混凝土组成材料课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,混凝土组成料,Concrete,混凝土组成材料课件,混凝土概述,一、定义,混凝土是由胶凝材料、骨料和水按一定比,例配合，通过一定的工艺成型、凝结硬化而成,的复合材料。,胶结料：,无机胶凝材料、有机胶凝材料或二者的复合。,水泥混凝土,，通常称为,普通混凝土,（简称,混,凝土,），是由水泥浆胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材,砼,。,混凝土概述一、定义,二、,混凝土的种类,根据表观密度,0,：,普通混凝土,(2400kg/m,3,),；,轻混凝土,(,1950kg/m,3,),；,重混凝土,(,2600kg/m,3,),。,根据用途,(,功能,),：,普通混凝土；,道路混凝土；,防水混凝土；,耐热混凝土；,耐酸混凝土；,防辐射混凝土；,膨胀混凝土；,装饰混凝土等。,根据特性与施工方法：,商品混凝土,泵送混凝土,喷射混凝土,碾压混凝土,挤压混凝土,压力灌浆混凝土,预应力混凝土,离心混凝土等。,混凝土,根据胶凝材料：,水泥混凝土,石膏混凝土,水玻璃混凝土,沥青混凝土,聚合物混凝土,根据强度等级：,低强度混凝土,中强度混凝土,高强度混凝土,超高强混凝土,二、混凝土的种类根据表观密度0：根据用途(功能)：根据特性,混凝土在土木工程中的重要性,混凝土是用量最大的结构材料，目前每年世界混凝土消耗量约为,110,亿吨，是钢材消耗量的,10,倍以上，我国混凝土产量占全世界的,30,40,；,混凝土是应用最广的结构材料，可用于桥梁、隧道、道路、水利、房屋建筑等工程；,Itaipu Dam,Sports Palace in Rome,钢丝网砂浆,混凝土在土木工程中的重要性混凝土是用量最大的结构材料，目前每,罗马万神殿,基础、墙和穹顶都是用火山灰,石灰混凝土浇筑而成,罗马万神殿基础、墙和穹顶都是用火山灰石灰混凝土浇筑而成,三、,混凝土的特点,优点,耐久性,好；,原,材料来源丰富，,价格低廉，维护费用少，,经济性,好；,新拌混凝土具有很好的流动性，,容易成型为任意形状和尺寸的构件，,可塑性,好；,生产能耗较低，,可利用工业废料，,环保性,好；,可与钢材复合使用，强度高，,安全性,好。,耐水、耐火,缺点,性脆易裂，抗拉强度低；,自重大，养护期长，体积不稳定（随环境改变）。,混凝土是复杂的、随机性的材料,Concrete is a Complex and Random Materials,其微结构由非均质的三相（固液气）组成；,其微结构不是静止的，而是随时间不断变化；新生成的水化物可以填充微裂缝，有自愈性,(Heal),；,与其它材料不同，它是使用前才在工程现场或就近生产的。,三、混凝土的特点优点混凝土是复杂的、随机性的材料Concr,五、土木工程对,混凝土的基本要求,满足混凝土施工所要求的,和易性,，以方便施工，硬化后能得到均匀密实的混凝土；,满足混凝土结构设计的,强度,要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载；,具有与工程环境相适应的,耐久性,，以保证构筑物在所处环境中服役寿命；,满足业主或施工单位渴望的,经济性,要求；,满足可持续发展所必需的,生态性,要求。,五、土木工程对混凝土的基本要求 满足混凝土施工所要求的和易性,六、,混凝土理论与技术的历史,1824,年，普通混凝土问世；,1867,年，钢筋混凝土理论；,1916,年，混凝土强度的水灰比理论；,1925,年，水灰比学说和恒定用水量法则；,1928,年，混凝土的收缩与徐变理论，预应力技术；,20,世纪中叶，混凝土减水剂等外加剂技术；,20,世纪,90,年代，高性能混凝土的概念与技术；,21,世纪，向高性能、高强度、复合等方向发展。,六、混凝土理论与技术的历史 1824年，普通混凝土问世；,混凝土材料工业的可持续发展,Sustainable Development of Concrete Industry,原材料资源的保护及再生利用；减少耗能大、污染环境的硅酸盐水泥消耗量，多利用工业废料,绿色化,；,推进混凝土科学技术的发展，改善混凝土结构物的,耐久性,。,混凝土材料工业的可持续发展Sustainable Deve,普 通 混 凝 土,三 问 ？,混凝土的组成与结构是什么,(What),？,混凝土具有哪些性能,(Which),？,如何制备和使用混凝土,(How)?,普 通 混 凝 土三 问 ？,4.1,普通混凝土的组成与结构,一、,普通混凝土的组成,水泥,水,水泥浆,石子,砂子,骨 料,新拌混凝土,100%,体积,6075%,715%,2540%,1421%,2128%,3942%,凝结硬化,硬化混凝土,混凝土外加剂,为了改善或提高混凝土的性能,4.1 普通混凝土的组成与结构一、普通混,混凝土的组成材料,水泥、粗、细骨料、水：,传统混凝土的,4,大组分,。,外加剂,(,第,5,组分）,能使混凝土性能和功能得到显著的改善和提高的少量物质。,外加剂被认为是混凝土工艺和应用技术继,19,世纪,中叶和,20,世纪初的钢筋混凝土、预应力混凝土之后的,第三大突破。我国,20,世纪,70,年代受日本和西德应用,外,加剂,的影响，开始进行外加剂的开发研究，并以减水,剂为主。