最新高性能混凝土技术的应用与研究

分类号： 密级： U D C： 编号： 河北工业大学硕士学位论文高性能混凝土技术的应用及研究论 文 作 者：马会良学 生 类 别：专业学位类别：领 域 名 称：指 导 教 师：宋金华职 称：资助基金工程：Dissertation Submitted toHebei University of Technologyfor The Master Degree of Road and railway engineeringApplication and research of high performance concrete technologyByMa HuiliangSupervisor: Prof.Song JinhuaJune 2023This work supported by No.原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文不包含任何他人或集体已经发表的作品内容，也不包含本人为获得其他学位而使用过的材料。对本论文所涉及的研究工作做出奉献的其他个人或集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承当。学位论文作者签名： 日期：关于学位论文版权使用授权的说明本人完全了解河北工业大学关于收集、保存、使用学位论文的以下规定：学校有权采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供本学位论文全文或者局部内容的阅览效劳；学校有权将学位论文的全部或局部内容编入有关数据库进行检索、交流；学校有权向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版。保密的学位论文在解密后适用本授权说明学位论文作者签名： 日期：导师签名： 日期：摘 要高性能混凝土( High Performance Concrete，HPC)被称为21世纪混凝土, 是在大幅度提高普通混凝土性能的根底上采用现代混凝土技术制作的混凝土。它以耐久性作为主要设计指标, 针对不同用途要求, 保证混凝土的适用性和强度并到达高耐久性、高工作性、高体积稳定性和经济性。被认为是目前全世界性能最为全面的混凝土。高性能混凝土已成为当今土木行业的极为重要的材料。本文通过对影响高性能混凝土耐久性能的各项指标的实验及在桥梁中的试验分析，得到了较为可靠地高性能混凝土配合比设计，为高性能混凝土的研究提出了自己的意见。关键字：高性能混凝土，耐久性，配合比设计，桥梁试验ABSTRACTHPC (High Performance Concrete, HPC) is known as the 21st century concrete, substantial increase in the performance of ordinary concrete concrete based on the use of modern technology to produce concrete. It is designed with durability as the main indicator of requirements for different purposes, to ensure the suitability and strength of the concrete and to achieve high durability, high workability, high dimensional stability and economy. Is considered the worlds most comprehensive performance concrete. HPC has become extremely important civil industry materials. Based on the durability of high performance concrete impact of the indicators on the bridge of the experiments and experimental analysis has been more reliable high-performance concrete mix design for high-performance concrete research put forward their own views.KEYWORDS: High Performance Concrete，Durability，Mix Design，Bridge test目录第一章绪论- 1 -1.1、高性能混凝土的概述- 1 -、高性能混凝土的定义- 1 -、高性能混凝土的开展- 2 -、高性能混凝土相较普通混凝土的高性能- 2 -1.2、高性能混凝土的耐久性- 3 -1.2.1 、掺入高效减水剂- 4 -、掺入高效活性矿物掺料- 4 -1.2.3 