1、中鐵十一局京石鐵路客運專線二公司項目經理部中心試驗室高性能混凝土學習資料 2010-4-7 目 錄第1部分 結構耐久性設計21 鐵路混凝土結構耐久性設計的內容22 設計使用年限級別23 混凝土耐久性指標4第2部分 高性能混凝土原材料81 水泥82 礦物摻和料83 外加劑114 細骨料125 粗骨料136 拌合用水14第3部分 高性能混凝土的耐久性161 需考慮的因素162 配合比參數的選擇163 測算與試拌204 配合比參數調整205 硬化混凝土參數測試206 主要試驗方法介紹211 混凝土抗裂性對比試驗212 混凝土電通量試驗方法213 混凝土抗凍性試驗方法224 抗硫酸鹽侵蝕試驗方法235

2、 礦物摻和料及外加劑抑制堿骨料反應有效性試驗方法23第4部分 實體混凝土的質量要求及檢查辦法241 表面裂縫242 鋼筋保護層厚度243 其他25第1部分 結構耐久性設計鐵路混凝土結構耐久性設計暫行規定（鐵建設2005157號）1 鐵路混凝土結構耐久性設計的內容鐵路混凝土結構耐久性設計應包括以下內容：（1）結構及主要可更換部件的設計使用年限； （2）結構所處的環境類別及其作用等級； （3）結構耐久性要求的混凝土原材料品質、配合比參數限值以及耐久性指標要求； （4）結構耐久性要求的構造措施（包括鋼筋的混凝土保護層厚度）； （5）與結構耐久性有關的主要施工控制要求； （6）嚴重腐蝕環境條件下采取的

3、附加防腐蝕措施； （7）與結構耐久性有關的跟蹤檢測要求； （8）與結構耐久性有關的養護維修要求。2 設計使用年限級別表1 設計使用年限級別設計使用年限級別設計使用年限一100年二60年三30年3、環境類別及作用等級（1） 碳化環境環境作用等級環境條件特征T1室內年平均相對濕度60%長期在水下（不包括海水）或土中T2室內年平均相對濕度60%室外環境T3水位變動區干濕交替表2 碳化環境(2)氯鹽環境表3 氯鹽環境環境作用等級環境條件特征L1長期在海水水下區離平均水位15m以上的海上大氣區離漲潮岸線100m300m的陸上近海區L2離平均水位15m以內的海上大氣區離漲潮岸線100m以內的陸上近海區海水

4、潮汐區或浪濺區（非炎熱地區）L3海水潮汐區或浪濺區（南方炎熱地區）鹽漬土地區露出地表的毛細吸附區遭受氯鹽冷凍液和氯鹽化冰鹽侵蝕部位（3）化學侵蝕環境表4 化學侵蝕環境化學侵蝕類型環境作用等級H1H2H3H4硫酸鹽侵蝕環境水中硫酸鹽含量mg/L200 6006003000300060006000強透水性環境土中硫酸鹽含量mg/kg20003000300012000120002400024000弱透水性環境土中硫酸鹽含量，mg/kg300012000120002400024000/鹽類結晶侵蝕環境土中硫酸鹽含量，mg/k/2000300030001200012000酸性侵蝕環境水中pH值6.55.

5、55.54.54.54.0/二氧化碳侵蝕環境水中侵蝕性CO2含量，mg/L154040100100/鎂鹽侵蝕環境水中Mg2+含量，mg/L3001000100030003000/（4）凍融破壞環境表5 凍融破壞環境環境作用等級環境條件特征D1微凍地區+頻繁接觸水D2微凍地區+水位變動區嚴寒和寒冷地區+頻繁接觸水微凍地區+氯鹽環境+頻繁接觸水D3嚴寒和寒冷地區+水位變動區微凍地區+氯鹽環境+水位變動區嚴寒和寒冷地區+氯鹽環境+頻繁接觸水D4嚴寒和寒冷地區+氯鹽環境+水位變動區注：嚴寒：t -8；寒冷：-8 t -3；微凍：-3t2.5（5）磨蝕環境表6 磨蝕環境環境作用等級環境條件特征M1風蝕（

