現(xiàn)代混凝土技術(shù)與質(zhì)量控制

1、現(xiàn)代混凝土技術(shù)與質(zhì)量控制TEL:,51436130E-MAIL: bjwj1一、水泥混凝土發(fā)展現(xiàn)狀水泥：昨天，今天和明天；混凝土技術(shù)：今天和明天混凝土化學(xué)化學(xué)外加劑；混凝土材料技術(shù)進(jìn)展：普通混凝土現(xiàn)代混凝土高性能混凝土綠色高性能混凝土2現(xiàn)代混凝土水泥0.1um-80um水砂子（粒經(jīng)范圍0.1mm-5mm）石子5mm-40mm化學(xué)外加劑礦物混合材纖維材料設(shè)計(jì)時(shí)考慮強(qiáng)度等力學(xué)性能，同時(shí)注重混凝土材料的耐久性和工作性，且綜合考慮經(jīng)濟(jì)性要求?，F(xiàn)代混凝土的概念3混凝土技術(shù)進(jìn)展1、強(qiáng)度：C20-C30-C50-C60-C80-C1202、流動(dòng)性：干硬性塑性流動(dòng)性自密實(shí)3、品種：輕骨料砼重混凝土自密實(shí)混凝土

2、HPC 水下不離散混凝土4、工藝：手工機(jī)械泵送免振搗免蒸養(yǎng)5、性能：高工作性高力學(xué)性能高耐久性4新拌混凝土的坍落度30年代 干硬、插搗 0 cm50年代 干硬、振搗 0-2cm70年代 塑性、高頻振搗 5-12cm 80年代 泵送、流態(tài) 8-20cm90年代 泵送、自密實(shí) 10-25cm5混凝土施工 早期的澆注的混凝土 .19601975. 流態(tài)混凝土6水泥技術(shù)進(jìn)展從水泥生產(chǎn)工藝到性能無太大變化變化比較明顯的是：細(xì)度越來越細(xì)收縮溫度裂縫早強(qiáng)C3S和C3A含量提高；助磨劑使用混合材品種多原材料品質(zhì)變化大生態(tài)化制備技術(shù)7二、現(xiàn)代工程建設(shè)對(duì)混凝土材料與技術(shù)的要求力學(xué)性能要求，強(qiáng)度，彈性模量等（結(jié)構(gòu)設(shè)

3、計(jì)方面）；耐久性要求，抗凍融、碳化、堿骨料反應(yīng)等（影響使用壽命）；施工技術(shù)方面的要求（工作性、凝結(jié)時(shí)間等）；對(duì)環(huán)境的影響（氨釋放量、甲醛含量、放射性）；經(jīng)濟(jì)方面的要求；其它要求82.1 力學(xué)性能要求強(qiáng)度結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的承載要求，混凝土通常以28天強(qiáng)度作為標(biāo)準(zhǔn)。在大摻量粉煤灰混凝土中，有時(shí)也參考56天、90天強(qiáng)度；彈性模量預(yù)應(yīng)力混凝土中、混凝土開裂控制的重要指標(biāo)；92.2 耐久性抗凍性北方地區(qū)，特別是市政橋梁、海工、水工建筑；碳化海工、水工、南方城市、化工廠等；堿骨料反應(yīng)水工、海工、重大工程等，特別是有活性骨料地區(qū)；抗?jié)B（裂）性其它102.3 施工性能泵送施工工作性非泵送施工自密實(shí)性免振搗施工水下施工

4、碾壓施工噴射施工112.4 對(duì)環(huán)境影響氨釋放量國(guó)家質(zhì)檢總局、國(guó)家認(rèn)證認(rèn)可監(jiān)督管理委員會(huì)聯(lián)合發(fā)布公告,從2005年8月1日起,溶劑型木器涂料、瓷質(zhì)磚、混凝土防凍劑三類建材如未能獲得強(qiáng)制性產(chǎn)品3C認(rèn)證證書和未加施中國(guó)強(qiáng)制性認(rèn)證標(biāo)志,這三類建材產(chǎn)品將不得出廠、銷售、進(jìn)口或在其他經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中使用。 GB18588-2001 12民用建筑工程室內(nèi)環(huán)境污染控制規(guī)范（GB503252001） 民用建筑工程中所用的能釋放氨的阻燃劑、混凝土外加劑要進(jìn)行氨的釋放量測(cè)定，混凝土外加劑還要進(jìn)行游離甲醛含量的測(cè)定，并應(yīng)符合設(shè)計(jì)要求和規(guī)范的規(guī)定。 132.5 經(jīng)濟(jì)性采用粉煤灰、礦渣、鋼渣等工業(yè)廢棄物；合理設(shè)計(jì)配合比；加強(qiáng)質(zhì)