、大幅提高混凝土的强度和耐久性- 5 -第二章主要试验工程及过程- 6 -2.1 碎石筛分试验- 6 -、主要试验步骤：- 6 -、计算- 6 -2.2粗集料含泥量及泥块含量试验- 7 -、试验器材- 7 -、计算- 7 -2.3粗集料压碎值试验- 8 -、主要试验步骤- 8 -、计算- 8 -2.4粗集料针片状含量试验- 8 -2.5细集料含泥量试验- 9 -主要试验步骤- 9 -计算- 9 -2.6细集料泥块含量试验- 9 -2.6.1 主要试验步骤- 9 -2.6.2 计算- 9 -2.7细集料含水率试验- 10 -、主要试验步骤- 10 -、计算公式- 10 -2.8细集料筛分试验- 10 -、主要试验步骤- 10 -、计算- 11 -2.9水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性试验方法- 11 -、标准稠度用水量的测定- 11 -、凝结时间的测定- 12 -、安定性的测定- 12 -2.10水泥胶砂强度检验方法- 12 -、试验步骤- 12 -、计算- 12 -2.11高性能混凝土配合比设计- 13 -、主要试验步骤：- 13 -、计算- 14 -2.12水泥砼拌合物表观密度试验- 14 -、主要试验步骤- 14 -、计算公式- 15 -2.13水泥砼拌合物稠度试验- 15 -、试验步骤- 15 -、试验结果：- 15 -2.14水泥砼拌合物含气量试验采用LA-316砼含气量测定仪- 16 -、试验步骤- 16 -、计算公式- 16 -2.15高性能混凝土抗压强度试验- 16 -、试件制备- 16 -、试验结果计算- 17 -2.16高性能混凝土电通量试验- 17 -试验步骤- 17 -、试验结果整理计算- 17 -第三章工程实施阶段- 19 -3.1、工程实施准备工作备工作- 19 -3.2、室内试验- 19 -、原材料- 19 -、配合比设计- 25 -、相关验证试验- 26 -3.3、现场施工应用- 30 -、概况：- 30 -、配合比的调试- 30 -、箱梁施工- 30 -、拆模后测温与养生- 37 -第四章实验结果的研究分析- 39 -4.1、混凝土强度验证及比照- 39 -4.2、高性能混凝土在其他性能指标的优势- 39 -第五章总结与展望- 43 -5.1、研究结论- 43 -5.2、研究展望- 44 -参考文献- 45 -致谢- 47 -III1河北工业大学硕士学位论文第一章 绪论1.1、高性能混凝土的概述1.1.1、高性能混凝土的定义随着建设的开展，在工程中高性能混凝土得到较为广泛的应用。随着人们对混凝土材料的应用，在混凝土的耐久性日益被关注的时候，高性能混凝土逐渐开展起来。在1986年挪威学者首先开始HPC研究，挪威盛产二氧化硅硅粉，硅粉大大提高混凝土的强度，抗渗性，抗氯离子扩散阻力和其他属性提高混凝土的耐久性。西方国家都投入了大量的财力和人力资源，致力于研究和开发高性能混凝土， 1990年5月，在美国马里兰州Gaithersburg举办的高性能混凝土第一届国际研讨会中第一次提出了高性能混凝土的定义问题。我国从20世纪90年代，引进高性能混凝土的概念。关于高性能混凝土，不同国家，不同学者由于他们的理解，目的要求和应用范围，也提出HPC不同的解释和定义，而且都侧重不同的性能特点。20世纪90年代，美国曾提出过三种高性能混凝土的定义。1高性能混凝土是一定性能要求的均匀的混凝土，必须采取严格的施工工艺，采用高品质的材料，便于浇筑、不离析、早期强度高、韧性好、具有体积稳定性的耐久性好的混凝土。2满足工程的特殊要求的各种性能，包括易浇筑但不易离析，长期的高力学性能、早期强度高、高韧性、高体积稳定性，长期恶劣环境中长寿命，匀质性好混凝土。3“高性能混凝土是一种要能符合特殊性能综合与均匀性要求的混凝土。这些特定功能包括：易于浇注 、早期强度、渗透性 、水化热 、体积稳定性 、可捣实、不离析、长期力学性质、密度、韧性、在效劳环境中运行寿命长久。我国从引进高性能混凝土的概念后，进行了各方面的研究，也给出了一些高性能混凝土的定义。1高性能混凝土是以耐久性和可持续开展为根本要求，适用于工业生产施工的混凝土。与高性能混凝土配合比的特点是低用水量，较低的水泥含量，掺加必需的化学外加剂和矿物掺合料。2HPC是一种新的高技术混凝土，在大幅提高普通混凝土的性能的根底上采用现代混凝土技术制作的混凝土，耐久性作为设计主要指标，对不同的目的要求，重点保证以下性能，即耐久性，施工性，适用性，强度，体积稳定性和经济性。3高性能混凝土是以保证混凝土结构要求的力学性能，并具有高耐久性，高工作性、体积稳定性的混凝土。并按照要求设计其抗碳化性能，抗冻耐久性，抗盐冻破坏的耐久性，耐硫酸腐蚀。从国内外对高性能混凝土的种种定义我们可以看出：高性能混凝土不是一个混凝土品种，而是一种有着具体性能和质量要求的混凝土，具有高耐用性、高工作性、体积稳定性高和经济合理性、可泵送、含外加剂的混凝土，按照该工程的具体要求和环境条件，满足的特殊组合性能且均匀、致密的高品质的混凝土。