6、有砂情況）風力等級7級，且年累計刮風時間大于90天M2風蝕（有砂情況）風力等級9級，且年累計刮風時間大于90天流冰沖刷被強烈流冰撞擊、磨損、沖刷（冰層水位下0.5m冰層水位上1.0m）M3風蝕（有砂情況）風力等級11級，且年累計刮風時間大于90天泥砂沖刷被大量夾雜泥砂或物體磨損、沖刷3 混凝土耐久性指標（1） 混凝土的耐久性一般包括混凝土抗裂性、護筋性、耐蝕性、抗凍性、耐磨性及抗堿骨料反應性等。混凝土的耐久性指標應根據結構的設計使用年限、所處的環境類別及作用等級等確定。 （2）混凝土耐久性的一般要求：A、混凝土的電通量應滿足表7的規定：表7 混凝土的電通量的要求設計使用年限級別一(100年)二

7、(60年)、三（30年)56d電通量（C）<C30<2000<2500C30C45<1500<2000C50<1000<1500B、混凝土的抗裂性應通對比試驗；C、鋼筋的混凝土保護層厚度應滿足設計的規定。表8 普通鋼筋的混凝土保護層最小厚度單位：mm結構類別設計使用年限碳化環境氯鹽環境磨蝕環境凍融破壞環境化學侵蝕環境T1T2T3L1L2L3M1M2M3D1D2D3D4H1H2H3H4橋梁涵洞1003535454550603540453545506035455060隧道襯砌1003535404045553540455530404555路基支擋602020

8、3030405025253525304050253040501003030404045553035403040455530404555D、 混凝土的抗堿骨料反應性能應符合下列規定：（1）骨料的堿硅酸反應砂漿棒膨脹率或堿碳酸鹽反應巖石柱膨脹率應小于0.10%；（2）當骨料的堿硅酸反應砂漿棒膨脹率在0.10%0.20%時，混凝土的堿含量應滿足要求；當骨料的砂漿棒膨脹率在0.20%0.30%時，除了混凝土的堿含量應滿足要求外，混凝土中還應摻加具有明顯抑制效能的礦物摻合料和外加劑，并經試驗證明抑制有效。表9 不同環境下砼的最大堿含量使用年限級別一（100年）二（60年）三（30年）環境條件干燥環境(砼

9、的最大堿含量)3.53.53.5潮濕環境(砼的最大堿含量)3.03.03.0含堿環境(砼的最大堿含量)砼必須換用非堿活性骨料3.03.0（3）氯鹽環境下混凝土的電通量 設計使用年限級別一(100年)二(60年)、三（30年)環境作用等級L1L2、L3L1L2、L3電通量（56d），C<1000<800<1500<1000表10 氯鹽環境下混凝土的電通量（4）化學侵蝕環境下混凝土的電通量 表11 化學侵蝕環境下混凝土的電通量設計使用年限級別一(100年)二(60年)、三（30年)環境作用等級H1H2、H3H1H2、H3電通量（56d），C<1200<1000&

10、lt;1500<1000（5）凍融破壞環境下混凝土的抗凍性 表12 凍融破壞環境下混凝土的抗凍性設計使用年限級別一(100年)二(60年)三（30年)環境作用等級D1、D2、D3、D4D1、D2、D3、D4D1、D2、D3、D4抗凍等級（56d）F300F250F200（6）磨蝕環境下的混凝土結構，應進行混凝土耐磨性對比試驗。（7）處于嚴重腐蝕環境下的混凝土結構，尚應采取必要的附加防腐蝕措施。附加防腐蝕措施氯鹽環境：混凝土表面浸漬、環氧涂層鋼筋、鋼筋陰極保護化學侵蝕：表面涂裝、設防護面層、換填土、降低地下水位凍融破壞：增設鋼箍、增大結構截面磨蝕環境：表面浸漬增強、檢測、養護和維修：（1）

