混凝土组成材料课件

School of Materials Science&Engineering第第4 4章章 混凝土混凝土第4章 混凝土School of Materials Science&Engineering基本要求基本要求 教学目标教学目标掌握混凝土的组成材料、主要技术性质及其影响因素；掌握混凝土的组成材料、主要技术性质及其影响因素；掌握普通混凝土的配合比设计方法；掌握普通混凝土的配合比设计方法；了解其它品种混凝土的性能与应用。了解其它品种混凝土的性能与应用。教学重点教学重点普通混凝土的组成材料、主要技术性能、配合比设计普通混凝土的组成材料、主要技术性能、配合比设计 基本要求 教学目标School of Materials Science&Engineering第第7 7讲讲 混凝土组成材料混凝土组成材料第7讲 混凝土组成材料School of Materials Science&Engineering概概 述述一、混凝土的概念：一、混凝土的概念：广义上，凡是由胶凝材料、水、粗细骨料，按适当配合广义上，凡是由胶凝材料、水、粗细骨料，按适当配合比拌制成拌合物，经一定时间的凝结硬化而成的人造石材统比拌制成拌合物，经一定时间的凝结硬化而成的人造石材统称为混凝土。称为混凝土。水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥与粗细骨水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥与粗细骨料构架而成的人造石材。料构架而成的人造石材。优点优点:原材料来源广、制作工艺简单、成本低，原材料来源广、制作工艺简单、成本低，强度强度高、耐久性好、适合各种环境高、耐久性好、适合各种环境混凝土组分混凝土组分混凝土组分混凝土组分混凝土截面混凝土截面混凝土截面混凝土截面概 述一、混凝土的概念：广义上，凡是由胶凝材料、School of Materials Science&Engineering二、混凝土分类二、混凝土分类v 按密度分按密度分重混凝土重混凝土02800kg/m3普通混凝土普通混凝土020002800kg/m3轻混凝土轻混凝土02000kg/m3普通混凝土普通混凝土:强度等级强度等级C7.5C7.5C60MPaC60MPa高强度混凝土高强度混凝土:强度等级强度等级C60C60C100MPaC100MPa超高强度混凝土超高强度混凝土:大于大于C100MPaC100MPav 按强度分按强度分v 按胶材分按胶材分水泥混凝土水泥混凝土沥青混凝土沥青混凝土水玻璃混凝土水玻璃混凝土聚合物混凝土聚合物混凝土概概 述述二、混凝土分类 按密度分 重混凝土 028School of Materials Science&Engineering二、混凝土分类二、混凝土分类v 按用途按用途结构混凝土结构混凝土装饰混凝土装饰混凝土防水混凝土防水混凝土防辐射混凝土防辐射混凝土耐酸混凝土耐酸混凝土道路混凝土道路混凝土素混凝土素混凝土钢筋混凝土钢筋混凝土预应力钢筋混凝土预应力钢筋混凝土钢纤维混凝土钢纤维混凝土钢丝网混凝土钢丝网混凝土 v 按按增强材料增强材料 和增强方式和增强方式概概 述述二、混凝土分类 按用途 结构混凝土素混凝土 按增强School of Materials Science&Engineering常规施工混凝土常规施工混凝土泵送混凝土泵送混凝土碾压混凝土碾压混凝土概概 述述v 按按生产以及施工工艺生产以及施工工艺喷射混凝土喷射混凝土常规施工混凝土泵送混凝土碾压混凝土概 述 按生产以及施工School of Materials Science&Engineering三、混凝土优点与不足三、混凝土优点与不足v混凝土在土建工程中能够得到广泛应用，是由于它具有混凝土在土建工程中能够得到广泛应用，是由于它具有优越的技术性能及良好的经济效益。优越的技术性能及良好的经济效益。v具有如下优点：具有如下优点：。v具有如下缺点：具有如下缺点：原材料来源丰富原材料来源丰富性能可调性能可调塑性良好塑性良好可用钢筋增强可用钢筋增强久性良好久性良好经济性好经济性好工艺简单工艺简单利于环保利于环保自重大自重大脆性脆性抗拉强度低，变形小抗拉强度低，变形小收缩及裂缝现象收缩及裂缝现象破损修复难度大破损修复难度大概概 述述三、混凝土优点与不足混凝土在土建工程中能够得到广泛应用，是由School of Materials Science&Engineering 各组成材料的作用各组成材料的作用 组成材料的技术要求组成材料的技术要求u 水泥水泥u 骨料骨料u 水水u 外加剂外加剂u 掺合料掺合料4.1 混凝土的组成材料及技术要求混凝土的组成材料及技术要求 各组成材料的作用4.1 混凝土的组成材料及技术要求 School of Materials Science&Engineering4.1 普通混凝土的普通混凝土的组成材料及技成材料及技术要求要求 定义定义：普通混凝土是指采用水泥、砂、石和水配制普通混凝土是指采用水泥、砂、石和水配制而成的表观密度为而成的表观密度为20002800kg/m3的人造石材。的人造石材。