,1998,年各种高效减水剂总产量达,l9.35,万,t,。,掺合料,(,第,6,组分,),在混凝土配制时，取代部分水泥的磨细无机矿物,质材料。,20,世纪,9o,年代以来，我国对第,6,组分开展了,广泛研究。,混凝土的组成材料水泥、粗、细骨料、水：传统混凝土的4大组分。,各组成材料的作用,（,2,）骨料,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,传力作用,降低水化热,提供耐磨性,（,1,）水泥浆,润滑作用,与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。,胶结作用,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，形成固体。,各组成材料的作用（2）骨料（1）水泥浆,各组成材料的作用,（,3,）,水,混凝土中的拌和水有两个作用,供水泥的水化反应,赋予混凝土的和易性,剩余水留在混凝土的孔（空）隙中,使混凝土中产生孔隙,对防止塑性收缩裂缝,有利,对渗透性、强度和耐久性,不利,各组成材料的作用（3）水,各组成材料的作用,（,4,）,外加剂,改善混凝土的性能。,缓凝剂,使水泥浆凝结硬化速度减慢；,促凝剂,使水泥浆凝结硬化速度减慢；,减水剂,减少拌和需水量；,引气剂,在混凝土中引起封闭气孔；,（,5,）,矿物掺合料,减少水泥用量，改善混凝土性能。,粉煤灰,硅灰,矿渣,各组成材料的作用（4）外加剂,二、,硬化,混凝土的结构,宏观上，混凝土是一个砂、石颗粒状,骨料分布在水泥石中形成的复合结构，主,要由三相构成：,砂、石骨料是混凝土的骨架,分散相,；,水泥石是混凝土的基体相,连续相,；,骨料与水泥石间的过渡区,界面相,。,二、 硬化混凝土的结构 宏观上，混凝土是一个砂、石颗粒,混凝土的宏观结构,粗骨料,细骨料,水泥石,过渡区,混凝土的宏观结构粗骨料细骨料水泥石过渡区,1.,混凝土的结构特点,多物相、多孔性复合体,水泥石与砂石骨料均是多物相、多孔性材料,固体颗粒堆聚体,混凝土结构是一个各种尺寸的,颗粒堆聚体，,砂石颗粒堆积成骨架，水化物与水泥颗粒堆积成水泥石,复杂与非匀质性,骨料种类不一，形状与尺寸不等，分布不均；,水泥石组成与结构不均；,薄弱过渡区,(,厚度约,10,50m),的存在,非固定与可变性,水泥石和过渡区的组成与结构是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。,水泥石含有晶体和非晶体的水化物、未水化水泥颗粒、各种孔隙和水；,砂石骨料含有各种岩石矿物和孔隙,界面也含有水泥水化物和孔隙,粗骨料堆积的孔隙由细骨料来填充；,细骨料堆积的孔隙由水化物和水泥颗粒、矿物掺和料粉末颗粒来填充；,由此形成一个固体颗粒密堆聚体结构。,1. 混凝土的结构特点多物相、多孔性复合体水泥石含有晶体和非,2.,理想的混凝土结构,密实,较大颗粒堆聚所留下的孔隙由较细颗粒填充，较细颗粒堆聚所留下的孔隙由更细颗粒所填充,;,密实度最大或总孔隙率最小,时，固体颗粒的,总比表面积最小,;,界面致密。,均匀,各种物相分布均匀,均匀、密实的多物相堆积体,2. 理想的混凝土结构 密实均匀、密实的多物相堆积体,3.,影响混凝土结构的因素,骨料的种类与体积含量,碎石：表面粗糙、针片状多，需浆量大，界面粘结好；,卵石,(,砾石,),：表面光滑、针片状少，需浆量小，但界面粘结差。,骨料的粒径与级配,水泥用量,水灰比,施工工艺,养护条件,3.影响混凝土结构的因素骨料的种类与体积含量,总结,普通混凝土由水泥、砂、石和水组成，为了改善性能，可添加化学外加剂与矿物掺合料；,砂石构成混凝土的骨架，传递应力，限制变形；,水泥与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土流动性，硬化后将骨料颗粒胶结成整体；,混凝土微结构是由骨料相、水泥石相和界面过渡区相构成的复杂结构；,结构特点有,多物相、多孔性的堆积体,复杂而不均匀,非固定而多变,混凝土的理想结构,均匀、密实的堆积体,总结 普通混凝土由水泥、砂、石和水组成，为了改善性能，可添加,4.2,普通混凝土的组成材料 一、骨料,经济上：在不影响混凝土性能的条件下，在混凝土中尽可能多地加入骨料，以降低混凝土的成本；,骨料可提供混凝土很好的稳定性和比水泥石更好的耐久性。,4.2 普通混凝土的组成材料 一、,1,、,骨料的种类,按照骨料粒径,粗骨料：粒径大于,4.75mm,的岩石颗粒，如卵石、碎石,细骨料：粒径小于,4.75mm,的岩石颗粒，如河砂、山砂、,海砂,按照骨料的密度,普通骨料：堆积密度在,15201680kg/m,3,的骨料,密度在,2500,2700kg/m,3,轻骨料： 堆积密度,1120kg/m,3,的骨料,密度在,1000kg/m,3,重骨料： 堆积密度,2080kg/m,3,的骨料,密度在,3500,4000kg/m,3,如陶粒、煅烧页岩、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。,如铁矿石、重晶石等。,1、骨料的种类按照骨料粒径 如陶粒、煅烧页岩、膨胀蛭石,碎 石,卵 石,骨料的种类,碎 石卵 石骨料的种类,普通骨料,轻骨料,重骨料,骨料的分类,普通骨料轻骨料重骨料骨料的分类,骨料的种类,按照骨料来源分为：,天然岩石骨料：由天然岩石组成的骨料，如砂、卵石、碎石等。