11、在鐵路混凝土結構的設計使用年限內，應對結構進行養護、維修和定期檢測。檢測的周期、養護和維修的內容、方法應符合鐵路橋隧建筑物大修維修規則等相關規定。（2）對于處于嚴重腐蝕環境中的混凝土結構，除了對結構進行定期常規檢測外，還應對結構的環境條件、混凝土的性能以及耐久性狀況進行跟蹤調查和檢測。環境條件包括氣象環境和工作環境。混凝土的性能包括強度、碳化深度、電通量等。耐久性狀況包括混凝土中氯離子含量及侵入深度、混凝土中硫酸鹽濃度及侵入深度、混凝土中鋼筋銹蝕程度以及預應力體系（預應力索、錨具和孔管等）狀況。（3）對于處于嚴重腐蝕環境中的混凝土結構，宜在工程現場設置專供檢測取樣用的構件，構件的尺寸、材料、配

12、筋、成型、養護以及暴露環境條件等應能代表實際結構。必要時，可在結構的代表性部位設置傳感元件以監測結構耐久性的變異發展情況。第2部分 高性能混凝土原材料1 水泥 水泥的生產：粉磨（干、濕）和煅燒（回轉窯或立窯）。水泥的品種（6種）：硅酸鹽水泥（波特蘭水泥）、普通硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、復合硅酸鹽水泥。（1）水泥宜選用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，混合材宜為礦渣或粉煤灰。有耐硫酸鹽侵蝕要求的混凝土也可選用中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥或高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥。不宜使用早強水泥。（2）除國標外，應滿足表13規定：表13 高性能混凝土中水泥的要求序號項目技術要求1比表面積3

13、50m2/kg（硅酸鹽水泥、抗硫酸鹽硅酸鹽水泥）280µm方孔篩篩余10.0%（普通硅酸鹽水泥）3游離氧化鈣含量1.0%4堿含量0.80%5熟料中的鋁酸三鈣含量8%，氯鹽環境下10%6氯離子含量不宜大于0.10%（鋼筋混凝土）0.06%（預應力混凝土）注：1、當骨料具有堿硅酸反應活性時，水泥的堿含量不應超過0.60%；2、C40及以上混凝土用水泥的堿含量不宜超過0.60%；2 礦物摻和料礦物摻合料主要有三類：（1）膠凝作用：礦渣、鋼渣、高鈣粉煤灰；（2）火山灰材料：天然火山灰、浮石、凝灰巖、硅藻土、低鈣粉煤灰、硅灰等；（3）惰性材料：生黏土、石灰石粉、氣冷礦渣；（1）粉煤灰粉煤灰的產

14、生（見圖1）：煤粉燃燒殘渣設備集塵原狀灰粉磨加工磨細灰圖1 粉煤灰的產生高性能混凝土中粉煤灰的技術要求見表14：表14 粉煤灰的技術要求序號名稱技術要求C50以下混凝土C50及以上砼1細度，%20122氯離子含量，%不宜大于0.023需水量比，%1051004燒失量，%5.03.05含水量，%1.0（干排灰）6三氧化硫含量，%3.07氧化鈣含量，%10（對于硫酸鹽侵蝕環境）（2）礦渣粉礦渣：化學成分與水泥熟料類似，氧化鈣含量較低，氧化鋁和氧化硅的含量較高。在堿環境或硫酸鹽環境下活性逐步激發。高性能混凝土中礦渣粉的技術要求見表15：表15 礦渣粉的技術要求序號名稱技術要求1氧化鎂含量，%142三

15、氧化硫含量，%4.03燒失量，%3.04氯離子含量，%0.025比表面積，m2/kg3505006需水量比，%1007含水率，%1.08活性指數，%，28d95（3）硅灰石英在2000度條件下蒸發為氣體部分氧化凝結為圓球狀微珠。顆粒細小，形狀渾圓而且活性高。貯存和運輸比較困難。高性能混凝土中礦渣粉的技術要求見表16：表16 硅灰的技術要求序號名稱技術要求1燒失量，%62氯離子含量，%不宜大于0.023二氧化硅含量，%854比表面積，m2/kg180005需水量比，%1256含水率，%3.07活性指數，%，28d853 外加劑用于高性能混凝土中的外加劑包括：減水劑（塑化劑、流化劑）灌漿劑其他：速

