高性能溷凝土的原材料1.ppt

1、2.集料 Aggregate,石子的颗粒级配可分为连续级配和间断级配。 连续级配是石子粒级呈连续性，即颗粒由小到大，每级石子占一定比例。用连续级配的骨料配制的混凝土混合料，和易性较好，不易发生离析现象。连续级配是工程上最常用的级配。 间断级配也称单粒级级配。采用间断级配易使混凝土混合物容易产生离析现象，导致施工困难。 配制高性能混凝土应采用连续级配石子。配制C60以上强度等级高性能混凝土粗骨料宜采用10-25 mm及5-10 mm两级粗骨料配合。,2.集料 Aggregate,2.集料 Aggregate,石子各粒级的公称上限粒径称为这种石子的最大粒径。石子的最大粒径增大，则相同质量石子的总表

2、面积减小，混凝土中包裹石子所需水泥浆体积减少，即混凝土用水量和水泥用量都可减少。配制普通强度等级混凝土时，在一定的范围内，石子最大粒径增大，可因用水量的减少提高混凝土的强度。 然而石子最大粒径过大时，则由于骨料与水泥砂浆粘结面积下降等原因造成混凝土的强度下降。 对于C50C60混凝土，粗集料最大粒径宜不大于25mm，对C60以上的混凝土宜小于 20mm。,2.集料 Aggregate,同时，最大粒径的选用，要受结构上诸因素和施工条件等方面的限制。,另外： 1、粗集料粒径不得大于结构截面最小尺寸的1/4，不得大于钢筋间最小净距 的3/4。 2、对混凝土实心板，集料的最大粒径不宜超过板厚的1/2，

3、且不能超过50mm。,粗集料5-20mm最佳级配图 粗集料5-31.5mm最佳级配图,粗集料5-25mm最佳级配图 粗集料5-40mm最佳级配图,2.集料 Aggregate,集料的粒形,集料的粒形对混凝土工作性能及强度有重要的影响，配制高性能混凝土应当尽量选择针片状含量低的粗集料以及圆形度较高的细集料，对工作性能要求高时应避免使用棱角多的机制砂。 针状（颗粒长轴长度大于平均粒径的2.4倍） 片状（厚度小于平均粒径的0.4倍）,针片状仪,2.集料 Aggregate,集料的强度及坚固性,集料在混凝土当中起到骨架的作用，通常情况下，集料的强度都应高于混凝土的设计强度。当混凝土设计强度等级较高时，

4、集料强度在很大程度上决定了混凝土的强度，但当集料强度足够高时，混凝土强度几乎不受集料强度的影响。我国行业标准普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法（JGJ53-92）规定混凝土强度等级为C60及以上时应进行岩石抗压强度检验，其他情况下如有怀疑或认为有必要时也可进行岩石的抗压强度检验。岩石的抗压强度与混凝土强度等级之比不应小于1.5，且火成岩强度不宜低于80MPa，变质岩不宜低于60MPa，水成岩不宜低于30MPa。,2.集料 Aggregate,集料的强度及坚固性,集料的强度难以直接进行测量，一般通过压碎值指标和母岩强度来间接地进行评价。 岩石立方强度试验，是用母岩制成 555 立方体，或直

5、径与高度均为5的圆柱体试样，浸泡水中，待吸水饱和后进行抗压试验。石子抗压强度与设计要求的混凝土强度等级之比，不应低于1.5。,2.集料 Aggregate,集料的强度及坚固性,常见用作混凝土集料岩石强度,2.集料 Aggregate,集料的强度及坚固性,配制C60以上强度等级的高性能混凝土，应选择级配良好的玄武岩、石灰岩、花岗岩、辉绿岩等碎石，岩石的抗压强度与混凝土的抗压强度等级之比不低于1.5，或其压碎值Qa小于10%。,2.集料 Aggregate,集料的强度及坚固性,（2）骨料的坚固性 骨料的坚固性是指在气候、外力和其他物理力学因素作用（如冻融循环作用）下骨料抗碎裂的能力。坚固性试验是用

