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高性能混凝土施工指南 第一章 高性能混凝土原材料性能及质量要求
第一节、高性能混凝土概念
高性能混凝土（High Performance Concrete，简写HPC）是二十一世纪现代混凝土技术。高强度混凝土（High Strong Concrete，简写HSC）不一定是高性能混凝土，而高性能混凝土包括高强度混凝土。一般认为C60以上高强度混凝土为高性能混凝土这是传统工艺的理解；我国混凝土专家冯乃谦教授认为：HPC是一种体积稳定性好、具有高耐久性、28d以后强度持续增加与良好工作性能的混凝土，耐久性是HPC重要技术指标。
我理解为所谓高性能混凝土它不但应具有均质性，还应具有高密度和体积稳定性。即“流动性、可塑性、稳定性、易密性”——满足输送和浇筑的流动性；不为外力作用产生脆断的可塑性；不产生分层、泌水的体积稳定性和易于浇筑振捣的密实性。高性能混凝土是采用混凝土正交设计来优化混凝土配合比，最好采用磁化水和优质的矿物掺合料及高性能聚羧酸液体减水剂复合，降低水泥用量，并以级配良好的粗、细集料拌合形成良好的工作性、低水胶比、低缺陷、高强耐久（耐冻性、耐磨性、耐腐蚀性），能够使混凝土后期强度持续增加，抑制碱集料反应的高性能混凝土。
由于混凝土原材料来源广泛、生产工艺相对简单，使混凝土微结构变得十分复杂；正如清华大学廉慧珍教授所言：“混凝土材料是用最简单的工艺制造的最复杂的人工材料”。由于原材料不能提纯，其物理化学反应复杂，对“人、材、机、法、环”具有十分敏感的依赖性，以致混凝土水化反应产物组成和微观结构的形成与发展非常复杂，而具有不确定性和不确知性，至今尚未能用任何函数能准确表达和计算。Mehta教授指出：“不要忘记，
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与人类社会一样，混凝土世界是非线性的，而且在非线性里还存在不连续性”。这就告诫我们：越是简单的工艺，越有管理和控制上的难度。我们必须转变观念，因为观念和认识转变，有时比技术更重要。即由原来将粉煤灰、矿粉、硅粉、石灰岩粉等胶凝材料视为工业废弃物的陈旧观念转变为“混凝土性能调节型”材料观念，它们不是废弃物，而是混凝土不可或缺的宝贵资源。
第二节、高性能混凝土胶凝材料和外加剂的性能及质量要求 1、水泥（Cement）
水泥是高性能混凝土中最关键的原材料，它是HPC强度主要来源，它是HPC主要影响因素，HPC质量稳定首先涉及到水泥。近几年我国为了拉动内需，2010年我国水泥产量总计18.68亿吨，混凝土产量36亿方左右，水泥产量约占世界60%，2011年预估将达到21亿吨。我国早也是水泥材料最大的国家，这也带来很大的CO2排放问题。随着环保力度的加大，水泥生产受到了限制。同时，水泥产业因为利用前粉煤灰、矿渣、炉渣等工业废料，还享受国家减免税待遇，因此，我国水泥品种上，仍然以加入一定量的混合材的P·O42.5为主要为主要产品。
1) 硅酸盐水泥的化学成分和矿物组成
硅酸盐水泥的主要化学成分是由石灰质原料中的氧化钙(CaO)、由粘土质原料中的氧化硅（SiO2）氧化铝(Al2O3)和氧化铁(Fe2O3)。 经过高温煅烧后，CaO -SiO2-Al2O3 -Fe2O3四种成分化合为水泥熟料中的主要矿物组成：硅酸三钙（3CaO·SiO2，简称C3S）、硅酸二钙（2CaO·SiO2，简称C2S）、铝酸三钙（3CaO·Al2O3，简称C3A）和铁铝酸四钙（4CaO·Al2O3·Fe2O3简称C4AF）。
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硅酸盐水泥熟料矿物组成 表2-1
矿物组成 化学组成 常用缩写 大致含量矿物组成 (%) 硅酸三钙 3CaO·SiO2 C3S 35~65 铝酸三钙 硅酸二钙 2 CaO·SiO2 C2S 化学组成 3CaO·Al2O3 常用缩写 大致含量(%) C3A 0~15 C4AF 5~15 10~40 铁铝酸四钙 4CaO·Al2O3·Fe2O3 2)硅酸盐水泥熟料主要矿物组成的性质 (1)硅酸三钙（C3S）
