1、1创建交通部混凝土通病治理典型示范项目高强混凝土的配制与施工质量控制建议书（照片位置）广东肇阳高速公路有限公司阳阳项目管理处交通部公路科学研究所2009 年 10 月2目 录1、混凝土耐久性与高性能混凝土 .12、当前我国混凝土工程施工存在的问题 .32.1 忽视原材料的优选和质量控制 .32.2 配合比设计理念落后 .32.3 不重视混凝土搅拌质量控制和调整 .32.4 施工质量控制不严 .42.5 桥梁表观质量较差 .42.6 浇筑的高强混凝土达不到设计强度，或者强度离散程度大。 .42.7 对桥涵混凝土耐久性没有引起足够的重视 .52.8 不能很好协调混凝土的高强与耐久性、低水胶比与抗裂
2、性的矛盾 .52.9 养生不满足要求 .53、影响混凝土强度的主要因素 .63.1 原材料对混凝土抗压强度的影响 .63.2 配合比设计参数的影响 .93.3 养护的影响 .103.4 回弹强度与构件强度的关系 .124、高强混凝土配合比设计要点 .144.1 高强高性能混凝土配合比设计原则 .144.2 高强高性能混凝土配合比设计及优化 .164.3 原材料技术要求 .175、混凝土的养护 .185.1 混凝土养护的起始时间 .185.2 混凝土养护的期限 .185.4 注意事项 .196、混凝土的热天施工 .196.1 炎热天气的特点及对混凝土性能的影响 .196.2 热天施工采取的主要技
3、术措施 .216.3 热天混凝土养护方法及其注意事项 .226.4 热天混凝土施工质量检验 .237、高强混凝土施工注意事项 .237.1 优化施工配合比设计 .237.2 严格施工配合比现场控制 .237.3 严控施工过程质量 .2411、混凝土耐久性与高性能混凝土在 本 世 纪 30 年 代 ，当 混 凝 土 结 构 刚 开 始 大 力 兴 建 时 ，人 们 普 遍 认 为 混 凝 土 结构 物 设 计 使 用 寿 命 为 4050 年 ，而 基 本 无 须 维 护 ，还 绰 绰 有 余 。直 到 70 年 代 ，混 凝土 过 早 劣 化 的 现 象 ，仍 被 看 作 是 例 外 ，是 由
4、 于 规 范 存 在 问 题 ，或 者 材 料 与 施 工 存 在不 当 所 引 起 。混 凝 土 耐 久 性 问 题 在 美 国 引 起 轰 动 ，是 由 1987 年 美 国 国 家 材 料 顾 问 委员 会 提 交 的 报 告 所 导 致 。该 报 道 指 出 在 美 国 当 时 的 57.5 万 座 桥 梁 中 ，大 约 有 25.3 万座 混 凝 土 桥 梁 已 经 不 同 程 度 地 破 坏 ，其 中 部 分 使 用 仅 不 到 20 年 ，而 且 每 年 还 将 增加 3.5 万 座 。据 1998 年 美 国 土 木 工 程 学 会 的 一 份 材 料 估 计 ，他 们 需 要
5、 有 1.3 万 亿 美元 来 处 理 美 国 国 内 基 础 设 施 工 程 存 在 的 问 题 ，修 理 与 更 换 公 路 桥 梁 的 混 凝 土 桥 面 板一 项 就 需 800 亿 美 元 ，而 现 在 联 邦 政 府 每 年 为 此 的 拨 款 只 有 50 60 亿 美 元 。并 且 研究 表 明 ：这 些 结 构 物 的 设 计 、材 料 和 施 工 都 是 符 合 现 代 技 术 发 展 水 平 的 。现 在 不 少 欧美 发 达 国 家 每 年 用 于 已 建 混 凝 土 工 程 的 维 修 和 更 新 费 用 已 经 超 过 了 新 建 费 用 。这 些教 训 已 促 使
6、 一 些 国 家 规 定 桥 梁 等 重 要 基 础 设 施 工 程 的 使 用 寿 命 必 须 超 过 100 120年 ，甚 至 150 年 。重 要 建 筑 物 如 英 国 新 建 国 家 图 书 馆 要 求 设 计 寿 命 250 年 。1990 年国际上正式提出了高性能混凝土概念。美国 ACI 定义：高性能混凝土是符合特殊性能组合和匀 质性要求的混凝土，如果采用传统的原材料组分和一般的拌和、浇筑与养护方法，未必总能大量地生产出这种混凝土。吴中伟定义：高性能混凝土为一种新型高技术混凝土，是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混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标，针