,按照岩石的主要成分分为：氧化硅矿物、碳酸盐矿物、氧化铁矿物、硫化物矿物、粘土矿物等。,人工骨料：,热加工骨料：膨胀页岩、膨胀蛭石等；,工业副产物：矿渣、铁渣、粉渣等；,再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土砖等。,骨料的种类按照骨料来源分为：,2.,混凝土中骨料的基本要求,具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量；,骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力；,含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分；,具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。,2.混凝土中骨料的基本要求 具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率,骨料用量对混凝土与净浆收缩比的影响,骨料用量对混凝土与净浆收缩比的影响,3,、,骨料的特性及对混凝土性能的影响,骨料的含水状态,骨料的密度,骨料的粒径与级配,骨料的孔隙率,骨料的形状,骨料的表面特征,骨料的弹性模量,骨料的强度,骨料的坚固性,骨料的硬度,混凝土配合比设计所要求,影响新拌混凝土性能,影响硬化混凝土性能,3、骨料的特性及对混凝土性能的影响骨料的含水状态混凝土配合比,(1),骨料的密度、表观密度与堆积密度,密度,测量 可用“排液法”直接测量砂、石骨料颗粒的密度。,直接测得的密度实际是骨料的表观密度，但由于砂、石的孔隙率小，将此法测得的密度为,视密度,密度。,大多数天然骨料的视密度为,2.43.0,。,堆积密度,测量 砂、石的堆积密度一般用固定体积法测量；,砂用,5,升的体积的质量确定；,石用,10,升体积的质量确定。,骨料堆积密度取决于颗粒粒径与级配,(1) 骨料的密度、表观密度与堆积密度 密度,天然岩石的密度,岩石种类,平均密度,密度范围,玄武岩,(Basalt),2.80,2.603.0,花岗岩,(Granite),2.69,2.603.0,砂岩,(Gritstone),2.69,2.602.9,角页岩,(Hornfels),2.82,2.703.0,石灰岩,(Limestone),2.66,2.52.8,斑岩,(Porphyry),2.73,2.602.9,石英岩,(Quartzite),2.62,2.62.7,天然岩石的密度岩石种类平均密度密度范围玄武岩(Basalt),(2),骨料的粒径及其分布,骨料粒径及其分布,粗骨料：最大粒径与颗粒级配；,细骨料：细度模数与颗粒级配。,骨料粒径与颗粒级配影响骨料堆积孔隙,颗粒级配合理可减少堆积孔隙；,单一粒径越大，堆积孔隙越多。,粒径及其分布影响的混凝土性能,混凝土的用水量；,混凝土的水泥用量；,新拌混凝土的和易性,混凝土的微裂缝,骨料粒径越大，堆积的空隙越多,(2) 骨料的粒径及其分布骨料粒径及其分布骨料粒径越大，堆积,关于骨料粒径及其分布的几个基本概念,颗粒级配,指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况,不同粒径颗粒的分布。,粗细程度,指的是不同粒径细骨料混合在一起的总体粗细程度,平均粒径大小。,最大粒径,指的是粗骨料公称粒级的上限,允许最大值。,关于骨料粒径及其分布的几个基本概念颗粒级配,1,）,砂子的颗粒级配与粗细程度,细度模数,M,x,细度模数,表征砂的粗细程度,，由,筛分法,测定。,细度模数越大，骨料,越粗，根据细度模数将砂分为：,细砂（,2.21.6,）；,中砂（,3.02.3,）；,粗砂（,3.73.1,）,。,级配曲线,级配曲线,表示不同粒径砂的颗粒搭配情况,；,根据级配曲线分为三个区：,、,、,；,级配间接反映了砂颗粒的堆积密度。,1）砂子的颗粒级配与粗细程度细度模数Mx,砂颗粒级配与细度模数的测定,筛分法,砂子标准筛：,9.50,4.75,2.36 1.18,0.60,0.30 0.15mm,共七个孔径的筛。,方法：将,500g,烘干的砂子试样由粗到细一次过筛，然后称出余留在各个筛上的砂子质量。,计算：各个筛上的余量为分计筛余,a,i,，各个筛及以上筛上的分计筛余的和为累计筛余,A,i,。,则：累计筛余,A,i,=,a,i,（,i = 1i,）,颗粒级配,然后用,A,i,作纵坐标，筛孔尺寸作横坐标，绘制,级配曲线或,级配区表,4.5,。,计算,细度模数,M,x,= (A,2,+A,3,+A,4,+A,5,+A,6,)-5A,1,/(100A,1,),砂颗粒级配与细度模数的测定筛分法,砂的级配曲线,砂的级配曲线,区砂：较粗，宜配制富混凝土或低流动性混凝土；,区砂：偏细，可使拌含物均匀稳定性好，但干缩大；,区砂：粗细适中，拌制混凝土较为理想。,区砂：较粗，宜配制富混凝土或低流动性混凝土；区砂：偏,问题？,砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？为什么？,答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗细程度的差别。