3新拌混凝土的性能.ppt

第三章新拌混凝土的性能propertiesoffreshconcrete,本章主要内容,3.1定义3.2新拌混凝土的物理结构及其演变3.3新拌混凝土的流变特性3.4新拌混凝土的工作性3.5新拌混凝土的离析和泌水,3.1定义,新拌混凝土：是混凝土生产过程中的一种过渡状态，是指混凝土材料（水泥、粗细骨料、水等）按一定的比例搅拌而得的尚未凝结硬化的材料，又称为混凝土拌合物。,新拌混凝土性能的重要性：,对于任一建筑材料而已，材料选用和施工都是决定结构工程质量的重要环节。新拌混凝土的性能既影响浇筑施工的质量，又影响到混凝土性能的发展，对混凝土结构的承载能力和使用安全性与耐久性起决定性的作用。,3.2新拌混凝土的物理结构及其演变,新拌混凝土可以看作是一种由固相、液相和气相组成的一种非匀质的多相混合物，它具有弹性、粘性、塑性等特性，并且其性质会随时间、温度、湿度以及受力状态发生变化。新拌混凝土的固相包括粗细集料、矿物掺合料、未水化水泥颗粒、水泥水化产物等。液相主要是水，包括处于游离状态的自由水和存在于凝胶孔、毛细孔的吸附水。气相为空气，存在于混凝土未被水分占据的孔隙中。,新拌混凝土的物理结构可以描述为集料等固相颗粒处于分散状态悬浮于水泥浆中，颗粒与颗粒之间保持着一定的距离。水泥浆中的未水化水泥颗粒和初期的水化产物在微观层次上也处于分散状态。随着时间的推移，水不断的与水泥颗粒发生反应，并且伴随着蒸发，液相不断减少，而固相不断增加，固-气-液相之间的比例发生变化，固体之间的距离也不断缩小，新拌混凝土也从塑性状态过渡到以弹性和粘性为主的物理结构状态。,3.3新拌混凝土的流变特性rheologicalcharacteristicsoffreshconcrete,基本概念流变性：凡是在适当的外力作用下，物质能流动和变形的性能。流变学：研究材料在受力状态下的流动和变形性质的科学。流变学研究内容：物质的弹性变形、塑性变形和粘性流动。,流变特性：物体在某一瞬间所表现的应力与应变的定量关系。即用一些参数把应力和应变的关系表示为流变方程式。流变模型的作用：用某些理想元件组成的模型，近似而定性的模拟某些真实物体的力学结构，并以作用力和变形关系导出物体流变方程。,3.2.1流变学模型rheologicalmodel,将基本模型元件串联或并联起来，进行各种串并联组合，模拟各种物体的力学结构。常用的组合模型如下：,（2）组合模型,宾汉姆体马克斯韦尔液体（液态粘弹性物体）开尔文固体（固态粘弹性物体）,实际的物体往往同时具有弹性、塑性、粘性等性能，根据物体行为特征，可以将上述基本模型元件合理地组合，来描述实际物体的变形性能，称为物体的流变学模型。,流变基元（模型）,三种理想材料的基本模型（或称流变基元）1.胡克（hooke)固体模型（h模型）表示具有完全弹性的理想材料。2.牛顿（newton）液体模型(n-模型)表示只有粘性的理想材料3.圣维南（st.venant)固体模型(st.v模型)表示超过屈服点后只有塑性变形的理想材料。,虎克型牛顿型圣维南型流动曲线,摩擦力,f,弹簧,p,p,p,带孔活塞,粘性液体,p,速度梯度：dv/dy,t,变形,粘杯-阻尼器,弹簧,（2）现实物质模拟,大量的物体时介于弹、粘、塑性体之间。实际材料的流变性质具有所有上述基本流变性质，只是在程度上有差异。因此各种材料的流变性质可用具有不同的弹性模量、粘性系数、和屈服应力的流变基元以不同的形式组合成的流变模型来研究。最简单的流变模型可由流变基元串联或并联而成。用符号“”表示并联，一”表示串联，可用不同的符号表示出各种流变模型的机构式。,3.3.2新拌混凝土的流变学研究,混凝土材料在拌和物阶段，由于有浆体的作用，因而具有流变性，但粗、细集料使得其流变性能的研究很复杂。根据流变学理论，用某种物理量来评价新拌混凝土的变形性质，并对这些物理量进行流动化解析。新拌混凝土的流变学研究还处于发展之中。