水泥混凝土配合比的优化设计

毕毕 业业 设设 计（论计（论 文）文）论文题目：论文题目： 水泥混凝土配合比的优化设计水泥混凝土配合比的优化设计2011 年 6 月 1 日水泥混凝土配合比的优化设计水泥混凝土配合比的优化设计【摘要摘要】本论文主要阐述了掺合料、外加剂在水泥混凝土的配合比中的优化作用。水泥混凝土是土木、建筑、水利以及许多工程中使用得十分广泛的材料，随着科学技术的不断发展，对水泥混凝土的各方面性能就会不为地提出各种新的要求。如何满足这些要求，可以有多种途径，而使用混凝土掺合料、外加剂则是其中一种效果显著、使用方便、经济合理的手段。特别是在客运专线，要求混凝土具有良好耐久性，使用寿命为100 年，必须按高性能混凝土的要求施工，因此高性能混凝土所用的高效减水剂更是必不可少的外加剂。目前，混凝土掺合料、外加剂已逐渐成为混凝土中除砂、石、水泥和水之外的、必不可少的第五组分材料。本文从水泥混凝土施工的经济性出发,分析探讨优化水泥混凝土配合比设计的经济适用性方法。说明了掺合料、外加剂分别对水泥混凝土的各个性能的优化作用，和对改善水泥混凝土的工作性能，并提高了混凝土的强度，降低了混凝土的施工成本。 关键词： 混凝土配合比坍落度 掺合料 硅粉 外加剂 Abstract:Abstract: This thesis mainly expounds admixtures, and admixture of cement concrete mixing in the optimization of the role. Cement concrete is civil and construction, water conservancy and many engineering use a wide range of materials, along with the development of science and technology, the various aspects of cement concrete performance will not put forward new requirements for all. How to meet these requirements, can have a variety of ways, and the use of concrete admixtures, and admixture is one of the effective, easy to use, economic and reasonable means. Especially in passenger dedicated line, requirements, the durability of concrete with good service life for 100 years, must according to requirements of high performance concrete construction, therefore high-performance concrete used the efficient jianshuiji is indispensable admixtures. At present, the concrete admixtures, admixtures has gradually become concrete except sand, stone, cement and water and necessary outside of composed points materials. This article from the cement concrete construction economy point of view, the analysis of cement concrete proportioning design optimization method of economic applicability. Explains the admixture of cement concrete respectively, and admixture of the optimization function of each performance, and to improve the performance of concrete, and increase the strength of concrete and reduce the concrete construction cost。KeyKey words:words: Concrete mixture slump admixtures Silicon powderadmixtures目目 录录1、水泥混凝土对原材料的技术要求.14141.1 水泥混凝土对水泥的技术要求 .20 1.2 水泥混凝土对矿物掺合料的技术要求.20 1.2.1 水泥混凝土对粉煤灰的技术要求.4 1.2.2 水泥混凝土对磨细矿渣粉的技术要求.5 1.2.3 水泥混凝土对磨硅粉的技术要求.5 1.3 水泥混凝土对粗、细骨料的技术要求.6 1.3.1 细骨料.6 1.3.2 粗骨料.6 1.4 水泥混凝土对拌合用水的技术要求.7 1.5 水泥混凝土对外加剂的技术要求.7 1.5.1 对外加剂性能的技术要求.7 2 2 水泥混凝土配合比的计算、试配、调整和确定及选定.9 92.1 混凝土配合比的计算 .10 2.2 混凝土配合比的试配、调整和确定.11 2.2.1 混凝土配合比的试配.