高耐久性混凝土技术

一、高耐久性混凝土技术 （一）技术内容

高耐久性混凝土是通过对原材料的质量控制、优选及施工工艺的优化控制，合理掺加优质矿物掺合料或复合掺合料，采用高效（高性能）减水剂制成的具有良好工作性、满足结构所要求的各项力学性能、且耐久性优异的混凝土。

（1）原材料和配合比的要求 1）水胶比（W/B）≤0.38。

2）水泥必须采用符合现行国家标准规定的水泥，如硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥等，不得选用立窑水泥；水泥比表面积宜小于350m2/kg，不应大于380m2/kg。

3）粗骨料的压碎值≤10％，宜采用分级供料的连续级配，吸水率＜1.0％，且无潜在碱骨料反应危害。

4）采用优质矿物掺合料或复合掺合料及高效（高性能）减水剂是配制高耐久性混凝土的特点之一。优质矿物掺合料主要包括硅灰、粉煤灰、磨细矿渣粉及天然沸石粉等，所用的矿物掺合料应符合国家现行有关标准，且宜达到优品级，对于沿海港口、滨海盐田、盐渍土地区，可添加防腐阻锈剂、防腐流变剂等。矿物掺合料等量取代水泥的最大量宜为：硅粉≤10％，粉煤灰≤30％，矿渣粉≤50％，天然沸石粉≤10％，复合掺合料≤50％。

5）混凝土配制强度可按以下公式计算： fcu,0≥fcu,k+1.645σ

式中fcu,0——混凝土配制强度（MPa）；

fcu k, ——混凝土立方体抗压强度标准值（MPa）；

σ——强度标准差，无统计数据时，预拌混凝土可按《普通混凝土配合比设计规程》JGJ55 的规定取值。

（2）耐久性设计要求

对处于严酷环境的混凝土结构的耐久性，应根据工程所处环境条件，按《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50467 进行耐久性设计，考虑的环境劣化因素及采取措施有：

1）抗冻害耐久性要求：a）根据不同冻害地区确定最大水胶比；b）不同冻

害地区的抗冻耐久

性指数DF 或抗冻等级；c）受除冰盐冻融循环作用时，应满足单位面积剥蚀量的要求；d）处于有冻害环境的，应掺入引气剂，引气量应达到3％～5％。

2）抗盐害耐久性要求：a）根据不同盐害环境确定最大水胶比；b）抗氯离子的渗透性、扩散性，宜以56d 龄期电通量或84d 氯离子迁移系数来确定。一般情况下，56d 电通量宜≤800C，84d氯离子迁移系数宜≤2.5*10^12m2/s；c）混凝土表面裂缝宽度符合规范要求。

3）抗硫酸盐腐蚀耐久性要求：a）用于硫酸盐侵蚀较为严重的环境，水泥熟料中的C3A 不宜超过5％，宜掺加优质的掺合料并降低单位用水量；b）根据不同硫酸盐腐蚀环境，确定最大水胶比、混凝土抗硫酸盐侵蚀等级；c）混凝土抗硫酸盐等级宜不低于KS120。

4）对于腐蚀环境中的水下灌注桩，为解决其耐久性和施工问题，宜掺入具有防腐和流变性能的矿物外加剂，如防腐流变剂等。

5）抑制碱—骨料反应有害膨胀的要求：a）混凝土中碱含量＜3.0kg/m3；b）在含碱环境或高湿度条件下，应采用非碱活性骨料；c）对于重要工程，应采取抑制碱骨料反应的技术措施。

（二）技术指标 （1）工作性

根据工程特点和施工条件，确定合适的坍落度或扩展度指标；和易性良好；坍落度经时损失满足施工要求，具有良好的充填模板和通过钢筋间隙的性能。

（2）力学及变形性能

混凝土强度等级宜≥C40；体积稳定性好，弹性模量与同强度等级的普通混凝土基本相同。

（3）耐久性

可根据具体工程情况，按照《混凝土结构耐久性设计规范》GB/T 50467、《混凝土耐久性检验评定标准》JGJ/T193 及上述技术内容中的耐久性技术指标进行控制；对于极端严酷环境和重大工程，宜针对性地开展耐久性专题研究。

耐久性试验方法宜采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》GB/T50082 和《预防混凝土碱骨料反应技术规范》GB/T 50733 规定的方法。

（三）适用范围

高耐久性混凝土适用于对耐久性要求高的各类混凝土结构工程，如内陆港口与海港、地铁与隧道、滨海地区盐渍土环境工程等，包括桥梁及设计使用年限100 年的混凝土结构，以及其他严酷环境中的工程。

（四）工程案例

天津地铁、杭州湾大桥、山东东营黄河公路大桥、武汉武昌火车站、广州珠江新城西塔工程、湖南洞庭湖大桥等。

二、高强高性能混凝土技术 （一）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。

（二）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。 （三）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。

（四）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。