混凝土混合料的流变性质接近于宾汉姆体。其流变方程为：,新拌混凝土的流变学参数,屈服值：采用宾汉姆体模型来描述新拌混凝土的流变学特性时，屈服值是最重要的参数。屈服值是使材料发生变形所需的最小应力。屈服值是组成材料各颗粒之间的附着力和摩擦力引起的。塑性粘度：塑性粘度时宾汉姆体模型中表示材料粘性的流变学参数，是反映作用力与流动速度之间关系的参数。影响混凝土塑性粘度的因素主要有水灰比、用水量、水泥用量及细粉掺合料量等，但影响机理非常复杂。,3.3.3新拌混凝土的流变学试验,acoaxialcylinderviscometer.,（1）水泥浆的流变试验同轴圆筒粘度仪同轴圆筒仪可直接测定转动力矩t和回转速度n，再分别根据理论公式换算成剪切应力和剪切应变速率。由某一回转速度和此时的力矩，可得到一组应力和应变速率，但是宾汉姆体模型中，应力-应变速率的关系不通过坐标原点，所以仅由一个点不能确定曲线。,因此，对于宾汉姆体需要改变回转速度测定多组相应的力矩，在应力-应变速率坐标系内找点，得到应力-应变速率曲线，通过直线的斜率和在应力轴上的截距，求出把拌合物的粘度系数和屈服应力。但是回转粘度仪比较适合于骨料颗粒较小的砂浆或水泥浆，并且只适用于屈服值较小的浆体。,typicaleffectofwater/cementratioonbinghamconstantsforcementpaste,（2）thetwo-pointworkabilitytest,为了求得宾汉姆体的屈服值和塑性粘度这两个流变学参数，需要测定不同的两点以上的应力-应变速率关系，两点式试验即表示这个概念。两点式粘度仪是类似于搅拌机翼型的回转式粘度仪，叫做两点式试验。,asystembasedonamixingactioninwhichanimpellerisrotatedinabowlofconcrete,knownasthetattersall(aftertheleaderofitsdevelopmentteam),ortwo-pointworkabilitytest.twoalternativeimpellertypescanbeused:aninterruptedhelixformedium-andhigh-workabilitymixes(themhsystem)(figure1.19(a)anh-shapedbladewithaplanetarymotionwithintheconcreteformedium-to-lowworkabilitymixes(thelmsystem)(figure1.19(b).,thetwoimpellersystemsforthetwo-pointworkabilitytest,3.4新拌混凝土的工作性workability（工作度、和易性）,工作性的定义：工作性（度）是反映新拌混凝土性质的概念，是指混凝土拌合物易于运输、浇注和密实成型，而不产生组分离析的性质。,3.4.1定义definitiontheamountofworkneededtoproducefullcompaction,itisthatpropertyoffreshlymixedconcreteormortarwhichdeterminestheeaseandhomogeneitywithwhichitcanbemixed,placed,consolidatedandfinished(aci,1990).,thatpropertydeterminingtheeffortrequiredtomanipulateafreshlymixedquantityofconcretewithminimumlossofhomogeneity(astm,1993).,3.4.2工作性的含义,工作性是新拌混凝土在运输、浇注、振捣和抹面等操作过程性能的综合体现。