耐久及低碳混凝土材料的设计原则.docx

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1、耐久及低碳混凝土材料的设计原则1引言在现代建筑中，混凝土是用量大、且十分重要的材料之一。对于混凝土行业来说,预拌混凝土应该当仁不让的担当起低碳这个重任。很难想象,不节能的建筑材料,能建造节能的建筑不低碳的混凝土，能建造低碳的构筑物。因此，建造低碳建筑,必须首先使用节能、低碳的建筑材料，只能这样才能真正达到建筑节能的目的，才符合低碳的要求。由于新加坡许多有关土木工程的标准和规范都是依据英国标准来编制的，为了配合英国采用欧洲混凝土标准这一变化，自2006年起,新加坡标新局(SpringSingapore)及新加坡建设局(Bui1dingandConstructionAuthority,简称BCA)

2、组织有关方面的专家在EN206-1及BS8500进行了深入的研究基础上并针对新加坡的实际情况，如新加坡的气候条件与英国的差别，编写了相对应的新加坡欧洲混凝土标准：SSEN206-1及新加坡补充标准SS544,并于2009年正式颁布出版。在SS544-1:设计混凝土规程的方法及对设计规程者的指导原则中，列出了对不同种类的混凝土进行规程设计时所需要给出的详细要求,本文首先介绍标准中所列出的各种混凝土及其要求，然后讨论种不同混凝土规程的设计方法，接着分析了在规程设计的过程中如何考虑低碳及绿色环保的因素,并总结出耐久及低碳混凝土材料的设计流程。最后通过实例来详细说明设计流程中的每一步。2. SS544

3、混凝土-SSEN206-1的新加坡补充标准，第一部分：制定混凝土产品要求的方法及指导这是为制定混凝土产品要求的人而写的标准。在新加坡要按SSEN206-1提出混凝土产品的要求,就必须按SS544-1的方法进行。标准中列出了如下5种混凝土：I 设计混凝土(DeSignedconcrete)混凝土的性能及附加要求是规定了的。商品混凝土生产商所供应的混凝土必须满足这些要求。II .处方混凝土(Prescribedconcrete)(不常用)混凝土的配合比原材料是规定了的，商品混凝土生产商只要照处方生产就行,对混凝土的性能没有责任。III .标准处方混凝土(Standardizedprescribed

4、concrete)(不常用)混凝土的配合比在当地是由国家标准规定的，只适用了低强度非结构用混凝土。IV .指定混凝土(Designatedconcrete)对常用的混凝土结构,混凝材料的性能可按标准规定选用，使混凝土材料规程的制定简单化，同时比较完整及可靠。供应指定混凝土的生产厂必须有第三方认证。V .专利混凝土（Proprietaryconcrete）生产商开发的新混凝土产品，可以不公开配方，但要求保证产品质量。这类混凝土如自密实混凝土,防水混凝土等。一般来说,在新加坡供应的混凝土主要是设计混凝土。在标准中要求的设计混凝土的性能如下：基本要求a）符合SS544-2;b）抗压强度等级（如表1）

5、c）混凝土组成材料的限制值,即最大水灰比,最低水泥用量,或混凝土的DC-等级（表2）。d）如没有DC-等级，则要给出允许使用的水泥种类。e）最大骨料尺寸（如不是20mm）of）氯离子等级要求（如不是CIO.40）（表3）。g）轻骨料混凝土：密度等级或密度。h）重混凝土：密度。i）混凝土的工作性等级,特殊情况下可要求工作性的数值。（表4）补充要求a）特种骨料及等级；b）是否充许使用再生粗骨料（符合再生骨料的要求）；c）限制使用的骨料种类；d）纤维的种类及掺量；e）抗冻要求；f）新拌混凝土的温度要求；g）混凝土的强度发展；h）水化热要求；i）缓凝要求；j）防渗要求；k）耐磨要求；D抗拉劈强度；m）

6、其它技术要求，如特殊表面及浇注方法等。n）其它“关心的影响（见seeSSEN206-1:2009,A.4注解，及测试方法）。表1普通混凝土及超重混凝土的强度等级抗压强度等级最低圆柱试块强度ccyi(Nmm2)最低立方试块强度ck,cube(Nmm2)C6/8*68C810810C12/151215C16/201620C20/252025C25/302530C28/35*2835C30/373037C32/40*3240C35/453545C40/504050C50/605060C55/675567C60/756075C70/857085C80/958095C90/10590105C100/11

7、5100115表2混凝土的DC-等级Tab1eA.11-1imitingva1uesofcompositionandpropertiesforconcretewhereaDC-c1assIsspecifiedDC-C1aftSMax.w/cratioM1n.cementorcombinationcontent(kgm3)formax.aggregatesizeCementandcombinationtypesGrUBH2(40mm20mm14mm10mmDC-1A)一一Ai1inTab1eAAtoDC-20.55300320340360IIB-VSR,IIIASR,IIIB+SR,IVB-VD

