当代混凝和水泥关系与发展

当代混凝和水泥关系与发展第一页，共76页。

当代混凝土技术特点我国目前预拌混凝土存在的问题当代混凝土对水泥的要求矿物掺和料由谁掺好？水泥混凝土工业生产关系现状及发展趋势╭⌒╭⌒╮～╭⌒╮╭⌒╮～╭⌒╮╭⌒╮╭⌒╮⌒╮

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╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬╬第二页，共76页。混凝土是什么？

混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系工艺必须简单──否则不能成为最大宗的土木工程材料：原材料来源广泛制作工艺简单──混合、搅拌、成型比其他结构材料（钢材、木材）耐久体系必然复杂：第三页，共76页。原材料不能提纯，成分波动微结构形成的环境和时间的依赖性——对温度、湿度的敏感性；水化不断进行造成动态的微结构。因此造成性能的不确定性性能随微结构的发展而发展,而微结构具有不同层次(宏观层次、亚微观层次、微观层次)的多相(固相、液相、气相)的非均质性(依配合比不同而离散)微结构的不确知性——水泥水化形成复杂的凝胶，在目前技术水平下难以测定。第四页，共76页。因此：混凝土属于混沌体系（非线性体系），具有“蝴蝶效应”──事物发展的结果对初始条件具有极为敏感的依赖性.初始条件极小的偏差将会引起结果的巨大差异。越是简单的工艺，越有管理和控制的难度；工业化、集约化是社会生产发展的趋势，促使了现代混凝土的发展。第五页，共76页。当代混凝土技术是时代的产物当代混凝土特点及其产生的原因生产建设的需要推动材料和技术的发展科学技术的发展提供条件混凝土结构发展史上的里程碑相邻学科的发展人类对自然界认识过程的曲折会使产品和用户相关行业相互误导；不断学习，才能与时俱进第六页，共76页。混凝土结构发展史上的里程碑1850年法国人取得钢筋混凝土专利，1928年法国的E.Freyssinet发明预应力锚具是混凝土结构技术的两次飞跃就混凝土材料来说，1918年美国的D.Abrams提出著名的水灰比定则，使混凝土的配制有了依据；1962年和1963年日本和联邦德国分别合成出萘磺酸盐系和三聚氰胺系的高效减水剂，改变了混凝土传统配制技术。这堪称混凝土材料技术的两个里程碑第七页，共76页。当前我国混凝土存在的问题劳动力素质、管理水平与质量要求的矛盾混凝土配合比设计存在的问题影响质量及其控制对骨料作用认识不足，对骨料质量重视程度不足，因而严重影响混凝土质量对矿物掺和料认识和使用的误区第八页，共76页。什么是当代混凝土？工业化生产──预拌混凝土是当代混凝土的特征：减小了强度对水泥的依赖性流变性能更加突出严酷环境的工程增加，使耐久性要求日益突现在水泥水化热增大、强度提高的同时，结构尺度增大，改变了大体积混凝土的概念第九页，共76页。当代混凝土的特点

当代混凝土是以高效减水剂大规模使用和矿物掺和料的使用为特征，与时代特点有关。使用混凝土强度范围很宽，从C20(极少量C15)到C80(极少）混凝土和水泥强度之间不再有固定的线性关系，32.5的水泥可以配制C60的混凝土，却配不出C20混凝土第十页，共76页。当代混凝土技术和性能特点原材料：高强度的水泥──细度细、水化热大、含碱量大、抗裂性差、维持长期性能的能力差高活性的掺和料──自收缩和水化热大多种多样的外加剂配合比：较低的水胶比较大的水泥用量(浆骨比较大）性能：强度水平提高，流动性大生产：预拌，泵送第十一页，共76页。水泥什么品质对混凝土最重要？应当改变强度第一，甚至强度维一的传统观念；第一重要的是匀质性和性能和体积的稳定性混凝土结构的耐久性比强度更重要，而与混凝土结构耐久性关系最密切的就是水泥，只保证高强度的水泥并不一定利于混凝土结构耐久性当代混凝土需要开裂敏感性低的水泥第十二页，共76页。水泥强度和混凝土强度的关系