4.1 普通混凝土的组成材料及技术要求 定义：普通混凝土是School of Materials Science&Engineering4.1 4.1 普通混凝土的普通混凝土的组成及作用成及作用水泥水泥水水水泥浆水泥浆石子石子砂子砂子骨骨 料料新拌混凝土新拌混凝土100%体积体积6075%2540%1421%2128%3942%凝结硬化凝结硬化硬化混凝土硬化混凝土混凝土外加剂混凝土外加剂 为了改善或提高混为了改善或提高混凝土的性能凝土的性能715%4.1 普通混凝土的组成及作用水泥水水泥浆石子砂子骨 料新拌School of Materials Science&Engineering4.1各各组成材料的作用：成材料的作用：水泥浆：水泥浆：硬化前硬化前包裹润滑作用包裹润滑作用硬化后硬化后胶结填充作用胶结填充作用 与水形成水泥浆，赋予新拌混凝与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。土以流动性。包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬化，将砂、石骨料胶结成整体；填充骨料堆积体化，将砂、石骨料胶结成整体；填充骨料堆积体空隙，形成固体。空隙，形成固体。骨骨 料：骨架料：骨架廉价的填充材料，节省水泥用量廉价的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展传力作用传力作用降低水化热降低水化热提供耐磨性提供耐磨性4.1 各组成材料的作用：水泥浆：硬化前包裹润滑作用硬化后School of Materials Science&Engineeringu 强度等级选择？强度等级选择？应当与混凝土的设计强度等级相适应应当与混凝土的设计强度等级相适应原则：高对高，低对低原则：高对高，低对低约为混凝土强度等级的约为混凝土强度等级的1.01.01.51.5倍倍u品种选择？品种选择？(1)一般建筑结构及预制构件的普通混凝土,通用硅酸盐水泥;(2)高强混凝土和有抗冻要求的混凝土：硅酸盐或普通硅酸盐水泥;(3)有预防混凝土碱-骨料反应要求的混凝土工程：碱含量低于0.6%的水泥;(4)大体积混凝土宜采用中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥。4.1.1 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-水泥水泥水泥质量主要控制项目应包括水泥质量主要控制项目应包括?凝结时间、安定性、胶砂强度、氧化镁和氯离子含量,碱含量低于碱含量低于0.6%0.6%的水泥的水泥主要控制项目还应包括碱含量主要控制项目还应包括碱含量;中、低热硅酸盐水泥或低热矿渣硅酸盐水泥主要控制项目还应包括水化热。强度等级选择？4.1.1 混凝土的组成材料-水泥水泥质量School of Materials Science&Engineering定义：定义：粒径粒径4.75mm以下的骨料称为细骨料，俗称砂。以下的骨料称为细骨料，俗称砂。(1)(1)细骨料的种类及其特性：细骨料的种类及其特性：河砂河砂 山砂山砂 海砂海砂 圆滑、坚固，杂质少，属上等砂；圆滑、坚固，杂质少，属上等砂；含贝壳碎片、可溶性盐类等；含贝壳碎片、可溶性盐类等；多棱角，粘聚性比河砂好，含泥土多棱角，粘聚性比河砂好，含泥土和有机杂质较多。和有机杂质较多。碎石经机械轧碎筛选而成，富棱角，杂质少，碎石经机械轧碎筛选而成，富棱角，杂质少，但细粉多。同时加工成本较高。但细粉多。同时加工成本较高。天然砂：天然砂：人工砂：人工砂：按产源分类按产源分类4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料1.细骨料细骨料定义：粒径4.75 mm 以下的骨料称为细骨料，俗称砂。(1School of Materials Science&Engineering(2)(2)细骨料的技骨料的技术性性质：国家标准国家标准GB/T146842011建筑用砂建筑用砂主要内容主要内容2）颗粒形状和表面特征颗粒形状和表面特征3)颗粒级配及粗细程度颗粒级配及粗细程度4)强度、坚固性强度、坚固性5)碱活性集料碱活性集料1）有害杂质的含量有害杂质的含量4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料(2)细骨料的技术性质：国家标准GB/T 14684201School of Materials Science&Engineeringn含泥量和泥块含量含泥量和泥块含量 云母含量云母含量 轻物质含量轻物质含量有有机质含量机质含量 硫化物和硫酸盐含量硫化物和硫酸盐含量1)1)有害杂质的含量：有害杂质的含量：妨碍水泥水化、凝结、消弱水泥妨碍水泥水化、凝结、消弱水泥石与骨料黏结，或与水化产物发生化学反应石与骨料黏结，或与水化产物发生化学反应(2)(2)细骨料的技术性质细骨料的技术性质：2)2)骨料形状及表面特征骨料形状及表面特征:影响与水泥的黏结及拌合物影响与水泥的黏结及拌合物流动性流动性山砂山砂:多棱角、粗糙多棱角、粗糙 黏结好黏结好 强度高强度高河和海砂河和海砂:呈圆形光滑呈圆形光滑 黏结差黏结差 强度高强度高 流动性流动性好好4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料含泥量和泥块含量 云母含量 轻物质含量有机质含量 School of Materials Science&Engineering3)3)颗粒级配及粗细程度颗粒级配及粗细程度1.1.颗粒颗粒粗细程度及粗细程度及级配的概念：级配的概念：颗粒级配颗粒级配(Sizegrading)是指粒径大小不同的颗粒相互搭配是指粒径大小不同的颗粒相互搭配的比例情况或的比例情况或散粒材料中不同粒径的颗粒相互搭配情况散粒材料中不同粒径的颗粒相互搭配情况2.2.