1080kg/m,水570kg/m,超塑化劑6kg/m,膨潤土35kg/m,所制成的LSM的抗壓強度為3.5MPa,彈性模量低于500Mpa.LSM制成的隧洞封閉塊,比常規的土壤穩定法節約造價50%,故這種混凝土可望在軟土工程中得到發展應用。

  1.4輕質混凝土
  利用天然輕骨料(如浮石、凝灰巖等)、工業廢料輕骨料(如爐渣、粉煤灰陶粒、自燃煤矸石等)、人造輕骨料(頁巖陶粒、粘土陶粒、膨脹珍珠巖等)制成的輕質混凝土具有密度較小、相對強度高以及保溫、抗凍性能好等優點利用工業廢渣如廢棄鍋爐煤渣、煤礦的煤矸石、火力發電站的粉煤灰等制備輕質混凝土,可降低混凝土的生產成本,并變廢為用,減少城市或廠區的污染,減少堆積廢料占用的土地,對環境保護也是有利的。

  1.5纖維增強混凝土
  為了改善混凝土的抗拉性能差、延性差等缺點,在混凝土中摻加纖維以改善混凝土性能的研究,發展得相當迅速。研究較多的有鋼纖維、耐堿玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、聚丙烯纖維或尼龍合成纖維混凝土等。
  在承重結構中,發展較快、應用較廣的是鋼纖維混凝土。而鋼纖維主要有用于土木建筑工程的碳素鋼纖維和用于耐火材料工業中的不銹鋼纖維。用于土木建筑工程的鋼纖維主要有以下幾種生產方法:
 ?。?)鋼絲切斷法;
 ?。?)薄板剪切法;
 ?。?)鋼錠(厚板)銑削法;
 ?。?)熔鋼抽絲法。
  當纖維長度及長徑比在常用范圍,纖維摻量在1%到2%(體積分數,本文中的摻量均指體積分數)的范圍內,與基體混凝土相比,鋼纖維混凝土的抗拉強度可提高40%~80%,抗彎強度提高50%~120%,抗剪強度提高50%~100%,抗壓強度提高較小,在0~25%之間,彈性階段的變形與基體混凝土性能相比沒有顯著差別,但可大幅度提高衡量鋼纖維混凝土塑性變形性能的韌性。
  中國工程建設標準化協會于1992年批準頒布了由大連理工大學等單位編制的《鋼纖維混凝土結構設計與施工規程》(CECS 38:92),對推廣鋼纖維混凝土的應用起到了重要作用。
  鋼纖維混凝土采用常規的施工技術,其鋼纖維摻量一般為0.6%~2.0%。再高的摻量,將容易使鋼纖維在施工攪拌過程中結團成球,影響鋼纖維混凝土的質量。但是國內外正在研究一種鋼纖維摻量達5%~27%的簡稱為SIFCON的砂漿滲澆鋼纖維混凝土,其施工技術不同于一般的攪拌澆筑成型的鋼纖維混凝土,它是先將鋼纖維松散填放在模具內,然后灌注水泥漿或砂漿,使其硬化成型。SIFCON與普通鋼纖維混凝土相比,其特點是抗壓強度比基體材料有大幅度提高,可達100~200MPa,其抗拉、抗彎、抗剪強度以及延性、韌性等也比普通摻量的鋼纖維混凝土有更大的提高。
  另一種名為砂漿滲澆鋼纖維網混凝土(SIMCON)的施工方法與SIFCON的基本相同,只是預先填置在模具內的不是亂向分布的鋼纖維,而是鋼纖維網,制成的產品中,其纖維摻量一般為4%~6%,試驗表明,SIMCON可用較低的鋼纖維摻量而獲得與SIFCON相同的強度和韌性,從而取得比SIFCON節約材料和造價的效果。
  雖然SIFCON或SIMCON力學性能優良,但由于其鋼纖維用量大、一次性投資高,施工工藝特殊,因此它們只是在必要時用于某些特殊的結構或構件的局部,如火箭發射臺和高速公路的搶修等。
  在砂漿中鋪設鋼絲網及網與網之間的骨架鋼筋(簡稱鋼絲網水泥)所做成的薄壁結構,具有良好的抗裂能力和變形能力,在國內外造船、水利、建筑工程中應用較為廣泛。在鋼絲網水泥中又摻人鋼纖維來建造公路路面、漁船、農船等,取得了更好的雙重增韌、增強效果。

