高性能混凝土的理论要点.ppt

高性能混凝土的理论要点 高性能混凝土的理论要点 1、密实堆积理论 2、中心质假说 3、低水胶比带来了什么？ 4、超细粉在混凝土中的功能和机理 1、密实堆积理论 2001年3月aci concrete international上mehta教授宣称:百年来混 凝土构造不是健康的。这一震撼性言论,点醒 了近代混凝土的问题,太重视“人定胜天”， 而未寻“天人合一,自然为重”的精神。 如果以骨料致密堆积为主轴，先 求出最密实的粒料系统，此方法如同 大地土壤的压紧法，在物理学上是愈 致密则性质愈佳，这是千真万确的理 论，即使由微观结构上，原子结构上 也是这样的。 一旦粒料系统，包括砂、石、粉煤灰 、磨细矿粉、硅灰等堆积至最大密度后， 接着剩下的空间由水泥和水来填充，当然 质地密实混凝土健康情况佳。水泥浆是由 混凝土工作度和强度决定的，但单位体积 用水量绝对限制在150kg/m3以下。原因是 避免干缩量过大。这种方法是台湾科技大 学黄兆龙教授提出的，被称为“黄氏致密 配比法”。 需要说明的几个问题 、“黄氏致密配比法”的准则是“混凝土 中的水越少越好，而水泥需要的水越多越佳 。”表面看似矛盾，事实上完全完全符合混 凝土结构的健康原则。 混凝土中1kg的水占1m3混凝土的体积0.1% ，这对混凝土受拉力应变0.003(0.3%),即会 产生拉力破坏的能力而言,其实是蛮大的,因 为只要水量3kg即可达0.3%,其拉力甚大,易使 混凝土破坏无疑,因此水量愈少愈佳是不争的 . 对水泥而言，水量愈多愈好，原因 是水泥需要大于0.42(对c3s而言，对 c3a则需要大于0.6)的水量才可以充 分水化，况且多余水还要提供二次水 化所用，才能达到膨胀填塞的目的， 达到抗渗性及其他耐久性的功能。 需要说明的几个问题 “黄氏致密配比法”可以克服aci配合比 方法。依据aci363“高强度混凝土”的观 念，高工作性通常伴随着高拌和水量和高 水泥用量的结果，将面临潜在大量变形的 危机，使混凝土患上富贵病。 蒲心诚教授认为 矿物细粉掺和料的掺加对凝胶结 构的密实性和品质的提高具有重要意 义，这一点往往被忽略。 2、中心质假说介绍 把不同尺寸的分散相称为中心质， 把连续相称为介质。如钢筋、集料、 纤维等称为大中心质；水化产物称为 介质；少量空气和水称为负中心质。 各级中心质和介质之间存在过渡层 ，中心质以外所存在的组成、结构和 性能的变异范围都属于过渡层。 各级中心质和介质都存在相互的效应 ，称为“中心质效应”。例如混凝土中 的集料就是大中心质，它对周围介质所 产生的吸附、化合、机械咬合、粘接、 稠化、强化、晶核作用、晶体取向、晶 体连生等一切物理、化学、物理化学的 效应均称为“大中心质效应”，效应所 能达到的范围称之为“效应圈”，过渡 层是效应圈的一部分。 有利的大中心质效应不仅可改善过 渡层的大小和结构，而且效应圈中的 大介质具有大中心质的某些性质，增 加有利的效应，减少不利的效应，对 改善混凝土的宏观行为能起重要的作 用。 中心质假说早就提出，但不能对 传统混凝土结构进行很好的解释；但 对高性能混凝土的解释很有说服力， 为越来越多的学者接受。 hpc按照中心质假说属次中心质的未 水化水泥颗粒、粉煤灰颗粒（h粒子）属 于次介质的水泥凝胶（l粒子）和属于负 中心质的毛细孔组成水泥石。以下三点解 释很重要:从强度的角度看孔隙率一定 时，h/l粒子比值越大，水泥石强度越高 ；但有个最佳值，超过后随其提高而下降 。 在一定范围内，h/l最佳值随孔隙率下降 而提高。也就是说在次中心质的尺度上， 一定量的孔隙率需要一定量的次中心质以 形成足够的效应圈，起到效应叠加的作用 ，改善次介质。 在水胶比很低的高性能混凝土中水泥石 的孔隙率很低，在一定的h/l粒子比值下 ，强度随孔隙率的减少而提高。