,细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细度模数相同吗？,答：细度模数相同，级配不一定相同；但级配相同，细度模数一定相同。,问题？砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？为什么？,2,）,石子的颗粒级配与最大粒径,颗粒级配：,筛分法,测定。,连续级配,要求颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级骨料都占有适当比例，这种级配较好；,间断级配,是人为地剔除骨料中的某些粒级，造成粒级间断，大粒径骨料间的空隙由比其小几倍的小粒径颗粒填充，从而降低堆积空隙率。,最大粒径：,一般不超过,40mm,。,在条件允许的情况下，粗骨料的最大粒径应尽可能选得大些，可节约水泥。但过大混凝土和易性变差，易产生离析。,最大粒径的确定还受到结构截面尺寸、钢筋净距及施工条件的限制（见书,32,页）。,2）石子的颗粒级配与最大粒径,混凝土组成材料课件,（,3,）,骨料的形状与表面特征,骨料的形状,骨料颗粒的外观几何形状，对于粗骨料有：,等径颗粒,球形体颗粒：没有菱角和边；,多面体颗粒：有菱角和边。,针状颗粒,长度大于颗粒所属的平均粒径的,2.4,倍；,片状颗粒,厚度小于平均粒径的,0.4,倍。,骨料的表面特征,表面粗糙程度；,是否有菱角；,干净程度等。,等径颗粒骨料,针片状骨料颗粒,针片状,球状,（3）骨料的形状与表面特征骨料的形状等径颗粒骨料针片状骨料颗,表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？,表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆,影响混凝土的成本。,表面光滑且等径颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动,影响新拌混凝土的和易性。,粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大,影响混凝土中界面区的结合力。,影响混凝土的强度,骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高；,针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；,大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料,表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？表面粗糙和针片状颗粒需,（,4,）,骨料的含水状态,骨料含水有四种状态：,完全干燥,骨料表面及内部完全不含水；,气干,骨料表面完全不含水，而内部可能含少量水；,饱和面干,骨料的表面干燥而颗粒内部的孔隙含水饱和，此时的含水率为,饱和面干吸水率,。,含水湿润,骨料表面吸附水且湿润。,（4）骨料的含水状态 骨料含水有四种状态：,含水状态：完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,含水量：,不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量,完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润,含水状态：完全干燥 气 干,骨料含水量的影响,骨料的含水率以骨料的,干质量,为基数计算。,计算混凝土配合比时，应扣除骨料所含的水。,骨料在饱和面干状态时，既不会从混凝土中吸水，也不会给出水。所含的水对混凝土无有害作用。,湿润状态下的自由水将成为混凝土拌和水的一部分，影响混凝土的和易性、强度和耐磨性。,骨料含水量的影响骨料的含水率以骨料的干质量为基数计算。,（,5,）,骨料的有害杂质,有害杂质的种类：,粘土、泥块、云母；,硫酸盐、硫化物、有机质；,活性,SiO,2,；,针片状颗粒等。,有害杂质的危害：,影响水泥的水化、腐蚀水泥石；,影响混凝土的和易性,影响混凝土的强度与耐磨性；,增大混凝土的收缩；,引起碱骨料反应等。,含泥量很大的骨料,（5）骨料的有害杂质有害杂质的种类：含泥量很大的骨料,碱骨料反应,定义：,骨料中的活性,SiO,2,与水泥中的,Na,、,K,等碱金属离子间的形成碱硅酸盐凝胶的化学反应；,危害：,在骨料与水泥石的界面产生的碱硅酸盐凝胶吸水后体积膨胀，导致水泥石开裂；,原因：,水泥中的含碱,(Na,2,O,、,K,2,O),量,0.6%,骨料中含有活性,SiO,2,；,检验方法：,砂浆棒法，膨胀率,0.10%,。,碱硅酸盐凝胶,碱骨料反应定义：碱硅酸盐凝胶,（,6,）,骨料的坚固性与强度,骨料的坚固性,骨料不因干湿循环或冻融循环等气候变化而产生体积变化导致混凝土的劣化。,骨料的坚固性取决于孔隙率、裂缝和杂质。,粗骨料的强度对混凝土强度有一定影响，要求骨料强度是混凝土配制强度的,1.5,倍。,（6）骨料的坚固性与强度骨料的坚固性,1,）,砂子的坚固性,定义：,砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗碎裂的能力。