级配的意义级配的意义n空隙低空隙低n表面积小表面积小n适量细颗粒适量细颗粒用于填充骨料空隙的水泥浆量少用于填充骨料空隙的水泥浆量少用于包裹骨料表面的水泥浆量少用于包裹骨料表面的水泥浆量少填充作用使混凝土结构更加密实填充作用使混凝土结构更加密实(2)(2)细骨料的技术性质细骨料的技术性质-颗粒级配颗粒级配：砂的粗细程度：砂的粗细程度：是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均是指不同粒径的砂粒混合在一起后的平均粗细程度粗细程度。4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料3)颗粒级配及粗细程度1.颗粒粗细程度及级配的概念：School of Materials Science&Engineering 混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？(2)(2)细骨料的技术性质细骨料的技术性质-颗粒级配颗粒级配4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料 混凝土用砂为何对粗细程度及颗粒级配有要求？(2)细骨料的School of Materials Science&Engineering混凝土组成材料课件School of Materials Science&Engineering编号编号 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7筛孔尺寸筛孔尺寸 4.754.75 2.36 2.36 1.18 1.18 0.60 0.60 0.30 0.30 0.15 0.15筛余筛余(g)(g)m m1 1m m2 2 m m6 6m m7 7分计筛余分计筛余(%)(%)a a1 1a a2 2 a a6 6累计筛余累计筛余(%)(%)A A1 1=a=a1 1 A A2 2=a=a1 1+a+a2 2A A6 6=a=a1 1+a+a6 6粗细程度表征粗细程度表征:筛分析法筛分析法(2)(2)细骨料的技术性质细骨料的技术性质：4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料编号筛孔尺寸筛余(g)分计筛余(%)累计筛余(%)粗细程度表School of Materials Science&EngineeringA A：砂的粗细程度的表征参数：砂的粗细程度的表征参数：细度模数细度模数(Finenessmodulus)Mf B B：砂的颗粒级配的表征参数：砂的颗粒级配的表征参数：级配区级配区级配曲线级配曲线注意：有两个注意：有两个(2)(2)细骨料的技术性质细骨料的技术性质：Mx=3.73.1 粗砂粗砂Mx=3.02.3中砂中砂Mx=2.21.6细砂细砂Mx=1.50.7 特细特细4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料A：砂的粗细程度的表征参数：B：砂的颗粒级配的表征参数：级配School of Materials Science&Engineeringn级配的评价级配的评价-筛分析方法筛分析方法编号编号筛孔尺寸筛孔尺寸I I区区IIII区区IIIIII区区14.75mm100 100 100 22.36mm35525015031.18mm6535501025040.60mm 85717041401650.30mm95809270855560.15mm100901009010090实际工程中，尽可能选择级配良好的中砂拌制混凝土实际工程中，尽可能选择级配良好的中砂拌制混凝土(2)(2)细骨料的技术性质细骨料的技术性质：级配合格判定级配合格判定:砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除砂的实际级配全部在任一级配区规定范围内；除4.75mm和和0.60mm 筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于筛档外，可以略有超出，但超出总量应小于5。砂过细，需水量多砂过细，需水量多硬化强度低硬化强度低收缩大；收缩大；过粗过粗和易性不易控制，内摩擦大，振捣不密实和易性不易控制，内摩擦大，振捣不密实4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料级配的评价-筛分析方法编号筛孔尺寸I区II区III区14.7School of Materials Science&Engineeringn3).3).坚固性坚固性n4 4）物理性质）物理性质砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗破裂的能力物理因素作用下抵抗破裂的能力u砂的表观密度砂的表观密度u堆积密度堆积密度u空隙率空隙率u含水量等含水量等(2)(2)细骨料的技术性质细骨料的技术性质：4.1.2 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-细骨料细骨料3).坚固性砂的坚固性是指砂在气候、环境变化或其它物理因素作School of Materials Science&Engineering概念概念:混凝土组成材料中，粒径大于混凝土组成材料中，粒径大于4.75mm4.75mm的颗粒的颗粒。(3)粗骨料粗骨料(石子石子)4.1.3 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-粗骨料粗骨料概念:混凝土组成材料中，粒径大于4.75mm的颗粒。