6、硫酸钠溶液法检验，试样经五次干湿循环后，其质量损失应不超过规范的规定,2.集料 Aggregate,集料的热学性质,集料的热性质主要包括热膨胀系数、热导率、比热容等。其中热膨胀系数是较重要的指标，对混凝土性能有较大的影响，一方面影响混凝土在温度变化时的体积稳定性，另一方面集料与混凝土其他组分热膨胀系数若存在差异，在温度变化时有可能产生较大的热应力而引发微裂缝的形成和扩展，进而影响混凝土的耐久性能。,常见集料热膨胀系数,2.集料 Aggregate,集料的化学性质,集料的化学性质主要是指集料本身的化学组成及其与混凝土其他组分、侵蚀性介质的化学反应活性。,碱集料破坏,2.集料 Aggregate,

7、集料的化学性质,由于碱集料反应的潜伏期较长，当集料中含有的的活性硅等物质含量较高时应当进行集料的碱活性检验。检验方法包括岩相法、砂浆棒法、化学法、快速砂浆棒法和混凝土棱柱体法，以及压蒸法等方法。 岩相法通过分析集料岩石矿物种类、组成及比例来判断其碱活性；砂浆棒法通过将集料与高碱水泥成型砂浆棒，检测其由碱集料反应产生的膨胀率大小来判断其碱活性；化学法是通过测定经粉碎至一定粒度的集料与NaOH溶液在一定条件下的反应量来判断其碱活性；快速砂浆棒法是在高温高碱环境下加速碱集料反应，检测砂浆棒膨胀率大小；混凝土棱柱体法是通过检测混凝土棱柱体由碱集料反应的膨胀率大小判断集料的碱活性；而压蒸法则是通过在高温

8、高压条件下加速碱集料反应，检测砂浆棒膨胀率或混凝土试件表面有无裂纹、超声脉冲速度和动弹模的变化来判断集料的碱活性。上述各种方法单独使用难以准确判断集料的碱活性，往往需要几种方法结合使用。,2.集料 Aggregate,集料孔隙率,集料中存在孔径变化范围很大的毛细孔，最大的孔甚至肉眼都能看到，最小的孔一般也比水泥石的凝胶孔大。这些孔有的封闭在集料内部，有的能扩展到颗粒的表面。集料的孔隙率和孔结构影响集料和水泥石的粘结、混凝土的抗冻性、以及集料的化学稳定性等性能。,2.集料 Aggregate,集料的含水状态,a)全干状态：在105中烘干至恒重，孔隙中的水被烘干； b)气干状态：除掉表面水分，但部

9、分内部孔隙中仍然充满水； c)饱和面干：所有孔隙充满水，但在表面无水分； d)湿润状态：所有孔隙充满水，而且表面有水膜。,a) b) c) d),2.集料 Aggregate,集料的杂质含量,为保证混凝土的质量，砂中有害杂质的含量，应符合国家技术规范的规定。如果是海砂，还要考虑氯离子的含量。,高性能混凝土用的粗细集料含泥量宜控制在1%以下，达不到时应采取冲洗或其他措施进行处理。,杂质导致的胀爆破坏,2.集料 Aggregate,集料性质对混凝土性质的影响,2.集料 Aggregate,再生集料,随着旧混凝土结构物的拆除和大规模的基础设施建设，每年产生大量的废弃混凝土，其处理已经造成不可忽视的经

10、济、环保和社会问题。,2.集料 Aggregate,再生集料,2.集料 Aggregate,细集料的生产过程,2.集料 Aggregate,粗集料的生产过程,3.外加剂 Admixture,外加剂是指在拌和混凝土过程中掺入以改善混凝土性能为目的物质，其掺量一般不大于水泥质量的5。在现代混凝土技术中，外加剂已成为继水泥、砂、石、水后混凝土的不可或缺的第五组分。,外加剂特别是高效减水剂的出现是混凝土发展历史上的一次飞跃性的发展。,工作性能大大提高,早期的浇注的混凝土,1960,1975,流态混凝土,现在,自流平混凝土,20年以后,？,强度性能大大提高,20年代的江汉关大楼,90年代的广州中信大厦,

11、3.外加剂 Admixture,3.1减水剂(Water Reducer) 减水剂是指能保持混凝土的和易性不变，而显著减少其拌合用水量的外加剂。由于拌合过程中加入减水剂后，如不改变单位用水量，可明显地改善其和易性，因此减水剂又称为塑化剂。,3.外加剂 Admixture,3.1.1 减水剂的作用机理,水泥加水拌和后，由于水泥颗粒间分子引力的作用，产生许多絮状物而形成絮凝结构，使1030的拌合水（游离水）被包裹在其中，从而降低了混凝土拌合物的流动性。,3.外加剂 Admixture,3.1.1减水剂的作用机理,吸附分散作用 润滑作用 静电斥力作用 空间位阻作用,Kao Soap 1962,Dr.