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.2.2 混凝土配合比的调整和确定.2 2.2.3 混凝土配合比的选定.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3 3水泥混凝土加入掺合料的优化作用.错误！未定义书签。3.1 加入粉煤灰对混凝土的优化作用.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 3.1.1 掺入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.1.2 XXXX.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2 2改善混凝土其他性能的外加剂.错误！未定义书签。2.1 XXXXX.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.1.1 XXXX.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 2.1.2 XXXX.错误！未定义书签。错误！未定义书签。 结 束 语.21 致 谢.21 文 献.23 1 1、水泥混凝土对原材料的技术要求、水泥混凝土对原材料的技术要求 1.11.1 水泥混凝土对水泥的技术要求水泥混凝土对水泥的技术要求水泥应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥。在有充分实践经验证明可行的情况下，大体积混凝土也可选用矿渣硅酸盐水泥。水泥的混合材宜为粉煤灰或矿渣。有耐硫酸盐侵蚀要求的混凝土也可选用中级抗硫酸盐硅酸盐水泥或高级抗硫酸盐硅酸盐水泥。水泥的技术要求除应满足国家标准 GB175 的有关规定外，还应满足表 1.1.11.1.1 的规定。表表 1.1.11.1.1 水泥的技术要求序号项 目技术要求备 注1比表面积350m2/kg（硅酸盐水泥、抗硫酸盐硅酸盐水泥）按水泥比表面积测定方法（勃氏法） GB/T8074检验280m 方孔筛筛余10.0%（普通硅酸盐水泥）按水泥细度检验方法 (80m 筛筛析法)（GB/T1345）检验3游离氧化钙含量1.0%4碱含量0.80%按水泥化学分析方法（GB/T176）检验5熟料中的 C3A 含量非氯盐环境下8%，氯盐环境下10%按水泥化学分析方法（GB/T176）检验后计算求得6Cl-含量0.20%（钢筋混凝土）0.06%（预应力混凝土）按水泥原料中氯的化学分析方法 （JC/T420）检验注：1 当骨料具有碱硅酸反应活性时，水泥的碱含量不应超过 0.60%。2 C40 及以上混凝土用水泥的碱含量不宜超过 0.60%。1.2 水泥混凝土对矿物掺合料的技术要求水泥混凝土对矿物掺合料的技术要求 矿物掺和料应选用品质稳定的产品，其品种宜为粉煤灰、磨细粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰。1.2.11.2.1 粉煤灰的技术要求应满足表粉煤灰的技术要求应满足表 1.2.1-11.2.1-1 的规定的规定。表 1.2.1-11.2.1-1 粉煤灰的技术要求技术要求序号名 称C50 以下混凝土C50 及以上混凝土备 注1细度，%2012按用于水泥和混凝土中的粉煤灰 （GB/T 1596）检验2Cl-含量，%不宜大于 0.02按水泥原料中氯的化学分析方法（JC/T420）检验3需水量比，%105100按用于水泥和混凝土中的粉煤灰 （GB/T 1596）检验4烧失量，%5.03.0按水泥化学分析方法（GB/T176）检验5含水率，%1.0(对干排灰而言)按用于水泥和混凝土中的粉煤灰 （GB/T 1596）检验6SO3含量，%3按水泥化学分析方法（GB/T176）检验1.2.21.2.2 磨细矿渣粉的技术要求应满足表磨细矿渣粉的技术要求应满足表 1.2.2-11.2.2-1 的规定。的规定。表 1.2.2-11.2.2-1 磨细矿渣粉的技术要求序号名 称技术要求备 注1MgO 含量，%142SO3含量，%43烧失量，%3按水泥化学分析方法（GB/T176）检验4Cl-含量，%不宜大于 0.02按水泥原料中氯的化学分析方法 （JC/T420）检验5比表面积，m2/kg350500按水泥比表面积测定方法（勃氏法） GB/T8074检验6需水量比，%100按高强高性能混凝土用矿物外加剂（GB/T18736）检验7含水率，%1.0按用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉（GB/T18046）检验8活性指数，%28d95按用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉（GB/T18046）检验1.2.31.2.3 硅粉的技术要求应满足表硅粉的技术要求应满足表 1.2.3-11.2.3-1 的规定的规定。