混凝土技术性质介绍 (ppt 49页).ppt

1、第04章 混凝土3,4.7 特种水泥混凝土,普通水泥混凝土在某些环境下难以满足要求： 在侵蚀介质环境中使用时难以满足抗侵蚀性要求；用于冲蚀环境中的水工结构物时难以达到较高的防水、抗溶蚀性能及抗冲耐磨性；在承受冲击与疲劳荷载作用时表现出抗折强度太低和脆性严重的缺陷；过大的自重难以满足大跨度结构等对材料高比强度的要求。 改善普通水泥混凝土性能的措施： 掺入纤维制成纤维混凝土； 掺入聚合物制成树脂混凝土或聚合物改性混凝土； 用单体或聚合物浸渍混凝土表面制备聚合物浸渍混凝土； 采用特殊集料配制具有某些物理力学特性的水泥混凝土； 掺加粉煤灰等混合材料在改善混凝土某些性能。 与普通混凝土相比，这些混凝土的

2、某些性能有十分显著的改善，而且更适合于某些特种环境，称之为特种混凝土。,特种混凝土的类别,根据混凝土的组分与结构不同，可分为： 轻集料混凝土、多孔混凝土、水泥粉煤灰混凝土、特细砂混凝土、纤维增强混凝土、聚合物混凝土、硅酸盐混凝土等。 根据混凝土的流动性分为： 超干硬混凝土、流态混凝土、自流平和自密实混凝土等。 根据硬化混凝土的环境适应性能分为： 高强混凝土、高性能混凝土、耐海水混凝土、耐酸混凝土、耐磨耗混凝土、耐热混凝土等。,根据混凝土的结构特性不同，分为： 大体积混凝土、引气混凝土、膨胀混凝土、透水性混凝土等。 根据在工程中的使用功能不同，分为： 道路混凝土、装饰混凝土、绿化混凝土等。 根据

3、施工方法不同，分为： 预拌混凝土、碾压混凝土、水下浇筑混凝土、冬季施工混凝土、夏季施工混凝土、喷射混凝土、真空脱水混凝土、预填集料混凝土等。,4.7.1 纤维增强混凝土,纤维增强混凝土简称纤维混凝土。是由水泥混凝土为基材与不连续而分散的纤维为增强材料所组成的一种复合材料。常作为增强材料的纤维有钢纤维、玻璃纤维、合成纤维和天然纤维等。,1.钢纤维的构造与性能,钢纤维混凝土用钢纤维，主要是采用碳钢加工制成的纤维，对长期处于受潮条件的混凝土，亦有采用不锈钢加工制成的纤维。 钢纤维的尺寸主要由强化效果和施工难易性决定。 钢纤维太粗或太短，其强化效果较差；如过长或过细，施工时不易拌和、易结团。 为了增加

4、钢纤维和混凝土之间的粘结力，可用增加纤维表面积的方法，将其加工为异形纤维，如波形、哑铃形、端部带弯钩等形状。 钢纤维的几何特征，通常用长径比表示，即纤维的长度与截面当量直径之比。一般纤维的长径比约在30150的范围内。一般钢纤维直径0.250.75mm，长度约为2060mm。,2.钢纤维混凝土的性能,钢纤维的掺量以纤维体积率表示。当钢纤维的形状和尺寸在适合范围内，钢纤维混凝土的强度，随纤维体积率和长径比增加而增加。钢纤维体积率通常为0.52.0。 圆形截面钢纤维，直径为0.30.6mm，长度为2040mm，掺量为2的钢纤维混凝土与普通混凝土比较，见下表。,4.7.2 高性能混凝土,高性能混凝土

5、(High Performance Concrete，简写HPC) 。 许多国家投入了大量的人力、物力和材力对高性能混凝土进行研究。 1989年加拿大政府成立了关于高性能混凝土的情报网； 美国NSF投资数千万美元，集中了美国著名的混凝土科学专家，建立了高性能水泥基复合材料研究中心，主攻高性能； 1990年5月在美国马里兰州Gaithersburg城，由美国NSF和ACI主办了关于高性能混凝土的讨论会，高性能混凝土就是在这次会议上首先提出来的； 1994年在新加坡举办了第一届“高性能混凝土国际学术讨论会”。,对高性能混凝土有以下几点共识： （1）混凝土的使用寿命要长； （2）混凝土应具有较高的体

6、积稳定性； （3）高性能混凝土应具有良好的施工性能； （4）具有一定的强度和密实度，但不一定是高强，亦可以是中、低强度高性能。 技术手段： 使用新型外加剂和超细矿物质掺合料(超细粉)； 降低水灰比、增大坍落度和控制坍落度损失； 给予混凝土高的密实度和优异的施工性能。,4.7.3 高强混凝土,强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土（high-strength concrete）。 高强混凝土的特点：强度高、变形小、耐久性好，能适应现代工程结构向高耸、大跨和重载方向发展。能承受恶劣环境的条件，应用中有较好的综合经济效益。 高强混凝土属高性能混凝土。 美国西雅图的“Two Union Squ