  1.6自密實混凝土(self-compacting concrete)
  自密實混凝土不需機械振搗,而是依靠自重使混凝土密實?;炷恋牧鲃佣入m然高,但仍可以防止離析。
  配制這種混凝土的方法有:
 ?。?)粗骨料的體積為固體混凝土體積的50%;
 ?。?)細骨料的體積為砂漿體積的40%;
 ?。?)水灰比為0.9-1.0;
 ?。?)進行流動性試驗,確定超塑化劑用量及最終的水灰比,使材料獲得最優的組成。
  這種混凝土的優點有:在施工現場無振動噪音;可進行夜間施工,不擾民;對工人健康無害;混凝土質量均勻、耐久;鋼筋布置較密或構件體型復雜時也易于澆筑;施工速度快,現場勞動量小。

  1.7智能混凝土(smart concrete)
  利用混凝土組成的改變,可克服混凝土的某些不利性質,例如:高強混凝土水泥用量多,水灰比低,加入硅灰之類的活性材料,硬化后的混凝土密實度好,但高強混凝土在硬化早期階段,具有明顯的自主收縮和孔隙率較高,易于開裂等缺點。解決這些問題的一個方法是,用摻量為25%的預濕輕骨料來替換骨料,從而在混凝土內部形成一個“蓄水器”,使混凝土得到持續的潮濕養護。這種加入“預濕骨料”的方法,可使混凝土的自生收縮大為降低,減少了微細裂縫。
  高強混凝土的另一問題是良好的密實性所引起的防火能力降低.這是因為在高溫(火災〕時,砂漿中的自由水和化學結合水轉變為水氣,但卻不能從密實的混凝土中逸出,從而形成氣壓,導致柱子保護層剝落,嚴重降低了柱的承載力,解決這個問題的一種方法是,在每方混凝土中加2kg聚丙烯纖維,在高溫(火災)時,纖維熔化,形成了能使水氣從邊界區逸出的通道,減小了氣壓,從而防止柱的保護層剝落。

  1.8預填骨料升漿混凝土
  國內在大連中遠60000t船塢工程中,因地質條件復雜,船塢底板首次采用了坐落于基巖上的預填骨料升漿混凝土,即用密度較大的厚4~5m的鐵礦石作為預填骨料,礦石層下再鋪設1m厚的石灰石塊石。礦石層上是厚60~80cm的現澆鋼筋混凝土板在預填骨料層中布置壓漿孔注入砂漿,形成預填骨料升漿混凝土。采取這種工藝,縮短了工期,取得了良好的經濟效益。

  1.9碾壓混凝土
  碾壓混凝土發展較快,可用于大體積混凝土結構(如水工大壩、大型基礎)、工業廠房地面、公路路面及機場道面等。
  用于大體積混凝土的碾壓混凝土的澆筑機具與普通混凝土不同,其平整使用推土機,振實用碾壓機,層間處理用刷毛機,切縫用切縫機,整個施工過程的機械化程度高,施工效率高,勞動條件好,可大量摻用粉煤灰,與普通棍凝土相比,澆筑工期可縮短1/3~1/2,用水量可減少20%,水泥用量可減少30%~60%。
  碾壓混凝土的層間抗剪性能是修建混凝土高壩的關鍵問題,國內大連理工大學等單位曾開展這方面的研究工作。
  在公路、工業廠房地面等大面積混凝土工程中,采用碾壓混凝土,或者在碾壓混凝土中再加入鋼纖縫,成為鋼纖維碾壓混凝土,則其力學性能及耐久性還可進一步改善。