表 1.2.2-11.2.2-1 硅粉的技术要求序号名 称技术要求备 注1烧失量，%6按水泥化学分析方法（GB/T176）检验2Cl-含量，%不宜大于 0.02按水泥原料中氯的化学分析方法 （JC/T420）检验3SiO2含量，%854比表面积，m2/kg 180005需水量比，%125按高强高性能混凝土用矿物外加剂 （GB/T18736）检验6含水率，%3.0按水泥化学分析方法（GB/T176）检验7活性指数，%28d85按高强高性能混凝土用矿物外加剂 （GB/T18736）检验1.31.3 水泥混凝土对粗、细骨料的技术要求水泥混凝土对粗、细骨料的技术要求 1.3.11.3.1 细骨料细骨料（1 1）细骨料应选用级配合理、质地均匀坚固、吸水率低、空隙率小的洁净天然河砂，也可选用采用专门磨机机组生产的人工砂。不宜使用山砂。在不具备可靠冲洗条件的情况下，不得使用海砂。（2 2） 细骨料的颗粒级配（累计筛余百分率）应满足表 1.3.1-11.3.1-1 的规定。表 1.3.1-11.3.1-1 细骨料的累计筛余百分率（% %）级配区筛孔尺寸，mm区区区10.00005.005.001001001002.503552501501.25653550102500.630.638571704140160.3159580927085550.1600.160100901009010090除 5.00mm 和 0.63mm 筛档外，细骨料的实际颗粒级配与表 1.3.1-11.3.1-1 中所列的累计筛余百分率相比允许稍有超出分界线，但其总量不应大于 5%。（3 3） 细骨料的粗细程度按细度模数分为粗、中、细 3 种规格，其细度模数分别为：粗砂 3.73.73.13.1中砂 3.03.02.32.3细砂 2.22.21.61.6配制混凝土时宜优先选用中砂。当采用粗砂时，应提高砂率，并保持足够的水泥用量，以满足混凝土的和易性；当采用细砂时，宜适当降低砂率。当所用细骨料的颗粒级配不符合表 1.3.1-11.3.1-1 的要求时，应采取经试验证明能确保工程质量的技术措施后，方允许使用。（4 4） 细骨料的吸水率应不大于 2%，细骨料的坚固性用硫酸钠溶液循环浸泡法检验，经 5 次循环后试样的质量损失率应不超过 8%。1.3.21.3.2 粗骨料粗骨料（1 1） 粗骨料应选用级配合理、粒形良好、质地均匀坚固、线膨胀系数小的洁净碎石，也可采用碎卵石，不宜采用砂岩碎石。（2 2） 粗骨料的最大公称粒径不宜超过钢筋混凝土保护层厚度的 2/3，且不得超过钢筋最小间距的 3/4。配制强度等级 C50 及以上预应力混凝土时，粗骨料最大公称粒径（圆孔）不应大于 25mm。(3)(3) 粗骨料应采用二级或多级级配，其松散堆积密度应大于 1500kg/m3，紧密空隙率宜小于 40%，吸水率应小于 2（用于干湿交替或冻融环境条件下的混凝土应小于1） 。(4)(4) 粗骨料的有害物质含量应符合表 1.3.2-11.3.2-1 的规定。表 1.3.2-11.3.2-1 粗骨料的有害物质含量限值项目 强度等级C30C30C45C50含泥量，%1.01.00.5泥块含量，%0.25针、片状颗粒总含量，%10108硫化物及硫酸盐含量（折算成 SO3） ，%1.0卵石中有机质含量（用比色法试验）颜色不应深于标准色。当深于标准色时，应配制成混凝土进行强度对比试验，抗压强度比不应小于 0.95。1.4 水泥混凝土对拌合用水的技术要求水泥混凝土对拌合用水的技术要求1.1. 混凝土拌和水应满足表 1.4.1-11.4.1-1 的规定。表 1.4.1-11.4.1-1 拌和用水的品质指标项 目预应力混凝土钢筋混凝土素混凝土pH 值4.54.54.5不溶物，mg/L200020005000可溶物，mg/L2000500010000氯化物（以 Cl-计） ，mg/L50010003500硫酸盐（以 SO42-计） ，mg/L60020002700碱含量（以当量 Na2O 计） ，mg/L1500150015002 2 用拌和水和蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）进行水泥净浆试验所得的水泥初凝时间差及终凝时间差均不得大于 30min，其初凝和终凝时间尚应符合水泥国家标准的规定。3 3 用拌和水配制的水泥砂浆或混凝土的 28d 抗压强度不得低于用蒸馏水（或符合国家标准的生活饮用水）拌制的对应砂浆或混凝土抗压强度的 90%。4 4 拌和水不得采用海水。当混凝土处于氯盐环境时，拌和水中 Cl-含量应不大于200mg/L。对于使用钢丝或经热处理钢筋的预应力混凝土，拌和水中 Cl-含量不得超过350mg/L。5 5 养护用水除不溶物、可溶物可不作要求外，其它项目应符合表 1.4.1-11.4.1-1 的规定。不得采用海水养护混凝土。1.5 水泥混凝土对外加剂的技术要求水泥混凝土对外加剂的技术要求 外加剂应采用减水率高、坍落度损失小、适量引气、能明显改善或提高混凝土耐久性能的质量稳定产品。外加剂与水泥之间应有良好的相容性。1.5.11.5.1 外加剂的性能应满足表外加剂的性能应满足表 1.5.1-11.5.1-1 的要求的要求。表 1.5.1-11.5.1-1 外加剂的性能指标序号项 目指 标备 注1水泥净浆流动度，mm2402硫酸钠含量，%5.03氯离子含量，%0.24总碱量（Na2O+0.658K2O）,%10.0按混凝土外加剂匀质性试验方法（GB/T8077）检验5减水率，%20用于配制非抗冻混凝土时3.06含气量，%用于配制抗冻混凝土时4.5按混凝土外加剂（GB8076）检验30min1807坍落度保留值，mm60min150按混凝土泵送剂（JC473）检验8常压泌水率比，%20按混凝土外加剂（GB8076）检验9压力泌水率比，%90按混凝土泵送剂（JC473）检验3d1307d12510抗压强度比，%28d12011对钢筋锈蚀作用无锈蚀12收缩率比，%13513相对耐久性指标，%，200 次80按混凝土外加剂（GB8076）检验注：坍落度保留值、压力泌水率比仅对于泵送混凝土用外加剂而言。