,测试方法：,用硫酸钠溶液浸泡检验，试样经,5,次循环后其质量损失率作为其评价指标。,测试原理：,硫酸钠,(NaSO,4,10H,2,O),在砂的孔隙中结晶时将产生体积膨胀，使砂内部产生作用于孔壁的应力，如坚固性不好将会使砂碎裂。,1）砂子的坚固性定义：,2,）,石子的强度与坚固性,粗骨料强度,（教材,33,页表,4.8,、表,4.9,）,碎石：抗压强度（采石场、,C60,）、,压碎指标值,卵石：压碎指标值,立方体强度,用,50,50,50mm,3,的立方体,(,或,50,50,mm,的圆柱体,),岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度。,压碎指标,将气干状态下,1020mm,的石子，按一定方法装入特制的圆柱筒内，在,160300s,内加荷至,200kN,，卸荷后称取试样质量（,G,），然后用孔径为,2.5mm,的筛进行筛分，称取试样的筛余量（,G,1,）,。,压碎指标,=,(G-G,1,)/G,100%,坚固性,可直接用冻融循环或硫酸盐溶液进行快速检验石子的坚固性。,2）石子的强度与坚固性粗骨料强度（教材33页表4.8、表4.,P,P,骨料颗粒压碎强度试验示意图, 1.5,倍,（,1.2 1.7,）,混凝土强度,PP骨料颗粒压碎强度试验示意图 1.5倍,4.,混凝土,用砂的技术要求,混凝土用砂的级配曲线一般应在,区，以中砂为宜。,有害杂质含量 符合国家标准,(GB/T14684-2001),的要求。,坚固性 质量损失率,8%10%,。,表观密度应大于,2500kg/m,3,，堆积密度应大于,1350kg/m,3,空隙率应小于,47,。,经碱,-,骨料反应检验后，应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。,4. 混凝土用砂的技术要求 混凝土用砂的级配曲线一般应在区,5.,混凝土用石子的技术要求,最大粒径,D,max,要求：,中等强度的混凝土的最大粒径应,40mm,；,高等级混凝土应,25mm,。,对于钢筋混凝土，,D,max,结构断面尺寸的,1/4,、板厚的,1/2,，或钢筋间最小净距的,3/4,。,岩石强度与混凝土设计强度等级之比不应小于,150%,；,颗粒级配 符合,JGJ53-92,规定。,有害杂质含量 应符合表,4-4,的规定,5. 混凝土用石子的技术要求 最大粒径Dmax要求：,骨料最大粒径,( D,max,),混凝土类型,D,max,(mm ),大坝混凝土,150,普通混凝土,40,高强混凝土,25,（碎石）,15,（卵石）,活性粉末混凝土,0.6,骨料最大粒径 ( Dmax )混凝土类型,二、水泥,水泥品种的选择,工程性质及所处的环境；,施工条件；,混凝土的强度等级。,水泥强度等级：,为混凝土强度的,1.5,2,倍。,C30,（,32.5,）,C30(42.5),用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土，虽然满足强度要求的水泥用量少，但难以满足混凝土的,和易性和耐久性,的要求，,不可取,。,若用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土，满足强度要求的水灰比会很小，其,和易性,难以满足施工要求，,也不可取,。,二、水泥 水泥品种的选择,混凝土组成材料课件,三、水,一般河水、可饮用水，均可用来配制混凝土；,pH,4,及硫酸盐含量（,SO,3,）超过,1%,的水不能用于配制混凝土；,海水不允许用来配制钢筋混凝土；,含有对水泥水化有害的有机杂质的水不能用来拌制混凝土。,工业废水：需处理检验合格后才可使用。,三、水 一般河水、可饮用水，均可用来配制混凝土；,四、混凝土外加剂,外加剂,在混凝土中加入除四种主要组分以外的其它外加材料。,种类,化学外加剂和矿物外加剂：,矿物外加剂：掺加量在水泥质量,5%,以上的称为掺和料；,化学外加剂：掺加量在水泥质量,5%,以下的称为外加剂。,学习要求,掌握外加剂的重要种类；,物理化学特征；,作用机理；,应用及其负作用。,四、混凝土外加剂外加剂在混凝土中加入除四种主要组分以外,为什么要使用外加剂？,单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列技术问题,用水量与良好和易性间的矛盾；,施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求；,耐久性对低连通孔隙率的要求。,外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径；,现在有,70,80,以上的混凝土使用了外加剂；,外加剂的作用,改善混凝土拌合物的和易性；,加快或延缓凝结时间；,控制强度增长；,提高抗冻融、热开裂、碱骨料膨胀、硫酸盐侵蚀和钢筋锈蚀等作用下的耐久性；,节约水泥用量，降低成本；,减少放热速度，控制温升。,为什么要使用外加剂？