土木工程材料课件4混凝土(4).ppt

2020/6/9，1，第4章混凝土(4)，北京科技大学刘娟红，2020/6/9，2，4.0前言4.1混凝土的组成和结构4.2混凝土的主要技术性能4.3混凝土强度的检验和评定4.4普通混凝土的配合比设计4.5混凝土外加剂4.6混凝土外加剂(矿物掺合料)4.7轻混凝土4.8其他混凝土品种简介，2020/6/9，3，4.5.1混凝土外加剂的发展清朝时，糯米、石灰和牛血被用来修建永定河河堤。明代南京城墙上覆盖着糯米汁石灰和桐油石灰。在宋代，安徽和苏州的城墙是用糯米汁和石灰建造的。2020/6/9，4，普通减水剂，20世纪30年代末美国发明的纸浆废水减水剂；德国从纸浆废液中提取木质素磺酸盐减水剂。4.5.1混凝土外加剂的发展，2020/6/9，5。自70年代初以来，德国一直在路面工程中使用掺有三聚氰胺减水剂的流态混凝土浇筑路面板。日本在结构混凝土中掺入萘系减水剂配制流态混凝土。20世纪80年代，美国在高层建筑施工中采用高效减水剂配制高强混凝土浇筑钢管混凝土柱，以提高水平荷载下的稳定性。一些北欧国家，如丹麦、挪威、冰岛等国家采用90 150兆帕的高强混凝土铺设路面和港口路面，大大提高了其耐磨性和抗冻性。4.5.1混凝土外加剂的发展，2020/6/9，6。混凝土外加剂是指在混凝土搅拌过程中为改善混凝土性能而添加的物质，其掺量不超过水泥质量的5%(特殊情况除外)。它能赋予新拌混凝土和硬化混凝土优异的性能，如提高抗冻性、调整凝结时间和硬化时间、改善和易性、提高强度等。它是生产各种高性能混凝土和特种混凝土的重要组成部分。4.5.1混凝土外加剂的发展，2020/6/9，7，4.5.2外加剂的分类，混凝土外加剂按其主要功能分为四类：(1)外加剂改善混凝土搅拌的流变性能。包括各种减水剂、引气剂、泵送剂等。(2)调整混凝土凝结时间和硬化性能的添加剂。包括缓凝剂、早强剂和促进剂等。(3)提高混凝土耐久性的外加剂。包括引气剂、防水剂、防锈剂等。(4)改善混凝土其他性能的添加剂。包括引气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂等。2020/6/9，8，4.5.3减水剂，减水剂被定义为一种能在相同混凝土拌合物坍落度下减少拌合水量的添加剂。减水剂根据减水程度分为普通减水剂和高效减水剂。减水率为5-10%的减水剂是普通减水剂，减水率大于10%的减水剂是高效减水剂。2020/6/9，9，减水剂的作用机理减水剂是一种表面活性剂。表面活性剂分子由亲水基团和疏水基团组成。加入水中后，亲水基团指向溶液，疏水基团指向空气、固体或非极性液体，并定向排列形成定向吸附膜，以降低水的表面张力和两相之间的界面张力。4.5.3减水剂，2020/6/9，10，4.5.3减水剂，2020/6/9，11，减水剂吸附分散作用原理：水泥加水后，会产生一些絮凝结构，降低混凝土的和易性。加入减水剂后，减水剂的疏水基团定向吸附在水泥颗粒表面，形成吸附膜，使水泥颗粒表面带有相同的符号，发生排斥，絮凝结构崩解，水泥颗粒中的水释放出来。润湿效果：加入水还原素后4.5.3减水剂，2020/6/9，12，减水剂的作用改善新拌混凝土的和易性和流动性而不降低单位用水量。(2)在保持一定工作度的条件下，减少用水量，提高混凝强度。(3)在保持一定强度的情况下，减少单位水泥用量，节约水泥。(4)改善混凝土混合料的可泵性和混凝土的其他物理力学性能。4.5.3减水剂，2020/6/9，13，2020/6/9，14，2020/6/9，15，高效减水剂的特性：高效减水剂含量超过一定量后，减水效果不再改善；它对混凝土的性能没有不利影响。减水剂减水率越高，坍落度损失越大。4.5.3减水剂，2020/6/9，16，4.5.4主要减水剂介绍，1。