7、ar”大厦应用了强度高达135MPa的超高强混凝土，混凝土采用泵送施工，混凝土坍落度高达25cm，输送管长122m，混凝土外面为16cm厚的钢管，混凝土混合料由下向上沿钢管挤送，混合料未经振动，强度达到了设计要求。,为使混凝土高强主要可采用的方法,（1）改善水泥的水化条件 增加水泥中早强和高强的矿物成分的含量。 提高水泥的磨细度。 （2）掺加各种高聚物 （3）增强集料和水泥的粘附性 有研究者采用水泥熟料作为混凝土的集料，制成所谓“熟料混凝土”。 有采用环氧树脂处理集料表面，亦得到良好的高强效果。 （4）掺加高效外加剂 （5）增加混凝土的密实度 （6）采用纤维增强,4.7.4 水泥粉煤灰混凝土,

8、水泥粉煤灰混凝土是在普通水泥混凝土中掺加粉煤灰以取代部分水泥或细集料的混凝土。 1.粉煤灰的物理性质和质量要求 粉煤灰特有的球形玻璃微珠（图）,火山灰效应：粉煤灰中含有较高比例的活性SiO2 和Al203，它们能够与水泥的水化产物产生有利于内部结构改善的火山灰反应，这不仅会使粉煤灰产生明显的胶凝性，也使水泥的活性得以充分发挥，从而表现出较强的火山灰效应。 微集料效应：粉煤灰中通常含有大量强度高、堆积状态稳定的玻璃微珠颗粒，当其嵌固于水泥混凝土内部结构中时，不仅可以改善其构成颗粒的级配，还可提高水泥浆基体的强度和耐久性，从而产生有利于混凝土结构的微集料效应。 形态减水效应：粉煤灰特殊的球形物理状

9、态可在混凝土中产生滚珠作用，使新拌混凝土具有更高的流动性，这赋予了水泥粉煤灰混凝土具有明显的形态减水效应。,粉煤灰的品质取决于所燃煤的品种、烧结程度和形成状态等因素。 有些粉煤灰的CaO含量高于10，通常将其称为高钙粉煤灰(C级灰)。它多呈黄色至浅黄色，除具有火山灰活性外，同时还具有自硬性。 有些粉煤灰的氧化钙含量较低，被称为低钙粉煤灰(F级灰)，它常呈灰色或暗灰色，它虽然具有火山灰活性，但不具有自硬性。 有些电厂在燃煤过程中会添加部分石灰石粉以达到脱硫的目的，这也使粉煤灰的CaO含量较高，但一般不认为是高钙粉煤灰，常将其称为“增钙粉煤灰”或“改性粉煤灰”。 我国的粉煤灰多为低钙粉煤灰，其密度

10、一般为1.952.40g/cm3，干松堆积密度为550800kg/m3。,GB1596-91用于水泥和混凝土中的粉煤灰，根据细度、需水量比、烧失量、含水量和三氧化硫含量等指标将粉煤灰划分为，个级别。,2.粉煤灰在混凝土中的应用,用粉煤灰水泥混凝土可配制具有特殊性能的混凝土，如： 高性能混凝土、高强混凝土、泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、碾压混凝土、水下混凝土、抗软水和抗硫酸盐侵蚀混凝土等。 粉煤灰取代水泥的最大限量,4.7.5 轻集料混凝土,轻集料混凝土是指用轻粗集料、轻砂（或普通砂）等为集料配制而成的干表观密度不大于1950kg/m3的水泥混凝土。 全部由轻（粗、细）集料配制而成的混凝

11、土称为全轻混凝土； 由普通砂（或部分轻砂）及轻粗集料配制而成的混凝土称为砂轻混凝土； 用轻粗集料、水泥和水配制而成的混凝土称为无砂大孔轻集料混凝土。,1.轻集料的种类和技术性质,轻集料是指堆积密度不大于1100kg/m3的轻粗集料或堆积密度不大于1200kg/m3的轻细集料。 按照轻集料的强度可分为： 普通轻集料：强度低于25MPa的轻粗集料； 高强轻集料：指强度不低于25MPa的轻粗集料。 按照轻集料的堆积密度可分为： 普通轻集料：堆积密度为5101100kg/m3的轻粗集料； 超轻集料：堆积密度不大于500kg/m3的轻粗集料。 轻集料的技术性质主要包括：颗粒级配、堆积密度、筒压强度与强度

12、等级、吸水率、软化系数、粒型系数和有害物质含量等。,（1）轻集料的颗粒级配,540mm，531.5mm粒级的轻集料主要适用于配制结构保温用混凝土； 520mm，516mm粒级的轻集料主要适用于结构用混凝土； 510mm粒级的轻集料主要适用于生产混凝土空心砌块； 1016mm粒级的轻集料属单粒级级配，主要用于无砂大孔混凝土。,（2）轻集料的颗粒强度,测定方法主要有两种： 筒压强度法：将1020mm的轻集料装入标准承压筒中，以集料被压入20mm深时的平均抵抗应力作为筒压强度值。 强度等级法：按规定的配合比制成混凝土（或砂浆）试件，以所检验轻集料混凝土强度来确定轻集料强度等级。 在工程实际中进行配比