16、凝劑、膨脹劑等防凍劑 抗裂劑防腐劑用于高性能混凝土中的減水劑的技術指標見表17：表17 減水劑的技術指標序號項 目指 標備注1水泥凈漿流動度，mm2402硫酸鈉含量，%10.03氯離子含量，%0.24堿含量(Na2O+0.658K2O),%10.05減水率，%20新標準256含氣量，%3.0用于配制非抗凍混凝土時4.5用于配制抗凍混凝土時7坍落度保留值，mm30min180用于泵送混凝土時60min150用于泵送混凝土時8常壓泌水率比，%209壓力泌水率比，%90用于泵送混凝土時10抗壓強度比，%3d1307d12528d12011對鋼筋銹蝕作用無銹蝕12收縮率比，%13513相對耐久性指標，

17、%，200次804 細骨料（1）細骨料應選用級配合理、質地均勻堅固、吸水率低、空隙率小的潔凈天然中粗河砂，也可選用專門機組生產的人工砂。不宜使用山砂。不得使用海砂。（2）堅固性：不大于8%；吸水率：不大于2%；優先使用非堿活性骨料。表18 砂的質量指標項目質量指標C30C30C45C50含泥量，%3.02.52.0泥塊含量，%0.5云母含量，%0.5輕物質含量，%0.5氯離子含量，%0.02三氧化硫含量%0.5有機物含量（用比色法試驗）顏色不應深于標準色，如深于標準色，則應按水泥膠砂強度試驗方法進行強度對比試驗，抗壓強度比不應低于0.95。采用人工砂或混合砂時，壓碎指標值應小于25%，石粉含量

18、應符合表19規定：表19 石粉含量指標混凝土強度等級C30C30C45C50石粉含量（%）MB1.4010.07.05.0MB1.405.03.02.05 粗骨料（1）粗骨料應選用級配合理、粒形良好、質地均勻堅固、線脹系數小的潔凈碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂巖碎石。優先采用非活性骨料；（2）最大粒徑：保護層厚度的2/3，鋼筋最小間距的3/4。C50以上時，不應大于25mm；（3）骨料應采用二級或多級級配，其松散堆積密度應大于1500kg/m3，緊密空隙率宜小于40%，吸水率應小于2%（用于干濕交替或凍融循環下的混凝土應小于1%）； （4）粗骨料為碎石時，碎石的強度用巖石抗壓強度表示，且巖石

19、抗壓強度與混凝土強度等級之比不應小于1.5。施工過程中碎石的強度可用壓碎指標值進行控制，且應符合表20的規定：表20 碎石壓碎值指標混凝土強度等級C30C30巖石種類水成巖變質巖或深成的火成巖火成巖水成巖變質巖或深成的火成巖火成巖碎石162030101213卵石1612表21 結構類型 混凝土結構 預應力混凝土結構 質量損失率，% 8 5 表22 碎石的質量指標項目強度等級 C30 C30C45 C50 含泥量，% 1.0 1.0 0.5 泥塊含量，% 0.25 針、片狀顆粒總含量，% 10 10 8 硫化物及硫酸鹽含量（折算成SO3），% 0.5 氯離子含量，% 0.02 碎卵石中有機質含量

20、（用比色法試驗） 顏色不應深于標準色。當深于標準色時，應配制成混凝土進行強度對比試驗，抗壓強度比不應小于0.95。 6 拌合用水（1）拌合用水可采用飲用水。當采用其他來源的水時，水的品質應符合表23的要求；表23 拌合用水的質量指標項目預應力混凝土鋼筋混凝土素混凝土pH值4.54.54.5不溶物，mg/L200020005000可溶物，mg/L2000500010000氯化物（以Cl-計），mg/L50010003500硫酸鹽（以SO42-計），mg/L60020002700堿含量（以當量Na2O計），mg/L150015001500（2）用拌合用水和蒸餾水（或符合國家標準的生活飲用水）進行水

21、泥凈漿試驗所得的水泥初凝時間差及終凝時間差均不得大于30min，其初凝和終凝時間尚應符合水泥國家標準的規定；（3）用拌合用水配制的水泥砂漿或混凝土的28d抗壓強度不得低于用蒸餾水（或符合國家標準的生活飲用水）拌制的對應砂漿或混凝土抗壓強度的90% ；（4）拌合用水不得采用海水。當混凝土處于氯鹽環境時，拌合水氯離子含量應不大于200mg/L。對于使用鋼絲或經熱處理鋼筋的預應力混凝土，拌合水氯離子含量不得超過350mg/L 。第3部分 高性能混凝土的耐久性高性能混凝土的耐久性主要包括抗裂性、護筋性、耐蝕性 、抗凍性、耐磨性、抗堿骨料反應性。1 需考慮的因素配置高性能混凝土需要考慮以下因素：（1）結