5、量控制，減少波動(dòng)142.6 其它 裂縫控制水化熱重混凝土電磁屏蔽15原材料選擇配合比設(shè)計(jì)攪拌澆注養(yǎng)護(hù)脫模散裝原材料塑性或流動(dòng)性硬化制品無形不定形定形制品或構(gòu)件質(zhì)量過程16三、 水泥與外加劑水泥外加劑相容性 相互適應(yīng)適應(yīng)性A適應(yīng)性B17日本著名的水泥混凝土專家內(nèi)川浩博士：今年來混凝土技術(shù)的提高主要是依靠混凝土化學(xué)外加劑技術(shù)的進(jìn)步取得的，其效果是幾倍的；水泥對(duì)混凝土的技術(shù)進(jìn)步也有貢獻(xiàn)，但其作用不如混凝土化學(xué)外加劑的貢獻(xiàn)大；混凝土性能主要取決于水泥的概念已經(jīng)改變。18技術(shù)的發(fā)展 受早期強(qiáng)度發(fā)展快的利益所驅(qū)使，水泥中C3S含量越來越高、粉磨細(xì)度越來越大。 30年代以前，普通硅酸鹽水泥的C3S在30%以

6、下，美國(guó)ASTM允許22%的顆粒大于75m；自50年代開始，硅酸三鈣含量超過了50%，而且基本上沒有大于75的顆粒。19化學(xué)外加劑技術(shù)進(jìn)展與水泥相比，混凝土化學(xué)外加劑的發(fā)展歷史較短。如果從20世紀(jì)30年代開始，則發(fā)展只有70年左右的歷史；而高效減水劑從20世紀(jì)60年代開始，只有40多年的歷史。但其發(fā)展速度和對(duì)產(chǎn)業(yè)的影響很大。20化學(xué)物質(zhì) 功能 縮聚物 分散 共聚物 (羧酸鹽) 增稠 乳液 粘結(jié) 淀粉-, 纖維素-, 瓜爾膠-衍生物 保水 羥基羧酸 控制凝結(jié) 生物高聚物 引氣 木質(zhì)素磺酸鹽，腐殖酸 疏水 環(huán)氧樹脂，聚氨酯 減少收縮 表面活性劑 硅樹脂，硅氧烷 層狀硅酸鹽 混凝土外加劑 21混凝土

7、外加劑的發(fā)展歷程 1885 氯化鈣（專利） 1925 水密性外加劑 1930 鋁 粉 1932 萘磺酸甲醛縮合物 1938 引氣劑 1938 早強(qiáng)劑與緩凝劑 1939 木質(zhì)磺酸鹽 1950 消泡劑 1955 冰點(diǎn)降低劑 1960 密胺樹脂 1993 聚丙烯酸 1997 聚羧酸脂22混凝土外加劑的發(fā)展歷程 (1)人類嘗試用有機(jī)高分子材料改善無機(jī)膠凝材料體系的性能已有相當(dāng)長(zhǎng)的歷史了。當(dāng)時(shí)用作改性的高分子材料包括動(dòng)物血漿、蛋清、桐油、糯米汁等。 古羅馬：牛血、牛油、牛奶、尿等有機(jī)物摻入火山灰；中國(guó)秦代（公元前221年）：糯米汁修建長(zhǎng)城；23混凝土外加劑的發(fā)展歷程(2)宋代（公元1170年）修建和州城

8、采用糯米-石灰材料；三國(guó)時(shí)期：曹操修建“孔雀臺(tái)”用桐油；明朝：天工開物記載：1份石灰+2份黃河沙土+糯米/羊桃藤汁制造蓄水池；24混凝土外加劑的發(fā)展歷程(3)1885年人們開始使用氯化鈣作為硬化調(diào)節(jié)劑（陳建奎）；1895年開始有疏水劑、塑化劑（陳建奎） ；1910年出現(xiàn)工業(yè)產(chǎn)品；但真正意義上的水泥混凝土外加劑是從20世紀(jì)30年代開始使用的。25混凝土外加劑的發(fā)展歷程(4)20世紀(jì)30年代，在美國(guó)的北部公路上發(fā)現(xiàn)凍融和去冰鹽破壞作用對(duì)有些路面嚴(yán)重，而有些路面輕些。調(diào)查發(fā)現(xiàn)，耐久路面在水泥粉磨過程中加入了動(dòng)物脂作為助磨劑，而這種助磨劑起到了引氣劑的作用。1939年公共建設(shè)工程公司 的紐約部建造了引