普通减水剂(1)木质素磺酸盐减水剂减水率10%，一般用量0.25% 2腐植酸减水剂减水率6-8%，一般用量0.2-0.35%2高效减水剂(1)多环芳烃磺酸盐减水剂。这种减水剂通常是由萘、蒽、甲基萘和工业萘或煤焦油的其他馏分经磺化、水解、缩合、中和、过滤和干燥制成。由于它的主要成分是萘同系物的磺酸盐和甲醛的缩合物，所以它也被称为萘减水剂，其含量为0.5-1.0%，减水率为10-20%。2020/6/9，17，2水溶性树脂减水剂。水溶性树脂减水剂是以一些水溶性树脂为主要原料的减水剂，如三聚氰胺树脂、库马洛树脂等。减水剂的用量为水泥质量的0.5%-2.0%，减水率为15%-30%，混凝土强度提高20%-30%，混凝土的其他力学性能、抗渗性和抗冻性也有所提高，混凝土的蒸汽养护适应性优于其他添加剂。4.5.4主要减水剂介绍，2020/6/9，18，3。高性能减水剂是指近年来开发并投入使用的聚羧酸系减水剂。聚羧酸盐型高性能减水剂是由含羧基的不饱和单体与其他单体共聚而成，使混凝土具有优异的减水、保坍、增强、收缩和环保性能。4.5.4主要减水剂介绍，2020/6/9，19。聚羧酸系高性能减水剂的性能特点如下：(1)低掺量、高减水率。一般用量为胶凝材料的0.15-0.25%，减水率一般为25-30%。当接近0.25%的极限用量时，减水率一般可达到40%以上。(2)混凝土拌合物流动性好，坍落度损失低，2小时基本无坍落度损失，高和易性可保持6-8小时。(3)混凝土加固效果潜力巨大。早期抗压强度比增加更显著。以3天和7天抗压强度为例，奈系高效减水剂的3天和7天抗压强度比一般在130%左右，而聚羧酸系高效减水剂的3天和7天抗压强度比一般在180%以上。4.5.4主要减水剂介绍，2020/6/9，20，(4)混凝土低收缩。基本克服了第二代减水剂增加混凝土收缩的缺陷。(5)总碱含量极低，带入混凝土的总碱含量只有几十克，从而降低了碱骨料反应的可能性，提高了混凝土的耐久性。(6)聚羧酸盐基高性能减水剂的合成和生产过程中不使用环保、甲醛等有害原料，在生产和使用过程中不会对人体健康造成危害。(7)与第二代(高效)减水剂相比，一定量的空气大大增加，平均增加3-4%。4.5.4、引进主要减水剂，2020/6/9、21、用聚羧酸减水剂配制的高掺量粉煤灰和矿渣C40混凝土，13米厚混凝土，混凝土和易性好，无离析和泌水，保证2小时内运输到工地，s2020/6/9，22中央电视台新址工程采用了主成分分析法。新央视大楼底板混凝土浇筑2005，11-2006，1。混合料的配合比和工作度：水泥205kg/m3粉煤灰205kg/m3用水量150kg/m3外加剂：聚羧酸或萘系高效减水剂；水胶比：0.36坍落度200 220 mm，2020/6/9，23，2020/6/9，24，正在浇筑不含早强防冻剂的大体积粉煤灰混凝土(质量百分比50%)，2020/6/9，25，2020/6/9，26，4.5.5引气剂，在混凝土搅拌过程中引入大量均匀分布、稳定封闭的微小气泡，改善混凝土和易性，提高混凝土抗冻性和耐久性我国使用最广泛的引气剂是松香引气剂和木质素磺酸盐引气剂。松香引气剂包括松香热聚合物、松香钠和松香皂。合适的掺量为水泥质量的0.005-0.02%，混凝土的含气量约为3-5%。2020/6/9，27，引气剂的作用机理引气剂属于表面活性剂，其界面活性与减水剂基本相似，只是减水剂的界面活性主要在液-固界面上，而引气剂的界面活性主要在气-液界面上，这降低了界面能，使新拌混凝土中的微气泡能够稳定存在和保留。4.5.5引气剂，2020/6/9，28，界面活性被吸附在颗粒表面，降低界面能。发泡作用会在混凝土中引入大量微小且封闭的孔隙。气泡的稳定性引入混凝土的气泡可以保持其形状，空气含量相对稳定。