高强高性能混凝土技术

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高强高性能混凝土技术

高强高性能混凝土技术
2.2.1 技术内容
高强高性能混凝土（简称HS-HPC）是具有较高的强度（一般强度等级不低于C60）且具有高工作性、高体积稳定性和高耐久性的混凝土（“四高”混凝土），属于高性能混凝土（HPC）的一个类别。其特点是不仅具有更高的强度且具有良好的耐久性，多用于超高层建筑底层柱、墙和大跨度梁，可以减小构件截面尺寸增大使用面积和空间，并达到更高的耐久性。
超高性能混凝土（UHPC）是一种超高强（抗压强度可达150MPa以上）、高韧性（抗折强度可达16MPa以上）、耐久性优异的新型超高强高性能混凝土，是一种组成材料颗粒的级配达到最佳的水泥基复合材料。用其制作的结构构件不仅截面尺寸小，而且单位强度消耗的水泥、砂、石等资源少，具有良好的环境效应。
HS-HPC的水胶比一般不大于0.34，胶凝材料用量一般为480～600kg/m3，硅灰掺量不宜大于10%，其他优质矿物掺合料掺量宜为25%～40%，砂率宜为35%~42%，宜采用聚羧酸系高性能减水剂。
UHPC的水胶比一般不大于0.22，胶凝材料用量一般为700～1000kg/m3。超高性能混凝土宜掺加高强微细钢纤维，钢纤维的抗拉强度不宜小于2000MPa，体积掺量不宜小于1.0%，宜采用聚羧酸系高性能减水剂。
2.2.2 技术指标
（1）工作性
新拌HS-HPC最主要的特点是粘度大，为降低混凝土的粘性，宜掺入能够降低混凝土粘性且对混凝土强度无负面影响的外加剂，如降粘型外加剂、降粘增强剂等。UHPC的水胶比更低，粘性更大，宜掺入能降低混凝土粘性的功能型外加剂，如降粘增强剂等。
混凝土拌合物的技术指标主要是坍落度、扩展度和倒坍落度筒混凝土流下时间（简称倒筒时间）等。对于HS-HPC，混凝土坍落度不宜小于220mm，扩展度不宜小于500mm，倒置坍落度筒排空时间宜为5~20s，混凝土经时损失不宜大于30mm/h。
（2）HS-HPC的配制强度可按公式fcu,0≥1.15fcu,k计算；
UHPC的配制强度可按公式 fcu,0≥1.1fcu,k计算；
（3）HS-HPC及UHPC因其内部结构密实，孔结构更加合理，通常具有更好的耐久性，为满足抗硫酸盐腐蚀性，宜掺加优质的掺合料，或选择低C3A含量（＜8％）的水泥。
（4）自收缩及其控制
1）自收缩与对策
当HS-HPC浇筑成型并处于绝湿条件下，由于水泥继续水化，消耗毛细管中的水分，使毛细管失水，产生毛细管张力（负压），引起混凝土收缩，称之自收缩。通常水胶比越低，胶凝材料用量越大，自收缩会越严重。
对于HS-HPC一般应控制粗细骨料的总量不宜过低，胶凝材料的总量不宜过高；通过掺加钢纤维可以补偿其韧性损失，但在氯盐环境中，钢纤维不太适用；采用外掺5％饱水超细沸石粉的方法，或者内掺吸水树脂类养护剂、外覆盖养护膜以及其他充分的养护措施等，可以有效的控制HS-HPC的自收缩。
UHPC一般通过掺加钢纤维等控制收缩，提高韧性；胶凝材料的总量不宜过高。
2）收缩的测定方法
参照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082进行。
2.2.3 适用范围
HS-HPC适用于高层与超高层建筑的竖向构件、预应力结构、桥梁结构等混凝土强度要求较高的结构工程。
UHPC由于高强高韧性的特点，可用于装饰预制构件、人防工程、军事防爆工程、桥梁工程等。
2.2.4 工程案例
合肥天时广场、上海中心大厦、天津117大厦、广州珠江新城西塔项目等国内工程已大量应用HS-HPC，国外超高层建筑及大跨度桥梁也大量应用了HS-HPC。
目前UHPC已成功应用于国内高速铁路的电缆沟盖板（RPC盖板）、长沙横四路某跨街天桥、马房北江大桥UHPC桥面铺装层等。
2.3 自密实混凝土技术
2.3.1 技术内容