7、对不同用途要求，对下列性能有重点的予以保证：耐久性、工作性、2适用性、强度、体积稳定性以及经济性。值得指出的是：高性能混凝土是高质量混凝土，不是只有配合比就能生产的，而是包括原材料选择与控制、配合比设计、拌和物制备工艺和施工质量控制的全过程。使用高性能混凝土必 须特别重视全面质量控制，更严格地执行有关施工及验收规范和有关技术规定，以保证混凝土良好的匀质性，不论强度多少，均 应在所使用的环境下是耐久的。在配合比设计上，要以耐久性为目标新颁布的公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥梁设计规范（JTG D62-2004）增加了耐久性设计内容，规 定公路桥涵应根据所处环境进行耐久性设计，并明确了不同使用环境下
8、，对结构混凝土的基本要求，对影响混凝土耐久性的最大水灰比、最小水泥用量、最低强度等级、最大氯离子含量和碱含量作出了 规定。影响混凝土结构耐久性的因素十分复杂，主要取决于以下四个方面：1混凝土材料的自身特性；2混凝土结构的设计与施工质量；3混凝土结构所处的环境；4混凝土结构的使用条件和防护措施。混凝土材料的自身特性和结构的设计与施工质量是决定其耐久性的内因。混凝土的材料组成，如水灰比、水泥品种和数量，骨料的种类与级配都直接影响混凝土结构的耐久性。混凝土的缺陷（例如裂缝、气泡、空穴等）会造成水分和侵蚀性物质渗入混凝土内部，与混凝土发生物理化学作用，同样影响混凝土结构的耐久性。混凝土结构所处的环境条
9、件和防护措施，是影响混凝土结构耐久性的外因。外界环境因素对混凝土结构的破坏是环境因素对混凝土结构物理化学作用的结3构。环境因素引起的混凝土结构损伤或破坏主要有：1混凝土的碳化；2氯离子的侵蚀；3碱骨料反应；4冻融循环破坏；5钢筋锈蚀；6硫酸盐侵蚀与其它环境介质侵蚀。提高混凝土结构耐久性根本途径：采用高耐久性混凝土，增强混凝土密实度，提高混凝土自身抗破损能力。1增强混凝土密实度，防止或控制混凝土开裂，阻止水分的侵入；2加大混凝土保护层的厚度，防止混凝土保护层碳化引起钢筋钝化膜的破坏；3对低标号混凝土：应控制最大水灰比（水胶比）和最小水泥（或胶凝材料）用量；4对高标号混凝土：应尽可能降低水泥（或胶
10、凝材料）用量和用水量；5严格控制施工工艺，保证混凝土质量。2、当前我国混凝土工程施工存在的问题我国现阶段桥梁混凝土施工存在一系列问题，应转变观念，树立正确的思维，加强混凝土全过程质量控制。42.1 忽视原材料的优选和质量控制以强度高低作为水泥 “好 ”、“差” 之分， 认为 “早期强度高的水泥是好的水泥” 。由于水泥强度提高和施工进度加快，混凝土实际耐久性质量大幅度下降，早强水泥配制的混凝土，内部微结构和后期强度发展不良，易开裂，耐久性差。外加剂的选择过分重视价格的高低，而忽视其减水率和掺量的高低及其是否能满足特定工程的配合比设计要求。粗骨料的选择，也是重视岩石本身的强度，而忽 视碎石级配、粒
11、形等对混凝土性能和水泥用量的影响。2.2 配合比设计理念落后目前，我国大多工程仍以沿用仅以强度作为混凝土配合比设计的关键指标的设计理念，以强度高低作 为混凝土“好”、 “差”之分，认为“抗压强度高的混凝土，其他性能都好” ；“早期强度高的混凝土是好的混凝土” 。而忽视了混凝土的抗裂性、耐久性，这给工程质量带来了巨大的潜在危害。2.3 不重视混凝土搅拌质量控制和调整认为配合比一经设计审批，就只能一成不变。但 实际生产过程由于受众多因素的影响，配合比应实时、科学地进行调整，这就要 对搅拌站配备专业人员对其进行实时控制。然而由于人 员缺乏培训，大多数只有通过增减用水量进行调整，从而对混凝土质量造成严
12、重危害。另外，拌和站计量 设备精度差，特 别水的计量，目前大多采用简易的时间计量方法，而该方法易受电压、水压的影响，从而使水的计量偏差较大。另一方面，对其它计量设备了也缺乏定期的标定和维护， 这也是造成混凝土质量偏差的一个重要方面。52.4 施工质量控制不严一个优质的混凝土，不仅仅是试验室配制出来的，而且要通过控制施工的各环节予以实现。就目前而言，施工过程存在如下问题 ： a) 混凝土浇筑布料、振捣不合理； b) 养生不重视 ；c) 在热天和冬季特殊气候施工情况下，对混凝土配合比设计该如何科学调整及相应的施工技术应采取的降温防裂、保温防冻措施，缺乏必要的准备和施工经验； d) 对大体积混凝土和
13、高强混凝土的开裂及温度应力控制缺乏认识，从而造成开裂； e) 过分追求施工 进度，违背混凝土材料技术与工艺的科学规律。2.5 桥梁表观质量较差根 据 以 往 的 经 验 ，桥 梁 一 些 梁 体 由 于 结 构 较 为 复 杂 、配 筋 较 密 ，墩 柱 由 于 浇 筑层 高 大 ，这 些 结 构 混 凝 土 表 面 通 常 有 蜂 窝 麻 面 、花 斑 、冷 缝 、气 孔 、色 差 、砂 线 等 缺陷 产 生 。这 一 方 面 要 求 混 凝 土 抗 离 析 泌 水 性 能 好 ，但 又 不 能 过 粘 ，另 一 方 面 对 模 板质 量 、支 模 、清 模 、脱 模 剂 品 种 、振 捣