至少包括两层意思：稠度（consistency）：说明流动的难易程度；粘聚性（cohesiveness）：是否易于产生泌水或发生离析我国通常认为工作性包括流动性、粘聚性和保水性。,3.4.3新拌混凝土工作性的测定,由于工作性内涵比较复杂，到目前为止，还没有确切的指标能全面地反映混凝土拌合物的工作性。混凝土的工作性与流变学及稠度有一定的关系。稠度（consistency）定义为新拌混凝土的相对流动能力。混凝土的稠度可以用坍落度和维勃稠度表征。,工作度的测定,1）坍落度2）维勃稠度,土木工程建设中，一般常用坍落度法或维勃稠度法来测定混凝土拌合物流动性的大小，并根据经验，通过对试验或现场的观察，定性地判断或评定混凝土拌合物粘聚性及保水性的优劣。,3.4.5坍落度损失坍落度损失是表示混凝土拌合物的坍落度值，随搅拌后时间的延长逐渐减小的性质。由于现代混凝土施工技术逐步趋向于商品混凝土，直接从搅拌站运输至工地，所以搅拌以后的混凝土拌合物不能马上浇注，一般要经过12h的运输时间，所以坍落度损失是反映混凝土拌合物在一定时间延长的条件下能否保持所需的工作性的性质。,坍落度损失的原因,骨料的吸水作用部分水分蒸发水泥的早期水化外加剂和胶凝材料的相互作用,坍落度损失与高效减水剂的发展,第一代：坍落度损失较快（3045分）；第二代：与缓凝减水剂复合以延缓损失速率（90分以上），控制有困难；第三代：新品种；可保持几小时基本不损失。,3.3.5影响新拌混凝土工作性的因素,影响工作性的因素,用水量和胶凝材料浆体量(用水量、水泥浆量、水灰比)砂率骨料品种与品质外加剂与矿物掺和料环境和拌和条件（温度和时间）,a.用水量对和易性的影响：,用水量愈大流动性，强度下降和收缩增加过大泌水、离析，混凝土性能变差。过小流动性不易密实，离析。,需水性定则（固定加水量定则）：在采用一定的骨料的情况下，流动性混合料的坍落度，如果单位加水量一定，在实际应用范围内，单位水泥用量即使变化，坍落度大体上保持不变，这一规律通常称为固定加水量定则，或称需水性定则。这意味着如果其他条件不变，即使水泥用量有某种程度的变化，而对流动性没有多大影响。固定加水量定则虽然不严密，但这个定则用于混凝土配合比设计时，是相当方便的。,b.水泥浆含量对和易性的影响：水泥浆的作用：（1）填充砂石的空隙（2）包裹砂石起润滑作用w/c不变，w，浆越多流动性浆过多流浆、泌水，粘聚性、保水性，不经济，且对强度、耐久性不利。,c.水灰比对和易性的影响：水灰比大，则混凝土拌合物的流动性大；小，则粘聚性、保水性好；,过大，则粘聚性、保水性不良；过小，则流动性过低，施工困难。,一般，应根据混凝土强度和耐久性要求合理选用,d.砂率对和易性的影响,砂率定义：最佳砂率：最佳砂率的影响因素：合理砂率的选择：,砂子占骨料（砂、石）总量的百分数。,水、水泥、石子一定时，使砼坍落度达最大。,石子品种、级配；砂子细度；水灰比，坍落度。,e、骨料品种与品质,卵石配制的混凝土流动性高于用碎石配制的混凝土。级配好、针片状颗粒含量少的骨料流动性好。砂的细度模数小，流动性低。,f、外加剂与矿物掺和料,引气剂改善拌合物的工作性高效减水剂与水泥存在相容性问题优质粉煤灰具有提高流动性作用矿渣粉。硅灰等会降低流动性,g.温度和时间,3.4.6改善工作性的措施,采用合理砂率；改善砂石的级配；掺外加剂或掺合料；,粘聚性、保水性差时，可以在合理砂率范围内适当提高砂率；在水灰比不变的条件下，适当增加水泥浆的用量，可增大拌合物的流动性；在砂率不变的条件下，适当增加砂石的用量，可减小拌合物的流动性。,掺外加剂的混凝土,3.5新拌混凝土的离析和泌水segregationandbleeding,3.5.1离析的定义segregation混合料的离析是指混合料各组分分离，造成不均匀和失去连续性的现象。混合料的离析通常有两种形式：一种是粗集料从混合料中分离，因为它们比细集料更易于沿着斜面下滑或在模内下沉；另一种是稀水泥浆从混合料中淌出，这主要发生在流动性大的混合料中。