3 3 外加剂的匀质性应满足国家标准混凝土外加剂的规定2 2 水泥混凝土配合比的计算、试配、调整和确定及选定水泥混凝土配合比的计算、试配、调整和确定及选定为了统一普通混凝土配合比设计方法，满足设计和施工要求，确保混凝土工程质量且达到经济合理；凝土应根据强度等级、耐久性等要求和原材料品质以及施工工艺等进行配合比设计。普通混凝土的配合比应根据原材料的性能及混凝土的技术要求进行计算，并进行试验室试配、调整后确定。混凝土的配合比可按下列步骤计算（以干燥状态骨料为基准；矿物掺和料和外加剂的掺量均以胶凝材料总量百分率计） 、试配和调整：1、核对供应商提供的水泥熟料的化学成分和矿物组成、混合材种类和数量等资料，并根据设计要求，初步选定混凝土的水泥、矿物掺和料、骨料、外加剂、拌和水的品种以及水胶比、胶凝材料总用量、矿物掺和料和外加剂的掺量。2、参照普通混凝土配合比设计规程的规定计算单方混凝土中各原材料组分用量，并核算单方混凝土的总碱含量和氯离子含量是否满足要求。否则应重新选择原材料或调整计算的配合比，直至满足要求为止。3、采用工程中实际使用的原材料和搅拌方法，通过适当调整混凝土外加剂用量或砂率，调配出坍落度、含气量、泌水率、表观密度符合要求的混凝土配合比。试拌时，每盘混凝土的最小搅拌量应在 15 L 以上。该配合比作为基准配合比。4、适当改变基准配合比的水胶比、胶凝材料用量、矿物掺和料掺量、外加剂掺量或砂率等参数，调配出拌和物性能与要求值基本接近的配合比 35 个。5、按要求对上述不同配合比混凝土制作力学性能和抗裂性能对比试件，按规定养护至规定龄期时进行试验。6、从上述配合比中优选出拌和物性能和抗裂性优良、抗压强度适宜的一个或多个配合比各成型一组或多组耐久性试件，按规定养护至规定龄期时进行试验。7、根据上述不同配合比对应混凝土拌和物的性能、抗压强度、抗裂性以及耐久性能试验结果，按照工作性能优良、强度和耐久性满足要求、经济合理的原则，从不同配合比中选择一个最适合的配合比作为理论配合比。8、采用工程实际使用的原材料拌和混凝土，测定混凝土的表观密度。根据实测拌和物的表观密度，求出校正系数，对理论配合比进行校正（即以理论配合比中每项材料用量乘以校正系数后获得的配合比作为混凝土配合比） 。校正系数按下式计算：校正系数 = 实测拌和物表观密度/理论配合比拌和物表观密度9、当混凝土的力学性能或耐久性能试验结果不满足设计或施工要求时，应重选择混凝土配合比参数，并按照上述步骤重新试拌和调整混凝土配合比，直至满足要求为止。10、当混凝土的原材料品质、施工环境气温发生较大变化时，应及时对混凝土的配合比进行调整。2.12.1 混凝土配合比的计算混凝土配合比的计算2.1.1 进行混凝土计算时，其计算公式的数值均以干燥状态的骨料为准，当以饱和面料干骨料基准为计算时，则应进行相应的修正。 2.1.2 计算配合比应按下列步骤进行计算：1、计算配制强度 fcu,o 并求相应的水灰比； 2、选取每立方米混凝土的用水量，并计算出每立方米混凝土的水泥用量；3、选取砂率，计算粗骨料和细骨料的用量，并提出供配用的计算配合比。 2.1.3 每立方米的混凝土的用水量（mwo）。 2.1.4 每立方米的混凝土的水泥用量(mco)按下列计算；2.1.5 粗骨料和细骨料用量的确定，应符合下列计算；1 、当采用重量法时，应按下列公式计算； Mco+Mgo+Mso+Mwo=Mcp 式中 Mco ：每立方米混凝土的水泥用量（kg）； Mgo ：每立方米混凝土的粗骨料用量（kg）； Mso : 每立方米混凝土的细骨料用量（kg）； Mwo ：每立方米混凝土的水用量（kg）； Mcp ：每立方米混凝土拌合物的假定重量（kg）。2、当采用体积法时，应按下列公式计算：2.22.2 混凝土配合比的试配、调整与确定混凝土配合比的试配、调整与确定2.2.12.2.1 混凝土配合比的试配混凝土配合比的试配 1、进行混凝土配合比试配时应采用工程中实际使用的原材料，宜于生产使用的方法CWmwomco/%100MsoMgoMsoss）：砂率（%cMcogMgosMsowMwo01.01%100MsoMgoMsoscgsw3/31002900,3/mkgmkg可取）：水泥密度（,3/）：粗骨料的表观密度（mkg3/1000,3/mkgmkg可取）：水的密度（。为比，：混凝土的含气量百分1,3/）：细骨料的表观密度（mkg相同。按计算配合比计算时首先进行搅拌，以检查拌合物的性能。当试拌得出的拌合物坍落度不能直接满足要求，或粘聚性和保水性不好时，应在保证水灰比不变的条件下相应调整用水量和砂率。直到符合要求为止。然后提出供混凝土强度实验用的基准配合比。 2、混凝土强度试验时至少采用三个配合比。当采用三个不同的配合比时，其中一个应为基准配合比，另外两个配合比的水灰比，宜较基准配合比分别增加和减少 0.05；用水量与基准配合比相同，砂率可分别增加和减少 1%。当不同水灰比的拌合物坍落度与要求值的差超过允许偏差时，可通过增、减用水量进行调整。 