  1.10再生骨料混凝土
  新中國建國至今己逾50年,建國前后修建的不少混凝土結構,因老化或隨著經濟的發展,需拆除重建,其拆除量十分巨大,在拆除的混凝土中,約有一半是粗骨料,應該考慮如何使之再生利用。以減少環境垃圾,變廢為用。
  在荷蘭的德爾夫特,一個272所住宅的方案中,所有的混凝土墻均利用了再生骨料,該方案下一步的計劃,是在混凝土樓板中也利用再生骨料。當然,在利用這些再生骨料時,需對這種餛凝土的性能進行試驗,例如,有關再生輕質混凝土收縮和徐變較為顯著的試驗成果,值得重視。

2.配筋及增強材料
  2.1纖維筋
  鋼筋混凝土結構的配筋材料,是鋼筋在國際上研究較多的是樹脂粘結的纖維筋(fiber reinforced plastics, FRP)作餛凝土及預應力混凝土結構的非金屬配筋,常用的纖維筋有樹脂粘結的碳纖維筋(GFRP)、玻璃纖維筋(GFRP)及芳綸纖維筋(AFRP)國外研究指出,這幾種纖維筋的強度都很高,只是玻璃纖維筋的抗堿化性能較差。纖維筋的突出優點是抗腐蝕、高強度,此外,還具有良好的抗疲勞性能、大的彈性變形能力、高電阻及低磁導性,其缺點是斷裂應變性能較差、較脆、徐變(松弛)值較大,熱膨脹系數較大。
  國外已有日本、德國、荷蘭等國將纖維筋用于預應力混凝土橋,包括體外預應力橋的實例[4]。

  2.2雙鋼筋
  為了減小裂縫寬度和構件的變形,國內在一些工程中,采用焊成梯格形的雙鋼筋,在構件內平放或豎放布置。

  2.3冷軋變形鋼筋
  為了節約鋼材用量,國內引進國外設備或自制設備,用光圓鋼筋,經過冷軋,軋成帶肋的直徑小于母材直徑的鋼筋,稱為冷軋帶肋鋼筋。另一種類似的鋼筋,是用I級光圓用筋冷軋扭轉成型,稱為冷軋變形用筋或冷軋扭鋼筋。這兩種冷軋鋼筋的抗拉強度標準值(極限抗拉強度)及設計值都比母材大大提高,與混凝土的粘結強度也得到提高,但直徑較小。它們主要用作板式構件的受力鋼筋或梁、柱構件的箍筋或作預應力筋。由于強度提高,可以節約材料用量,獲得經濟效益。這兩種鋼筋,國內己制訂了規程。為將這種小直徑鋼筋的用途擴展至梁、柱的受力鋼筋,也可采用雙筋或三筋的并筋,但需適當增大其錨固長度。

  2.4環氧樹脂涂敷鋼筋
  在海洋環境或者有腐蝕性介質的環境中(如冬季撒鹽的橋面),鋼筋銹蝕是影響結構耐久性的重要原因。為了防止鋼筋銹蝕,用不銹鋼制造鋼筋是一個途徑,但是價格昂貴。另一個途徑是用環氧樹脂涂敷鋼筋表面,形成防銹的涂層,以防止鋼筋生銹,這種方法在日本、美國應用較多。鋼筋在工廠中校直、加熱、噴涂樹脂粉末,形成防護薄膜,冷卻后經檢驗合格,用于有嚴格防銹蝕要求的工程,可使結構的耐久性大大提高。