22、構部位（2）施工方法（3）環境條件（4）材料性能（5）設計要求2 配合比參數的選擇（1）C30及以下混凝土的膠凝材料總量不宜高于400 kg/m3，C35C40混凝土不宜高于450 kg/m3，C50及以上混凝土不宜高于500 kg/m3；（2）混凝土中宜適量摻加優質的粉煤灰、礦渣粉或硅灰等礦物摻合料。混凝土中粉煤灰摻量大于30%時，混凝土的水膠比不得大于0.45。預應力混凝土以及處于凍融環境的混凝土中粉煤灰的摻量不宜大于30% ；（3）混凝土中應摻加適量符合本技術條件要求的混凝土外加劑，優先選用多功能復合外加劑；（4）混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量應滿足設計要求，當設計無要求時，鋼筋混

23、凝土及預應力混凝土應滿足相應的要求；素混凝土應滿足相應的要求； 表24 混凝土的最大水膠比和最小膠凝材料用量環境類別環境作用等級使用年限級別一（100年）二（60年）三（30年）碳化環境T10.55， 2800.60， 2600.65， 260T20.50， 3000.55， 2800.60， 260T30.45， 3200.50， 3000.50， 300氯鹽環境L10.45， 3200.50， 3000.50， 300L20.40， 3400.45， 3200.45， 320L30.36， 3600.40， 3400.40， 340化學侵蝕環境H10.50， 3000.55， 2800.6

24、0， 260H20.45， 3200.50， 3000.50， 300H30.40， 3400.45， 3200.45， 320H40.36， 3600.40， 3400.40， 340凍融破壞環境D10.50， 3000.55， 2800.60， 260D20.45， 3200.50， 3000.50， 300D30.40， 3400.45， 3200.45， 320D40.36， 3600.40， 3400.40， 340磨蝕環境M10.50， 3000.55， 2800.60， 260M20.45， 3200.50， 3000.50， 300M30.40， 3400.45， 3200.4

25、5， 320表25 素混凝土的選擇環境類別環境作用等級設計使用年限級別一（100年）二（60年）三（30年）碳化環境T1、T2 、T30.60， 2800.65， 2600.65， 260氯鹽環境L1、L2、 L30.60， 2800.65， 2600.65， 260化學侵蝕環境H10.50， 3000.55， 2800.60， 260H2不宜采用素砼0.50， 3000.50， 300H3不宜采用素砼不宜采用素砼不宜采用素砼H4不宜采用素砼不宜采用素砼不宜采用素砼凍融破壞環境D10.50， 3000.55， 2800.60， 260D2不宜采用素砼0.50， 3000.50， 300D3不宜

26、采用素砼不宜采用素砼不宜采用素砼D4不宜采用素砼不宜采用素砼不宜采用素砼磨蝕環境M10.55， 2800.60， 2600.65， 260M20.50， 3000.55， 2800.60， 260M3不宜采用素砼0.50， 3000.50， 300（5）對于硫酸鹽侵蝕環境中的混凝土結構，混凝土的膠凝材料組成還應滿足表26的要求，膠凝材料的抗蝕系數應不小于0.80。表26 硫酸鹽侵蝕環境中，膠凝材料的組成要求環境作用等級水泥品種水泥熟料中的鋁酸三鈣含量，%粉煤灰或礦渣粉的摻量，%最小膠凝材料用量，kg/m3H1普通硅酸鹽水泥820300中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥5-300H2普通硅酸鹽水泥825330

27、中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥520300高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥3-300H3，H4普通硅酸鹽水泥630360中抗硫酸鹽硅酸鹽水泥525360高抗硫酸鹽硅酸鹽水泥320360（6）當骨料的堿硅酸反應砂漿棒膨脹率在0.100.20%時，混凝土的堿含量應滿足表27的規定；當骨料的堿硅酸反應砂漿棒膨脹率在0.200.30%時，除了混凝土的堿含量應滿足下表的規定外，還應在混凝土中摻加具有明顯抑制效能的礦物摻合料和復合外加劑，并應通過試驗證明抑制有效。表27 混凝土的堿含量使用年限級別一（100年）二（60年）三（30年）環境條件干燥環境3.53.53.5潮濕環境3.03.03.0含堿環境砼必須換用非堿活性骨料3.