9、氣混凝土的馬路；此后外加劑工業(yè)生產(chǎn)出了各種各樣的引氣劑；應(yīng)用于幾千公里有抗凍要求的公路、停車場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)報(bào)道等工程；26混凝土外加劑的發(fā)展歷程(6)1962年，日本花王堿公司的服部健一博士發(fā)明了-萘磺酸鹽甲醛縮合物高效減水劑；1964年作為商品出售；1963年，聯(lián)邦德國(guó)研制出了三聚氰胺磺酸鹽甲醛縮合物；1963年，多環(huán)芳烴磺酸鹽甲醛縮合物；27磺化三聚氰胺甲醛縮合物 (PMS)SKW 1962Dr. AignesbergerNNNNHNHNHCH2CH2H2CSO3Nan O磺化三聚氰胺甲醛樹脂28PMS的生產(chǎn)NNNNH2NH2H2N+ 3 CH2OpH = 8-10NNNNHNHNHCH2OHC

10、H2OHHOH2COH-NaHSO3NNNNHNHNHCH2OHCH2HOH2CSO3Na-H2OpH = 5-6NNNNHNHNHCH2CH2H2CSO3Nan 磺化三聚氰胺甲醛樹脂O三聚氰胺三羥甲基三聚氰胺29-萘磺酸甲醛縮合物 (BNS)Kao Soap 1962Dr. HattoriSO3Nan H2C-萘磺酸甲醛樹脂花王石鹼30混凝土外加劑的發(fā)展歷程(7)引發(fā)了混凝土技術(shù)上的第三次突破，改變了混凝土發(fā)展歷程；20世紀(jì)7080年代減水劑應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展和外加劑復(fù)配技術(shù)發(fā)展；20世紀(jì)80年代末，日本出現(xiàn)了引氣型高效減水劑（AE高效減水劑）；20世紀(jì)8090年代開始出現(xiàn)氨基磺酸鹽高效減水劑；

11、31混凝土外加劑的發(fā)展歷程(8)20世紀(jì)90年代開始研究聚羧酸型高效減水劑，現(xiàn)在國(guó)外已經(jīng)實(shí)現(xiàn)工業(yè)化生產(chǎn)應(yīng)用；綠色混凝土外加劑/環(huán)保型混凝土外加劑的研究開發(fā) 混凝土外加劑除了必須滿足施工性能外，還應(yīng)該在使用過程中對(duì)環(huán)境無污染，對(duì)人體無危害；生產(chǎn)時(shí)能夠利用化工/制藥行業(yè)的廢棄物，在實(shí)現(xiàn)材料的資源化利用過程中成為重要的一環(huán)。32種類199319951996聚羧酸172727萘系191514氨基磺酸鹽477蜜胺676高效減水劑的種類及其發(fā)展（日本，1997） 33混凝土外加劑的發(fā)展歷程-中國(guó)（1）我國(guó)自70年代初期開始萘系高效減水劑合成制造與應(yīng)用性能的研究，先后研制成功UNF-5, FDN系列的高效減

12、水劑產(chǎn)品;工業(yè)萘和精萘之外的煉焦副產(chǎn)品（油萘、蒽油、氧茚）為主要原材料的高效減水劑產(chǎn)品 ,建-1高效減水劑（油萘為主要原料），AF高效減水劑（蒽油為主要原料）;34混凝土外加劑的發(fā)展歷程-中國(guó)（2）70年代后期，我國(guó)研究開發(fā)成功三聚氰胺甲醛樹脂高效減水劑 ;用尿素代替部分三聚氰胺的產(chǎn)品性能不及純?nèi)矍璋樊a(chǎn)品優(yōu)良而未能進(jìn)一步推廣;80年代開始，外加劑的復(fù)配技術(shù)和應(yīng)用技術(shù)研究成為本行業(yè)發(fā)展的大趨勢(shì);35混凝土外加劑的發(fā)展歷程-中國(guó)（3）20世紀(jì)90年代開始，相繼研究成功了氨基磺酸鹽高效減水劑，脂肪族磺酸鹽高效減水劑、聚苯乙烯磺酸鹽高效減水劑等; 共聚羧酸系高效減水劑成為目前國(guó)內(nèi)外高效減水劑研究的焦