3、制作混凝土试块强度试验试件时，应检查混凝土拌合物的坍落度、粘聚性、保水性及拌合物的表观密度，并以此结果作为代表相应配合比的混凝土拌合物的性能。 4、进行混凝土强度试验试件时，没种配合比的至少应制作一组（3 块）试件，标准养护到 28 天时试压。2.2.22.2.2 混凝土配合比的调整与确定混凝土配合比的调整与确定 根据试验得出的混凝土强度与其相对应得水灰比（w/c）关系，用作图或计算法求出与混凝土配制强度（fcu.o）相应的水灰比，并按下列原理确定每立方米混凝土的材料用量。 1 用水量（mw）应在基准配合比用水量的基础上，根据制件强度试件时测得的坍落度或维勃稠度进行调整确定； 2 水泥用量（mc）应以用水量乘以选定出来的水灰比计算确定； 3 粗骨料和细骨料用量（mg 和ms）应在基准配合比的粗骨料和细骨料用量的基础上，按选定的水灰比进行调整后确定。2.2.32.2.3 混凝土配合比的选定混凝土配合比的选定混凝土的配合比应根据混凝土原材料品质、设计强度等级、耐久性以及施工工艺对工作性的要求，通过试配、调整等步骤选定。配制的混凝土拌和物应满足施工要求，配制成的混凝土应满足设计强度、耐久性等质量要求。选定混凝土配合比应遵循如下基本规定：1 1、为提高混凝土的耐久性，改善混凝土的施工性能和抗裂性能，混凝土中应适量掺加优质的粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰等矿物掺和料。不同矿物掺和料的掺量应根据混凝土的性能通过试验确定。一般情况下，矿物掺和料掺量不宜小于胶凝材料总量的20%。当混凝土中粉煤灰掺量大于 30%时，混凝土的水胶比不宜大于 0.45。预应力混凝土以及处于冻融环境中的混凝土的粉煤灰的掺量不宜大于 30%。2 2 、C30 及以下混凝土的胶凝材料总量不宜高于 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。3 3、不同环境条件下素混凝土结构的混凝土的水胶比、胶凝材料用量应满足相应的规定。4 4 、混凝土中宜掺加符合本指南要求且能提高混凝土耐久性能的混凝土外加剂，优先选用多功能复合外加剂。5 5、钢筋混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的 0.10%，预应力混凝土结构的混凝土氯离子总含量不应超过胶凝材料总量的 0.06。6 6、混凝土的坍落度宜根据施工工艺要求确定。在条件许可的条件下，应尽量选用低坍落度的混凝土施工。3 3 水泥混凝土加入掺合料的优化作用水泥混凝土加入掺合料的优化作用3.13.1 加入粉煤灰对混凝土的优化作用加入粉煤灰对混凝土的优化作用粉煤灰是燃烧煤粉后收集到的灰粒，亦称飞灰，其化学成分主要是SiO2（4565%） 、Al2O3（2035%）及 Fe2O3（510%）和 CaO（5）等，粉煤灰掺入混凝土后，不仅可以取代部分水泥，降低混凝土的成本，保护环境，而且能与水泥互补短长，均衡协合，改善混凝土的一系列性能，粉煤灰混凝土具有明显的技术经济效益3.1.13.1.1 掺入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性掺入粉煤灰可改善新拌混凝土的和易性 新拌混凝土的和易性受浆体的体积、水灰比、骨料的级配、形状、孔隙率等的影响。掺用粉煤灰对新拌混凝土的明显好处是增大浆体的体积，大量的浆体填充了骨料间的孔隙，包裹并润滑了骨料颗粒，从而使混凝土拌和物具有更好的粘聚性和可塑性。3.1.23.1.2 粉煤灰可抑制新拌混凝土的泌水粉煤灰可抑制新拌混凝土的泌水 粉煤灰的掺入可以补偿细骨料中的细屑不足，中断砂浆基体中泌水渠道的连续性，同时粉煤灰作为水泥的取代材料在同样的稠度下会使混凝土的用水量有不同程度的降低，因而掺用粉煤灰对防止新拌混凝土的泌水是有利的。 3.1.33.1.3 掺用粉煤灰，可以提高混凝土的后期强度掺用粉煤灰，可以提高混凝土的后期强度 有试验资料表明，在混凝土中掺入粉煤灰后，随着粉煤灰掺量的增加，早期强度（28 天以前）逐减，而后期强度逐渐增加。粉煤灰对混凝土的强度有三重影响：减少用水量，增大胶结料含量和通过长期火山灰反应提高强度。 当原材料和环境条件一定时，掺粉煤灰混凝土的强度增长主要取决于粉煤灰的火山灰效应，即粉煤灰中玻璃态的活性氧化硅、氧化铝与水泥浆体中的 Ca(OH)2 作用生成碱度较小的二次水化硅酸钙、水化铝酸钙的速度和数量。粉煤灰在混凝土中，当Ca(OH)2 薄膜覆盖在粉煤灰颗粒表面上时，就开始发生火山灰效应。但由于在 Ca(OH)2薄膜与粉煤灰颗粒表面之间存在着水解层，钙离子要通过水解层与粉煤灰的活性组分反应，反应产物在层内逐级聚集，水解层未被火山灰反应产物充满到某种程度时，不会使强度有较大增长。随着水解层被反应产物充满，粉煤灰颗粒和水泥水化产物之间逐步形成牢固联系，从而导致混凝土强度、不透水性和耐磨性的增长，这就是掺粉煤灰混凝土早期强度较低、后期强度增长较高的主要原因。 3.1.43.1.4 掺粉煤灰可降低混凝土的水化热掺粉煤灰可降低混凝土的水化热 混凝土中水泥的水化反应是放热反应，在混凝土中掺入粉煤灰由于减少了水泥的用量可以降低水化热。水化放热的多少和速度取决于水泥的物理、化学性能和掺入粉煤灰的量，例如，若按重量计用粉煤灰取代 30的水泥时，可使因水化热导致的绝热温升降低 15左右。众所周知，温度升高时水泥水化速率会显著加快，研究表明：与 20相比，30时硅酸盐水泥的水化速率要加快 1 倍。