在大幅度提高普通混凝土性能的根底上采用现代混凝土技术，选用优质原材料，除水泥、水、集料外，必须掺加足够数量的活性细掺料和复合高效外加剂制作的新型高技术混凝土。 1.1.2、高性能混凝土的开展1824英国J.Aspdin 创造硅酸盐水泥，为混凝土结构的诞生奠定了根底。1855年，法国人Joseph LouisLambot早年在巴黎国际展览会上展出的申请了专利的水泥砂浆丝船，标志着混凝土结构的诞生。同年，弗朗索瓦Francois Coigent申请了钢筋混凝土楼板的生产专利。混凝土技术自诞生后，开展十分迅速：1928年，法国学者E.Freyssinet提出了采用预应力混凝土结构技术。1965美国开始使用高性能混凝土。1964年，使用高效减水剂配制的高强度混凝土首先在日本兴起。1990 年以后，美国和加拿大的工地上已能获得 60100MPa, 最高可达120MPa的混凝土。在实验室中，混凝土的抗压强度甚至可以到达300MPa的。高强度混凝土的应用在我国越来越普遍，很多单位也已准备强度等级C80、C100高强度混凝土，并用于实际的工程，实验室已经配制出了200MPa以上的高强度混凝土。经过一个多世纪的开展，土建混凝土已成为最重要的结构材料，广泛适用于建筑、交通运输、水利、能源等行业。然而，鉴于高强度混凝土在实际应用中的情况分析，混凝土的质量劣化的问题也逐渐暴露，这不仅造成巨大的经济损失，甚至因为结构提前失效而造成了重大的交通事故。宗此种种原因，在20世纪80年代末的先进工业国家争先恐后地投入巨资，致力于研究和开发的高性能混凝土。近年来，高性能混凝土的在过去的大开展，从传统的C20，C30，到今天普遍的C50，C60，甚至达C100，C200。根据文献，国外水泥在实验室条件下的抗压强度高达662MPa，弯曲强度可达64.7MPa。在我国，高性能混凝土也得到了快速开展，从20世纪90年代初掀起了高潮高性能混凝土。1.1.3、高性能混凝土相较普通混凝土的高性能1、耐久性高效减水剂和矿物质超细粉的配合使用，能够有效的减少用水量，减少混凝土内部的空隙，能够使混凝土结构平安可靠地工作50 100 年以上，是高性能混凝土应用的主要目的。2、工作性坍落度是评价混凝土工作性的主要指标，HPC 的坍落度控制功能好，在振捣的过程中，高性能混凝土粘性大，粗骨料的下沉速度慢，在相同振动时间内，下沉距离短，稳定性和均匀性好。同时，由于高性能混凝土的水灰比低，自由水少，且掺入超细粉，根本上无泌水，其水泥浆的粘性大，很少产生离析的现象。3、力学性能由于混凝土是一种非均质材料，强度受诸多因素的影响，水灰比是影响混凝土强度的主要因素，对于普通混凝土，随着水灰比的降低，混凝土的抗压强度增大，高性能混凝土中的高效减水剂对水泥的分散能力强、减水率高，可大幅度降低混凝土单方用水量。在高性能混凝土中掺入矿物超细粉可以填充水泥颗粒之间的空隙，改善界面结构，提高混凝土的密实度，提高强度。4、体积稳定性高性能混凝土具有较高的体积稳定性，即混凝土在硬化早期应具有较低的水化热，硬化后期具有较小的收缩变形。5、经济性高性能混凝土较高的强度、良好的耐久性和工艺性都能使其具有良好的经济性。高性能混凝土良好的耐久性可以减少结构的维修费用，延长结构的使用寿命，收到良好的经济效益;高性能混凝土的高强度可以减少构件尺寸，减小自重，增加使用空间; HPC 良好的工作性可以减少工人工作强度，加快施工速度，减少本钱。前苏联学者研究发现用C110 C137 的高性能混凝土替代C40 C60 的混凝土，可以节约15% 25% 的钢材和30% 70%的水泥。虽然HPC 本身的价格偏高，但是其优异的性能使其具有了良好的经济性。概括起来说，高性能混凝土就是能更好地满足结构功能要求和施工工艺要求的混凝土，能最大限度地延长混凝土结构的使用年限，降低工程造价。1.2、高性能混凝土的耐久性高性能混凝土近些年来已将耐久性作为其首要设计指标，这种混凝土有可能为根底设施工程提供100 年以上的使用寿命。高性能混凝土的耐久性是普通混凝土的3-10倍。作为一种现代混凝土,高性能混凝土在配制上的特点是低水胶比，选用优质原材料，并除水泥、水和集料外,必须掺加足够数量的矿物细掺料和高效外加剂。目前国内外有关高强高性能混凝土开展趋势有以下几个方面高强度和超高强度，高工作性，高耐久性，高体积稳定特性，有效利用工业废渣，低水泥用量，将高强高性能混凝土纳入标准标准中。本文结合高性能混凝土在桥梁工程中的试验，进一步讨论了高性能混凝土耐久性的各项影响因素。高性能混凝土的高耐久性可增加对恶劣环境的抵御能力, 延长的使用寿命, 减少维修费用及对环境带来的影响, 是最好的节材措施之一, 具有显著的社会和经济效益。混凝土的耐久性即抵抗劣化的能力，主要包括：抗渗性、抗侵蚀性、抗冻性、耐磨性、抗碳化性、抗碱骨料反映等，对于一些工程的特殊部位,控制结构设计的不是混凝土的强度,而是耐久性。能够使混凝土结构平安可靠地工作100年以上,是高性能混凝土应用的主要目的。要提高混凝土的耐久性，必须降低混凝土的孔隙率，特别是毛细管孔隙率，最主要的方法是降低混凝土的拌和用水量。但是如果纯粹的降低用水量，混凝土的工作性将随之降低，又会导致捣实成型工作困难，同样造成混凝土结构不致密，甚至出现蜂窝等宏观缺陷，不但混凝土强度降低，而且混凝土的耐久性也同时降低。