土木工程材料-特种砼和轻砼.ppt

1、4-11 特种砼,聚合物砼 纤维砼 防水砼 耐酸砼 无砂大孔砼 高强砼(=C60)及高性能砼 轻砼,探究式学习:,一.聚合物砼 聚合物浸渍砼(PIC) 聚合物水泥砼(PCC) 聚合物砼(PC) 1.聚合物浸渍砼(PIC) 1产生工艺和原材料:基体 单体浸渍 聚合 基体(基材):水泥砂浆,普通砼,轻骨料砼,纤维增强砼,石棉水泥,钢丝网水泥,石膏品,陶瓷 浸渍液:流体状的能聚合反应的单体. 甲基丙烯酸甲酯(MMA),苯乙烯,丙烯腈(AN),聚酯树脂(P),环氧树脂(E),硫磺,丙烯酸甲酸(MA),石蜡等. 还需添加剂,如稀释剂,阻聚剂,增塑剂等. 可在常压下或加压状态下聚合.,完全浸渍:(砼断面完

2、全被单体浸透)提高砼强度,密实度,如板管柱. 局部浸渍:(砼断面被单体浸透到一定深度,10-20mm)封闭砼表面孔隙,提高砼耐入性,抗渗性,耐腐蚀性等,又可修补砼 单体聚合:(由单变成聚合物,固化) 热聚合(电炉,蒸汽,热水.最好直接浸泡在热水中) 辐射聚合(基体易挥发,宜用薄膜 覆盖或在不溶解单体介质中聚合),2物理力学性质 浸入量6%-8%(重量比) 经浸渍后的聚合物填充了砼内孔隙及水泥浆,骨料中的裂缝以及水泥浆与骨料界面处的裂缝,提高砼各相之间的粘结力,增加了水泥石单位体积的固相量,使水泥石由多孔变成致密,减少应力集中,提高了砼强度和耐久性. 抗强度提高3-4倍(一般100-150MPa

3、,高达260MPa),抗压强度提高3倍,弹性模量提高1倍,冲击强度约提高0.7倍,徐变大大减少,抗冻性耐硫酸盐腐蚀耐酸耐碱等性能有很大提高. 3用途 造价较高,不普遍.只是利用其耐腐蚀性高强耐久好的物性制作一些构件,如管道内衬,隧道内砌,桥面板,铁路轨枕,砼船,海上采油平台等耐腐蚀耐压材料及水下海洋结构.,2.聚合物水泥砼(PCC),定义: 1制作简单,成本较低 2特性与应用: 填充孔隙,与水泥水化物结成一体,较好的粘结性,耐磨性,减少收缩,提高不透水性耐腐蚀性和耐冲击性. 主要用于地面,路面,桥面和船舶的内外甲板面.尤其是有洒落化学物质的楼地面.也可用作衬砌材料,喷射砼和新旧砼的接头.,3.

4、聚合物砼(PC),树脂砼(PEC),塑料砼 1定义 2应用 成本较高,未广泛应用.但其强度高,抗渗,耐腐蚀性能好,较广泛用于要求耐腐蚀的化工结构和高强度的接头.还可用于衬砌,桩,轨枕,喷射砼等.具用漂亮外观,可作饰面构件,如人造大理石(桌面,浴缸等),二.纤维砼,砼是一种优良的建筑材料,它的发展和应用已有170多年的历史,但是,它存在缺陷,即材料的脆性.它的抗压强度 虽然比较高,但其抗拉抗弯抗暴以及韧性等性能却比较差.纤维砼就是考虑如何改善这些性能提出.,1.纤维 钢纤维;碳,玻璃,石棉等高弹纤维;尼龙,聚丙烯,植物(椰壳)等低弹纤维. 钢纤维砼破坏实际上是由于纤维从基体中拨出而不是纤维本身的