28、03.0（7）鋼筋混凝土中氯離子總含量（包括水泥、礦物摻合料、粗骨料、細骨料、水、外加劑等所含氯離子含量之和）不應超過膠凝材料總量的0.10%，預應力混凝土的氯離子總含量不應超過膠凝材料總量的0.06。 （8）無抗凍要求的混凝土含氣量不應小于2.0%（干硬性混凝土除外）。當混凝土有抗凍要求時，混凝土的含氣量應根據抗凍等級的要求經試驗確定。 3 測算與試拌（1）氯離子與堿含量的測算（2）根據估計用水量、水泥用量和礦物摻和料用量估算強度（3）通過外加劑調整混凝土坍落度（4）通過外加劑、用水量和膠凝材料用量調整含氣量4 配合比參數調整進行膠凝材料用量及組成變化進行試拌，測試坍落度、含氣量、早齡期強度

29、與彈性模量。確定多個基本配合比，進行有害物含量測算和抗裂性對比試驗。5 硬化混凝土參數測試（1）立方體抗壓強度一般可采用100×100×100的試件，C50以上強度等級混凝土應采用150×150×150的試件。強度的驗收：7d、28d、56d有標準差、無標準差、小樣本的檢驗評定。（2）靜力彈性模量 一般可采用100×100×300或150×150×300的試件進行測試混凝土的模強比（彈性模量與強度的比值）影響彈性模量的因素：容重：骨料變形能力、用水量和空氣含量（3）長期及耐久性能：變形和徐變、體積變化、電通量、抗凍

30、性、抗滲性、防腐性、抗堿骨料反應性、耐磨性等6 主要試驗方法介紹1 混凝土抗裂性對比試驗圓環約束試件法內徑305mm，外徑425mm（即壁厚60mm），高度100mm。每組圓環試件至少澆注3個 2 混凝土電通量試驗方法直徑為95102mm，厚度為51±3mm的素混凝土芯樣 ，三個為一組。試驗齡期：56d電壓：60V直流電壓溶液：3.0%氯化鈉 、0.3mol/L氫氧化鈉電通量試驗步驟：1） 在規定的56d試驗齡期前，對預留的試塊進行鉆芯制件，試件直徑為95102mm，厚度為51mm，試驗時以三塊試件為一組。2） 將試件暴露于空氣中至表面干燥，以硅橡膠或樹脂密封材料涂于試件側面，必要時

31、填補涂層中的孔道以保證試件側面完全密封。3） 測試前應進行真空飽水。將試件放入1000mL燒杯中，然后一起放入真空干燥器中，啟動真空泵，數分鐘內真空度達133Pa以下，保持真空3h后，維持這一真空度并注入足夠的蒸餾水，直至淹沒試件，試件浸泡1h后恢復常壓，再繼續浸泡18±2h。4 ）從水中取出試件，抹掉多余水份，將試件安裝于試驗槽內，用橡膠密封環或其它密封膠密封，并用螺桿將兩試驗槽和試件夾緊，以確保不會滲漏，然后將試驗裝置放在2023的流動冷水槽中，其水面宜低于裝置頂面5mm，試驗應在2025恒溫室內進行。5 ）將濃度為3.0%的氯化鈉和0.3mol/L的氫氧化鈉溶液分別注入試件兩側的試驗槽中，注入氯化鈉溶液的試驗槽內的銅網連接電源負極，注入氫氧化鈉溶液的試驗槽中的銅網連接電源正極。6 ）接通電源，對上述兩銅網施加60V直流恒電壓，并記錄電流初始讀數，通電并保持試驗槽中充滿溶液。開始時每隔5min記錄一次電流值，當電流值變化不大時，每隔10min記錄一次電流值，當電流變化很小時，每隔30min記錄一次電流值，直至通電6