(3)School of Materials Science&Engineering1.1.根据来源根据来源天然粗骨料天然粗骨料人工粗骨料人工粗骨料碎石碎石人工陶粒轻骨料人工陶粒轻骨料粗骨料的分粗骨料的分类2.2.根据表面状态根据表面状态碎石碎石卵石卵石3.3.根据堆积密度根据堆积密度普通粗骨料普通粗骨料轻粗骨料轻粗骨料4.1.3 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-粗骨料粗骨料1.根据来源天然粗骨料人工粗骨料碎石人工陶粒轻骨料粗骨料的分School of Materials Science&Engineering有害杂质含量有害杂质含量有害杂质含量有害杂质含量颗粒形状与表面特征颗粒形状与表面特征坚固性和强度坚固性和强度碱活性碱活性颗粒级配颗粒级配最大粒径最大粒径l 粗骨料技术要求粗骨料技术要求4.1.3 混凝土的组成材料混凝土的组成材料-粗骨料粗骨料有害杂质含量 粗骨料技术要求4.1.3 混凝土的组成材料-粗School of Materials Science&Engineering1)1)有害物质含量有害物质含量泥：粒径小于泥：粒径小于0.075mm0.075mm的颗粒的颗粒;泥块：粒径大于泥块：粒径大于4.75mm经水洗、手捏后小于经水洗、手捏后小于2.36mm的颗粒。的颗粒。2)2)颗粒形状与表面特征颗粒形状与表面特征3)3)强度：强度：骨料重要作用是减少因荷载、干缩或引起的变形，用刚性骨架骨料重要作用是减少因荷载、干缩或引起的变形，用刚性骨架提高混凝土强度和变形模量提高混凝土强度和变形模量压碎指标压碎指标(间接法间接法)立方体立方体(圆柱体圆柱体)抗压强度抗压强度(直接法直接法)粗骨料技术性质粗骨料技术性质针状颗粒：针状颗粒：是指颗粒长度大于该颗粒所在粒级平均粒径是指颗粒长度大于该颗粒所在粒级平均粒径2.4倍的颗粒。倍的颗粒。片状颗粒：片状颗粒：是指颗粒厚度小于该颗粒所在粒级平均粒径是指颗粒厚度小于该颗粒所在粒级平均粒径0.4倍的颗粒。倍的颗粒。1)有害物质含量泥：粒径小于0.075mm的颗粒;泥块：粒School of Materials Science&Engineering压碎指标：压碎指标：直接法直接法就是将制作粗骨料的母岩制成边长为就是将制作粗骨料的母岩制成边长为50mm50mm的立方体的立方体(或直径与高均或直径与高均为为50mm50mm的圆柱体的圆柱体)试件，浸水试件，浸水48h 48h 后，测定其极限抗压强度值。后，测定其极限抗压强度值。强度配制原则：强度配制原则：骨料强度混凝土强度骨料强度混凝土强度 碎石强度指标：碎石强度指标：母岩立方体抗压强度母岩立方体抗压强度 压碎指标。压碎指标。卵石强度指标：卵石强度指标：压碎指标压碎指标粗骨料技术性质粗骨料技术性质压碎指标：直接法就是将制作粗骨料的母岩制成边长为50mm的School of Materials Science&Engineeringn坚固性：坚固性：采用硫酸钠饱和溶液浸泡检验，采用硫酸钠饱和溶液浸泡检验，5次循环后不超过表次循环后不超过表6的的规定。规定。n碱活性碱活性（碱碱骨料反应）：骨料反应）：n当水泥中含碱量（当水泥中含碱量（Na2O或或K2O较高，大于水泥质量的较高，大于水泥质量的0.6%)，又，又使用了活性骨料（使用了活性骨料（主要是活性主要是活性SiO2）,二者发生反应在骨料表面生二者发生反应在骨料表面生成复杂的碱成复杂的碱硅酸凝胶。这种凝胶体吸水时体积膨胀硅酸凝胶。这种凝胶体吸水时体积膨胀,使混凝土开使混凝土开裂，最终破坏的现象。裂，最终破坏的现象。类类别别类类类类类类质量损失质量损失/%5812粗骨料技术性质粗骨料技术性质表表6 6 碎石或卵石的坚固性指标碎石或卵石的坚固性指标坚固性：采用硫酸钠饱和溶液浸泡检验，5次循环后不超过表6的规School of Materials Science&Engineering5)5)颗粒级配颗粒级配(筛分析检验筛分析检验)标准筛的孔径标准筛的孔径为为2.36、4.75、9.5、16、19、26.5、31.5、37.5、53、63、75及及90mm等共等共12个筛。个筛。粗骨料技术性质粗骨料技术性质级配类型级配类型间断级配：间断级配：连续级配：连续级配：石子由小到大各粒级相连的级配。石子由小到大各粒级相连的级配。石子用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒石子用小颗粒的粒级直接和大颗粒的粒级相配级相配,中间为不连续的级配。中间为不连续的级配。5)颗粒级配(筛分析检验)标准筛的孔径为2.36、4School of Materials Science&Engineering公称粒级公称粒级筛孔尺寸筛孔尺寸/mm2.36(2.5)4.75(5)9.5(10)16.0(15)19.0(20)26.5(25)31.531.537.5连连续续粒粒级级5-1095-10080-1000-1505-1695-10085-10030-600-1005-2095-10090-10040-80-0-1005-2595-10090-100-30-70-0-505-31.595-10090-10070-90-15-45-0-505-40-95-10070-90-30-65-0-5连续级配粗骨料连续级配粗骨料粗骨料技术性质粗骨料技术性质单粒粒级石子石子级配配公称粒级公称粒级筛孔尺寸筛孔尺寸/mm/mm2.362.36(2.5(2.5)4.75 