目前减少孔隙率的途径往往是掺入高效减水剂。1.2.1、掺入高效减水剂在保证混凝土拌和物所需流动性的同时，尽可能降低用水量，减小水灰比，使混凝土的总孔隙，特别是毛细管孔隙率大幅度降低。水泥在加水搅拌后，会产生一种絮凝状结构。在这些絮凝状结构中，包裹着许多拌和水，从而降低了新拌混凝土的工作性。施工中为了保持混凝土拌和物所需的工作性，就必须在拌和时相应地增加用水量，这样就会促使水泥石结构中形成过多的孔隙。当参加减水剂后，减水剂的定向排列，使水泥质点外表均带有相同电荷。在电性斥力的作用下，不但使水泥体系处于相对稳定的悬浮状态，还在水泥颗粒外表形成一层溶剂化水膜，同时使水泥絮凝状的絮凝体内的游离水释放出来，因而到达减水的目的。1.2.2、 掺入高效活性矿物掺料普通水泥混凝土的水泥石中水化物稳定性的缺乏，是混凝土不能超耐久的另一主要因素。在普通混凝土中掺入活性矿物的目的，在于改善混凝土中水泥石的胶凝物质的组成。活性矿物掺料(矿渣、粉煤灰等)中含有大量活性SiO2及活性Al2O3，它们能和水泥水化过程中产生的游离石灰及高碱性水化矽酸钙产生二次反响，生成强度更高，稳定性更优的低碱性水化矽酸钙，从而到达改善水化胶凝物质的组成，消除游离石灰的目的。有些超细矿物掺料，其平均粒径小于水泥粒子的平均粒径，能填充于水泥粒子之间的空隙中，使水泥石结构更为致密，并阻断可能形成的渗透路。、大幅提高混凝土的强度和耐久性尽管强度与耐久性是不同概念，但又密切相关，它们之间的本质联系是基于混凝土的内部结构，都与水灰比这个因素直接相关。在混凝土能充分密实条件下，随着水灰比的降低，混凝土的孔隙率降低，混凝土的强度不断提高，与此同时，随着孔隙率降低，混凝土的抗渗性提高，因而各种耐久性指标也随之提高。在现代的高性能混凝土中，除掺入高效减水剂外，还掺入了活性矿物材料，它们不但增加了混凝土的致密性，而且也降低或消除了游离氧化钙的含量。在大幅度提高混凝土强度的同时，也大幅度地提高了混凝土的耐久性。对高性能混凝土来说,混凝土本体的抗裂性是首要考虑因素,基于对水化热和体积稳定性的考虑决定了应积极选择粉煤灰和磨细矿粉作为辅助胶凝材料,并选择适应施工的兼有低收缩、早强、缓凝性能的聚羧酸系高性能外加剂配制混凝土成为关键技术措施。目前，我国的根底设施建设工程规模宏大，每年高达2万亿元人民币以上，约30-50年后，这些工程也将进入维修期，所需的维修费或重建费将更为巨大。作为21世纪的高性能混凝土，更要从提高混凝土耐久性入手，以降低巨额的维修和重建费用，具有重要的理论意义和工程实用价值。第二章 主要试验工程及过程2.1 碎石筛分试验2.1.1、主要试验步骤：干筛法：按筛孔大小顺序进行筛分，称取每个筛上的筛余量，准确至总质量的0.1。水洗法：用2.36mm或4.75mm筛及0.075mm筛组成套筛进行水洗，按干筛方法筛分出0.075mm筛以上各筛的筛余量。2.1.2、计算干筛法：(2-1)(2-2)式中：由于筛分造成的损耗(g)用于干筛的枯燥集料总质量(g)各号筛上的分计筛余(g) i依次为0.075mm、0.15mm至集料最大粒径的排序筛底0.075mm以下局部集料总质量pi各号筛上的分计筛余百分率(%)水筛法：(2-3)(2-4) (2-5)式中：粗集料中小于0.075mm的含量通过率粗集料中水洗得到的小于0.075mm局部的质量(g)用于水洗的枯燥粗集料总质量(g)水洗后的枯燥粗集料总质量(g) 由于筛分造成的损耗(g) 各号筛上的分计筛余(g)i依次为0.075mm、0.15mm至集料最大粒径的排序2.2粗集料含泥量及泥块含量试验2.2.1、试验器材台 秤：感量不大于称量的1标准筛：孔径为1.18mm、0.075mm方孔筛各一只；测泥块含量时，那么用2.36mm及4.75mm的方孔筛各一只。容 器：容积约10L的筒或搪瓷盘、烘箱、浅盘、毛刷等2.2.2、计算(2-6)式中：Qn碎石或砾石的含泥量，试验前烘干试验试样质量，g试验后烘干试验试样质量，g以上两个试样试验结果的算术平均值作为测定值，准确至0.1。2.3粗集料压碎值试验2.3.1、主要试验步骤1取9.5mm13.2mm的试样3g。2将试样分三份倒入试筒，整平；将试筒和压柱一起放在压力机上，加荷。当到达总荷载400kN后，稳压5s，然后卸荷。3称取通过2.36mm筛孔的全部细料质量。2.3.2、计算 2-7式中：石料压碎值，试验后通过筛孔的试样质量，g试验前试样的质量，g以三次平行试验结果的算术平均值作为压碎指标的测定值。2.4粗集料针片状含量试验按下表规定的粒级用规准仪对试样进行鉴定，判断针状或片状。、表2.1 筛分质量评定表公称最大颗粒mm9.5161926.531.537.5试样最小质量Kg0.3123510称量由各粒级挑出的片状和针状的总质量。计算碎石或砾石中片状、针状的含量： 2-8式中：Qe试样片状、针状的含量,%试样中片状和针状的总质量，g试样总质量，g2.5细集料含泥量试验2.5.1主要试验步骤1取烘干试样置于筒中，用水浸泡，用套筛虑去小于0.075mm的颗粒，再加水浸泡过虑，直至筒内的水清澈为止。