单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决,1.,化学外加剂,种类：,按照组成有：有机质和无机质外加剂,有机质,表面活性物质,无机质,电解质盐类化合物,按照功能有：,改善和易性：减水剂、泵送剂、引气剂等；,调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等；,减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等；,提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等；,其它：防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。,1.化学外加剂种类：,混凝土外加剂的发展,1885,氯化钙,(,促凝剂,),的专利,1925,水密性外加剂,1930,铝 粉,(,发泡剂,),1932,萘磺酸甲醛缩合物,(,减水剂,),1938,引气剂,1938,早强剂与缓凝剂,1939,木质磺酸盐,(,减水剂,),1950,消泡剂,1955,冰点降低剂,1960,密胺树脂,(,减水剂,),1993,聚丙烯酸,(,减水剂,),1997,聚羧酸脂,(,减水剂,),混凝土外加剂的发展 1885,(1),减水剂,Water Reducers,减水剂,功能上能在和易性不变时，减少单位用水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性；或二者都具备又不改变含气量的外加剂。,组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表面活性物质。,种类：,减水效果,普通减水剂,(,也称,塑化剂，,Plasticiser),；,高效减水剂,(,也称超,塑化剂，,Superplasticiser),。,复合功能,早强减水剂；,缓凝减水剂；,引气减水剂。,(1) 减水剂 Water Reducers减水剂功,1),减水剂的组成与分子结构特点,减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的离子基团和碳氢分子链，其中：,离子基团是酸根离子或氨基，如：,SO,3,-,、,COO,-,、,NH,3,+,等；,碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。,其结构如下图所示：,阴离子基团,碳氢链,木质素磺酸盐的重复结构单元,1) 减水剂的组成与分子结构特点 减水剂都是表面活性剂，分子,2),减水剂的物理化学特征,可溶于水，能显著降低水的表面张力；,能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水固界面张力。,2) 减水剂的物理化学特征可溶于水，能显著降低水的表面张力；,3),减水剂的作用效果,通过湿润、润滑、分散、塑化等作用，能使水泥浆变稀、混凝土拌和流动性增大，从而，取得下列效果：,在保持用水量不变的条件下，增大坍落度，改善和易性，使混凝土易于浇注、成型密实；,在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比,(,水胶比,),，提高混凝土强度和抗渗性；,在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同时减少水泥用量。,坍落度,(inch),减水剂掺量,(,水泥质量的,),减水剂对混凝土拌合物坍落度的影响,当水灰比一定时，混凝土拌合物的坍落度随着减水剂掺量的增加而增大,水灰比,减水剂掺量,(,水泥质量的,),减水剂掺量对水灰比的影响,当坍落度恒定时，新拌混凝土的水灰比随着减水剂掺量的增加而减小,3) 减水剂的作用效果 通过湿润、润滑、分散,4),减水剂的作用机理,当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性：,水具有高表面张力,(,氢键分子结构,),水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力,当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面，离子基团朝向水，使水泥颗粒表面带有几毫伏的负电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构，释放其包含的水，改善分散性,静电排斥,作用；,由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸附层包裹在水泥颗粒表面，产生,空间位阻,效应，阻碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结构的形成。