4.75(5)(5)9.5 9.5(10)(10)16.0 16.0(15)(15)19.0 19.0(20)(20)26.5 26.5(25)(25)31.5 31.5 31.5 31.5 37.5 37.5(35)(35)单单粒粒粒粒级级 10-2010-2095-10095-10085-10085-1000-150-150 016-31.516-31.595-10095-10085-10085-1000-100-100 020-4020-4095-10095-10080-10080-1000-100-1031.3-6331.3-6395-10095-10075-10075-10045-7545-7540-8040-8095-10095-10070-10070-100筛孔尺寸/mm2.364.75 9.5 16.0 19.0 School of Materials Science&Engineering6)6)最大粒径最大粒径粗骨料所在公称粒级的上限称为粗骨料最大粒径粗骨料所在公称粒级的上限称为粗骨料最大粒径粗骨料的最大粒径限制粗骨料的最大粒径限制 粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的粗骨料的最大粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/41/4不得大于钢筋间最小净距的不得大于钢筋间最小净距的3/43/4对于混凝土实心板对于混凝土实心板,骨料的最大粒径不宜超过板厚的骨料的最大粒径不宜超过板厚的1/2,1/2,且不得超过且不得超过50mm50mm同时满足同时满足粗骨料技术性质粗骨料技术性质6)最大粒径粗骨料所在公称粒级的上限称为粗骨料最大粒径粗骨料School of Materials Science&Engineering粗骨料技术性质粗骨料技术性质粗骨料技术性质School of Materials Science&Engineering粗集料粗集料（1）颗粒级配与）颗粒级配与最大粒径最大粒径（2）颗粒形状和表面特征）颗粒形状和表面特征（3）强度）强度（4）坚固性）坚固性（5）碱活性）碱活性（6）有害杂质的含量）有害杂质的含量1）针片状颗粒含量）针片状颗粒含量其他同细集料。其他同细集料。（1）颗粒级配和粗细程度）颗粒级配和粗细程度（2）颗粒形状和表面特征）颗粒形状和表面特征（3）坚固性）坚固性（4）碱活性）碱活性（5）有害杂质的含量）有害杂质的含量1）含泥量和泥块含量；）含泥量和泥块含量；2）云母含）云母含量；量；3）轻物质含量；）轻物质含量；4）有机质含）有机质含量；量；5）硫化物和硫酸盐含量）硫化物和硫酸盐含量需要测定需要测定表观密度表观密度细集料细集料小结：小结：骨料的技术要求骨料的技术要求粗集料（1）颗粒级配与最大粒径（1）颗粒级配和粗细程度School of Materials Science&Engineering4.1.4 混凝土外加剂n 概述概述n 减水剂减水剂n 早强剂早强剂n 引气剂引气剂n 缓凝剂缓凝剂n 速凝剂速凝剂n 膨胀剂膨胀剂n 防冻剂防冻剂4.1.4 混凝土外加剂 概述School of Materials Science&Engineering混凝土外加剂：混凝土外加剂：是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以改善新拌混凝土或硬化混凝土性能中加入的、用以改善新拌混凝土或硬化混凝土性能的材料。的材料。其掺量一般不大于其掺量一般不大于5%。4.1.4 混凝土外加剂 外加剂的分类：外加剂的分类：(1)1)改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和改善混凝土拌合物流变性能的外加剂，包括各种减水剂、引气剂和泵送剂等。泵送剂等。(2)(2)调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，包括缓凝剂、早强剂和速凝剂等。速凝剂等。(3)(3)改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。改善混凝土耐久性的外加剂，包括引气剂、防水剂和阻锈剂等。(4)(4)改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着改善混凝土其它性能的外加剂，包括加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂和泵送剂等。色剂、防水剂和泵送剂等。混凝土外加剂：是一种在混凝土搅拌之前或拌制过程中加入的、用以School of Materials Science&Engineering1.减水剂减水剂减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌和用水量的外加剂。(1)减水剂的减水作用 水泥加水拌和后，水泥颗粒间会相互吸引，形成许多絮状物。当加入减水剂后，减水剂能拆散这些絮状结构，把包裹的游离水释放出来。1.