5、断裂,即界面粘结失效引起.故长径比l/d=60-100(长了易结丛和结团);纤维形状,变形比光面好,如表面处理,锻锤,氧化,除油. 聚丙烯纤维砼,破坏呈破断形式,而非拨出. 纤维分布要求三向随机分布.,2.纤维砼配合比设计 钢纤维含量取体积比2%,要试件避免砼拌合物和易性下降,砂率60%左右(很大). 聚丙烯纤维砼,含纤率0.2%(重量比).单丝由于表面积较小,不易被砼握裹,价格也高,故普通使用的是纤维束,和易性比普通砼差,带来浇筑困难.,3.施工 搅拌-防止纤维分布不均,避免引起纤维成团. 分散纤维-发明很多设备. 浇筑-人工插易折断纤维,成团.宜机械振捣.初凝前用刷子和压滚做拉毛处理,要注

6、意不带出钢纤维,终凝后进行常规养护.,4.应用 纤维砼特别是钢纤维砼,桥面的罩面结构,公路地面街道和飞机;坦克停车场;采矿和隧道工程(喷射砼,纤维易三向随机),大体积砼维护与补强(刚度和抗弯超过以前) 细石砼屋面防水层-因掺入纤维解决了收缩开裂,使用年限延长30%. 打桩,钢纤维桩-抗冲击好. 抗震建筑,三.防水砼 定义: 1.砼渗水的原因 砼中游离水蒸发后,在水泥石本身和水泥石与砂石界面处形成缝隙和毛细孔. 施工质量不好造成的蜂窝,孔洞,缝隙. 砼保水性能不良,浇筑后产生骨料下沉,水泥浆上浮形成泌水,造成连通孔隙. 温度,地基下沉或荷载形成的裂缝. 砼由于受到侵蚀产生的孔道. 2.种类 骨料

7、级配法防水砼,普通防水砼,外加剂防水砼,膨胀水泥防水砼.,3.应用 适用于水池,水塔等贮水构筑物;江心河心取水构筑物;沉井,沉箱,水泵房等地下构筑物及一般性地下建筑.并广泛用于干湿交替作用或冻融交替作用的工程中,如海港码头,桥墩等. 离水砼结构不宜承受剧烈振动和冲击作用,更不宜直接承受高湿作用或侵蚀作用.,四.耐酸砼,水玻璃砼,硫磺砼,沥青砼 1.水玻璃砼 胶结料-水玻璃 促硬剂-氟硅酸钠 耐酸粗骨料-石英岩,花岗岩,玄武岩,碎瓷片,耐酸砖块 耐酸细骨料-石英砂 耐酸粉-石英粉,辉绿岩粉,2.施工注意 氟硅酸钠有毒,施工时应注意通风,操作人员应穿工作制服,戴口罩和护目镜. 宜在15-30干燥环

8、境中施工和养护,切忌浇水,不能蒸养. 硬化后须进行酸化处理,使表面形成硅胶层,提高抗酸能力(用强酸涂刷表面4次),五.无砂大孔砼 普通(无砂)大孔砼,轻骨料大孔砼,少砂砼 普通无砂大孔砼性能: 表观密度小1500-1900 ,抗压强度3.5-10MPa. 导热系数小,保温性能 好,吸湿性小. 水泥用量少,约为同强度普通砼的1/2左右,收缩. 水的毛细现象不显著. 对钢筋的保护性能差(一般墙为构造筋,可加大保护层厚度;双面抹灰),六.高强砼(=C60)及高性能砼,高性能砼：高强度，高耐久，高工作性，高体积稳定性。 1.特点 强度高,变形小,耐久.特别适应现代工程结构向高耸大跨和重载方向发展,以及

9、承受恶劣环境的需要(如露天的,受海水侵蚀的,受高速流体冲刷或易受碰撞的工程构筑物).用高效减水剂配制的高强砼,具有坍落度大和早强的特点,便于浇筑,加快模板周转.,缺陷: 延性比普通砼差,随强度提高而降低.对原材料要求严格,生产施工各环节要加强质量管理.质量易受生产运输浇筑养护过程中环境因素的影响.,2.配制高强砼的技术途径,砼强度取决一粗细骨料强度,水泥石强度以及水泥石与骨料的粘结强度,而水泥石与骨料粘结强度最弱.它随水泥石强度的提高而提高.水泥石的强度与水泥标号,水泥石中的孔隙及孔结构有关.故配制高强砼的关键是提高砼的密实度.降低W/C是一个重要手段.,技术途径: 1。改善原材料性能:提高水