  2.5預應力混凝土用鋼棒、預應力混凝土用螺旋肋鋼絲
  在傳統用于預應力混凝土的鋼絲、鋼絞線、熱處理鋼筋的基礎上,從國外引進生產線,己生產出直徑達12.6mm、抗拉強度達1570MPa的預應力混凝土用的帶螺旋肋的鋼棒(stee1 bar),及直徑達12.0mm、抗拉強度達1570MPa的帶螺旋肋的鋼絲。這種新產品的特點是:高強度、低松弛,與混凝土的粘結強度好,易墩粗,可點焊,可盤卷等。

  2.6纖維布、纖維條、纖維板  國內在對鋼筋混凝土結構進行加固時,常用的一種技術是鋼板粘結加固技術,但是鋼板質量重、運送不便,剪切成型也比較復雜。
  在國內外發展并應用了以質量很輕、易于加工、單向抗拉強度很高的纖維布(條、板〕代替鋼板進行構件加固的技術,取得了良好的效果。例如,冶金工業局建筑研究總院使用從日本進口的碳纖維,開發了加固改造修復混凝土結構新技術,其使用的碳纖維布,厚0.111-0.165mm,單向抗拉強度3000~3550MPa,這種碳纖維布的特點是:具有很高的單向抗拉強度(為普通鋼材的10倍),彈模與鋼材接近,很適用于鋼筋混凝土結構的加固;質量輕,密度僅為鋼的1/4,加固層厚度一般不大于1mm,基本不增加結構自重及截面尺寸;施工方便,功效高;耐腐蝕,無須定期維護。
  國外在用碳纖維布或碳纖維條時,還利用不同彈模的碳纖維進行優化組合,降低造價。
  除碳纖維外,與纖維筋類似,也有用芳綸纖維和玻璃纖維制成的產品(布、條或扳〕.值得指出的是,國際橋梁與結構工程學會(IABSE)在1999年11月出版的Structural Engineering第9卷第4期中,集中報道了加拿大、美國、日本、歐洲諸國在發展使用這種新型材料方面的經驗,對激發我國開展這種新材料的生產與應用很有意義。

要求

1 配制高強砼應采用具有較高的C3S含量和細度(表面積3500~4000cm/s)特性的硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥或火山灰質硅酸鹽水泥,水泥標號應是相對應的砼強度等級的0.9~1.5倍,且水泥用量必須控制在500~700kg/m³范圍內。
2 配制高強度砼必須采用強度指標大于2.0的表面粗糙、干凈無粉塵的立方體碎石,最好采用密致的花崗巖、輝綠巖、大理石等骨料,粒徑必須堅實并帶有棱角,粒徑必須在于10~35mm之間。
3 配制高強砼,必須采用細度模數為2.5~3.0潔凈的砂,并盡可能降低含水率。
4 配制高強度砼必須采用ph>4的干凈水,水灰比必須在0.28~0.35之間。

5 配制高強度砼應采用NNO、MF等高效減水劑。

配制

配制高強混凝土:①要精選水泥、骨料等各項原材料;②必須要摻用高效減水劑,以降低用水量和水灰比;③要摻用優質的礦物摻合料,以改善水泥石和界面區的微結構,提高致密性和膠結強度;④要仔細選擇配合比,確定合理的砂率和水灰比,以降低水泥用量并提高}昆凝土的強度;⑤要嚴格控制施工質量,做好早期養護。只有綜合采取以上技術措施,才可能實施高強}昆凝土的有效配制。

1.水泥的選擇
水泥的礦物成分和標號高低,對混凝土的強度有直接影響。大家知道,硅酸鹽水泥的礦物成分主要由C3S. C2S. C3A. C4AF所組成。配制高強混凝土宜選用C3A含量低、c。s含量較高的水泥,此類水泥水化熱較低,后期強度發展較好。
高強度混凝土一般都采用高標弓的普通硅酸鹽水泥,規范規定水泥用量不應大于 550kg/m3,水泥和礦物摻合料的總量不應超過600kg/m3。試驗指出,當超過500kg/m3 以后,水泥用量對混凝土強度增長的作用已不明顯,水泥的利用系數降低。此時,增加水泥用量不僅增大成本,而且還將產生不利影響。最佳水泥用量隨外加劑的分散減水效應不同而變化。
水泥標號對混凝土強度的影響很大,當強度等級不超過C60時,可以采用普通425號水泥,高于C60的混凝土,則應采用525號或更高標號的水泥。之所以可以采用較低標號的水泥能配制成較高強度的混凝土,是由于檢測水泥標號是采用了較細的標準砂和較大的水灰比,加之混凝土中又加入了高效減水劑,使水泥得到了充分的擴散和水化所致。