减水剂减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减School of Materials Science&Engineering水泥浆结构 1水泥颗粒；2游离水(a)未掺减水剂时的水泥浆体中絮状结构；(b)掺减水剂的水泥浆结构 水泥浆结构 1水泥颗粒；2游离水(a)未掺减水剂时的水School of Materials Science&Engineering常用外加剂常用外加剂吸附分散作用吸附分散作用润滑作用润滑作用-COOH-SO3Na-OHCH3CH2CH2-憎水基团憎水基团亲水基团亲水基团机理常用外加剂吸附分散作用-COOHCH3CH2CH2-School of Materials Science&Engineering（2 2）减水剂的种类：）减水剂的种类：减水剂减水剂普通减水剂：普通减水剂：木质素系：木质素系：木质素磺酸钙木质素磺酸钙木质素磺酸钠木质素磺酸钠木质素磺酸镁木质素磺酸镁糖蜜系：糖蜜系：糖化钙糖化钙低聚糖低聚糖萘系：萘磺酸盐甲醛缩合物萘系：萘磺酸盐甲醛缩合物树脂系：三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物树脂系：三聚氰胺磺酸盐甲醛缩聚物高效减水剂：高效减水剂：奈系减水剂奈系减水剂奈系减水剂奈系减水剂聚羧酸减水剂聚羧酸减水剂（2）减水剂的种类：减水剂普通减水剂：木质素系：木质素磺酸钙School of Materials Science&Engineering常用外加剂常用外加剂常用减水剂特点与掺量常用减水剂特点与掺量n木木质质素素系系减减水水剂剂：主主要要成成分分为为木木质质素素磺磺酸酸盐盐类类，如如木木钙钙，适适宜宜掺掺量量为为水水泥泥质质量量0.20.3%，减减水水率率为为10%左右，属引气缓凝型。左右，属引气缓凝型。n萘萘系系减减水水剂剂：由由磺磺酸酸盐盐与与甲甲醛醛缩缩合合而而成成。适适宜宜掺掺量量为为水水泥泥质质量量0.21%，减减水水率率为为10%25%，属高效型减水剂。属高效型减水剂。n水水溶溶性性树树脂脂减减水水剂剂（SM)：掺掺量量为为0.52%，减减水水率为率为10%27%，属高效型减水剂。，属高效型减水剂。n糖糖蜜蜜类类减减水水剂剂：适适宜宜掺掺量量为为水水泥泥质质量量0.2%，缓缓凝凝作作用用较较显显著著，不不能能多多掺掺，否否则则会会影影响响混混凝凝土土的的凝凝结性能。结性能。n聚聚羧羧酸酸系系减减水水剂剂：属属于于高高性性能能减减水水剂剂，用用于于配配制制高性能混凝土。高性能混凝土。减减水水剂剂减水剂减水剂常用外加剂常用减水剂特点与掺量减减水剂School of Materials Science&Engineering聚聚羧酸系高性能减水酸系高性能减水剂的的性能特点性能特点掺量低、减水率高掺量低、减水率高一般掺量为胶凝材料的一般掺量为胶凝材料的0.15%0.25%，减水率为，减水率为25%35%，最高可，最高可达达40%。混凝土拌合物的流动性好，坍落度损失低混凝土拌合物的流动性好，坍落度损失低2h基本不损失，其高工作性可保持基本不损失，其高工作性可保持6 8h。对混凝土增强效果潜力大。对混凝土增强效果潜力大。早期强度比提高显著。早期强度比提高显著。3d、7d抗压强度比柰系一般在抗压强度比柰系一般在130%左右，而聚左右，而聚羧酸系高性能减水剂抗压强度比一般在羧酸系高性能减水剂抗压强度比一般在180%以上。以上。混凝土收缩率低混凝土收缩率低。总碱含量极低总碱含量极低降低了发生碱降低了发生碱-骨料反应的可能性，提高了混凝土的耐久性骨料反应的可能性，提高了混凝土的耐久性。聚羧酸系高性能减水剂的性能特点 掺量低、减水率高School of Materials Science&Engineering(3)使用减水剂的技术经济效果使用减水剂的技术经济效果1.在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌和水量5%-25%或更多。2.在保持原配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高(可增大100-200mm)。3.若保持强度及和易性不变，可节省水泥10%-20%。4.提高混凝土的抗冻性、抗渗性，使混凝土的耐久性得到提高。(3)使用减水剂的技术经济效果School of Materials Science&Engineering2.2.早早强剂1)1)早强剂的定义早强剂的定义 早强剂是指能提高混凝土早期强度，并对后期无影响早强剂是指能提高混凝土早期强度，并对后期无影响主要品种有：主要品种有：氯盐类；氯盐类；硫酸盐类；硫酸盐类；有机胺类。有机胺类。2)2)氯盐类早强剂氯盐类早强剂 常用种类常用种类：氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝、三氯化铁等，氯化钙、氯化钠、氯化钾、氯化铝、三氯化铁等，氯化钙应用最广；氯化钙应用最广；适宜掺量：适宜掺量：水泥质量的水泥质量的0.5%1.0%；2.早强剂1)早强剂的定义 早强剂是指能提高混凝土早期强度School of Materials Science&Engineering使用效果：使用效果：3d3d强度提高强度提高5050100100，7d7d强度提高强度提高20204040；能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻。能降低混凝土中水的冰点，防止混凝土早期受冻。应用缺点：应用缺点：含有含有ClCl-，易使钢筋锈蚀，导致混凝土开裂。，易使钢筋锈蚀，导致混凝土开裂。常用防锈措施是氯化钙与阻锈剂亚硝酸钠常用防锈措施是氯化钙与阻锈剂亚硝酸钠(NaNO(NaNO2 2)复合用复合用氯化钙早强作用原理：氯化钙早强作用原理：氯化钙能与水泥中的氯化钙能与水泥中的 C C3 3A A作用生成不溶性水化氯铝酸钙并与作用生成不溶性水化氯铝酸钙并与C C3 3S S水化析出的氢氧化钙作用，生成不溶性氧氯化钙复盐的形成，水化析出的氢氧化钙作用，生成不溶性氧氯化钙复盐的形成，增加了水泥浆中固相的比例，有助于水泥石结构的形成。