CN105198306A - 一种高性能混凝土 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能混凝土，包括以下组分：（1）水泥，（2）矿物掺和料，（3）外加剂，（4）细骨料，（5）粗骨料，本发明的优点是：(1)新拌的高性能混凝上拌合物具有良好的流变性能，不泌水，不离析，甚至可自流密实，不需振捣即可保证混凝土施工浇筑质量；(2)高效混凝土硬化过程中，体积稳定，水化热低，干燥收缩小，无裂缝或少裂缝；(3)高性能混凝土凝结硬化后，结构密实，孔隙率低，强度高，并且不易产生裂缝，具有优异的抗渗、抗冻及耐久性。

Description

一种高性能混凝土

技术领域

本发明属于建筑技术，特别涉及一种混凝土。

背景技术

高性能混凝土是一种在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的新型高技术混凝土。它以耐久性作为设计的主要指标，针对不同用途要求，对下列性能重点予以保证:耐久性、工作性、适用性、强度、体积稳定性和经济性。为此，高性能混凝土在配置上的特点是采用低水胶比，选用优质原材料，且必须掺加足够数量的掺合料（矿物细掺料）和高效外加剂。

1950年5月美国国家标准与技术研究院（NIST）和美国混凝土协会（ACI）首次提出高性能混凝土的概念。但是到目前为止，各国对高性能混凝土提出的要求和涵义完全不同。美国的工程技术人员认为：高性能混凝土是一种易于浇注、捣实、不离析，能长期保持高强、韧性与体积稳定性，在严酷环境下使用寿命长的混凝土。美国混凝土协会认为：此种混凝土并不一定需要很高的混凝土抗压强度，但仍需达到55MPa以上，需要具有很高的抗化学腐蚀性或其他一些性能。日本工程技术人员则认为，高性能混凝土是一种具有高填充能力的的混凝土，在新拌阶段不需要振捣就能完善浇注；在水化、硬化的早期阶段很少产生有水化热或干缩等因素而形成的裂缝；在硬化后具有足够的强度和耐久性。加拿大的工程技术人员认为，高性能混凝土是一种具有高弹性模量、高密度、低渗透性和高抗腐蚀能力的混凝土。

综合各国对高性能混凝土的要求，可以认为，高性能混凝土具有高抗渗性（高耐久性的关键性能）；高体积稳定性（低干缩、低徐变、低温度变形和高弹性模量）；适当的高抗压强度；良好的施工性（高流动性、高粘聚性、自密实性）。

中国在《高性能混凝土应用技术规程》（CECS207-2006）对高性能混凝土定义为：采用常规材料和工艺生产，具有混凝土结构所要求各项力学性能，具有高耐久性、高工作性和高体积稳定性的混凝土。

当代大跨、高层、海洋、军事工程结构的发展对混凝土提出的更高的要求;处在恶劣环境下既有建筑不断劣化、退化导致过早失效、退役甚至出现恶性事故造成巨大损失的严重后果;原材料生产、开采造成的生态环境恶化以及砂石料枯竭、资源短缺严重影响进一步发展的严酷现实。这就要求混凝土不断提高以耐久性为重点的各项性能,多使用天然材料及工业废渣保护环境,走可持续发展的道路,高性能混凝土就是在这种背景下出现并逐步完善与发展的。混凝土作为用量最大的人造材料，不能不考虑它的使用对生态环境的影响。传统混凝土的原材料都来自天然资源。每用1t水泥，大概需要0.6t以上的洁净水，2t砂、3t以上的石子；每生产1t硅酸盐水泥约需1.5t石灰石和大量燃煤与电能，并排放1tCO2，而大气中CO2浓度增加是造成地球温室效应的原因之一。尽管与钢材、铝材、塑料等其它建筑材料相比，生产混凝土所消耗的能源和造成的污染相对较小或小得多，混凝土本身也是一种洁净材料，但由于它的用量庞大，过度开采矿石和砂、石骨料已在不少地方造成资源破坏并严重影响环境和天然景观。有些大城市现已难以获得质量合格的砂石。另一方面，由于混凝土过早劣化，如何处置费旧工程拆除后的混凝土垃圾也给环境带来威胁。因此，未来的混凝土必须从根本上减少水泥用量，必须更多地利用各种工业废渣作为其原材料；必须充分考虑废弃混凝土的再生利用，未来的混凝土必须是高性能的，尤其是耐久的。耐久和高强都意味着节约资源。“高性能混凝土”正是在这种背景下产生的。

