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1、客运专线铁路高性能混凝土技术高 礼 雄 博士石家庄铁道铁学院,主要内容,一、为什么要采用高性能混凝土 二、如何实现混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代价如何 四、有关高性能混凝土的几个问题 五、铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作 六、工程应用实例,据统计：在正常工作条件下，混凝土结构从建成到拆除重建的周期平均为4050年。,开裂的铁路桥梁和涵洞,石家庄百孔桥大桥盐的腐蚀,青藏公路桥梁墩柱冻融剥蚀,混凝土结构冻融剥蚀和硫酸盐侵蚀破坏,罗马的万神殿,古罗马万神殿：公元128年Hadrin大帝时期建造的一座建筑物，它的圆形壁厚6.1m；穹顶的直径43.3m、高21.6m，使用了12000吨轻
2、混凝土。,万神殿内景,古罗马圆形剧场,古罗马加尔输水道（BC63-13年）,英国南安普墩海港工程 美国西雅图海滨海上水泥船 旅顺、厦门的混凝土炮台 沿海、沿江商埠大量保存的 混凝土建筑物,历时100多年的波特兰水泥混凝土建筑物,采用符合耐久要求的胶凝材料 低水灰比 工作性好，易于施工 复合使用有机外加剂（动物油 脂、乳液、动物血、糯米汁）匀质性好 具有合理的孔结构和密实度 采用严格的施工工艺,这些建筑物耐久的共同特点,水泥质量过细、水化过快(C3A)水泥用量过多水灰比过大混凝土早期强度过高外加剂过乱施工质量较差,为什么现代混凝土结构不耐久？,主要内容,一、为什么要采用高性能混凝土 二、如何实现
3、混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代价如何 四、有关高性能混凝土的几个问题 五、铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作 六、工程应用实例,如何实现混凝土的高性能化？,按耐久性设 计混凝土结构,从强度等级设 计混凝土结构,混凝土结构耐久性：在预定作用和预期的维护与使用条件下，结构及其部件能在预定的设计年限内维持其所需的最低性能要求的能力。耐久性设计：现在根据结构的设计使用年限级别和环境类别及作用等级对结构进行的一种设计方法。强度等级设计：过去按照结构强度等级对结构进行的一种设计方法。,何谓混凝土结构的耐久性设计？,何谓混凝土结构的耐久性设计？,环境条件：碳化环境、氯盐环境、化学侵蚀环境、冻融
4、破坏环境、磨蚀环境,使用年限 100年 60年 30年,何谓混凝土结构的耐久性设计？,何谓混凝土结构的耐久性设计？,何谓混凝土结构的耐久性设计？,混凝土的耐久性包括：抗裂性、护筋性、耐蚀性、抗冻性、耐磨性及抗碱-骨料反应性等。混凝土耐久性指标包括：电通量、抗渗等级、含气量、抗冻等级、耐蚀系数及有害离子含量等。,何谓混凝土结构的耐久性设计？,表1 正常环境下混凝土的电通量,混凝土材料耐久性指标的一般规定：,何谓混凝土结构的耐久性设计？,表2 氯盐环境下混凝土的电通量,表3 化学侵蚀环境下混凝土的电通量,何谓混凝土结构的耐久性设计？,同时，对有害离子含量进行规定（如碱含量、Cl-含量、C3A含量、
5、SO3含量、泥块含量、含泥量等）。（具体内容参见铁建设2005157号铁路混凝土结构耐久性设计暂行规定和铁建设2005160号铁路混凝土工程施工质量验收补充标准）,表4 冻融破坏环境下混凝土的抗冻等级,实现混凝土高性能化的技术途径,一方面使混凝土具有较好的抗裂性和一定的密实性，阻挡和延缓外部各种有害物质侵入混凝土内部；另一方面使混凝土含有一定的含气量，同时降低其自身有害离子的引入量。,1、严格控制原材料品质；2、认真制定混凝土配合比；3、合理控制拌和物性能；4、切实作好施工前准备操作；5、强化混凝土施工；6、强化施工过程质量检验。,具体措施,高工作度 高强度 高耐久性 可泵送的高强混凝土 掺有
6、矿物掺合料的混凝土,对高性能混凝土的认识误区,1）碾压混凝土 拌合物需要足够地干硬以支撑非常沉重的振动压实机械不致下陷而正常地行进和工作。2）低塑性混凝土拌合物需要具备适当的坍落度(3050mm)，使摊铺机正常地行进和工作。3）自密实混凝土拌合物的流动性和粘聚性良好，在没有外加振捣的条件下能够成型密实。,误区之1-工作度 Workability,高强混凝土已被证明是对早期开裂非常敏感的材料。这不仅是水化热的结果，由于自干燥作用产生的自收缩和硫酸盐相的化学反应，可能也是重要起因。结构混凝土或大体积混凝土意外地出现开裂，不能总是归因于现场工程师缺乏经验，该领域里许多问题尚缺乏了解，激发全世界许多人