13、點(diǎn), 代表著高效減水劑今后的發(fā)展方向;萘系高效減水劑的改性工作;36 高效減水劑的應(yīng)用，成為混凝土技術(shù)發(fā)展里程一個(gè)重要的里程碑，應(yīng)用它可以配制出流動(dòng)性滿足施工需要且水灰比低，因此強(qiáng)度很高的高強(qiáng)混凝土；可以自行流動(dòng)成型密實(shí)的自密實(shí)混凝土，以及充分滿足不同工程特定性能需要和勻質(zhì)性良好的高性能混凝土。高效減水劑（超塑化劑）37高效減水劑應(yīng)用 自七十年代初，德國(guó)就在路面工程中采用摻有密胺類高效減水劑的流態(tài)混凝土澆注路面板；日本則在結(jié)構(gòu)混凝土里摻用萘系減水劑配制流態(tài)混凝土。 在八十年代，美國(guó)在高層建筑施工中用高效減水劑配制高強(qiáng)混凝土澆注鋼管混凝土柱，提高在水平荷載下的穩(wěn)定性；一些北歐國(guó)家，如丹麥、挪威、

14、冰島等國(guó)則以90150MPa的高強(qiáng)混凝土鋪筑路面和港口的道面，以大幅度改善其耐磨耗、耐鹽凍的性能。因?yàn)楸睔W國(guó)家的冬季大雪紛飛，為行車安全起見，允許帶釘輪胎的車輛上路，這種車輛的行駛使普通混凝土路面的磨耗非?？欤邚?qiáng)混凝土路面板的耐磨耗能力可以與花崗巖媲美。38在2000年法國(guó)召開的第六屆CANMET/ACI國(guó)際超塑化劑和其它化學(xué)外加劑的國(guó)際會(huì)議上，N. Spiratos等提出“理想的高效減水劑”性能要求應(yīng)該滿足：減水率高、對(duì)混凝土性能副作用小等特點(diǎn)。具體應(yīng)滿足下列要求：能夠應(yīng)用于各種不同的潛在用戶（適用范圍盡量廣泛）；易于生產(chǎn)和供應(yīng)；易于計(jì)量和使用；與其他常用的各種外加劑適應(yīng)性好；對(duì)應(yīng)用不當(dāng)

15、（或過量使用）可能產(chǎn)生的問題有適當(dāng)了解；實(shí)驗(yàn)參數(shù)在不可避免的波動(dòng)時(shí)，可預(yù)測(cè)其性能；所有組成和工藝對(duì)環(huán)境影響盡量?。?經(jīng)濟(jì)效益良好。對(duì)今后高效減水劑的性能要求39全球外加劑銷售額：約80億歐元四、混凝土外加劑在歐洲的最新進(jìn)展Johann Plank，博士，教授，建筑化學(xué)部主席慕尼黑技術(shù)大學(xué)，德國(guó)40超塑化劑 超塑化劑在世界范圍的用量主要用途 超塑化劑的減水率41PCE聚羧酸系高性能減水劑性能好，摻量低；坍落度損失??；分子結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性不使用甲醛，無污染混凝土收縮小，減小開裂危險(xiǎn)；外觀整潔美觀，適宜于建筑裝飾混凝土構(gòu)件；是未來高性能減水劑的發(fā)展趨勢(shì)42. 聚羧酸鹽超塑化劑分子結(jié)構(gòu).水中的聚羧酸鹽7

16、nm 20 nmRh 15 nm43.自密實(shí)混凝土.44聚羧酸鹽 第一代甲基丙烯酸 甲基丙烯酸甲酯型聚羧酸鹽Nippon Shokubai/NMB 1986(日本觸媒)45聚羧酸鹽 第二代Nippon Oil & Fats(日本油脂)烯丙醚型聚羧酸鹽46聚羧酸鹽 第三代W. R. Grace, USA(格雷斯，美國(guó))酰胺/酰亞胺型聚羧酸鹽47聚羧酸鹽分子與性能預(yù)拌混凝土預(yù)制混凝土48最新進(jìn)展 兩性PCE 優(yōu)點(diǎn)： w/c = 0.15時(shí)具有塑化性能 Sarratokan作用 49用于PCE的消泡劑問題： - 消泡劑從PCE溶液中分離 - 消泡劑的工作時(shí)間不夠長(zhǎng) (預(yù)拌混凝土中的螺旋效應(yīng)) 方案：