10、泥的标号,增加细度;选用坚硬致密和级配良好的粗细骨料. 2。优化配合比:降低W/C,降低砂率. 3。掺用外加剂和活性掺合料:高效减水剂,超细掺合料(硅粉,粉煤灰,矿渣) 4。改进生产工艺:强力搅拌,加强振捣,挤压成型,高压养护.,应用: 高强砼首先用于高层建筑和大跨桥梁.1967年芝加哥Lake Point塔楼(70层,197m),底层柱C65. 1975年芝加哥Water Tower广场大厦(79层,262m),地下室至15层柱子C75. 高强砼的应用出现钢筋砼取代钢结构趋势.70年代初,纽约曼哈顿高层建筑几乎全部是钢结构,80年代初,1/4用钢筋砼建造.国外经验,30层经上建筑宜用高强,4

11、0-50层的底层柱宜用C70-C75.超过50层宜用更高强砼.80年代末90年代初,美Two Union Square大厦(58层)和Pacific First Center大厦C110柱. 我国“八五计划纲要”已将高强砼列入重点发展对象,要求2000年高层建筑普遍应用C60砼,同时应用C80砼.,七 轻 砼 (轻骨料砼),轻骨料砼:用轻骨料轻砂(或普通砂)水泥和水配制而成的砼,干表观密度 （一）特点(与普通砼不同之处在于骨料中存在大量孔隙,从而赋予许多优越性) 1.轻质(高强) 一般CL15-CL50,最高可达CL70.国外CL55.5MPa,而干 原因: 1.轻骨料拌合时,因多孔而具有吸水

12、作用,造成轻骨料表面的局部W/C,增加了骨料表面附近水泥石的密实度. 2.轻骨料表面粗糙具有微孔,提高轻骨料与水泥石的粘结力,在骨料周围形成坚强的水泥外壳,约束骨料横向变形,使骨料处于三向受力状态,从而提高了骨料的极限强度,使轻骨料砼与变砼强度相接近.,2.保温性能良好 导热系数 轻骨料砼是一种性能良好的墙体材料.与普通砖相比,不仅强度高,整体性能好,而且保温性能良好.在同等保温要求下,墙厚可减少40%,墙自可减少50%以上. 3.抗震性能好 原因:自重轻,弹性模量低. 用它建造房屋,在地震荷载作用,的受的地震力小,振动波的传递也较慢,自振周期长,对冲击能量吸收快,减震效果好.适用于有抗震要求

13、地区的建筑. 4.耐久性好 保温性能好,热膨胀小,不燃烧.高温作用下可保护钢筋不遭受破坏.对同一耐用火等级,可比普通砼减薄20%以上.适用于耐火等级要求高的高层建筑和工业建筑. 5.易于加工 缺点:抗强度与普通砼相接近,但抗拉强度和弹性模量较低,会产生过大的变形及较大的收缩和徐变.,（二）轻骨料,1.轻骨料种类 轻粗骨料:粒径 (堆积密度) 轻细骨料:粒径 (轻砂) 按来源: 天然轻骨料:地壳破裂流出的熔岩通过冷却而成的多孔质岩石,经简单破碎筛分加工而成.由于内部孔隙大,表观密度低,强度低,只能用作配制非结构用轻骨料砼 工业废渣轻骨料: 人造轻骨料:,按制造方法(煅烧): 烧胀法:料球在高温(