增加了水泥浆中固相的比例，有助于水泥石结构的形成。同时，氯化钙与氢氧化钙的迅速反应，降低了液相中同时，氯化钙与氢氧化钙的迅速反应，降低了液相中 的碱的碱度，使度，使C C3 3S S水化反应加快，有利于提高水泥石早期强度。水化反应加快，有利于提高水泥石早期强度。使用效果：3d强度提高50100，7d强度提高20School of Materials Science&Engineering 在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡的外加剂称为引气剂引气剂。引气剂可在混凝土拌合物中引入直径为0.05-1.25mm的气泡，能改善混凝土的和易性，提高混凝土的抗冻性、抗渗性等耐久性，适用于港口、土工、地下防水混凝土等工程。3.3.引气剂引气剂思考：引气剂改善耐久性的机理？思考：引气剂改善耐久性的机理？在搅拌混凝土的过程中，能引入大量均匀分布、稳定而封闭School of Materials Science&Engineering3)3)常用种类：常用种类：松香热聚物、松香皂及烷基苯磺酸盐等松香热聚物、松香皂及烷基苯磺酸盐等。4)4)适宜掺加量：适宜掺加量：水泥用量的水泥用量的0.005%0.015%,混凝土中含气量为混凝土中含气量为3%6%5)5)引气剂的应用范围：引气剂的应用范围：抗冻混凝土；抗冻混凝土；主要用于：主要用于：抗渗混凝土；抗渗混凝土；贫混凝土等。贫混凝土等。不宜用于：不宜用于：蒸养混凝土；蒸养混凝土；预应力混凝土。预应力混凝土。3)常用种类：松香热聚物、松香皂及烷基苯磺酸盐等。4)适宜掺School of Materials Science&Engineering6 6）引气剂的作用效果）引气剂的作用效果固态固态液态液态显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性；显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性；改善拌和物的和易性；改善拌和物的和易性；混凝土强度有所降低。混凝土强度有所降低。一般含气量每增加一般含气量每增加1 1，抗压强度将降低，抗压强度将降低 4 45 5，抗折强度将降低，抗折强度将降低 2 23 3。6）引气剂的作用效果固态液态显著提高混凝土的抗渗性、抗冻性；School of Materials Science&Engineering延长混凝土凝结时间的外加剂称为缓凝剂。4.缓凝剂缓凝剂思考：缓凝剂的适用范围。思考：缓凝剂的适用范围。延长混凝土凝结时间的外加剂称为缓凝剂。4.缓凝剂思考School of Materials Science&Engineering能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的外加剂称为防冻剂。5.防冻剂防冻剂在负温度条件下施工的混凝土工程须掺入防冻剂。一般，防冻剂除能降低冰点外，还有促凝、早强、减水等作用，所以多为复合防冻剂。定义特点能使混凝土在负温下硬化，并在规定时间内达到足够防冻强度的School of Materials Science&Engineering案例案例在丹东某项工程由商品混凝土公司供应混凝土浇筑梁板，在丹东某项工程由商品混凝土公司供应混凝土浇筑梁板，混凝土等级混凝土等级C25C25，由泵车泵送，于，由泵车泵送，于20002000年年5 5月月7 7日上午日上午9 9点开始浇筑点开始浇筑到到1212点结束，共发点结束，共发 1010车车60m60m3 3混凝土。第二天早晨发现混凝土未凝混凝土。第二天早晨发现混凝土未凝结，工人无法上去放线。施工部门随即告诉商品混凝土公司要求结，工人无法上去放线。施工部门随即告诉商品混凝土公司要求前来处理。商品混凝土公司接到通知，立即组织有关单位人员，前来处理。商品混凝土公司接到通知，立即组织有关单位人员，前往施工现场调查处理。前往施工现场调查处理。思思考考案例在丹东某项工程由商品混凝土公司供应混凝土浇筑梁板，混School of Materials Science&Engineering外加外加剂水水泥的适水水泥的适应性性1.适应性的概念适应性的概念高效减水剂：降低混凝土的水胶比，改善新拌混凝土工作性，控高效减水剂：降低混凝土的水胶比，改善新拌混凝土工作性，控制坍落度损失，赋予混凝土优良施工性能和高密实度。制坍落度损失，赋予混凝土优良施工性能和高密实度。适应性的问题成为困扰混凝土工作者的一个难题，影响外加剂的适应性的问题成为困扰混凝土工作者的一个难题，影响外加剂的应用效果和推广应用。应用效果和推广应用。适应性的问题是一个极其错综复杂的问题：涉及到水泥化学、高适应性的问题是一个极其错综复杂的问题：涉及到水泥化学、高分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识。分子材料学、表面物理化学和电化学等多方面的知识。外加剂水水泥的适应性1.适应性的概念School of Materials Science&Engineering外加外加剂水水泥的适水水泥的适应性性n水泥与减水剂适应时：水泥与减水剂适应时：n减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；减水剂在常用掺量下能够达到它自身的减水率；n没有离析和泌水现象；没有离析和泌水现象；n坍落度随时间变化损失相应较小；坍落度随时间变化损失相应较小；n对混凝土的强度等性能无负面影响。