2.粗、細骨料的選擇
高強混凝土宜選用粒徑大于5mm的碎石或碎卵石。從巖石品種上要求,以花崗巖、長石、玄武巖等最好,其次為片麻巖、石英巖、石灰巖等。巖石的強度是以極限抗壓強度和壓碎值表示(卵石只測定壓碎值),巖石的抗壓強度與混凝土的強度之比不應低于1.5,壓碎值指標應在10%~15%以下。
骨料的其他物理性質,對混凝土也是有影響的。吸水率低、孔隙和缺陷少,則混凝土的強度高、抗凍性強、收縮率小;骨料還應該與水泥石有相近的熱膨脹系數和彈性模量,否則容易產生微裂縫,增加混凝土的滲透,并降低耐久性;如果粗骨料過于堅硬,當混凝土遭受溫、濕度變化時,容易引起體積變化,當水泥石一骨料界面處應力較大時,則易形成升裂破壞。
由于高強混凝土中水泥石強度很高,水泥石與骨料的黏結力(膠結強度)也很強。在混凝土的破壞斷面中,粗骨料遭到破壞的比率較大,所以粗骨料的強度,常常成為高強混凝土的一個重要制約因素。另外在母巖中可能存在的微裂縫薄弱區,在破碎中會沿裂縫破壞,所以破碎后形成的小碎石,常常會得到比母巖大試樣更高的強度。這也是高強混凝土應該采用小粒徑骨料的原因之一。
從宏觀上觀察,混凝土是由粗細骨料與水泥石二相體系所構成。從微觀上觀察,水泥石一骨料界面區的水泥石與體系中的水泥石基體也存在較大的差異,界面區形成較高的水灰比、孔隙多,一般弱于混凝土的其他二相,是體系中最薄弱的部分。如果界面區膠結強度低,將沿界面區破壞。
許多研究指出,高強混凝土應該采用小粒徑的粗骨料。因為小粒徑粗骨料表面積相對增大,在水泥石一骨料界面區單位表面積上的應力將大為減小,降低了界面區對膠結強度的要求,這樣才有可能得到具有較高膠結強度的界面區,能承受更高強度的外荷載。相反,粗骨料粒徑大,與水泥石黏結的表面積小,并容易形成較弱的界面區,減弱混凝土的強度。在普通中、低標號的混凝土中,界面區的膠結強度要求不是很高,比較容易滿足要求,如果條件許可.要求盡量采用較大粒徑的骨料,以節約水泥。但對強度等級較高的高強混凝土則不同,如果不是采用小粒徑粗骨料以增大表面積,就不可能配制成高強混凝土。國外則認為骨料最大粒徑宜取10~15mm,為節省水泥,一般以不超過20~25mm為宜。
細骨料對高強混凝土的影響,相對粗骨料來說要小些,但也是不可忽視的。應該選用潔凈的、細度模數在2. 6~3.2的中粗砂,以細度模數為3.0的粗砂最好。其中大于Smm和小于0. 315mm的數量宜少。由于細骨料比粗骨料有更大的表面積,粗細骨料間的比率(砂率),對水泥用量和混凝土強度的影響很大,最佳的砂率可以獲得最好的強度,高強}昆凝土由于水泥用量多,適當降低砂率不至于影響和易性。