,加减水剂前的絮凝结构,减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附,加入减水剂后，絮凝结构被打破,4) 减水剂的作用机理当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均,减水剂分散水泥的机理,加减水剂前 加减水剂后,絮 凝,分 散,没加减水剂的水泥浆,加减水剂后的水泥浆,减水剂分散水泥的机理 加减水剂前,5),减水剂的品种及其应用,普通减水剂,高效减水剂,5) 减水剂的品种及其应用普通减水剂,普通减水剂,Water-reducer,特点：,一般含有杂质；,减水率较小，约,10%,；,有一些副作用；,主要品种,木质素磺酸盐,(,木钙，,),副作用：引进气泡多而大,羟基羧酸及其盐,(,如柠檬酸、葡萄糖酸钠等,),副作用：缓凝作用明显，有引气剂时会增大拌合物含气量,多元醇,(,如糖钙等,),；,副作用：缓凝但不影响含气量,普通减水剂 Water-reducer特点：,高效减水剂,High-range Water-reducer,特点：,具有较高的分子量，纯度较高；,减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高效；,副作用小。,种类：,改性木质素磺酸盐，较高分子量的纯木质素盐；,磺化密胺缩合树脂，一般是钠盐；,磺化萘甲醛缩合树脂，一般也是萘磺酸钠盐；,含有羧基和,/,或醚基的聚合物，如聚丙烯酸钠、聚羧酸酯，聚醚等；,高效减水剂的应用，成为混凝土技术发展里程一个重要的里程碑，应用它可以配制出流动性满足施工需要且水灰比低，因此强度很高的高强混凝土、可以自行流动成型密实的自密实混凝土，以及充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良好的高性能混凝土。,高效减水剂 High-range Water-reducer,减水剂的技术经济效果,在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落度增大,100200mm,；,在保持坍落度不变的情况下，使用水量减少,10%15%,，抗压强度增加,15%40%,；,在保持坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥,10%15%,；,混凝土的渗水性可降低,40%80%,；,可减慢水泥水化初期的放热速度，减少开裂现象。,不同减水剂的减水率,木质磺酸盐,515%,密胺树脂,525%,萘磺酸盐甲醛缩合物,1525%,聚丙烯酸盐,2030%,聚羧酸脂,2540%,减水剂的技术经济效果在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落,混凝土组成材料课件,减水剂使用中的几个注意的问题,减水剂,水泥相容性问题,混凝土拌合物坍落度损失问题,减水剂使用中的几个注意的问题减水剂水泥相容性问题,减水剂,水泥的相容性与坍落度损失,相容性，过去称“适应性”，是指减水剂与水泥之间是否有不利于减水剂效率发挥的相互作用。,相容性好表现为减水率大、坍落度损失小，拌合物和易性良好。,一般来说，,C,3,A,含量高的水泥与高效减水剂的相容性较差；此外，用含碱量大、放热量大的水泥时，通常相容性较差。,相容性好坏可以用净浆流动度测定方法评价,减水剂水泥的相容性与坍落度损失相容性，过去称“适应性”，是,减水剂,水泥的适应性,当水泥的,C,3,A,含量大于,6%,时，掺木质磺酸盐后反而会使混凝土的水灰比增大。,70,年代以后，萘系和密胺两个系列的高效减水剂开始在国内外逐步推广应用。但其中最大的障碍就是掺有这类外加剂后，混凝土坍落度损失迅速，无法满足长途运送与长距离泵送工艺的要求。,减水剂水泥的适应性 当水泥的C3A含量大于6%时，,延缓坍落度损失的措施,后掺法与多次添加法；,载体流化剂法；,与缓凝剂复合使用；,超剂量添加法；,开发新系列高效减水剂,。,延缓坍落度损失的措施 后掺法与多次添加法；,(2),引气剂,什么是引气剂？,能在混凝土拌和物中产生许多均匀分布的微小气泡,(,孔径为,0.012mm),，并在硬化后仍能稳定存在的外加剂。,组成特点：带有憎水基和亲水基的表面活性剂,物理化学特性：,可溶于水；,降低水的表面张力；,能吸附在气泡表面，使之稳定。,(2) 引气剂什么是引气剂？,1),引气机理,搅拌水可产生气泡，但很快消失，为什么？,水的表面张力是气泡不稳定！,水中加入引气剂后,水的表面张力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多气泡；,通过吸附于气泡表面形成单分子膜，减小液气界面能,(,表面张力,),，使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。,亲水基团,憎水基团,气泡,引气剂稳泡作用的机理,1) 引气机理 搅拌水可产生气泡，但很快消失，为什么？亲水基,2),引气剂的作用效果,改善拌和物的和易性，减少用水量,5%9%,，改善保水性，减少泌水性；,混凝土的抗渗性提高,50%,，抗冻标号提高,3,倍；,降低混凝土的强度，引入,1%,的空气，可使强度下降,56%,；,增大变形性，降低弹性模量，提高抗裂性和抗冲击性。,2) 引气剂的作用效果 改善拌和物的和易性，减少用水量5%,3),常用引气剂,松香热聚物；,松香皂；,烷基苯磺酸钠；,脂肪酸硫酸钠；,烷基酚环氧乙烷缩合物等。,其用量一般为水泥质量的,(0.51.2)/10000,问题？,减水剂与引气剂均是表面活性剂，那么，减水剂是否可当引气剂用？为什么？,答：不能！,因为减水剂没有稳泡作用，减水剂分子中的碳氢链是极性，与水有较强的相互作用；而引气剂分子的碳氢链是非极性的，完全憎水！,木质素磺酸盐的重复结构单元,松香酸,3) 常用引气剂 松香热聚物；问题？