对混凝土的强度等性能无负面影响。n 不不适适应应时时：初初始始坍坍落落度度小小，坍坍落落度度损损失失快快，离离析析，泌泌水水，外加剂用量增加。外加剂用量增加。外加剂水水泥的适应性水泥与减水剂适应时：School of Materials Science&Engineeringn掺合料品种：掺合料品种：n粉煤灰：粉煤灰：火力发电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末火力发电厂煤粉炉烟道气体中收集的粉末n超超细细矿矿渣渣粉粉：是是指指符符合合GB/T GB/T 203203标标准准规规定定的的粒粒化化高高炉炉矿矿渣渣经经干干燥燥、粉粉磨磨（或或添添加加少少量量石石膏膏一一起起粉粉磨磨）达达到到相相当当细度且符合相应活性指数的粉体。细度且符合相应活性指数的粉体。n硅硅粉粉：在在冶冶炼炼铁铁合合金金或或工工业业硅硅时时，由由烟烟道道排排出出的的硅硅蒸蒸气气经收尘装置收集而得的粉尘经收尘装置收集而得的粉尘n沸沸石石粉粉：天天然然的的沸沸石石岩岩磨磨细细而而成成的的一一种种火火山山灰灰质质铝铝硅硅酸酸矿物掺合料矿物掺合料n作用：作用：n合理使用掺合料可以利用工业废弃物、节省水泥；合理使用掺合料可以利用工业废弃物、节省水泥；n具有很高的火山灰活性，可以改善混凝土的性能；具有很高的火山灰活性，可以改善混凝土的性能；n掺合料已成为有发展前途的混凝土的一种组分。掺合料已成为有发展前途的混凝土的一种组分。4.1.5掺合料掺合料掺掺合合料料掺合料品种：4.1.5 掺合料掺School of Materials Science&Engineeringn案案例例：某某工工程程使使用用等等量量的的42.542.5普普通通硅硅酸酸盐盐水水泥泥粉粉煤煤灰灰配配制制C25C25混混凝凝土土，工工地地现现场场搅搅拌拌，为为赶赶进进度度搅搅拌拌时时间间较较短短。拆拆模模后后检检测测，发发觉觉所所浇浇筑筑的的混混凝凝土土强强度度波波动动大大，部部分分低低于于所所要要求求的混凝土强度指标，请分析原因。的混凝土强度指标，请分析原因。n分析：分析：该该混混凝凝土土强强度度等等级级较较低低，而而选选用用的的水水泥泥强强度度等等级级较较高高，故故使使用用了了较较多多的的粉粉煤煤灰灰作作掺掺合合剂剂。由由于于搅搅拌拌时时间间较较短短，粉粉煤煤灰灰与与水水泥泥搅搅拌拌不不够够均均匀匀，导导致致混混凝凝土土强强度度波波动动大大，以以致致部部分分混混凝土强度未达要求。凝土强度未达要求。案例分析案例：某工程使用等量的42.5普通硅酸盐水泥粉煤灰配制School of Materials Science&Engineering4.1.6混凝土拌合及养混凝土拌合及养护用水用水 1 1、对拌和水的质量要求：、对拌和水的质量要求：1)1)、不影响混凝土的凝结硬化、不影响混凝土的凝结硬化2)2)、无损于混凝土强度发展及耐久性、无损于混凝土强度发展及耐久性3)3)、不加快钢筋锈蚀、不加快钢筋锈蚀4)4)、不引起预应力钢筋脆断、不引起预应力钢筋脆断5)5)、不污染混凝土表面、不污染混凝土表面Waterthatissafetodrinkissafetouseinconcrete.4.1.6 混凝土拌合及养护用水 1、对拌和水的质量要求：School of Materials Science&Engineering 1、海水、海水2、富有有机杂质的沼泽水、含有腐植酸或其他酸、富有有机杂质的沼泽水、含有腐植酸或其他酸、盐的污水和工业废水盐的污水和工业废水3、氢离子指数、氢离子指数pH4的水的水4、影响混凝土物理力学性能的水、影响混凝土物理力学性能的水具体工程中参照具体工程中参照JGJ63-89的规定执行的规定执行注意注意工程中有四类水不能用来拌制砼：工程中有四类水不能用来拌制砼：1、海水注意工程中有四类水不能用来拌制砼：School of Materials Science&Engineeringn案例：案例：某某糖糖厂厂建建宿宿舍舍，以以自自来来水水拌拌制制混混凝凝土土，浇浇注注后后用用曾曾装装食食糖糖的的麻麻袋袋覆覆盖盖于于混混凝凝土土表表面面，再再淋淋水水养养护护。后后发发现现该该水水泥泥混混凝凝土土两两天天仍仍未未凝凝结结，而而水水泥泥经经检检验验无无质质量量问问题题，请请分分析此异常现象的原因。析此异常现象的原因。n分析：分析：由由于于养养护护水水淋淋于于曾曾装装食食糖糖的的麻麻袋袋，养养护护水水已已成成糖糖水水，而而含含糖糖份份的的水水对对水水泥泥的的凝凝结结有有抑抑制制作作用用，故故使使混混凝凝土土凝凝结结异异常。常。案 例案例：案 例School of Materials Science&Engineering思考题n1.普通混凝土的主要组成材料有哪些？各组成材普通混凝土的主要组成材料有哪些？各组成材料在硬化前后的作用如何？料在硬化前后的作用如何？n2 2何谓骨料级配？如何判断骨料级配是否良好？何谓骨料级配？如何判断骨料级配是否良好？n3.3.砂子标准筛分曲线图中的砂子标准筛分曲线图中的1 1区、区、2 2区、区、3 3区说明什区说明什么问题？三个区以外的区域又说明什么？配制混么问题？三个区以外的区域又说明什么？配制混凝土时应选用那个区的砂好些，为什么？凝土时应选用那个区的砂好些，为什么？思考题1.普通混凝土的主要组成材料有哪些？各组成材料在硬化前