自密实混凝土（Self-Compacting Concrete，简称SCC）具有高流动性、均匀性和稳定性，浇筑时无需或仅需轻微外力振捣，能够在自重作用下流动并能充满模板空间的混凝土，属于高性能混凝土的一种。自密实混凝土技术主要包括：自密实混凝土的流动性、填充性、保塑性控制技术；自密实混凝土配合比设计；自密实混凝土早期收缩控制技术。
（1）自密实混凝土流动性、填充性、保塑性控制技术
自密实混凝土拌合物应具有良好的工作性，包括流动性、填充性和保水性等。通过骨料的级配控制、优选掺合料以及高效（高性能）减水剂来实现混凝土的高流动性、高填充性。其测试方法主要有坍落扩展度和扩展时间试验方法、J环扩展度试验方法、离析率筛析试验方法、粗骨料振动离析率跳桌试验方法等。
（2）配合比设计
自密实混凝土配合比设计与普通混凝土有所不同，有全计算法、固定砂石法等。配合比设计时，应注意以下几点要求：
1）单方混凝土用水量宜为160kg～180kg；
2）水胶比根据粉体的种类和掺量有所不同，不宜大于0.45；
3）根据单位体积用水量和水胶比计算得到单位体积粉体量，单位体积粉体量宜为0.16～0.23；
4）自密实混凝土单位体积浆体量宜为0.32～0.40。
（3）自密实混凝土自收缩
由于自密实混凝土水胶比较低、胶凝材料用量较高，导致混凝土自收缩较大，应采取优化配合比，加强养护等措施，预防或减少自收缩引起的裂缝。
2.3.2 技术指标
（1）原材料的技术要求
1）胶凝材料
水泥选用较稳定的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥；掺合料是自密实混凝土不可缺少的组分之一。一般常用的掺合料有粉煤灰、磨细矿渣、硅灰、粒化高炉矿渣粉、石灰石粉等，也可掺入复合掺合料，复合掺合料宜满足《混凝土用复合掺合料》JG/T486中易流型或普通型Ⅰ级的要求。胶凝材料总量宜控制在400 kg/m3 ~550kg/m3。
2）细骨料
细骨料质量控制应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52以及《混凝土质量控制标准》GB50164的要求。
3）粗骨料
粗骨料宜采用连续级配或2个及以上单粒级配搭配使用，粗骨料的最大粒径一般以小于20mm为宜，尽可能选用圆形且不含或少含针、片状颗粒的骨料；对于配筋密集的竖向构件、复杂形状的结构以及有特殊要求的工程，粗骨料的最大公称粒径不宜大于16mm。
4）外加剂
自密实混凝土具备的高流动性、抗离析性、间隙通过性和填充性这四个方面都需要以外加剂为主的手段来实现。减水剂宜优先采用高性能减水剂。对减水剂的主要要求为：与水泥的相容性好，减水率大，并具有缓凝、保塑的特性。
（2）自密实性能主要技术指标
对于泵送浇筑施工的工程，应根据构件形状与尺寸、构件的配筋等情况确定混凝土坍落扩展度。对于从顶部浇筑的无配筋或配筋较少的混凝土结构物（如平板）以及无需水平长距离流动的竖向结构物（如承台和一些深基础），混凝土坍落扩展度应满足550~655mm；对于一般的普通钢筋混凝土结构以及混凝土结构坍落扩展度应满足660 ~755mm；对于结构截面较小的竖向构件、形状复杂的结构等，混凝土坍落扩展度应满足760m~850mm；对于配筋密集的结构或有较高混凝土外观性能要求的结构，扩展时间T500（s）应不大于2s。其他技术指标应满足《自密实混凝土应用技术规程》JGJ/T 283的要求。
2.3.3 适用范围
自密实混凝土适用于浇筑量大，浇筑深度和高度大的工程结构；配筋密集、结构复杂、薄壁、钢管混凝土等施工空间受限制的工程结构；工程进度紧、环境噪声受限制或普通混凝土不能实现的工程结构。
2.3.4 工程案例
上海环球金融中心、北京恒基中心过街通道工程、江苏润扬长江大桥、广州珠江新城西塔、苏通大桥承台。

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