14、设 备 及 操 作 程 序 提 出 了 很 高 的 要 求 。值 得 指 出的 是 ，通 过 混 凝 土 的 外 观 缺 陷 ，也 可 间 接 反 映 其 内 在 的 质 量 问 题 。2.6 浇筑的高强混凝土达不到设计强度，或者强度离散程度大。由 于 配 合 比 设 计 不 合 理 ，外 加 剂 选 择 不 当 ，受 传 统 观 念 或 规 范 影 响 而 不 使 用 矿物 掺 合 料 或 掺 合 料 掺 量 低 ，或 者 混 凝 土 浇 筑 温 度 高 ，使 混 凝 土 坍 落 度 偏 小 或 坍 落 度损 失 大 、粘 聚 性 高 ，一 些 施 工 单 位 在 出 机 口 或 泵 送 时
15、 随 意 加 水 ，使 水 胶 比 增 大 ，强 度下 降 ，也 有 的 拌 和 站 因 对 水 的 计 量 不 准 ，使 混 凝 土 强 度 值 离 散 增 加 。另 外 ，温 度 和 湿度 对 高 强 混 凝 土 发 展 的 影 响 更 为 显 著 。大 尺 寸 高 强 混 凝 土 构 件 经 受 水 化 热 高 温 ，其内 部 混 凝 土 又 缺 水 ，所 以 实 际 构 件 中 的 混 凝 土 和 标 准 尺 寸 小 试 件 所 处 的 环 境 有 很 大不 同 。一 般 纯 水 泥 高 强 混 凝 土 在 实 际 结 构 中 由 于 水 化 热 高 温 的 影 响 ，其 早 期 强
16、度 一6般 比 实 验 室 的 小 试 件 高 ，但 28d 及 后 期 强 度 一 般 要 低 于 标 准 养 护 下 同 龄 期 的 小 试 件强 度 ，而 掺 有 较 多 粉 煤 灰 、矿 渣 粉 的 高 强 混 凝 土 则 刚 好 相 反 。混 凝 土 越 早 强 ，如 掺 硅粉 混 凝 土 或 高 细 度 水 泥 混 凝 土 ，其 28d 及 后 期 强 度 在 实 际 工 程 中 的 发 展 越 差 。使 用硅 酸 盐 水 泥 或 普 通 硅 酸 盐 水 泥 时 ，当 养 护 温 度 超 过 20后 ，混 凝 土 的 相 对 强 度 将 随龄 期 的 增 加 而 下 降 。因 此
17、，高 强 混 凝 土 需 要 通 过 掺 入 适 量 的 矿 物 掺 合 料 如 粉 煤 灰 、矿 渣 粉 ，来 调 整 混 凝 土 的 强 度 发 展 过 程 ，特 别 是 对 于 结 构 尺 寸 较 大 的 试 件 。2.7 对桥涵混凝土耐久性没有引起足够的重视比 如 说 碱 集 料 反 应 、混 凝 土 碳 化 、钢 筋 锈 蚀 、氯 离 子 侵 蚀 、冻 融 循 环 破 坏 等 ，如果 这 些 问 题 在 设 计 施 工 过 程 中 没 有 予 以 重 视 ，很 可 能 会 严 重 影 响 桥 梁 等 构 造 物 的 使用 寿 命 。我 国 1985 年 颁 布 的 公 路 钢 筋 混
18、 凝 土 及 预 应 力 混 凝 土 桥 涵 设 计 规 范 涉 及结 构 耐 久 性 的 内 容 很 少 ，而 新 颁 布 的 公 路 钢 筋 混 凝 土 及 预 应 力 混 凝 土 桥 梁 设 计 规范 （JTG D62-2004）增 加 了 耐 久 性 设 计 内 容 ，规 定 公 路 桥 涵 应 根 据 所 处 环 境 进 行 耐久 性 设 计 ，并 明 确 了 不 同 使 用 环 境 下 ，对 结 构 混 凝 土 的 基 本 要 求 ，对 影 响 混 凝 土 耐久 性 的 最 大 水 灰 比 、最 小 水 泥 用 量 、最 低 强 度 等 级 、最 大 氯 离 子 含 量 和 碱 含
19、 量 作 出了 规 定 。2.8 不能很好协调混凝土的高强与耐久性、低水胶比与抗裂性的矛盾规 范 一 味 地 追 求 早 强 和 高 强 ，阻 碍 了 粉 煤 灰 等 掺 合 料 和 引 气 剂 的 使 用 ，为 改 善混 凝 土 结 构 抗 裂 性 和 耐 久 性 带 来 不 良 后 果 。为 配 制 高 强 混 凝 土 ，由 于 配 合 比 设 计 理念 的 落 后 ，外 加 剂 的 选 择 不 当 ，造 成 混 凝 土 中 水 泥 用 量 和 用 水 量 过 大 的 现 象 非 常 多 ，从 而 使 高 强 混 凝 土 施 工 早 期 常 常 出 现 温 度 和 收 缩 裂 缝 。72.