17、 - 使用組合消泡劑 (一種用于早期消泡，一種用于延遲消 泡) - 通過化學(xué)反應(yīng)將消泡劑接到PCE上PCE = 高分子表面活性劑50水泥對(duì)PCE的適應(yīng)性 最低摻量相對(duì)流動(dòng)度 聚羧酸鹽摻量 %最大流動(dòng)度飽和摻量增加SO42-濃度PCE的硫酸鹽效應(yīng)51小分子超塑化劑超塑化劑在水泥表面的基本吸附模式小分子的概念：陰離子錨定基團(tuán) (價(jià)格高) 非離子支鏈 (價(jià)格便宜)錨定基團(tuán)被吸附 支鏈不吸附+拖地型 環(huán)曲型 甩尾型52小分子超塑化劑53收縮 化學(xué)收縮干縮新拌混凝土硬化混凝土孔隙水份蒸發(fā)毛細(xì)張力54化學(xué)收縮和干縮化學(xué)收縮化學(xué)收縮和干縮時(shí)間（天）化學(xué)收縮 在23C覆蓋薄膜養(yǎng)護(hù)的砂漿試件（僅有化學(xué)收縮）總收

18、縮 將砂漿試件在23C和65%相對(duì)濕度下養(yǎng)護(hù)，表面未覆蓋（化學(xué)收縮和干縮）55減縮劑 新戊二醇氨甲基封端的聚乙二醇二丙二醇單丁酯聚丙烯醇 (MW=424)丙三醇2-甲基-2,4戊醇56使用PCE減縮早期收縮長(zhǎng)期收縮57減縮 目的：外加劑需要較低的摻量 (水泥重量的0.2 %)趨勢(shì)： 同一分子中帶有不同長(zhǎng)度支鏈的PCE采用優(yōu)化粒徑、空隙和減縮劑的綜合措施_20 EO100 EO58趨勢(shì) . . 更高效能的PCE. 降低混凝土供應(yīng)商的成本. 提高減縮劑的性能 . 自養(yǎng)護(hù)混凝土59五、普通混凝土的微結(jié)構(gòu) 及其與性能的關(guān)系組成結(jié)構(gòu)過渡層結(jié)構(gòu)性能60大顆粒粗骨料的間隙由小顆粒填充小顆粒粗骨料的間隙由細(xì)骨

19、料填充漿體填充骨料堆積體的空隙并在其表面形成潤(rùn)滑層，使拌合物具有滿足施工需要的工作度新拌混凝土的結(jié)構(gòu)：61水泥漿大顆粒粗骨料小顆粒粗骨料細(xì)骨料62顆粒的緊密堆積模型63混凝土的過渡層結(jié)構(gòu)（ITZ) 70年代，日本的桶口芳郎做了一個(gè)試驗(yàn)：將坍落度為8cm的拌合物澆注在一透明塑料管內(nèi)，驚奇地發(fā)現(xiàn)在粗骨料下方普遍形成水囊；混凝土硬化后抗彎拉強(qiáng)度明顯下降。64骨料水外泌水內(nèi)泌水65硬化混凝土的結(jié)構(gòu) 復(fù)雜而不均勻可以看成由三相組成： 1）骨料相 2）硬化水泥漿體相 3）過渡區(qū)相66宏觀層次上，混凝土由粗集料鑲嵌于砂漿基體中形成。稍細(xì)層次上，砂漿由砂粒鑲嵌于硬化水泥漿基體中形成。微觀層次上，硬化水泥漿體由