——什么是水泥和混凝土的强度

任何水泥基材料的强度主要取决于水灰比按现有标准的水泥强度检验水灰比：0.5当前用量最大的混凝土水灰比：＜0.5不仅相同强度的水泥能配出不同强度的混凝土，而且不同强度的水泥能配出相同强度的混凝土不必盲目追求水泥的高强，32.5的水泥能配制出C60混凝土第十三页，共76页。在相同水灰比下，混凝土强度和水泥强度仍然有关，高强度水泥可用于象C80、C100这样的高强的混凝土，但是用量很少；高强混凝土不一定耐久；像任何事物一样，高强混凝土也是有利也有弊；工程对混凝土强度的要求是有限的目前配制C80、C100的混凝土并不困难，难的却是是配不出合格的C20混凝土第十四页，共76页。外加剂与掺和料使用技术发展改变了对水泥强度和混凝土强度的关系的认识如何看待混合材料水泥/复合水泥的强度矿物掺和料对混凝土强度的贡献随水灰比的减小而增大的幅度大于水泥对强度的贡献随水灰比减小而增大的幅度，因此掺用掺和料的混凝土必须降低水胶比第十五页，共76页。当代混凝土对水泥的要求具有低的开裂敏感性、良好的匀质性、有利于混凝土结构长期性能的发展，无损害混凝土结构耐久性的成分尽可能低的需水量质检合格的水泥未必能满足混凝土的需要，相同品种和强度的水泥可能会在混凝土中有不同的表现最重要的是产品的匀质性，因此希望控制指标的上下限第十六页，共76页。粉煤灰体积比为1∶1的不同水胶比浆体中

粉煤灰和水泥在不同龄期时对强度的贡献7天粉煤灰

7天水泥

28天粉煤灰28天水泥90天粉煤灰90天水泥365天水泥365天粉煤灰第十七页，共76页。强度—粉煤灰掺量—水胶比关系第十八页，共76页。不同厂家生产的相同品种、相同强度硅酸盐水泥在混凝土中的不同表现第十九页，共76页。7天开裂14天开裂两个大厂的52.5硅酸盐水泥，w/c＝0.3成型温度18℃；24h后拆模并在室外负温下放置覃老师的环收缩实验第二十页，共76页。什么是好的水泥？Lemish和Elwell1996年在对依阿华州劣化的公路路面钻芯取样的一项研究中,也发现10～14年强度倒缩而得出结论：混凝土性能良好和强度增长慢有关。采用快硬水泥的混凝土10年后强度倒缩；1937年按特快硬水泥生产的水泥与现今水泥的平均水平很相似。第二十一页，共76页。混凝土高强的利和弊——利：在相同荷载作用下，减小构件断面、减少用钢量，适用于高耸、大跨、重载等结构增加构件刚度弊：高强不一定耐久:强度越高，抗拉与抗压强度比越小，构件延性比小；水灰比低，自收缩大；水泥用量大，温升大；早期弹性模量大，徐变小，收缩应力大；因此早期开裂倾向大；第二十二页，共76页。强度和开裂的关系第二十三页，共76页。混凝土抗拉强度和抗压强度比值