2将两筛上筛余的颗粒和筒中已经洗净的试样一并装入浅盘，置于温度为1055的烘箱至恒重，冷却称取其质量m1。2.5.2计算砂的含泥量： 2-9式中：Qn砂的含泥量，试验前烘干试验试样质量，g试验后烘干试验试样质量，g以上两个试样试验结果的算术平均值作为测定值，准确至0.1，两次结果的差值超过0.5时，应重新试验。2.6细集料泥块含量试验2.6.1 主要试验步骤1取试样200g置于容器中，用水拌和均匀，浸泡24h后用手捻碎泥块，再把试样放在0.63mm的筛上，用水淘洗清澈为止。2筛余下来的试样应小心从筛上取出，并烘干冷却，称取其质量。2.6.2 计算砂中泥块含量： 2-10式中：砂中大于1.25mm的泥块含量，试验前存留于1.25mm筛上的烘干试样质量，g试验后烘干试验试样质量，g以上两个试样试验结果的算术平均值作为测定值，准确至0.1，两次结果的差值超过0.4时，应重新试验。2.7细集料含水率试验2.7.1、主要试验步骤取500g代表性试验两份，分别放入质量的枯燥容器中称量，记下每盘试样与容器的总量m2，将容器连同试样放入温度为1055的烘箱中烘干至恒重，称烘干后的试样与容器的总量m32.7.2、计算公式砂的含水率，准确至0.1。2-11式中：砂的含水率，%；容器质量，g；烘干前试样与容器的总质量，g；烘干后试样与容器的总质量，g。以两次试验结果的算术平均值为测定值。2.8细集料筛分试验2.8.1、主要试验步骤按筛孔大小顺序进行手筛，称量出各筛筛余试样的质量，精确至0.5g。2.8.2、计算1各号筛的分计筛余百分率为各号筛上的筛余量除以试样总量的百分率。2各号筛的累计筛余百分率为该号筛及大于该号筛的各号筛的分计筛余百分率之和。3各号筛的质量通过百分率等于100减去该号筛的累计筛余百分率。4绘制级配曲线。5对于水泥混凝土用砂：细度模数： 2-12、分别为0.16mm、0.315mm、5mm各筛上的累计筛余百分率，6应进行两次平行试验，以试验结果的算术平均值作为测定值。如两次所得的细度模数之差大于0.2，应重新进行试验。2.9水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性试验方法2.9.1、标准稠度用水量的测定1标准稠度用水量应采用符合GB3350.6规定的净浆标准稠度仪进行测定。2标准稠度用水量的测定可用调整水量法和不变水量法两种方法的任一种，如发生争议时，以调整水量法为准。3试验前须检查工程：仪器金属棒应能自由滑动；试锥降至模顶面位置时，指针应对准标尺零点；搅拌机运转应正常等。4拌制水泥净浆。采用调整水量法测定标准稠度用水量时，拌和水量应按经验找水；采用不变水量法测定时，拌和水量为142.5mL，水量精确至0.5mL。5标准稠度用水量的测定： (2-13)当试锥下沉深度小于13mm时，应改用调整水量法测定。2.9.2、凝结时间的测定1凝结时间用符合GB3350.6规定的凝结时间测定仪进行测定。2凝结时间的测定可用人工测定，也可用符合本标准操作要求的自动凝结时间测定仪测定，两者有矛盾时以人工测定为准。3测定前的准备工作：将圆模放在玻璃板上，在内侧稍稍涂一层机油，调整凝结时间测定仪的试针，使其接触玻璃板时指针对准标尺零点。4制备试件。5凝结时间的测定：试件在湿气养护箱中养护至加水后30min时，进行第一次测定。2.9.3、安定性的测定1安定性的测定方法可以用雷氏夹法也可用试饼法，有争议时以雷氏夹法为准。2测定前的准备工作。3水泥标准稠度净浆的制备。4雷氏夹试件的制备方法。5沸煮。6结果判别2.10水泥胶砂强度检验方法2.10.1、试验步骤1试件成型。2养护。3抗折强度试验。4抗压强度试验。2.10.2、计算1抗折强度：2-14式中：抗折强度MPa破坏荷重NL支撑圆柱中心距即100mmb、h试体断面宽及高，均为40mm。抗折强度计算值精确到0.1MPa抗折强度结果取三块试件平均值，精确至0.1MPa。当三个强度值中有超过平均值10的，应剔除后再平均，以平均值作为抗折强度试验结果。2抗压强度： (2-15)式中：抗压强度MPaF破坏荷重NA受压面积即：40mm40mm抗压强度计算值精确到0.1MPa六个抗压强度结果为6个试件抗压强度的平均值，精确至0.1MPa，如果6个强度值中有一个超过平均值的10的，应剔除后以剩下的5个值的算术平均值作为最后结果，如果5个值中再有超过平均值10的，那么该组试件无效。2.11高性能混凝土配合比设计2.11.1、主要试验步骤：2.11.1.1、粗集料级配组成试验根据各种粗集料各筛孔的累计筛余率，按照标准的级配要求进行级配组成试验，得到各粗集料的掺配率。