12、 Hattori,S,O,3,N,a,n,H,2,C,-萘磺酸甲醛树脂,花王石硷,3.外加剂 Admixture,3.1.2常用减水剂类型萘系减水剂,SKW 1962,Dr. Aignesberger,N,N,N,N,H,N,H,N,H,C,H,2,C,H,2,H,2,C,S,O,3,N,a,n,O,磺化三聚氰胺甲醛树脂,3.外加剂 Admixture,3.1.2常用减水剂类型三聚氰胺系减水剂,N,N,N,N,H,2,N,H,2,H,2,N,+,3,C,H,2,O,p,H,=,8,-,1,0,N,N,N,N,H,N,H,N,H,C,H,2,O,H,C,H,2,O,H,H,O,H,2,C,O,H

13、,-,N,a,H,S,O,3,N,N,N,N,H,N,H,N,H,C,H,2,O,H,C,H,2,H,O,H,2,C,S,O,3,N,a,-,H,2,O,p,H,=,5,-,6,N,N,N,N,H,N,H,N,H,C,H,2,C,H,2,H,2,C,S,O,3,N,a,n,磺化三聚氰胺甲醛树脂,O,三聚氰胺,三羟甲基三聚氰胺,三聚氰胺系减水剂生产流程,3.外加剂 Admixture,3.1.2常用减水剂类型氨基磺酸盐系减水剂,减水率高、保塑性能好，但掺量大时极易引起泌水、离析现象！,.,.,.,.,.,.,.,.,.,水中的聚羧酸盐,7 nm, 20 nm,Rh 15 nm,3.1.2常用减水

14、剂类型聚羧酸盐系减水剂,聚羧酸盐 第一代,甲基丙烯酸 甲基丙烯酸甲酯型聚羧酸盐,Nippon Shokubai/NMB 1986,(日本触媒),Nippon Oil & Fats (日本油脂),烯丙醚型聚羧酸盐,聚羧酸盐 第二代,W. R. Grace, USA (格雷斯，美国),酰胺/酰亚胺型聚羧酸盐,聚羧酸盐 第三代,最新进展 两性PCE,优点： w/c = 0.15时具有塑化性能,分别掺加传统和优化PCE分子的水泥的水化,最新进展 两性PCE,木质素磺酸盐的化学结构,带有枝杈的木质素磺酸盐分子,3.1.2常用减水剂类型木质素磺酸盐系减水剂,糖蜜类减水剂为普通减水剂，它是以制糖工业的糖渣、

15、废蜜为原料，采用石灰中和而成，为棕色粉状物或糊状物，其中含糖较多，属非离子表面活性剂。,糖蜜减水剂适宜掺量为0.20.3，减水率10左右，属缓凝减水剂。,3.1.2常用减水剂类型糖蜜系减水剂,3.外加剂 Admixture,3.1.3不同减水剂之间的减水效果差异,SEM图像,不掺减水剂，高 w/c 水化物距离宽 低強, 20,000,用萘系减水剂 水化物距离窄 高强, 20,000,SEM图像,用X404取得更低 w/c 水化物距离更短 特高强, 20,000,SEM图像,3.外加剂 Admixture,3.1.4减水剂的掺加方法,先掺法 后掺法 分次掺加法,3.外加剂 Admixture,3

16、.1.5使用减水剂的技术经济效果,在保持和易性不变，也不减少水泥用量时，可减少拌合水用量525%或更多。 在保持原来配合比不变的情况下，可使拌合物的坍落度大幅度提高。 若保持强度及和易性不变，可节约水泥1020%。 由于拌合水量减少，拌合物的泌水、离析现象得以改善，可提高混凝土的抗冻性、抗渗性。,在合适掺量及掺加方法下！,3.外加剂 Admixture,全球外加剂销售额：约80亿欧元,外加剂品牌众多，品质不一。,3.1.6减水剂的品牌和市场,3.外加剂 Admixture,3.2 调凝剂,缓凝剂 促凝剂 速凝剂,什么是凝结？ 为什么要调凝？ 调凝剂有哪些类别？,3.外加剂 Admixture,