随抗压强度的提高而下降第二十四页，共76页。当前混凝土早期开裂的根本原因及其后果

拉应变增加

水灰比(水胶比)降低水泥强度提高混合材料活性提高

(用水量)浆骨比增加水化温升提高,温度收缩应变增加自收缩增加早期弹性模量提高，徐变减小拉应力增加约束早期开裂倾向增加大气环境作用耐久性下降早期强度大幅度提高的要求超过抗拉强度第二十五页，共76页。柱子的主要可能破坏形式受拉破坏失稳破坏受剪破坏第二十六页，共76页。水泥的现状对混凝土质量影响几十年来水泥工业的发展方向主要是降低能耗和提高强度，但如今却在增加粉磨的能耗Bolomy公式：R28＝ARc(c/w-B)，造成误导1920年代，欧美国家水泥中C3S约为35%，如今达50～70%；水泥细度从220m2/kg到现今的340～600m2/kg我国1970年代水泥(GB175-63)最高标号是硬练强度500＃，相当于GB175-77的425＃、现行标准32.5的强度等级；常用水泥是400#，按现行标准只有27.5。第二十七页，共76页。检测的水灰比增大，对3天强度的规定未变，实际提高了早期强度，而高早期强度并不是普适必要的；单纯追求强度，使水泥厂采取使用助磨剂磨细、掺用“增强剂”等，增加了开裂敏感性和不利于混凝土长期性能稳定性和耐久性的成分；有的厂家缺乏诚信第一的市场经济观念，造成混凝土配合比设计的困难；购销双方缺少合同观念第二十八页，共76页。水泥现状对当代混凝土的不适应问题片面追求强度而使比表面积太大、早期强度太高而长期增长率低甚至倒缩、实际强度浮动幅度太大；太细的水泥降低与外加剂的相容性、增加混凝土需水量，不利于混凝土长期性能的发展不控制含碱量、氯离子含量，不检测开裂敏感性、无法提供在当代混凝土中与外加剂的相容性水泥出厂温度太高，造成混凝土浇筑温度过高，温度应力增大，混凝土凝结时间不正常，早期开裂问题普遍第二十九页，共76页。水泥影响混凝土结构质量的主要因素

水化热及其释放速率──矿物组成和细度、水泥温度需水量──细度、含碱量

开裂敏感性──矿物组成、细度、水泥温度、含碱量

水泥与外加剂的相容性──矿物组成、细度、石膏形态和含量、含碱量性能稳定性和耐久性──细度、含碱量、氯离子含量产品匀质性──生产控制和原材料剂产品均化第三十页，共76页。水泥主要矿物水化热发展3324第三十一页，共76页。

熟料矿物的收缩率矿物收缩率C3AC2SC3SC4AF0.00234±0.0001000.00079

±0.0000360.00077±0.0000360.00049±0.000114第三十二页，共76页。碱和C4AF对收缩的影响第三十三页，共76页。水泥含碱量和C3A对收缩的影响第三十四页，共76页。

水泥与减水剂的相容性问题

C3A含量和SO3

的匹配一般水泥中石膏的优化条件：W/C=0.5,现代混凝土使用高效减水剂,W/C＜0.40，SO3不足；混凝土中掺入矿物掺和料，SO3被稀释。细度和颗粒级配

最佳组成:5～30μm＞90%,＜10μm＜10%

只考虑细度的结果：水泥越细，细颗粒越多，需水量越大，混凝土坍落度损失越大。第三十五页，共76页。熟料中SO3与含碱量的匹配No比表面积(m2/kg)流动时间（秒）熟料硫酸盐化程度

SD搅拌5分钟搅拌60分钟45678937737238338637135353535450535063636177991397169103716866不同水泥试样流变性能的测定：第三十六页，共76页。第三十七页，共76页。

SD与水泥流变性能关系的验证实例琉璃河水泥，熟料中

SO3=1.2%Na2O=0.4%K2O=1.5%

计算SD=

混凝土W/C=0.305，掺入高效减水剂1.5%，坍落度初始为200mm，半小时后为160mm，1小时后为75mm，损失达60%第三十八页，共76页。

C3A含量不同的水泥配制高强混凝土的实例第三十九页，共76页。其他，如石膏的形态、C3A

的形态不同形态的石膏溶解速率和溶解度不同：第四十页，共76页。生石膏和硬石膏溶解速率对比第四十一页，共76页。石膏对坍落度损失的影响第四十二页，共76页。

C3A、R2O、SO3的关系C3A（%）R2O（%）SO3（%）＞6＜6＞10＞100.5＞1.00.5＞1.023～42.5～33.5～4第四十三页，共76页。水泥中不同细度颗粒对强度的作用第四十四页，共76页。水泥细度与其抗压强度的关系第四十五页，共76页。