2.11.1.2、计算初步配合比确定混凝土的配制强度计算水灰比选定单位用水量计算单位水泥用量选定砂率计算粗、细集料单位用量计算方法分为质量法和体积法，计算出初步配合比，即水泥：水：细集料：粗集料mc0:mw0:ms0:mG02.11.1.3、试拌调整、提出基准配合比根据初步配合比，采用施工实际材料，进行试拌，测定混凝土拌和物的工作性坍落度或维勃稠度，调整材料用量，提出一个满足工作性要求的“基准配合比，即mca:mwa:msa:mGa2.11.1.4、检验强度、确定试验室配合比以基准配合比为根底，增加和减少水灰比，拟定几组通常为三组适合工作性要求的配合比，通过制备试块、测定强度，确定既符合强度和工作性要求，又较经济的试验室配合比，即mcb:mwb:msb:mGb2.11.1.5、换算施工配合比根据工地现场材料的实际含水率，将试验室配合比，换算为工地配合比，即mc:mw:ms:mG或1：mw/mc:ms/mc:mG/mc2.11.2、计算1、确定混凝土的配制强度(2-16)式中：混凝土的施工配制强度MPa混凝土立方体抗压强度标准值即设计要求的混凝土强度等级MPa由施工单位质量管理水平确定的混凝土强度标准差MPa2、计算水灰比3、选定水灰比4、计算单位水泥用量5、选定砂率6、计算粗、细集料单位用量7、根据检验强度，绘制“强度灰水比曲线，确定试验室配合比8、换算施工配合比2.12水泥砼拌合物表观密度试验2.12.1、主要试验步骤1、称出试验前的量筒质量M1，精确至50g。2、用人工捣固时，分三层装入，边装边捣；如用振动台振动时，至拌和物出现水泥浆为止。3、称出量筒和混凝土总重M2，精确至50g。2.12.2、计算公式(2-17)式中：拌和物毛体积密度，kg/m3V量筒容积，L试验结果计算精确至10kg/m3以上两次试验结果的算术平均值作为测定值。试样不得重复。2.13水泥砼拌合物稠度试验2.13.1、试验步骤1将代表样分三层装入筒内，边装边按由边缘至中心插捣，边捣边参加拌和物。2垂直提起坍落筒，提筒时间510s，并使混凝土不受横向及扭力作用。3从开始至提筒的全过程，不应超过2.5min。4量出筒顶至试样顶面中心的垂直距离，即为该混凝土拌和物的坍落度，单位mm，精确至1mm。5同一次拌和的混凝土拌和物，宜测坍落度两次，取其平均值作为为测定值，每次须换一次性的拌和物，如两次试验相差20mm以上，须做第三次；如第三次结果与前两次结果均相差20mm以上的，那么整个试验重做。6当拌合物坍落度大于220mm时，用钢尺测量混凝土扩展后最终的最大直径和最小直径，在这两个直径之差小于50mm的条件下，用其算术平均值作为坍落扩展度值；否那么，此次试验无效。7试验同时，可用目测法测定混凝土拌和物的以下性质：棍度、含砂情况、粘聚性、保水性2.13.2、试验结果：混凝土拌合物坍落度和坍落扩展度值以mm为单位，测量精确至1mm，结果修约至最接近的5mm。2.14水泥砼拌合物含气量试验采用LA-316砼含气量测定仪2.14.1、试验步骤1标定仪器：量钵体积标定、含气量0%，1%到10%点的标定2擦净钵体、钵盖内外表，水平放置，将水泥混凝土拌和物装钵振实。3刮去多余混凝土，用镘刀抹平，并且使其光滑无气泡。密封量钵。4用注水器从小龙头处往量钵内注水，直至水从排气阀出水口流出，再关紧小龙头和排气阀。5手泵打气加压，使得表压稍微大于0.1Mpa，再用微调阀准确调节至0.1Mpa。6按下阀门杆12次，待表压指针稳定后，测定压力表读数，并根据仪器标定的含气量与压力表读数的关系曲线，得到所测定混凝土样品的一起测定含气量A1值。7测定集料的含气量C。2.14.2、计算公式含气量：(2-18)A混凝土拌和物含气量%仪器测定含气量%C集料含气量%以两次测值的平均值，作为试验结果，如果两次测值的含气量相差0.2%以上时，需要找出原因并且重做试验。2.15高性能混凝土抗压强度试验2.15.1、试件制备1混凝土抗压强度试件以边长150mm的立方体为标准试件，其集料最大粒径为40mm。2混凝土抗压强度试件应以同龄期者为一组，每组为3个同条件制作和养护的混凝土试块。2.15.2、试验结果计算(2-19)式中：R混凝土抗压强度MPaP极限荷载(N)A受压面积mm2以3个试件测值的平均值为测定值。如任一个测值与中值的差值超过中值的15时，那么取中值为测定值；如有两个测值与中值的差值均超过上述规定时，那么该组试验结果无效。结果计算精确至0.1MPa。2.16高性能混凝土电通量试验2.16.1试验步骤1切取电通量试验试件，直径1001mm，高度502mm。2将养护至规定龄期的试件暴露于空气中枯燥，并涂以硅胶或树脂于试件圆柱侧面。3试验前采用SBS智能真空饱水机对试件进行真空保水。4保水结束，抹掉试件上多余水分，将试件安装于试验槽内，检查密封性。5将质量浓度为3.0%的NaCl的溶液和摩尔浓度为0.3mol/L的NaOH溶液分别注入试件两侧的试验槽中，注入NaCl溶液的连接负极，注入NaOH溶液的连接正极。6对试件两侧铜网施加600.1V直流恒电压，采用SDL-砼电通量测定仪自动采集数据测试装置，记录电流的时间间隔设定为5-10min，电流测量值精确至0.5mA。7试验结束，及时排出溶液，将试验槽洗净吹干。2.16.2、试验结果整理计算1试验结束后绘制电流与时间的关系图。应通过各点数据以光滑曲线连接起来，对曲线做面积积分，或按梯形进行面积积分，得到试验6h通过的电通量C。2每个试件的总电通量可采用以下简化公式计算： (2-20)式中：Q通过试件的总电通量C；初始电流A，精确到0.001A。