一些大型、超大型混凝土结构，其断面尺寸增大，混凝土设计强度等级提高，所用水泥强度等级高，单位量增大，施行新标准后水泥的粉磨细度加大，这些因素的叠加，导致混凝土硬化过程温升明显加剧，温峰升高，这是导致许多混凝土结构物在施工期间，模板刚拆除时就发现大量裂缝的原因。粉煤灰混凝土可减少水泥的水化热，减少结构物由于温度而造成的裂缝。 3.23.2 加入纤维素纤维对混凝土的优化作用加入纤维素纤维对混凝土的优化作用纤维素明显延缓水泥的凝结和硬化,通常降低水泥水化热的释放速度和峰值,延迟水泥水化产物的生成,影响水化产物的形貌和水泥浆的孔结构。纤维素影响水泥水化的主要机理包括吸附、阻碍水泥颗粒的溶解以及延缓水化产物的成核和生长。纤维素对水泥水化的延迟与水泥的化学组成和纤维素的化学结构密切相关,纤维素溶液阻碍离子扩散也是水泥水化延迟的原因。3.33.3 加入硅粉对混凝土的优化作用加入硅粉对混凝土的优化作用硅粉是一种高效的活性掺合料，能够显著提高混凝土的强度、抗渗性，抗冻性和耐久性。抗压强度是混凝土的基本性能,为了提高耐久性,混凝土必须具有高强度。与普通混凝土相比,高性能混凝土中通常水胶比很低、高效减水剂用量大,以及使用硅粉。降低水胶比,总水化热降低,早期相对强度增长较快;硅粉掺入混凝土中,可以获得高强度混凝土,硅粉在混凝土中起到填充和火山灰材料作用,大大降低了水泥水化浆体中的孔隙尺寸,改善了孔隙的分布,于是使混凝土强度提高和渗透性降低。硅粉又称硅灰,是铁合金厂在冶炼铁合金或金属硅时,从烟尘中收集的一种飞灰。硅粉的组成中,86%96%是一种漂亮的球状体,粒径为 1m 以下,平均粒径为 0.1m 左右,密度为 2.2g/cm3,松堆密度只有 0.18g/cm3,其孔隙率高达 90%以上,其比表面积在13000m3/kg20000m3/kg 之间。对已知硅铁合金冶炼炉所生产的硅粉,具有相对稳定的化学成分,SiO2 含量最高,其是非晶质的,易溶于碱溶液中。3.3.13.3.1 硅粉的填充性和火山灰活性硅粉的填充性和火山灰活性硅粉具有独特的细度,无定型的 SiO2 含量高,这使其适于代替一部分胶凝材料,小的球状硅粉填充于水泥颗粒之间,使胶凝材料具有更好的级配。硅粉提高混凝土强度的关键在于提高了水泥浆体与集料之间的粘结强度。硅粉的作用为降低泌水、防止水分在集料下表面凝聚,从而提高界面过渡区的密实度和减小界面过渡区的厚度,硅粉与粉煤灰一样,具有火山灰活性。硅粉含有大量的非晶质硅和超细粉末,在水泥水化初期与Ca(OH)2 反应,从而提高了混凝土的强度。硅粉掺入水泥石中,填充了水泥浆部分微细空隙,减小了水泥中的孔隙率,使水泥石致密化,提高了强度,降低了透水性和透气性。由压汞法测定,在掺入硅粉的水泥石中,0.1m 以上的大孔径数量有所降低。3.3.23.3.2 与混凝土流动性、需水量及高效减水剂的关系与混凝土流动性、需水量及高效减水剂的关系在小掺量情况下,小的球状硅粉颗粒可填充粗颗粒水泥之间的部分空间,使细颗粒的粒度分布更为合理,而且能置换出部分水泥颗粒间的填充水,置换出的这部分水能改善混凝土的流动性。但是,硅粉的比表面积很大,在较多的掺量下,硅粉会使混凝土所需的拌合水量增加。关于硅粉的取代量与需水量的关系,在坍落度相同的情况下,硅粉取代水泥量越大,其需水量越多;在硅粉不同掺量情况下,掺硅粉的混凝土需水量增加可通过掺加减水剂得以补偿,使混凝土的坍落度相对固定,需水量不变;掺入硅粉可提高水泥浆体的稠度,降低泌水量。3.3.33.3.3 硅粉对混凝土中含气量的影响硅粉对混凝土中含气量的影响在混凝土中掺入硅粉,会降低混凝土中含气量,要获得所需要的含气量,需要掺入较多的引气剂。3.3.43.3.4 硅粉对混凝土凝结时间与水化热的影响硅粉对混凝土凝结时间与水化热的影响掺入硅粉的混凝土,不含减水剂时,与不掺减水剂的混凝土相比,其凝结时间会延长,特别是硅粉含量高时。以硅粉代替部分水泥,能降低水泥水化热但不降低强度。3.3.53.3.5 硅粉对混凝土强度发展的影响硅粉对混凝土强度发展的影响用不同硅粉掺量取代水泥,不掺减水剂,保持混凝土的坍落度为一定值,28d 强度,除掺 5%硅粉的混凝土强度与基准混凝土相同外,其他大掺量硅粉混凝土的强度均低于基准混凝土,掺量越大,强度越低。这是因为硅粉取代量大, ,造成强度降低。但如果掺入高效减水剂,则情况大不一样,含硅粉的混凝土强度高于基准混凝土强度,故掺硅粉混凝土必须与高效减水剂同时使用。3.3.63.3.6 硅粉取代量对混凝土收缩的影响硅粉取代量对混凝土收缩的影响硅粉掺入混凝土中,发生“内收缩”作用。硅粉混凝土的总孔隙率小,其中气孔更少,毛细孔与胶孔相对要多一些,其中存在着受毛细管力作用的可蒸发水。在混凝土中掺入硅粉,随着硅粉的掺量增加,混凝土的干缩会增大。3.3.73.3.7 硅粉对混凝土耐久性的影响硅粉对混凝土耐久性的影响掺入硅粉能明显降低硬化水泥浆的孔隙率,因此掺入硅粉混凝土能提高其抗渗性;掺入硅粉能降低混凝土中 Ca(OH)2 含量,降低侵蚀化学药品的扩散速率,也降低了各种硫酸盐离子与 Ca(OH)2 反应生成钙矾石所造成膨胀的危害性;由于碱骨料反应形成碱硅凝胶,在潮湿条件下,产生膨胀,使混凝土结构产生裂缝。用天然沸石粉、粉煤灰和磨细矿渣等掺入混凝土中,可以抑制碱骨料反应。但是,如果再掺入 10%15%的硅粉,能更有效地抑制碱骨料反应;由于硅粉的填充和火山灰作用,硅粉在混凝土中使孔溶液净化,从而提高了小毛细孔中的冰点;硅粉可以填充水泥石中的粗孔,大大改善了水泥石的孔结构,从而提高水泥石强度和抗磨蚀性能。