4.5.5引气剂，2020/6/9，29，引气剂对混凝土质量的影响将引气剂掺入混凝土中可以改善混凝土拌合物的和易性，显著降低混凝土浆体的粘度，增强其塑性，降低单位用水量。一般来说，空气含量每增加1%，单位用水量可减少3%。(2)减少离析和泌水，提高抗渗性。(3)提高耐腐蚀性和耐久性。空气含量每增加1%，抗压强度降低4 5%，抗折强度降低2 3%。4.5.5引气剂，2020/6/9，30，空气的引入会增加干缩，但如果同时用水量减少，对干缩的影响不会太大。混凝土与钢筋的粘结强度降低。当空气含量为4%时，垂直方向与钢筋的粘结强度降低10 15%，水平方向与钢筋的粘结强度略有降低。4.5.5引气剂，2020/6/9，31，4.5.6缓凝剂，缓凝剂定义为能延缓水泥水化反应的缓凝剂，从而延长混凝土的凝结时间，长期保持新拌混凝土的塑性，减少混凝土的坍落度损失。外加剂能防止大体积混凝土施工过程中出现裂缝和冷缝，同时在后期不会对混凝土的各项性能造成不利影响。2020/6/9，32，缓凝剂特点：用量适当，24小时后强度不会受到影响；掺量过大会影响混凝土的正常水化速度和强度；(3)过混合将完全停止水泥水化；(4)不同缓凝剂类型对混凝土泌水和离析的影响不同。4.5.6缓凝剂，2020/6/9，33，4.5.7掺减水剂普通混凝土配合比计算，1。提高混凝土强度的设计原则：(1)水泥用量不变；(2)降低水灰比；(3)砂率降低1% 3%。例8):不加减水剂时，混凝土参考配比为：c: W :S :G=4103363360181，水灰比=0.44，砂率为35%。采用高效减水剂，其用量为水泥用量的0.5%，减水率为15%(砂率降低2%)。寻求：(1)使用该减水剂提高强度时的实验室配合比(实测混凝土表观密度=2405kg/m3)；(2)如果使用碎石和42.5#普通硅酸盐水泥，估计混凝土的28天强度。(1)用水量：水=182 (1-15%)=155公斤；水泥用量保持不变：碳=410千克；砂率：由公式计算：水灰比=2405kg/m3:水灰比=2405-155-410=1840kg/m3，因此，S=184033%=607kg/m3；g=1840-607=1233千克/立方米.普通混凝土掺减水剂配合比计算，2020/6/9，35，2。节约水泥的设计原则：(1)水泥用量根据减水率减少10% 15%；(2)如果水灰比不变，用水量减少，水泥用量减少；(3)砂率不变，计算砂石。例9):不加减水剂时，混凝土参考配比为：c: W :S :G=4103363360181，水灰比=0.44，砂率为35%。使用木钙减水剂，其用量为水泥用量的0.25%，可节约水泥8%。寻求：(1)使用该减水剂提高强度时的实验室配合比(实测混凝土表观密度=2405kg/m3)；(2)如果用碎石和42.5#普通硅酸盐水泥制备混凝土，则估计混凝土的28天强度。下页4.5.7计算普通混凝土掺减水剂的配合比，2020/6/9，36，解决方案是：(1)加入木钙减水剂可节约水泥8%，则水泥用量为：C=410(1-8%)=41092%=377kg；当水灰比不变时，水灰比=0.44，用水量为：水灰比=3770.44=166公斤；砂率：由公式计算：水灰比=2405kg/m3:水灰比=2405-377-166=1862kg/m3，因此S=186235%=652kg/m3；g=1862-652=1210千克/立方米.每种混凝土材料的用量为：c : w :s :g=37733601663360523360210。(2)因此，用碎石和42.5#普通硅酸盐水泥配制的混凝土28天强度预计达到48.7兆帕。改善混凝土和易性的设计原则：(1)水泥用量、用水量和水灰比不变；(2)砂率增加5% 40% 45%。示例10:已知具体参考匹配比是C : W :S :G=4103363360181，W/C=0.44，砂率为35%。用泵送剂将其基准