20、9 养生不满足要求这一方面是对混凝土养生的重要性认识不足，不了解养生的正确方法，另一方面由于构造物分散，且形态各异，高程大，水的来源困 难等问题，不便于养生。鉴于上述原因，为了保障武英高速公路桥、隧混凝土的浇筑质量，本 项目拟重点研究上述问题，探讨相 应的解决办法和管理政策，并对桥梁混凝土浇筑过程的各个环节进行技术指导，提出相关建议和质量管理要求。3、影响混凝土强度的主要因素3.1 原材料对混凝土抗压强度的影响3.1.1 水泥的影响一般在相同水灰比情况下，配制混凝土用水泥的强度越高，混凝土的强度越高。水泥对混凝土强度的影响取决于水泥的 矿物成分及细度。水泥强度主要来自于 C3S 和 C3A 的
21、早期强度及 C2S 的后期强度。用 C3S 含量较高的水泥来制作混凝土，其强度增长较快，但在后期 强度增长缓慢。水泥细度对混凝土强度的影响也很大，随着细度增加，水化速率增大，可 导致较高的早期 强度增长率，但混凝土的后期强度可能没有增长，甚至出 现强度倒缩现象。同时，通过改变水泥的粒型和级配，在相同的条件下也可以提高混凝土的强度。例如使用球状水泥配制的混凝土与普通水泥混凝土相比，56d 龄期时强度约提高 1050，主要是由于球状水泥的填充性高，达到相同的坍落度时，能降低用水量。3.1.2 矿物掺合料的影响矿物掺合料已经成为高性能混凝土的不可缺少的组分。矿物超细掺合料的8加入，起到微观填充作用，
22、有效改善了骨料和水泥 浆界面过渡层结构，降低了水泥石内部细微的空隙，使混凝土更加致密。大量的研究资料和实践表明， 矿物掺合料的种类，品质和取代数量对混凝土的抗压强度有着显著的影响。例如粉煤灰对混凝土强度的影响因素就是多方面的：从粉煤灰自身的性质来看，包括粉煤灰的化学组成、细度、粒径分布、 烧失量、在水泥基材中的掺量、需水量比、 对水泥的适应性等；由于活性掺合料的水化较慢，因而对混凝土的长期强度增长贡献较纯水泥混凝土更加明显。复合掺加两种或两种以上的矿物掺合料可以出现超叠加效应，对混凝土的早期强度和后期强度均有较大贡献。3.1.3 粗骨料的影响粗骨料是混凝土的主要组分，在混凝土中起着骨架作用，约
23、占混凝土体积总量的 40%-50%，因此粗骨料的性能对混凝土特别是高质量混凝土的强度有重要的影响。 粗骨料强 度的影响粗骨料对混凝土抗压强度的影响，首先与其本身的强度有关。混凝土结构受到分布的静态或动态载荷作用，且未产生局部应力集中时，要求骨料与周围的水泥浆体有很好的黏结，以便在骨料颗粒之间进行应力传递。因此要求骨料有较高的强度和刚性，并在应力传递时不会产生机械性破坏或过度的变形，能够抵御各种静态和动态应力、冲击及磨 蚀作用而不会导致性能的下降。无论是高强、中强还是低强基体混凝土，当骨料 强度低于基体强度时，粗骨料对混凝土抗压强度起负作用；当骨料强度高于基体强度时，粗骨料有利于混凝土抗压强度的提高。但也并非骨料强度越高越好，骨料与基体两相之间存在强度