3.摻用優質礦物摻合料
粉煤灰、磨細礦渣、硅粉、沸石粉等礦物摻合料,能改善混凝土的和易性,增加拌禾口物的黏聚性。由于黏聚性改變,截斷了水分遷移通道,可減少泌水和離析。泌水和離析是造成混凝土顯微結構缺陷的主要原因,尤其是水泥石一骨料界面區結構。因此,在高強混凝土中摻入礦物摻合料,不僅是為了節約水泥,主要還是為了改善混凝土的微結構和陛能。
礦渣粉、粉煤灰和硅粉屬火山灰材料,在有水和石灰的條件下會緩慢水化,生成增加強度的膠凝物質,充填混凝土中的孔隙。它們中的活性成分,主要是非晶態的Si02和Al。O。。Si0。與水泥中的Ca (OH)。產生化學作用,它們的反應式如下:
xCa(OH)2 +SiOz+mH20 -, xCa0. Si02‘TIH20
未摻粉煤灰時,在骨料一水泥石界面區內,不僅會形成高水灰比區,而且還由于生成的Ca (OH)。結晶大且呈定向排列,是多孔的、板狀薄弱結構。摻入粉煤灰后,就可以降低Ca (OH)。在界面區的沉枳量;如果摻入更細的硅粉或沸石粉等,則會更多地與Ca (OH)。反應。生成的C-S-H凝膠體,呈無定形的、致密結構,從而明顯地改善了兩相界面區的微結構,可以提高}昆凝土的強度、抗滲性及耐久性能。
硅灰含有90%以上的Si0。,摻量5%~10%。摻硅灰后混凝土具有很好的合易性和穩定性。沸石是由硅氧四面體組成的多孔結晶礦物,在混凝土中摻入沸石粉后,能使水化均勻充分反應,從而提高密實性和強度。如果摻入活性低的礦物摻合料,均勻分布在水泥漿里,成為大量水化物沉積核心,水泥漿成為均勻分布微孔無定形水化物,減少了結晶塊的不均勻結構,對強度和抗滲也是十分有利的。

4.摻用高效減水劑
由于高強混凝土必須采取高水泥用量和低水灰比,必然導致}昆凝土黏性大、流變性差。摻入高效減水劑后,對水泥具有強烈的分散和潤滑作用,可以大幅度降低用水量,使得最大限度地降低水灰比成為可能。所以,高效減水劑自然成為高強混凝土的必要組分之一。
水灰比大小是控制水泥石和混凝土強度的主要因素,試驗表明,當水灰比低于0.35以下時,界面區的性質顯著改善,致密性與強度顯著增加。硅酸鹽水泥水化所需結合水,理論值約為28%,直接測定的化學結合水約為25%,當實際水灰比低于此值時,水泥水化將不完全,水泥石達不到足夠的密實度。結合拌和、澆筑和養護條件,在摻加高效減水劑的情況下,高強混凝土的水灰比一般應不超過o.35,當強度在80MPa以上時’不應超過0. 25~0. 30。

5.加強施工控制與早期養護
根據高強混凝土水泥用量高、水化塊的特點,在施工中應采取以下措施:
(l)采取分步投料拌和。即先將水泥、摻合料、砂和水}昆合40s左右,再投入石子和
減水劑攪拌Imin出機。這樣可以充分發揮減水劑的作用,保持良好的澆筑性,并能提高強度。在炎熱條件下,各種材料盡可能保持低溫度。
(2)采用攪拌運輸車運輸。從攪拌至澆筑完畢,可根據氣溫高低限時完成。
(3)采用高頻振搗。即使采用流態混凝土也應該進行振搗,以提高密實性。
(4)加強早期養護。由于水化迅速,早期即應灑水養護,保證水化不缺水,以免影響強度發展。
(5)盡量降低坍落度。在條件許可的條件下,盡量少加水,采用小坍落度,仍不失為提高強度的重要措施。

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