7、去进一步开展研究。Thermal Cracking in Concrete at Early Ages.E&FN SPON 1994.,误区之2-高强混凝土与开裂,根据混凝土劣化的整体模型，不是强度，而是混凝土的坚固性（没有裂缝）对其运行条件下保证混凝土的水密性和耐久性起关键的作用。P.K.Mehta.Durability-Critical Issues for the Future.Concrete International July 1997.,裂缝-耐久性关系,一个不透水，但存在非连续微裂缝，且多孔的钢筋混凝土结构,由于微裂缝和孔隙连通并延伸到表面不透水性逐渐丧失,A：以下原因使孔隙内
8、静水压增大、混凝土膨胀：钢筋锈蚀、碱-骨料反应、水结冰、硫酸盐侵蚀B：混凝土强度与刚度降低,环境作用（第一阶段）（无可见损伤）1.侵蚀作用（冷热循环、干湿循环）2.荷载作用（循环荷载、冲击荷载,环境作用（第二阶段）（损伤的开始与扩展）水的渗入、O2、CO2渗入酸性离子（Cl-,SO42-)渗入,开裂、剥落与整体性丧,混凝土劣化的“整体性”模型,工作性能满足施工工艺和浇注构件的需要强度发展满足强度设计等级和施工需要不出现或少出现可见裂缝，满足环境条件要求的相关耐久性能具有一定的经济性,高性能混凝土,如何实现结构的设计使用年限?,主要内容,一、为什么要采用高性能混凝土 二、如何实现混凝土的高性能化
9、 三、采用高性能混凝土的代价如何 四、有关高性能混凝土的几个问题 五、铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作 六、工程应用实例,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本,不同混凝土材料成本差价比较,主要内容,一、为什么要采用高性能混凝土 二、如何实现混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代价如何 四、有关高性能混凝土的几个问题 五、铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作 六、工程应用实例,1、高性能混凝土容易开裂？2、高性能混凝土的成本必然增大？3、及时浇水可以预防高性能混凝土开裂？4、混凝土结构早期开裂就是因为养护不
10、好？5、抗压强度高的混凝土，其他性能亦好？6、高强度混凝土必须采用高强度等级的水泥？7、掺粉煤灰、矿渣后混凝土的pH值下降？8、标准和规范具有法律效力吗？,目前对高性能混凝土认识所存在的一些争论,主要内容,一、为什么要采用高性能混凝土 二、如何实现混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代价如何 四、有关高性能混凝土的几个问题 五、铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作 六、工程应用实例,1、根据线100年设计使用年限的总体要求，对主体混凝土结构进行耐久性设计。2、应对主要建筑材料的产品品质、质量状况等进行调研。3、及早开展混凝土配合比试验和耐久性检验工作。4、采用高性能混凝土施工前应进行实体梁
11、的浇注试验。5、制定高性能混凝土施工细则以及质量验收标准。,铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作,6、针对不同层次人员的特点，分期分批进行高性能混凝土基本知识和施工技术培训。7、高度重视防水层和封端的施作。8、严格控制预应力张拉的时间。9、高度重视后张梁的孔道压浆施工。10、配备相应的混凝土耐久性试验仪器设备。,铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作,青藏铁路混凝土耐久性试验中心,铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作,主要内容,一、为什么要采用高性能混凝土 二、如何实现混凝土的高性能化 三、采用高性能混凝土的代价如何 四、有关高性能混凝土的几个问题 五、铁路采用高性能混凝土应重视的几项工作 六、工程应用实例,高性能混凝土的应用青藏铁路,杭州湾大桥海工混凝土粉煤灰取代水泥20-40%,三峡大坝混凝土粉煤灰取代水泥10-40%Concrete works in Three Gorge Dam:Fly ash takes place of 10-40%content of cement,大小洋山深水港工程混凝土矿渣粉-粉煤灰复合掺量65%,美国Sunshine Skyway Bridge in Florida,谢谢大家！,联系电话：0311-87936041，E-mail：工作单位：石家庄铁道学院 地 址：河北省石家庄市北二环东路17号 邮 编：050043,