硅酸三钙是硅酸盐水泥最主要矿物组分，其含量约为50%，他对硅酸盐水泥性质有重要的影响。硅酸三钙遇水反应速度较快，水化热较高，水化产物对早期强度和后期强度起重要作用。其化学反应方程式：
2（3CaO·SiO2）+4H2O=3CaO·SiO2·3H2O+3Ca(OH)2 (2)硅酸二钙（C2S）
硅酸二钙在硅酸盐水泥中的含量约为25%左右，也为主要的矿物成分，遇水时对水反应速度较慢，水化热较低，它的水化产物对水泥早期强度贡献较小，但对水泥后期强度起重要作用，其耐化学侵蚀和干缩性较好。其化学反应方程式：
2（2CaO·SiO2）+4H2O=3CaO·2SiO2·3H2O+Ca(OH)2 (3)铝酸三钙（C3A）
铝酸三钙在硅酸盐水泥中的含量约为10%。它是四种组分中遇水反应速度最快，水化热最高的主分。铝酸三钙的含量决定水泥的凝结速度和释放热。耐化学侵蚀性差，干缩性大。其化学反应方程式： 3CaO·Al2O3+3CaSO4·2H2O+26H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O 反应生成物3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O称为三硫型水化铝酸钙或称钙钒石（AFt）当石膏消耗完毕后，水泥中尚未水化的C3S与上式的
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O。钙钒石（AFt）反应生成单硫型水化铝酸钙（AFm）,
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如下式：
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O+2(3CaO·Al2O3)+4H2O=3(3CaO·Al2O3·3CaSO4·12H2O)
(4)铁铝酸四钙 (C4AF)
铁铝酸四钙在硅酸盐水泥中约为8%。遇水反应较快，水化热较高。强度降低，但对水泥抗折强度其重要作用。耐化学侵蚀性好，干缩性小。其化学反应方程式:
4CaO·Al2O3·Fe2O3+3Ca(OH)2+22H2O=4CaO·Al2O3·13H2O+4CaO·Fe2O3·13H2O水泥是有多种矿物组分组成的，改变各矿物组分的含量比例以及它们之间的匹配，则可生产各种性能特异的水泥。例如，提高C3S含量可制得高强度水泥；降低C3S、C3A含量，增加C2S含量则可制得低热大坝水泥；提高C4AF和C3S含量则可制得高抗折强度的道路水泥。
3CaO·SiO2·3H2O（缩写C-S-H）凝胶约占全部水化体积50%~60%，是一种形态不明确的化合物。C-S-H是一种凝胶状的细微粒子，对水泥的凝胶硬化性能和强度起很大作用。C-S-H的比表面积100~700m2/g，内部凝胶孔尺寸大约1.8um。C-S-H为混凝土提供约70%强度；
Ca(OH)2（缩写CH）在硅酸盐水泥完全水化阶段，Ca(OH)2水化体积约占全部水化物体积的20%~25%，与C-S-H不同，Ca(OH)2的形态是明确地、为六角板状结晶。与C-S-H相比，比表面积小，对强度影响少，而且Ca(OH)2还易溶，化学稳定性差。Ca(OH)2为混凝土提供约20%强度；
3CaO·Al2O3·3CaSO4·32H2O称为三硫型水化铝酸钙或称钙钒石（AFt），AFt相是Al-Fe-tri的缩写。tri表示式中含有3mol的CaSO4，Al的一部分可以置换Fe。AFt相断面呈六角柱状，有各种参数比的晶体。 3(3CaO·Al2O3·3CaSO4·12H2O)简称AFm，AFm是Al-Fe-mono的略写。
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