因此，尽 管水泥的水化程度比较低，水泥石中保留 了很大的h/l粒子比值，但与很低的孔隙 率和良好的孔结构相配合形成微结构，可 获得高强度。 3、低水胶比带来了什么？ 首先，需要说明的是低水胶比并 不意味着低水灰比，由于掺用了矿物 细粉掺合料，胶凝材料的组分不再只 有水泥，而是水泥和矿物细粉掺合料 共同组成。 低水胶比带来的影响反映在： 结构密实、孔隙率低； 保证了混凝土的强度，尤其是长期强度； 使混凝土走出单纯依靠水泥和高水泥用量 的误区，逐渐形成合理结构的胶凝材料组 成； 使水化物的组成、结构和形貌发生了 变化； 使水泥基材料的水化进程发生很大变 化； 从根本上提升了混凝土耐久性。 用“水胶比”替换“水灰比”标志着 混凝土技术开始从传统理念向现代理 念过渡，意味着混凝土高性能的进程 开始进行。 4、超细粉在混凝土中的功能和机理 填充效应 流化效应 增强效应 耐久性效应 （1）超细细粉的填充效应应 图2-1 超细粉的填充效应 图2-2 粒子组合与空隙率的变化 （2）超细粉的流化效应 水胶比29%，外掺萘系高效减水剂nf0.9%，测定净浆流动性 水泥：超细细粉 超细细粉品种 100： 0 95：5 90： 10 80： 20 70：30 100%超细细粉* 不掺掺 nf 掺掺nf nz（7000cm2/g ） /255242 不流 动动 不流 动动 不流 动动 不流 动动 bfs（6820cm2/g ） /260265 27028080285 ps（6800cm2/g ） /265270 27528585280 nz-sf /250260 170 不流 动动 nz-bfs（ 7000cm2/g） /265258 246215 水泥（ 2800cm2/g） 240/ / 图2-3 高效减水剂固定掺量（0.9%）超细粉 掺量对浆体流动性的影响 不同减水剂掺量下的净浆流动度 no.胶结结材料的组组成（ %） 高效减水剂掺剂掺 量（%） 0.40.50.60.70.8 1水泥100129138155190235 2水泥80，矿矿渣20125136185230265 3水泥80，磷渣20132170215250270 4水泥80，沸石20/130195237 图2-4 双重的双电层作用水泥易于分散 图2-5 胶凝材料的分散状态 （3）超细粉的强度效应 no.w/b单单方混凝土材料用量（kg/m3） 水泥水超细细粉砂碎石高效减水剂剂 142400168/80010008 24234016860mk80010008.8 34234016860sf800100010 no.混凝土拌合物性能 抗压压强度（mpa） 3d7d28d 1坍落度19cm，泌水，板结结 20.1（ 100%） 35.3（100% ） 37.4（100% ） 2坍落度16cm，稍泌水，无板结结 28.5（ 142%） 47.7（135% ） 61.1（163% ） 3坍落度5cm，无泌水，板结结 26.4（ 131%） 42.3（120% ） 52.4（140% ） （4）超细粉的耐久性效应 含mk（偏高岭土超细粉) 15%的混凝土56d导电量 ，比基准混凝土明显下降，约为基准混凝土导电 量一半左右。说明掺入超细粉混凝土耐久性提高 。 w/b（%）代号 astmc1202 6h总导电量（库伦） 28d56d 30 纯水泥17511284 mk（15%）874717 40 纯水泥26602193 mk（15%）15001234 50 纯水泥32962700 mk（15%）19501450 以往在高性能混凝土研究中忽略了材料颗 粒级配、粒度分布的问题，特别是粉体材 料的粒度分布未引起足够的重视。这样配 制的混凝土中除了部分水泥和矿物掺合料 参与水化反应形成水化产物外，实际上大 量的水泥和掺合料在混凝土中起到的只是 填料作用，而且由于其颗粒粒度分布不合 理，其填充效率低下，所形成的混凝土内 部结构空隙率较大。研