在时间tmin的电流A，精确到0.001A。3计算得到的通过试件的总电通量应换算成直径为95mm试件的电通量值，应通过计算的总电通量乘以一个直径为95mm的试件和实际试件横截面积的比值来换算，换算可按下式计算： (2-21)式中：通过直径为95mm的试件的电通量C；通过直径为Xmm的试件电通量C；X试件的实际直径mm。4每组应取3个试件电通量的算术平均值作为该组试件的电通量测定值。当某一个电通量值与中值的差超过中值的15%时，应取其余两个试件的电通量的算术平均值作为该组试件的试验结果测定值。当有两个测值与中值的差值都超过中值的15%时，应取中值作为该组试件的电通量试验结果测定第三章 工程实施阶段3.1、工程实施准备工作备工作高性能混凝土以耐久性作为设计的主要指标，特点是采用低水胶比，选用优质原材料，掺加足够数量的矿物掺合料和高性能减水剂。由于高性能混凝土的耐久性，使混凝土桥梁的使用寿命大大增加，使用寿命可以提高到100年。从2023年9月开始进行试验，具体安排是：1、选择适宜的原材料，考察邢台市周边各种地材，河砂、碎石、矿渣粉、粉煤灰等，选择水泥、外加剂等厂家，并且到厂家实地考察，取样对原材料各项指标进行检测，找出最适合高性能混凝土需要的原材料。2、选择好原材料后，在试验室进行配合比设计，由于查找相关资料没有找到适合高性能混凝土配合比的试验方法，只能够粗略的计算具体的配合比，然后通过试验，确定最终配合比。3、进行大量的配合比试拌后，确定根本的几个配合比换算工地配合比，在工地进行混凝土构件试生产，对配合比的可行性进行验证。由铁科院专家进行技术指导。4、各项检测指标满足要求，认可配合比后，进行邢汾高速公路的桥梁施工，总结各项试验数据，验证其效果。3.2、室内试验3.2.1、原材料1胶凝材料 胶凝材料是高性能混凝土中最关键的局部，水泥宜选用品质稳定、标准稠度低，强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥，不宜采用矿渣、火山灰及粉煤灰硅酸盐水泥，对于C25、C30、C40选用冀中能源股份水泥厂生产的咏宁牌P.O42.5水泥；C50选用河北太行水泥生产的太行山牌P.O42.5水泥，对水泥的各项检测指标进行检测，工地试验室不能完成的工程进行了外委试验，数据如下表：表3.1 外委数据汇总表序号工程技术要求检测结果咏宁检测结果太行1比外表积m2/Kg3503423362游离GaO含量%1.00.910.93碱含量%0.800.530.414熟料中铝酸三钙含量%87.67.55氯离子含量%0.060.0280.055所采用水泥各项检测指标均符合铁科院下发的?高性能混凝土暂行技术条件?规定的指标2矿物质掺合料矿物质掺合料是高性能混凝土中不可缺少的组成局部，其掺入的目的是增加活性、流动性、抗别离性、调节黏度及塑性，填充水泥石中的微孔，以利于提高混凝土的强度、密实性、特别是改善混凝土的耐久性及防止碱骨料反响、降低混凝土水化热等有明显效果。在本工程中矿物掺合料选用邢台电厂生产优质粉煤灰、邢台华通矿粉厂生产的磨细矿渣粉。对其各项指标进行了外委试验，检测结果见下表：表3.2 粉煤灰的技术要求序号名称技术要求检测结果1细度%124.12需水量比%95953烧失量%5.04.984氯离子含量%0.020.0075含水量%1.0-6三氧化硫含量%3.00.477氧化钙含量%103.198游离氧化钙含量%1.00.32表3.3 矿渣粉的技术要求序号名称技术要求检测结果1密度g/cm32.82.982比外表积m2/kg350-5504353流动度比951034烧失量%3.00.355氧化镁含量%1410.516三氧化硫含量%4.00.437氯离子含量%0.060.0388含水率%1.00.497d活性指数%757528d活性指数%9595所选用粉煤灰、矿渣粉各项检测指标均符合铁科院下发的?高性能混凝土暂行技术条件?技术要求。3粗细骨料的选择高性能混凝土骨料的选择，对于保证高性能混凝土的物理力学性能和长期耐久性能至关重要，要选择适宜的骨料配制高性能混凝土，要注意骨料的品种、表观密度、吸水率、粗骨料的强度、粗骨料的最大粒径、级配、碱活性组分含量等。我工程部选用邢台县马鞍山宇峰矿业生产的优质石灰岩碎石，白马河流域南青山段生产的洁净中河砂，通过对料源的考察，取样做了各项指标的检测，检测结果见下表：表3.4 细骨料的技术要求序号工程质量指标检测结果1颗粒级配符合下表要求符合下表要求2含泥量%2.01.23泥块含量%0.50.24云母含量%0.50.15轻物质含量%0.50.136有机物含量比色法浅于标准色浅于标准色7吸水率%2.01.18硫化物及硫酸盐含量%0.50.019氯离子含量%0.020.00410巩固性%8211碱活性14d：砂浆长度法0.10.06表3.5 细骨料的累积筛余百分数公称粒径，mm区区区9.50004.7510-010-010-02.3635-525-015-01.1865-3550-1025-00.685-7170-4140-160.395-8092-7085-550.15100-90100-90100-90表3.6 