17、3.2.1 缓凝剂,缓凝剂类别,3.外加剂 Admixture,3.2.1 缓凝剂,缓凝剂作用机理,缓凝剂的作用机理解释主要有：吸附理论、生成络盐理论、沉淀理论和控制氢氧化钙结晶生长理论。,3.外加剂 Admixture,3.2.1 缓凝剂,缓凝剂使用注意事项,拉索坠落 未凝结浆体,3.外加剂 Admixture,3.3 速凝剂,可溶性无机盐类 可溶性有机化合物 其他固体物质,3.3.1速凝剂的种类,3.矿物掺合料 Mineral admixture,3.1 粉煤灰Fly ash 粉煤灰作为一种掺合料应用于混凝土已有五六十年的历史了。美国加州理工学院的R.E.Davis于1933年开始发表关于

18、粉煤灰用于混凝土中的研究报告。但在工程结构中的应用只是在70年代以后才有了较大的发展。随着混凝土科学技术的发展，粉煤灰混凝土技术也越来越成熟。现在，粉煤灰常被用作混凝土的第六组成部分，被用于配制高性能混凝土。,（1）粉煤灰品质 由于不同热电厂的煤源、燃烧热历史、收尘方式等不同，粉煤灰的品质存在很大的差异，对混凝土的性能将会产生不同的影响。因此，在选用粉煤灰时必须考虑其品质好坏。 在我国，根据粉煤灰的细度、烧失量、需水量、三氧化硫和含水率等几项指标，将其分为、级。,HPC的FA应符合GBJ146粉煤灰混凝土应用技术规范，且宜选用级粉煤灰；若采用级粉煤灰应先通过试验，证明能达到所要求的性能指标后方

19、可采用。,（2）对混凝土性能的改善作用 ： 工作性效应 强度效应 其它效应 ：降低水化热、提高抗硫酸盐侵蚀能力、降低碱集料反应,（3）粉煤灰的掺量 A、粉煤灰的超量取代 在混凝土生产中，应用粉煤灰可采用外加法(外掺法)、等量取代法和超量取代法等三种方法。从实践来看，这三种方法中以超量取代法效果最佳。,(2)粉煤灰的掺量 根据粉煤灰等效系数理论，在采用超量取代法进行粉煤灰混凝土的配比设计时，可用超量取代系数和取代水泥百分率来计算粉煤灰的掺量。我国JGJ 28-86对粉煤灰的超量系数K作出如下规定：采用级灰时，1.0-1.4；采用级灰时，K=1.2-1.7；采用级灰时，K=1.5-2.0，并规定强

20、度等级高的混凝土取上限，强度等级低的混凝土取下限。 在高性能混凝土配比设计规程征求稿中规定粉煤灰取代水泥的最大用量宜30%。,3.2粒化高炉矿渣Slag （1）矿渣的活性评定 碱度b（b=(CaO+MgO+Al2O3)/SiO2）：碱度越大，活性越大； X射线方法测定矿渣的结晶比率并计算矿渣玻璃化率：玻璃化率=（1结晶比率）100%，玻璃化率越大，活性越大； 比表面积：比表面积越大，活性越大 活性指数：S105、S95、S75 HPC所用矿渣应符合GB/T18046用于水泥和混凝土的粒化高炉矿渣粉的规定。,（2）对混凝土性能的影响：与粉煤灰类似 （3）掺量： 等量取代、取代水泥的最大用量宜40

21、%,3.3 硅粉Silica fume 3.4 煤矸石coal gauge 3.5 沸石粉,3.6 膨胀剂, 膨胀化学反应 在以钙矾石为主要膨胀源的组成中，含铝相物质主要有以下几种：铝酸盐水泥熟料、硫铝酸钙熟料、煅烧明矾石和天然明矾石。其反应式为： 3CA+3CaSO4+38H2 OC3A3CaSO432H2O+2(Al2O33H2O) （1） 3CA2+3CaSO4+47H2OC3A3CaSO432H2O+5(Al2O33H2O) （2）C4A3+2(3CaSO42H2O)+35H2OC3A3CaSO432H2O +2Al(OH)3 （3） K2SO4Al2(SO4)34Al(OH)3+13Ca(OH)2+5CaSO4+78H2O3AFt +2KOH （4）,按照反应方程式可以计算出各种含铝相原材料中活性Al2O3与石膏完全反应生成钙矾石（AFt）的理论摩尔比：,当某二种含