因此混凝土中掺加硅粉是提高水泥石抗冲磨性能的有效途径之一。4 4、水泥混凝土外加剂主要功能、水泥混凝土外加剂主要功能混凝土外加剂是一种混凝土搅拌之前或搅拌过程中加入的、用以改善心新搅拌混凝土和硬化混凝土性能的材料。混凝土外加剂按其主要使用功能分为四类：一、改善混凝土拌合物流动性能的外加剂，例如减水剂和泵送剂。二、 调节混凝土凝结时间、硬化性能的外加剂，例如缓凝剂和速凝剂。三、 改善混凝土耐久性的外加剂，例如防水剂、阻锈剂和矿物外加剂等。四、 改善混凝土其他性能的外加剂，例如膨胀剂、防冻剂和着色剂。因为混凝土外加剂的作用及功能往往不是单一的。比如，泵送剂一定会有高效减水剂的功能，还可能有缓凝剂的功能，还可能有保水剂的功能。因此，一种外加剂究竟可以归为什么样的外加剂，主要还要视使用时以何功能为主，这一点应引起广大试验人员注意。同时，由于同一种外加剂有多项功能，比如糖蜜类减水剂，它自然就带有较强的缓凝作用，再如膨胀剂，由于它的膨胀机理，必定会强化混凝土的结构，从而缩短混凝土凝结时间，增大混凝土的坍落度损失等，提高早期强度，因此在施工中，选择外加剂时，要根据工程要求，充分考虑外加剂的主要功能，抑制副作用 。4.14.1 混凝土减水剂混凝土减水剂混凝土减水剂是混凝土所有外加剂中使用最广泛、能改善混凝土多种性能的外加剂。当减水剂加入混凝土中，在保持流动性不变的情况下能减少混凝土的单位体积内的用水量。这是混凝土外加剂的基本性质。高效减水剂的减水率在 12%以上，在高性能混凝土中使用的减水剂减水率要达到 20%以上。4.1.14.1.1 减水剂对混凝土性能的作用机理减水剂对混凝土性能的作用机理减水剂的功能是在不减少水泥用水量的情况下，改善新拌混凝土的工作度，提高混凝土的流动性；在保持一定工作度下，减少水泥用水量，提高混凝土的强度；在保持一定强度情况下，减少单位体积混凝土的水泥用量，节约水泥；改善混凝土拌合物的可泵性以及混凝土的其它物理力学性能。当混凝土中掺人高效减水剂后，可以显著降低水灰比，并且保持混凝土较好的流动性。通常而言，高效减水剂的减水率可达 20%左右，而普通减水剂的减水率为 10%左右。目前，一般认为减水剂能够产生减水作用主要是由于减水剂的吸附和分散作用所致。因此，在施工中为了较好地润滑水泥颗粒，并达到分散的目的，就必须在拌合时相应地增加用水量，而这种用量的水远远超过水泥水化所需的水，从而导致水泥石结构中形成孔隙，致使其物理力学性能下降，从而留下缺陷，加速了混凝土因各种外界环境条件的作用而劣化，导致耐久性性能下降。加人混凝土减水剂就是将这些多余的水分释放出来，使之用于润滑水粒颗粒，减少拌合水用量，因而提高混凝土物理力学性能和耐久性性能。混凝土中掺人减水剂后，可在保持水灰比不变的情况下增加流动性。普通减水剂在保持水泥用量不变的情况下，使新拌混凝土坍落度增大 10cm 以上，高效减水剂可配制出坍落度达到 25 cm 的混凝土。减水剂除了有吸附分散作用外，还有湿润和润滑作用。水泥加水拌合后，水泥颗粒表面被水所湿润，而这种湿润状况对新拌混凝土的性能影响甚大。湿润作用不但能使水泥颗粒有效地分散，亦会增加水泥颗粒的水化面积，影响水泥的水化速率。减水剂中的极性憎水基团定向吸附于水泥颗粒表面上，而亲水基团向外定向排列。亲水基团很容易和水分子以氢键形式结合。由于水泥颗粒表面均带相同的电荷，从则由于静电相斥作用而分散。由于减水剂的吸附分散作用、湿润作用和润滑作用，因的水就能容易地而只要使用少量将混凝土拌合均匀，从而改善了新拌混凝土的流动性。4.24.2 其他的外加剂对混凝土的作用其他的外加剂对混凝土的作用4.2.14.2.1 缓缓凝剂及缓凝减水剂的主要功能凝剂及缓凝减水剂的主要功能a.延缓水泥的反应速度，从而达到降低水泥水化初期的水化热，降低水化热峰值、推迟热峰值的出现时间，最终也延长了混凝土的凝结时间。b.缓凝减水剂还具有减水剂的功能。4.2.24.2.2 引气剂及引气减水剂的主要功能引气剂及引气减水剂的主要功能a.提高混凝土拌合物的工作性，减少混凝土的泌水离析。b.提高混凝土耐久性和抗渗性能。c.引气减水剂还具有减水剂的功能。4.2.34.2.3 防冻剂的主要功能防冻剂的主要功能 能在一定的负温条件下，使混凝土拌合物中仍保持有淳朴的自由水并降低其冰点，从而避免混凝土早期被冻胀破坏。4.2.44.2.4 速凝剂的主要功能速凝剂的主要功能能使砂浆或混凝土在 15min 内达到初凝、在 210min 内达到终凝，并有早强功能。4.2.54.2.5 防水剂的主要功能防水剂的主要功能能使混凝土或砂浆的抗渗性能显著提高。4.2.64.2.6 膨胀剂的主要功能膨胀剂的主要功能能使混凝土或砂浆体积在水化、硬化过程中产生一定量的膨胀，减少混凝土收缩开裂的可能性，从而提高混凝土的抗裂性和抗渗性能。4.34.3 外加剂掺量、掺加方法及对水泥混凝土的适应性外加剂掺量、掺加方法及对水泥混凝土的适应性外加剂是混凝土的重要组成部分,它在混凝土中掺量虽然不多(一般为水泥重量的0.005%5%)，但对混凝土的性能（如工作性、耐久性、强度及凝结时间等）和经济效益影响很大，特别是掺量、掺加方法及对水泥的适应性等，直接关系到外加剂的使用效果，因此必须引起重视。使用外加剂时一般应根据产品说明书的推荐掺量、掺加方法、注意事项及对水泥的适应情况，结合具体使用要求（如提高各龄期强度、改善工作性、调节凝结时间、增加含气量、提高抗渗及抗冻性能等）、混凝土施工条件、配合比以及原材料、气温环境因素等，通过试验确定适宜的掺量及掺加方法。