粗骨料的技术要求及实测结果序号工程质量指标检测结果1颗粒级配符合下表规定符合下表规定2压碎值1211.33针片状颗粒含量%53.64含泥量%0.50.35泥块含量%0.20.16岩石抗压强度MPa1067吸水率%20.328巩固性%539硫化物及硫酸盐含量%0.50.0110氯离子含量%0.020.00111碱活性14d：砂浆长度法0.10.09表3.7 粗骨料的颗粒级配范围级配情况公称粒径累积筛余，按质量计%筛孔边长尺寸mm2.364.759.516.019.026.531.537.553连续级配5-1095-10080-1000-150-5-1695-10085-10030-600-100-5-2095-10090-10040-80-0-100-5-2595-10090-100-30-70-0-50-5-31.595-10090-10070-90-15-45-0-50-所采用粗细集料检测各项指标均符合铁科院下发?高性能混凝土暂行技术条件?要求。4高性能减水剂的选择由于高性能混凝土掺入大量的矿物掺合料，胶凝材料用量大，水胶比低，拌合物黏性大，为了使混凝土获得高工作性，所以在配制高性能混凝土时，必须采用适宜的高性能减水剂。为此，进行了大量的试验，对众多外加剂进行反复的比对试验和优选，最终确定选用山西黄河新型化工生产的聚羧酸系HJSX-A型高性能减水剂。另外，对外加剂的掺量也进行了屡次试验。技术人员逐步调整外加剂用量、减水组分、缓凝组分，使与所用水泥，砂石料很好的配伍，确定了外加剂的掺量见技术报告第2条，保证了混凝土的坍落度损失及工作性，使混凝土获得良好的耐久性，对其减水剂进行了委托试验，检测结果见下表：表3.8 聚羧酸系减水剂的技术要求及检测结果序号检验工程技术要求检测结果缓凝型早强型标准型缓凝型1减水率%2527.22含气量%3.01.53压力泌水率比%9079.74抗压强度比7d14515014016128d130140130146560min坍落度保存值mm/1501556凝结时间之差/+90+1317甲醛含量%0.050.028硫酸钠含量%5.00.899氯离子含量%0.60.0210碱含量%101.811收缩率比%11096.3减水剂的各项检测指标符合铁科院下发的?高性能混凝土暂行技术条件?技术要求。3.2.2、配合比设计我试验室在完成了原材料的检测选定后，在试验室进行了高性能混凝土配合比的大量试验，粉煤灰、矿渣粉进行了各种掺量的试配，最终确定以下几组配合比，各种检测数据符合设计要求：C50箱梁预制高性能混凝土配合比：水泥：砂：石：粉煤灰：矿渣粉：水：减水剂=356：655：1165：62.5：62.5：149：5.772。C30墩柱、盖梁高性能混凝土配合比：水泥：砂：石：粉煤灰：水：减水剂=299：690：1175：100：156：3.99。C40主墩、承台高性能混凝土配合比：水泥：砂：石：粉煤灰：水：减水剂=327：121：679：1155：148：4.928、表3.9 配合比的各项试验检测结果设计标号含气量(%)坍落度(mm)容重Kg/m356d电通量C7d抗压强度MPa28天抗压强度MPa56d抗压强度MPaC503.3190245077061.072.380.6C303.0190241095238.846.753.7C403.0190243078947.655.861.2 在混凝土拌合出机后，高性能混凝土和易性、匀质性都很理想，不泌水，而且大坍落度160-200mm时也不离析、不泌水，粘聚性仍然良好，适当提高混凝土的坍落度可以在很大程度上降低C50箱梁混凝土的施工难度，易于成型。混凝土拌合物在运输、浇注以及成型中不别离，易于操作。以上配合比在本课题中以C50高性能混凝土配合比做数据分析。同时以C50普通混凝土配合比做了比照试验：普通C50混凝土配合比：水泥：砂：碎石：水：减水剂=486：655：1165：149：5.7727d抗压强度：52.1MPa；28d抗压强度：62.1MPa；56d抗压强度：65.8 MPa。3.2.3、相关验证试验高性能混凝土配合比设计完成后，进行了混凝土拌合物的相关试验：1坍落度试验2含气量试验3电通量试验钻取试件切割试件试件涂胶试件饱水配制药品试件固定参加药品通电试验监控数据3.3、现场施工应用3.3.1、概况：邢汾高速公路沙河特大桥，30m后张法预制预应力混凝土小箱梁，共计940片，80%采用C50高性能混凝土；引桥下部结构桥墩采用柱式墩台，共计立柱368根，盖梁186个，全部采用C30高性能混凝土。主桥下部结构墩台混凝土共计6000方，采用C40高性能混凝土。3.3.2、配合比的调试在试验室配合比完成后，在拌合楼进行了生产配合比的验证，将试验室配合比换算为施工配合比，考虑砂石料的含水率，进行数据修正，拌合物进行了相关试验，各项数据均满足设计要求，进行了箱梁预制的生产。3.3.3、箱梁施工（1） 人员到位情况见下表表3.10 人员配置表序号姓名职务备注1王栋梁工程负责人2王海林施工负责人3达 炜技术负责人4梅艳峰预制场负责人5马会良工地试验室主任6张庆华质检负责人7胡彦凯施工工长8刘建广拌合站负责人9现场试验员5