发明内容

本发明的目的是提供一种高性能混凝土，，已解决现有技术中的问题。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种高性能混凝土，其特征是：包括以下组分：

（1）水泥：水泥应选用硅酸盐水泥或普硅酸盐水泥，水泥中C3A含量应不大于8%，细度控制在10%以内，碱含量小于0．8%，氯离子含量小于0.1%。

（2）矿物掺和料：矿物掺合料选用品质稳定的产品，矿物掺合料的品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉或硅灰。其各项指标应满足：粉煤灰的细度≤20%，烧矢量≤5%，氯离子含量≤0．02%；

（3）外加剂：减水率不应低于20%，硫酸钠含量小于10%，碱含量不得超过10%，硫酸钠含量小于10%，外加剂中的氯离子含量不得大于0．2%，含气量不小于3%；

（4）细骨料：细骨科应选用处于级配区的中粗河砂，砂的细度模数要求为2．3—3．0；

（5）粗骨料：粗骨料宣选用二级配、三级配碎石。

在选择粗骨料时，碎石粒径宜为5mm-20mm，最大粒径不应超过25mm，级配良好，压碎指标不大于8%，针片状含量不大干10%，含泥量低于1.0%，骨料水溶性氯化物折合氯离子含量不超过集料质量的0.02%。

本发明的优点是：

(1)新拌的高性能混凝上拌合物具有良好的流变性能，不泌水,不离析,甚至可自流密实,不需振捣即可保证混凝土施工浇筑质量。(2)高效混凝土硬化过程中,体积稳定，水化热低,干燥收缩小,无裂缝或少裂缝。(3)高性能混凝土凝结硬化后,结构密实,孔隙率低,强度高,并且不易产生裂缝,具有优异的抗渗、抗冻及耐久性。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明

高性能混凝土应该具备以下性能。

㈠自密实性

高性能混凝土的用水量较低，流动性好，抗离析性高，从而具有较优异的填充性。因此，配好恰当的大流动性高性能混凝土有较好的自密实性。

㈡体积稳定性

高性能混凝土的体积稳定性较高，表现为具有高弹性模量、低收缩与徐变、低温度变形。普通混凝土的弹性模量为20~25GPa，采用适宜的材料与配合比的高性能混凝土，其弹性模可达40~50GPa。采用高弹性模量、高强度的粗集料并降低混凝土中水泥浆体的含量，选用合理的配合比配制的高性能混凝土，90天龄期的干缩值低于0.04%。

㈢强度

高性能混凝土的抗压强度已超过200MPa。28d平均强度介于100~120MPa的高性能混凝土，已在工程中应用。高性能混凝土抗拉强度与抗压强度值比较高强混凝土有明显增加，高性能混凝土的早期强度发展加快，而后期强度的增长率却低于普通强度混凝土。

㈣水化热

由于高性能混凝土的水灰比较低，会较早的终止水化反应，因此，水化热相应的降低。

㈤收缩和徐变

高性能混凝土的总收缩量与其强度成反比，强度越高总收缩量越小。但高性能混凝土的早期收缩率，随着早期强度的提高而增大。相对湿度和环境温度，仍然是影响高性能混凝土收缩性能的两个主要因素。高性能混凝土的徐变变形显著低于普通混凝土，高性能混凝土与普通强度混凝土相比较，高性能混凝土的徐变总量（基本徐变与干燥徐变之和）有显著减少。在徐变总量中，干燥徐变值的减少更为显著，基本徐变仅略有一些降低。而干燥徐变与基本徐变的比值，则随着混凝土强度的增加而降低。

㈥耐久性

高性能混凝土除通常的抗冻性、抗渗性明显高于普通混凝土之外，高性能混凝土的Clˉ渗透率，明显低于普通混凝土。高性能混凝土由于具有较高的密实性和抗渗性，因此，其抗化学腐蚀性能显著优于普通强度混凝土。