比表面积为3014cm2,饱和点为0.8%,

坍落度不损失掺量为1.6%雍阳外加剂厂试验第四十六页，共76页。水泥细度为3982cm2,饱和点为1.2%,

坍落度无损失掺量为1.82%

雍阳外加剂厂试验第四十七页，共76页。比表面积为4445cm2,饱和点为1.6%,

找不到坍落度无损失点

雍阳外加剂厂试验第四十八页，共76页。

水泥细度对砂浆抗拉强度的影响第四十九页，共76页。水泥细度和开裂敏感性的关系

用收缩开裂环检测水泥的开裂敏感性,从成型到开裂经过的时间越短，抗裂性越差第五十页，共76页。抗冻性随水泥比表面积增大而下降

第五十一页，共76页。水泥细度对水泥浆土和混凝土开裂的影响

第五十二页，共76页。矿物掺和料由谁来掺好？由混凝土掺对混凝土的利弊当前商品混凝土存在的问题掺用矿物掺和料不是假冒伪劣，而是为提高在严酷环境混凝土结构耐久性必须的措施；即使粉煤灰价格比水泥价格高，为了耐久性也要用混和材水泥销售不好的原因是检测方法的问题用提高高强矿物的比例和水泥比表面积来提高水泥强度的路线已经走到头，水泥厂不要放弃混合材水泥，要各自己留有发展的空间。第五十三页，共76页。当前商品混凝土存在什么问题？掺入组分太多，管理水平对当代混凝土技术适应性较差，上错料的问题时有发生；搅拌机搅拌时间太短，混凝土的多组分无预均化工序，存在拌和物匀质性的问题使用大掺量矿物掺和料的混凝土SO3不足，致使混凝土早期强度、凝结慢、收缩大，与减水剂相容性差。采取提高比表面积的措施以提高矿渣活性，使混凝土降低温升的效果差，自收缩增大，开裂敏感性增加，早期强度低；难以改变外加剂掺入方式，影响外加剂效率和拌和物质量；第五十四页，共76页。搅拌时间和混凝土匀质性的关系第五十五页，共76页。搅拌时间和混凝土强度变异系数关系第五十六页，共76页。SO3对砂浆变形性能的影响AA=0.56,B=0.37B第五十七页，共76页。SO3对砂浆抗压强度的影响第五十八页，共76页。SO3对砂浆抗折强度的影响第五十九页，共76页。石膏掺量对掺减水剂的浆体需水量的影响胶凝材料中矿物掺和料占50％第六十页，共76页。矿渣细度对W/C=0.45浆体水化热第六十一页，共76页。萘系减水剂掺法与坍落度经时损失的关系第六十二页，共76页。高效减水剂掺入方式对浆体流变性能的影响—

SPC在工厂中生产水泥时加入超塑化剂—SpAD在使用水泥加水前先加入超塑化剂—AD将超塑化剂溶于拌和水中第六十三页，共76页。■—

SPC在工厂中生产水泥时加入超塑化剂●—SpAD在使用水泥加水前先加入超塑化剂◆—AD将超塑化剂溶于拌和水中第六十四页，共76页。行业隔离造成的问题行业隔离问题已经不是一个技术问题，归根到底是利益的问题，而反过来却影响社会整体的生产力和人类的可持续发展生产关系的革新具有革命性的意义社会的和谐是人类共同的愿望第六十五页，共76页。市场的铁率用户是上帝，但是上帝往往未必知道他自己真正需要什么，要对用户进行培训。优质优价产品多样化，能满足各种特殊要求,

第六十六页，共76页。赢得市场的有效路线是品牌效应，优质优价，产品生产者都应当对用户有质量的承诺负责产品的售后服务，对产品的使用进行指导，提供使用指南或说明充分重视人才的培养和继续教育，不断提高技术水平了解并满足用户的实际需要正确认识和执行产品标准：严格执行国标是控制产品匀质性和无害性的保证，但国标规定的只是最低要求，高质量产品需要有更高的技术含量第六十七页，共76页。树立正确的合同意识合同的目的不仅是保证交钱、交货，而首先是甲乙双方相互信任和支持的法律行为，是双方沟通和交流的过程明确双方的责、权、利甲方（用户）：对乙方提出要求和配合的承诺乙方（供货、服务方）：对甲方提供服务内容和保证质量的承诺以及对甲方配合的要求契约双方共同遵照的相应规范和特殊技术措施任何合同以外的变更都要经过洽商，并记录，作为合同的补充内容第六十八页，共76页。购销合同内容

（除供货与付款的规定外）用户对产品的技术要求和产品对用户的承诺售方