木质素磺酸盐的重复结构单,引气剂,水泥相容性,当粉煤灰存在时，引气剂掺量要成倍增大，特别是粉煤灰掺量很大、粉煤灰含碳高以及混凝土干稠时尤其突出。因此，很有必要开发新品种引气剂。,引气剂水泥相容性 当粉煤灰存在时，引气剂掺量,(3),调节混凝土凝结时间的外加剂,土木工程应用中，有时需调节混凝土的凝结时间。,例如：,隧道内衬、水下工程施工要求混凝土喷出后能迅速凝结；,道路修补工程要求混凝土早期强度高，以便早日开放交通；,冬天施工，要求混凝土强度增长快，以免冻坏；,大体积工程要求混凝土缓慢凝结，以免水化放热太快引起温度应力和变形开裂。,(3) 调节混凝土凝结时间的外加剂土木工程应用中，有时需调节,调节凝结时间的外加剂种类,早强剂,早强剂能加速新拌混凝土凝固，,提高混凝土早期强度，而对后期强度无显著影响的外加剂称为早强剂,。,防冻剂,在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂，它能降低冰点，促使水泥水化放热反应，达到抵抗冰体膨胀的临界强度,速凝剂,能使水泥混凝土急速凝结硬化,(15min,内初凝，,210min,内终凝,),的外加剂。,缓凝剂,能延缓水泥混凝土凝结硬化时间，并对后期强度无显著影响的外加剂,主要成分有：,氯化物：氯化钙、氯化钠；,硫酸盐：石膏、硫酸钠；,三乙醇胺以及复合早强剂。,主要成分有：水溶性铝酸盐、纯碱、碳酸钠，碱金属硅酸盐等。,主要成分有：氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐等。,主要成分：糖蜜、酒石酸、柠檬酸、硼酸盐、锌酸盐等。,调节凝结时间的外加剂种类早强剂主要成分有：主要成分有：水溶性,早强剂的作用机理,通过同离子效应，降低水泥水化物在水中的溶解度，促使水化物快速结晶沉淀；,形成结晶性很好、化学结合水量较大、且有一定膨胀性的不溶性复合盐水化物晶体，如氯铝酸钙、硫铝酸钙水化物，降低了孔隙率、加快了水泥浆结构的形成；,提高了水泥浆体的碱性，使水泥矿物的水化速度加快，如三乙醇胺；,早强剂使用中需注意的哪些问题？,早强剂的作用机理通过同离子效应，降低水泥水化物在水中的溶解度,速凝剂的作用机理,使水泥生产时掺入的起调凝作用的石膏分解，从而使,C3A,迅速水化；,速凝剂中的组分与硫酸钙反应生成能促进水泥水化的化合物；,水溶性的铝酸盐能迅速促进水泥浆的凝结硬化。,速凝剂的作用机理使水泥生产时掺入的起调凝作用的石膏分解，从而,缓凝剂的作用机理,缓凝剂分子吸附在水泥颗粒表面，屏蔽活性点，阻碍水泥的水化；,能产生多元酸根离子吸附在金属离子上，阻碍水泥水化物的结晶沉淀，从而延缓了水泥浆体结构的形成，使混凝土的凝结时间延缓几小时。,缓凝剂对水泥浆凝结时间的影响,缓凝剂的作用机理 缓凝剂分子吸附在水泥颗粒表面，屏蔽活性点，,2.,掺合料,问题？,混凝土中为什么要使用掺合料？,代替水泥，所以也称水泥代用材料,改善混凝土微结构，尤其是界面过渡区结构,改善混凝土性能，尤其是耐久性,保护生态环境，节约资源和能源,2. 掺合料问题？,主要矿物外加剂,(,掺合料,),的种类,粉煤灰,煤粉在锅炉中燃烧后的灰份；,磨细矿渣,高炉炼铁排出的废渣，经粉磨后使用；,硅灰,生产硅铁合金排出的烟气冷凝形成微细的粉末；,磨细石灰石粉,将石灰石骨料开采时的碎屑磨成粉末,主要矿物外加剂,(,掺合料,),的物理性质,性质,粉煤灰 磨细矿渣 硅粉 水泥,密度,2.1 2.9 2.2 3.15,粒径,(,m),1150 3200 0.010.5 0.1100,比表面积,(m,2,/kg),350 400 15000 350,氧化物 粉煤灰 磨细矿渣 硅粉 水泥,低钙 高钙,SiO,2,48 40 36 97 20,Al,2,O,3,27 18,9 2 5,Fe,2,O,3,9 8 1 0.1 4,MgO 2 4 11 0.1 1,CaO 3 20 40 64,Na,2,O 1 0.2,K,2,O 4 0.5,主要矿物外加剂,(,掺合料,),的化学组成,主要矿物外加剂(掺合料)的种类粉煤灰 主要矿物外加剂(,粉煤灰的生产,Fly Ash,煤粉,+,-,电收尘器,锅炉,炉底灰,粉煤灰,烟囱,粉煤灰的生产煤粉+-电收尘器锅炉炉底灰粉煤灰烟囱,磨细高炉矿渣的生产,铁水,熔融矿渣,高 炉,水 池,水淬,烘干、粉磨,球磨机,磨细高炉矿渣的生产铁水熔融矿渣高 炉水 池水淬烘干、粉磨球磨,加 密,硅铁合金厂,硅冶炼厂,烟罩,冷凝硅粉,200300kg/m,3,500600kg/m,3,硅灰的生产,加 密硅铁合金厂硅冶炼厂烟罩冷凝硅粉200300kg/m,矿物外加剂在混凝土中的作用,活性效应,填充效应,不同养护条件下混凝土强度发展,硅酸盐水泥,水泥,/,矿渣,水泥,/,粉煤灰,水泥,/,粉煤灰,水泥,/,矿渣,硅酸盐水泥,龄 期,20,C,标准养护,现场同温度养护,矿物外加剂在混凝土中的作用活性效应不同养护条件下混凝土强度发,硅粉的特性与应用,颗粒非常微细，在高效减水剂强烈的分散作用下，可填充水泥颗粒的间隙，从而进一步,降低水胶比，提高强度和抗渗透性能；,由于会使拌合物,粘聚性明显增大，并加剧自身收缩，通常限制掺量为,10%,以内；,由于表观密度小，运输时体积大、费用高，通常,只用于等级很高的混凝土（,100MPa,）,；,掺硅粉混凝土必须,尽早开始湿养护,，以避免开裂。,硅粉的特性与应用颗粒非常微细，在高效减水剂强烈的分散作用下，,