显然，混合料的离析是不可避免的，但是当的配比和合理的操作却可以尽量地减少离析,3.4.2影响离析的因素：各种固体粒子的大小、比重不同。搅拌均匀的混合料发生各类颗粒分离的直接原因是它们之间发生了不同的运动而产生不同的位移。,例如混合料沿着一斜槽下落时：颗粒的运动方程：式中颗粒密度（克/厘米3）；c混合料密度（克/厘米3）；r颗粒半径（厘米）；混合料的粘性系数(泊,达因秒/厘米2)；v颗粒的运动速度（厘米/秒）。,整理上式，得积分，并用初始条件t=0，v=0，得：设v为最终速度，则：,a图表示不同粒径的固体粒子在粘性流体中的沉降距离，如粗集料在水泥砂浆中的沉降。b图表示分层的开始。c图表示分层的结果。,3.5.3泌水的定义bleeding：新拌混凝土浇灌之后到开始凝结期间，固体粒小下沉，水上升，并在表面析出水的现象称为泌水。从水泥浆中泌出部分拌合水的性能称为混凝土的泌水性。其反面就是保水性。泌水的结果，使表面混合料含水量增加，产生大量的浮浆，硬化后使面层的混凝土强度弱于下面混凝土的强度，并产生大量容易剥落的“粉尘”。,bleedinginfreshlyplacedconcrete,20世纪70年代，日本的樋口芳郎曾做过一个试验：将坍落度为8cm的拌合物浇注在一透明塑料管内，惊奇地发现在粗骨料下方普遍形成水囊；混凝土硬化后抗弯拉强度明显下降。,3.5.4影响泌水的因素：影响泌水的因素主要是水泥的性能。提高水泥的细度可以减少泌水。水泥中掺入火山灰等磨细掺料，可以提高水泥的保水性而减少泌水。此外采用减水剂，引气剂以减少混合料的单位加水量，也是改善混合料泌水性能的有效措施。,3.6新拌混凝土的施工流程一、配料,水泥、砂石按重量配注意骨料含水量变化计量误差：cementitiousmaterial1%,aggregates2%,water1%,andadmixtures1%,controlroomforbatchingequipmentinatypicalreadymixedconcreteplant.,二、搅拌,充分搅拌混凝土均匀、和易性好、强度高过分搅拌没有必要,固定式移动式,三、运输快速、不离析，防止水分蒸发和温度升高,四、浇注避免离析,五、捣实充分，不过分,六、抹面掌握时机(找平、镘平、镘光),patterned,textured,andcoloredconcretesareveryattractive,七、养护保证温度、湿度,3.7新拌混凝土浇筑后的性能（混凝土的早期性能）propertiesofconcreteatearlyage,thesetwohavequitedifferentconceptsaboutearlyage.theansweristhatthereisnouniversalanswer.whenwetrytodefinetheareawherewearegoingtowork,wewill,asaruleofthumbandforthenormalconcrete,innormalsituations,sayabout24hours,somesayabout48hours,butthatisjusttoindicatetheorderofmagnitude,一、塑性沉降二、塑性收缩与开裂三、含气量四、凝结时间,二、塑性收缩与开裂,上升到表面的泌水没有蒸发的部分或全部还会被吸回，蒸发则产生塑性收缩；在骨料下方被阻挡的泌水形成水囊，在混凝土硬化后则形成微裂缝（不可见裂缝）。水灰比较大、泌水较多的拌合物可能产生较大的塑性收缩，水灰比较小的拌合物难以补偿表面蒸发的水分，塑性收缩虽小反而易于出现塑性收缩开裂。,一、塑性沉降混凝土在模板内浇筑完毕后，几个小时之后其顶面会有所下沉,塑性收缩裂缝,plasticshrinkagecrackinginfreshlyplacedco