8、,E0.50320340360380CEMI,SRPC,IIA-D,IIA-Q,IA-S.IIA-V1HB-S1IIB-V,IHA,III8A.G0.45340360380380UA-1or11242.5B0.40360380380380IIA-1or1132.5CDC-2z0.55300320340360A11inTab1eA.6AtoDC-30.50320340360380IB*SRF04534036038030v-vE0.40360380330380II8-VSR,IIIASR,SRPCD,CDC-3z0.50320340360380A11inTab1eA.6AtoDC-40.45340

9、360380380IIIBSRF0.40360380380380IV8-VE0.3538038380380IIB-VSR,IIIASR.SRPCD.GDC-4z0.45340360380380A11inTab1eA.6AtoOC4m0.45340360380380IIIB+SRF“Iftheconcreteisreinforcedorcontainsembeddedrn(a1.IhbrnIftimumconcretequa1ityfor20mmmaximumaggrisC2530,0.65,260ordesignatedConCfgIRC2530.表3混凝土中最大氯离子含量要求Concrete

10、useCh1oridentntc1ass*MaximumC1cobymassofcenNotcontainingstee1reinforcementorotherembeddedmeta1withthexceptionofCoITOS1on-resisting1iftingdevicesC11.01.0%Containingstee1reinforcementorotherembeddedmeta1C10.200.20%C10.400.40%Containingprestressingstee1reinforcementC10.100.10%C10.200.20%aForaspecificco

11、crotous。，toc1asstobeapp1ieddependsupontheprovisionsva1idinthePuseoftheconcrete.bWhoro(ypeI1additionsareusedandaretakenintoaccountfor1CafnOntConIerthecn(entIsopressodasthopercentagech1orideionbymassofComentp1ustota1massofadthataretakenintoaccount.表4坍落度等级C1assS1umpinmmS1S2S3S4S5010to4050to90100to15016

12、0to2102203.低碳混凝土的设计考量众所周知，混凝土中的碳排放主要来自水泥的生产，每生产一吨水泥约排放出一吨C02,水泥生产过程中排放出来的C02主要来源于三个方面:（图1）a）供给水泥窑的能量约占50%（每吨水泥30045Okg）b）石灰石分解时的排放:约占50%（每吨水泥45Okg）c）用电及运输：份额很低e1ectricity10%combustion图1水泥生产过程中的CO2排放所以，低碳混凝土的设计，对于预拌混凝土而言，首先必须根据结构的要求，提出适合本项目的耐久及高性能的混凝土质量要求，减少材料用量，尤其是水泥用量；其次，必须使用合适的原材料包括外加剂；第三，要充分应用工业和

13、建筑废料；第四，要设计出耐久及高性能的混凝土配合比。3.1. 尽量设计高性能混凝土以取代普通混凝土与普通混凝土相比，使用高性能混凝土可以减少结构尺寸，不仅可以降低混凝土材料的使用量，减少施工过程中的人工及能耗，还可以提高建筑的使用面积。从表5可以明显的看到，对同样的承载力来说，用高强混凝土设计的受力柱可以节省55%的混凝土用量,或者8%的水泥用量。虽然单位立方米混凝土中的水泥用量增加了，但却的达到了如下的效果:a）混凝土的强度提高了，从而可以减少混凝土材料的用量；b）结构的重量减少了，从而可以用较小的基础；c）抗震设计要求降低了。表5高强混凝土与普通混凝土的比较混凝土种类普通混凝土（28高强混

14、凝土MPa）（62MPa）总胶凝材料用量，kgr?330510矿物掺合料，kgm365粉煤灰24硅灰普通硅酸盐水泥，kgm3260490柱子尺寸，mm900X900600X600混凝土用量，it?/柱子3.81.7混凝土用量减少，%-55柱子的水泥用量,kg柱子IoOO820水泥用量减少，%-183.2. 尽量使用矿物掺合料代替水泥新的欧洲水泥标准SSEN197中有27种水泥,除了CEMI及SRPC是普通硅酸盐水泥及抗硫酸盐水泥外,其它的都是有掺合料的水泥，SS544-2将水泥分为如下的七大类（表6）。表7是水泥及矿物掺合料的能量耗用量比较。用矿渣取代65%的水泥只需要0.5吨的原材料能耗仅为1,500-1,600MJM每吨水泥可节省最少6,000MJ的能量。每吨水泥熟料的生产将排放出1O-12吨的二氧化碳。表8是掺矿物掺合料的混凝土的碳排放上缴,可此可见，掺30%粉煤灰的混凝土可减少约20%左右的碳排放，而掺50%磨细矿渣的混凝土,碳排放量比普通硅酸盐水泥混凝土减少达43