14、1100-1250度)下软化并形成具有适当粘度的熔融体,释放的气体,被熔融气体包围,气体膨胀形成多孔结构. 烧结法:主要用于生产粉煤灰陶粒,高温(1200-1300度)煅烧料球,部分熔融形成适量的液相,含碳物质被烧掉,冷却凝固后,各个微小固体颗粒相互粘结在一起形成多孔轻骨料. (我国习惯上将高温煅烧而成的轻骨料称为陶粒) 粒形: 圆球形:造粒(球型)煅烧而成. 普通型:原料破碎成块,煅烧而成的非球型集料. 碎石型:天然轻骨料,大块煤渣,自燃煤矸石等经破碎后直接用于轻骨料.,2.技术要求,1密度等级: 按堆积密度-轻粗骨料300-1000 轻细骨料500-1200 2筒压强度 3强度标号: 以该

15、骨料的“砼合理强度”来表示.因为并不是任何一种轻骨料都适合配制任何强度的砼,对于某种特定轻骨料配制砼时,有它合理的强度范围. 4颗粒级配: 骨料颗粒大小的搭配,级配均匀性对砼和易性和强度都有极大影响. 轻粗骨料的颗粒维配的要求可比普通砂石要宽些.因为骨料强度低,水泥用量略高(同普通砼同强度时对比).轻粗骨料的体积也要少,故轻粗骨料的级配好坏对砼影响要小些.,5吸水率 轻粗骨料1h吸水率(为24h吸水率的62%-94%),作为配合比计算考虑骨料附加水的依据(完全满足施工对轻骨料砼拌制后,不应迟于45min浇筑完的要求) 吸水率过大,会给硬化砼性质带来不利影响,如降低砼早期的抗冻和保温性能,和易性

16、也难控制.故不大于22%. 表面有“釉化”致密硬壳,内部孔隙小,吸水率小. 表面开口,或表面有较大孔洞,内部孔隙较多,且相互连通,吸水率大. 轻砂,轻天然骨料的吸水率大,缺乏统计数据,故尚无统一规定.,（三）轻骨料砼等级 强度等级:立方体抗压强度标准值CL5.0-CL50. 11个等级 密度等级:干表观密度 800-1900 12个等级,（四）配合比设计,1.基本要求: 和易性,强度,耐久性,经济性+表观密度要求 2.轻骨料的选用: 考虑使用表观密度和强度较低较弱的粗骨料,还是使用表观密度和强度较高较强的粗骨料. 例如用表观密度过小的轻骨料,虽能降低砼的表观密度,但将使水泥用量过大,经济上不合

17、理,还会产生过大的水化热和收缩,徐变也大.选用表观密度过大的轻骨料,则砼的表观密度过大.故应选相应密度等级和强度标号的轻骨料.,3.水泥用量和标号 CL10-CL20:325# CL20-CL30:425# CL30-CL50:525# 为了保证砼的耐久,保证钢筋与砼有良好的粘结力,以及保证新拌具有较好的和易性, 结构用轻骨料砼的最小水泥用量不得低于300 ,但最大不得超过550 由于骨料表面开口的孔隙,会吸入一部分水泥砂浆,故轻骨料砼水泥用量普通砼.,4.用水量 附加用水量:轻骨料用量x1h吸水率 净水量:根据新拌砼和易性确定. 5.最小水灰比和最小水泥用量 6.砂率(体积砂率) 因轻粗骨料吸入部分砂浆,故砂率较普通砼大. 7.粗细骨料用量 绝对体积法:粗细骨料总体积 (较严密.但全轻砼不宜采用,因为轻砂吸水率不易准确确定.) 松散体积法:确定 砼中粗细骨料总体积(自然状态下粗细骨料的松散体积 之和) 例.普通砂时,取1.20-1.40;轻砂时1.30-1.60 (带有较多经验性),（五）施工 注意事项,原则上与普通相同,但轻骨料密度小,吸水率大,也有不同之外. 1.干燥与预湿: 可用干燥轻骨料,也可将轻骨料预湿至水饱和.干燥,和易性难控制,预湿对和易性稳定有得.一般表面无开口孔隙