13、设计时，多采用以筒压强度法为主，以强度等级法为辅的方法来确定或检验轻集料的颗粒强度。,（3）轻集料的吸水率,混凝土用轻集料的吸水率一般是指其1h吸水率。 施工中必须对轻集料进行饱和预湿尤其是采用泵送混凝土时。,（4）轻集料的粒型系数,粒型系数是表征轻粒集料外观几何特征的技术指标。它可用轻粗集料颗粒的长向最大尺寸与中间截面最小尺寸的比值来表示。常用轻粗集料的粒型有三类： 圆球型：粉煤灰陶粒、粘土陶粒和页岩陶粒等； 普通型：页岩陶粒、大颗粒膨胀珍珠岩等； 碎石型：破碎浮石、自燃煤矸石、煤渣或页岩陶粒。,2.轻集料混凝土的强度等级与密度等级,依据轻集料混凝土的立方体抗压强度标准值划分强度等级： LC

14、5.0, LC7.5,LC10，LC15，LC20，LC25，LC30，LC35，LC40，LC45，LC50，LC55和LC60等13个级别。 根据硬化混凝土的干表观密度又可划分为14个不同的密度等级。,3.轻集料混凝土的特性,（1）具有较高的比强度。与普通混凝土相比，轻集料混凝土的表观密度明显较小，但其强度却比较接近。当其他因素控制较好的情况下，利用高强轻集料可以配制出强度等级为LC30以上的轻集料混凝土。 （2）收缩和徐变较大。轻集料混凝土的收缩变形要比普通混凝土大2050，徐变变形要比普通混凝土大3069，热膨胀系数比普通混凝土小20左右。 （3）具有优良的保温性能。当其表观密度为18

15、60 kg/m3时，相应的导热系数约为0.87 W/(mK)；当表观密度为1409 kg/m3时，相应的导热系数约为0.49 W/(mK)；当其表观密度为l000kg/m3时，相应的导热系数下降为约0.28W（mK）。 （4）力学变形性较大。轻集料混凝土的弹性模量较小，一般为同强度等级普通混凝土的3070。 （5）具有更好的抗渗性、抗冻性和耐火性。,请观察等量的水倒入等体积陶粒与普通碎石中有何区别。,图4-29 等量的水倒入等体积陶粒与普通碎石,放 碎 石 杯,放 陶 粒 杯,4.7.6 泵送混凝土,泵送混凝土（pumped concrete）是指混凝土拌合物的坍落度不低于100 mm并用泵送

16、施工的混凝土。其所采用的原材料应符合下列要求： （1）应选用硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣硅酸盐水泥和粉煤灰硅酸盐水泥，不宜采用火山灰质硅酸盐水泥； （2）宜采用中砂，其通过0.315mm筛孔的颗粒含量不应小于15； （3）应掺用泵送剂或减水剂，并宜掺用粉煤灰或其他活性矿物掺合料，其质量应符合国家现行有关标准的规定； （4）粗集料宜采用连续级配，其针片状颗粒含量不宜大于10；粗集料的最大粒径与输送管径之比宜符合表430规定。,粗集料的最大粒径与输送管径之比,泵送混凝土配合比的计算和试配步骤除应遵照普通混凝土的配制规范外，尚应符合下列规定： 泵送混凝土的用水量与水泥和矿物掺合料的总量之比不宜大

17、于0.60； 泵送混凝土的水泥和矿物掺合料的总量不宜小于300 kg/m3； 泵送混凝土的砂率宜为3545； 掺用引气型外加剂时，其混凝土含气量不宜大于4。,泵送混凝土,泵送混凝土,泵送混凝土,泵送混凝土,泵送混凝土,4.7.7 聚合物混凝土,聚合物水泥混凝土 用聚合物乳液（和水分散体）拌合水泥，并掺入砂或其他集料制成。 聚合物浸渍混凝土 以混凝土为基材，而将有机单体渗入混凝土中，然后再用加热或放射线照射的方法使其聚合，使混凝土与聚合物形成一个整体。 聚合物胶结混凝土 是一种完全没有矿物胶凝材料而以合成树脂为胶结材料的混凝土，也称树脂混凝土。,4.7.8 喷射混凝土,喷射混凝土是用压缩空气喷射

18、施工的混凝土。 它是将一定配合比的水泥、砂、石子和速凝剂等混合物，借助于压缩空气输送到喷射机的喷嘴处，在喷嘴处与压力水混合，并高速喷射到受喷面（岩石或混凝土等），层层喷射密实，凝结硬化而成。 喷射混凝土要求能在几分钟内凝结，故： 常使用速凝剂； 所用水泥凝结硬化快，早期强度高，保水性好，不得有受潮结块现象，多采用强度等级42.5以上的新鲜普通水泥。 所用骨料要求质地坚硬，以免喷射时被打碎，而影响与水泥的胶结。砂子以中砂、粗砂为好，细砂容易产生收缩裂缝，为了减少石子的回弹损失，最大粒径应不超过25mm。,喷射混凝土的配合比： 装入喷射机时一般采用水泥：砂：石子1：（2.02.5）：（1.52.5），经回弹脱落后