4.3.14.3.1 减水剂的掺量、掺加方法及与水泥混凝土的适用性减水剂的掺量、掺加方法及与水泥混凝土的适用性(1)、减水剂的掺量普通减水剂的掺量一般为 0.15%0.35%，常用掺量为 0.25%。这里要注意，木质素磺酸钙类减水剂，掺量不宜超过 0.25%，过多会极大地延缓混凝土的凝结，甚至造成混凝土不凝结。这一点应引起试验人员的注意。高效减水剂的掺量为 0.3%1.5%，常用掺量为 0.5%0.75%。(2)、减水剂的掺加方法减水剂的掺加方法有四种，即先掺法、同掺法、滞水法和后掺法。 (3)、减水剂与水泥的适应性减水剂对水泥的适应性是指减水剂在相同条件下，因水泥不同而使用效果有较大的差异，甚至收到完全不同的效果。如同一种减水剂使用相同的掺量，但因水泥的矿物组成、石膏品种和掺量、混合材、水泥细度等不同，其减水效果及对水泥混凝土的凝结时间等有较大影响。由于减水剂与水泥存在适应性的问题，故在减水剂使用过程中，应对水泥和外加剂进行选择，应进行试验确定水泥和外加剂量。在施工过程中，在配制混凝土前还应进行试验和试拌，确保两者相互适应，再进行混凝土施工，以避免在施工过程中出现问题，造成不必要的麻烦。4.3.24.3.2 早强剂及减水剂、防冻剂的掺加方法、及对水泥混凝土的适应性早强剂及减水剂、防冻剂的掺加方法、及对水泥混凝土的适应性4.3.2.1、早强剂、早强减水剂及防冻剂的掺加方法1）配制成溶液使用时必须充分溶解，尝试均匀一致，为加速溶解可用 4070热水；硫酸钠溶液尝试不宜大于 20%，在正温下存放应经常测定其浓度，发现沉淀、结晶应加热搅拌，待完全溶解方可使用；当复合使用时，应注意其共溶性，如氯化钙、硝酸钙、亚硝酸钙溶液不可与硫酸钠溶液混合。2）硫酸钠或含有硫酸钠的粉状早强减水剂应防止受潮结块，掺用时应加入水泥中，不要先与潮湿的砂、石混合。若有结块，应烘干、粉碎，其细度应与原剂要求相同。3）含有粉煤灰等不溶物及溶解度较小的早强剂、早强减水剂及防冻剂应以粉剂掺加，不应有结块，其细度应与原剂要求相同。4.3.2.2、早强剂、早强减水剂及防冻剂与水泥混凝土的适应性早强剂、早强减水剂及防冻剂与水泥混凝土的适应性各有差异，因此在使用前均须按照产品质量证书推荐掺量及掺加方法进行试验、试拌确定。滞水法可提高减水剂及早强减水剂与水泥混凝土的适应性。早强剂对水泥的适应性受下列因素的影响：A、混合材掺量多，则 2 天的增强率低，28 天增强率高；B、混合材活性高，2 天增强率高；混合材活性低，2 天及 28 天弱强度变较低；C、硅酸三钙含量高，早强效果提高。4.3.34.3.3 缓凝剂、缓凝减水剂、引气剂、明矾石膨胀剂、速凝剂的掺量、掺缓凝剂、缓凝减水剂、引气剂、明矾石膨胀剂、速凝剂的掺量、掺加方法及与水泥混凝土的适应性加方法及与水泥混凝土的适应性4.3.3.1、缓凝剂、缓凝减水剂引气剂、明矾石膨胀剂、速凝剂的掺量1）缓凝剂及缓凝减水剂的一般掺量糖蜜减水剂 0.1%0.3%；木质素磺酸盐类 0.2%0.25%；羟基羧酸及其盐类（柠檬酸、酒石酸钾钠等）0.03%0.1%；无机盐类（锌盐、硼酸盐、磷肥酸盐）0.1%0.25%。2）引气剂（松香树脂及其衍生物）0.005%0.015%。3）明矾石膨胀剂掺量 10%12%。4）速凝剂掺量 2%5%。4.3.3.2、缓凝剂、缓凝减水剂引气剂、明矾石膨胀剂、速凝剂的掺加方法1）缓凝剂及缓凝减水剂应配制成适当浓度的溶液使用；糖蜜减水剂中如有少量难溶或不溶物时，使用期间应经常搅拌，使其呈悬浮状态；当与其它外加剂复合使用时，必须是能共溶时才能混合使用，否则应分别加入搅拌机内使用。2）引气剂一般配成浓度适当的溶液使用，不得采用干掺法及后掺法。后掺法不能达到引气的作用。稀释用水为饮用水，水温为 7090，温度低时可能会有絮状沉淀物。使用引气剂时，搅拌机中混合物不能过多，不宜超过搅拌机额定拌合量的 80%，同时还要适当延长搅拌时间 11.5 分钟，以确保引入足够量的气泡。引气剂不能用铁质容器储存，可用塑料容器储存。3）膨胀剂一般在搅拌过程中与水泥等一起加入，要适当延长搅拌时间；4）速凝剂一般采用干粉先掺法。由于速凝剂主要用于喷射混凝土中，其工艺决定了速凝剂是后掺使用。即使使用液体速凝剂，也是在喷射机出口位置，当物料即将喷出时才与速凝剂混合。4.3.3.3、膨胀剂、速凝剂与水泥混凝土的适应性一般地，各种外加剂对混凝土产生不同的效果，是因为外加剂与水泥中矿物成分相关，因此，不同品种水泥、水泥矿物组成、细度、混合材品种和掺量不同，外加剂与它的适应性也不尽相同。1）明矾石膨胀剂适用于硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥；膨胀剂、铁屑膨胀剂、铝粉膨胀剂适用于硅酸盐水泥和普通硅酸盐水泥。2）速凝剂适应性与水泥的品种关系密切，一般水泥中铝酸三钙含量高、石膏掺量少、混合材掺量少、颗粒细，则速凝剂的效果好。结 束 语 文文 献献1 ：铁路工程材料试验方法标准汇编 2006 年出版2 ：铁路混凝土工程施工质量验收标准 2008 年出版3 ：铁路混凝土工程施工质量验收补充标准 2009 年出版4 ：高铁规范 2008 年出版5 ：粗、细集料作业指导书 2008 年出版6 ：工程建设标准强制性条文、公路工程部分 2002 年出版 北京 人民交通出版社 18 页45 页7 ：混凝土配合比审批报表和选定报告 2009 年设计8 ：百度文库