㈦耐火性

高性能混凝土在高温作用下，会产生爆裂、剥落。由于混凝土的高密实度使自由水不易很快地从毛细孔中排出，再受高温时其内部形成的蒸汽压力几乎可达到饱和蒸汽压力。在300°C温度下，蒸汽压力可达8MPa，而在350°C温度下，蒸汽压力可达17MPa，这样的内部压力可使混凝土中产生5MPa拉伸应力，使混凝土发生爆炸性剥蚀和脱落。因此高性能混凝土的耐高温性能是一个值得重视的问题。为克服这一性能缺陷，可在高性能和高强度混凝土中掺入有机纤维，在高温下混凝土中的纤维能熔解、挥发，形成许多连通的孔隙，使高温作用产生的蒸汽压力得以释放，从而改善高性能混凝土的耐高温性能。

本发明选用以下方案：

㈠水泥

水泥应选用硅酸盐水泥或普硅酸盐水泥。水泥中C3A含量应不大于8%，细度控制在10%以内，碱含量小于0．8%，氯离子含量小于0.1%。水泥中的C3A含量高、细度高，比表面积就会增大，混凝土的用水就会增加，从而造成混凝土坍落度损失过快，有时甚至会出现急凝和假凝现象，这不仅会影响混凝土的外观质量，同时也将直接影响其耐久性，为了更好地达到各项指标，水泥的存放时间以3天为宜。

㈡矿物掺和料

矿物掺和料对混凝土具有减水、活化、致密、润滑、免疫、填充的作用，它能延缓水泥水化过程中水化粒子的凝聚，减轻坍落度损失。矿物掺合料选用品质稳定的产品，矿物掺合料的品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉或硅灰。其各项指标应满足：粉煤灰的细度≤20%，烧矢量≤5%，氯离子含量≤0．02%。

㈢外加剂

外加剂与水泥相适应性、减水率、流动性、含气量、掺量都将影响混凝土的工作性，高速铁路外加剂宜采用聚羧酸系列产品，其技术指标主要包括：减水率不应低于20%，硫酸钠含量小于10%，碱含量不得超过10%，硫酸钠含量小于10%，外加剂中的氯离子含量不得大于0．2%，含气量不小于3%。

㈣细骨料

含泥量、泥块含量也是影响高性能混凝土各项技术指标的重要原因之一，含泥量、泥块含量过高，不仅能降低混凝土强度，同时易造成内部结构的毛细通道不能有效的阻止有害物质的侵蚀。对于高速铁路工程来说，细骨科应选用处于级配区的中粗河砂，砂的细度模数要求为2．3—3．0。

㈤粗骨料

粗骨料宣选用二级配、三级配碎石，保持良好的级配能增加混凝土强度。在选择粗骨料时，一定要控制大骨科的含量，大骨料的含量超标，将直接影响保护层外侧混凝土的质量，会导致混凝土的表面干裂纹，影响表观质量。碎石粒径宜为5mm-20mm，最大粒径不应超过25mm，级配良好，压碎指标不大于8%，针片状含量不大干10%，含泥量低于1.0%，骨料水溶性氯化物折合氯离子含量不超过集料质量的0.02%。

上述虽然结合实施例对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性的劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种高性能混凝土，其特征是：包括以下组分：

（1）水泥：水泥应选用硅酸盐水泥或普硅酸盐水泥，水泥中C3A含量应不大于8%，细度控制在10%以内，碱含量小于0．8%，氯离子含量小于0.1%；

（2）矿物掺和料：矿物掺合料选用品质稳定的产品，矿物掺合料的品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉或硅灰；

其各项指标应满足：粉煤灰的细度≤20%，烧矢量≤5%，氯离子含量≤0．02%；

（3）外加剂：减水率不应低于20%，硫酸钠含量小于10%，碱含量不得超过10%，硫酸钠含量小于10%，外加剂中的氯离子含量不得大于0．2%，含气量不小于3%；

（4）细骨料：细骨科应选用处于级配区的中粗河砂，砂的细度模数要求为2．3—3．0；

（5）粗骨料：粗骨料宣选用二级配、三级配碎石。

2.如权利要求1所述的混凝土，其特征是：在选择粗骨料时，碎石粒径宜为5mm-20mm，最大粒径不应超过25mm，级配良好，压碎指标不大于8%，针片状含量不大干10%，含泥量低于1.0%，骨料水溶性氯化物折合氯离子含量不超过集料质量的0.02%。