20、無定形的C-S-H和氫氧化鈣晶體及孔加上未水化的水泥顆粒及硫鋁酸鈣水化物晶體組成。亞微觀上，C-S-H是由各種各樣形狀和化學(xué)成分的結(jié)晶不良的顆粒組成，具有或多或少連續(xù)的膠孔體系。界面過渡區(qū)67界面過渡區(qū)（ITZ）未水化水泥比較少；孔隙率較高，孔的直徑通常比本體漿體中的更大；C-S-H較少；存在大的、定向生長(zhǎng)的氫氧化鈣晶體；鈣礬石的濃度通常較大。界面區(qū)的典型厚度為2040m。特點(diǎn)：68界面過渡區(qū)的模型69裂縫擴(kuò)展的路徑和方向骨料水泥石骨料周圍的過渡區(qū)薄弱的過渡區(qū)相70鋼筋沉降裂縫水囊混凝土表面71鋼纖維雙膜氫氧化鈣水泥漿本體多孔層72 多相且不均勻，骨料與硬化水泥漿體界面存在著薄弱的過渡區(qū)，是普

21、通混凝土微結(jié)構(gòu)的特征，決定了其強(qiáng)度和耐久性能。因此，為了提高混凝土的性能，關(guān)鍵在加強(qiáng)過渡區(qū)和改善均勻性。73 20世紀(jì)80年代，美國(guó)國(guó)家材料委員會(huì)提出：要為新世紀(jì)的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)開發(fā)高性能的建筑材料，包括鋼材、混凝土、塑料等。 1990年5月，在美國(guó)馬里蘭州Gaithers-burg 城由 NIST 和 ACI 主辦了第一次關(guān)于HPC的國(guó)際研討會(huì)，會(huì)議首次提出關(guān)于高性能混凝土的定義。高性能混凝土74HPC定義 高性能混凝土具備需要的性能和勻質(zhì)性的混凝土。按常規(guī)靠采用傳統(tǒng)的組分材料、普通的攪拌、澆注與養(yǎng)護(hù)操作，是不可能得到這種混凝土的。這些性能，例如易于澆注和壓實(shí)而不離析、高長(zhǎng)期力學(xué)性能、高早強(qiáng)、

22、高韌性、體積穩(wěn)定、嚴(yán)酷環(huán)境中使用壽命長(zhǎng)。 高性能混凝土國(guó)際研討會(huì)（1990）75定義 高性能混凝土滿足特定功能與勻質(zhì)性綜合需要的混凝土。按慣常做法，用普通的組分材料和一般的攪拌、澆注與養(yǎng)護(hù)操作，未必能得到這種混凝土。 美國(guó)混凝土學(xué)會(huì)技術(shù)委員會(huì) （1998）76高性能混凝土的特性，是針對(duì)一定的應(yīng)用和環(huán)境所要求的。例如： 易于澆注 早期強(qiáng)度 滲透性 水化熱 體積穩(wěn)定性 可搗實(shí)、不離析長(zhǎng)期力學(xué)性質(zhì)密度 韌性在服務(wù)環(huán)境中運(yùn)行壽命長(zhǎng)久77 高性能混凝土的許多特性是相互關(guān)聯(lián)的，改變其中一個(gè)常牽扯到一或多個(gè)其他特性發(fā)生變化。因此，如果對(duì)某一應(yīng)用提供的混凝土有若干特性必須同時(shí)滿足，則必須將其中每一項(xiàng)都在合同書

23、上規(guī)定清楚。 美國(guó)混凝土學(xué)會(huì) 199878 高性能混凝土為一種新型高技術(shù)混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基礎(chǔ)上采用現(xiàn)代混凝土技術(shù)制作的混凝土，是以耐久性作為設(shè)計(jì)的主要指標(biāo)，針對(duì)不同用途的要求，對(duì)下列性能有重點(diǎn)的加以保證：耐久性、施工性、適用性、強(qiáng)度、體積穩(wěn)定性和經(jīng)濟(jì)性。 吳中偉 高性能混凝土的定義79 高工作度 高強(qiáng)度 高耐久性 可泵送的高強(qiáng)混凝土高性能混凝土80高工作度1）碾壓混凝土 拌合物需要足夠地干硬以支撐非常沉重的振動(dòng)壓實(shí)機(jī)械不致下陷而正常地行進(jìn)和工作。2）滑?；炷?拌合物需要具備適當(dāng)?shù)奶涠龋?5cm），使攤鋪機(jī)正常地行進(jìn)和工作。3）自密實(shí)混凝土 拌合物需要有足夠大的流動(dòng)性和

24、粘聚性，在沒有外加振搗的條件下能夠成型密實(shí)。81高強(qiáng)度 高強(qiáng)混凝土：C50的混凝土。 局限性： 1）28d齡期； 2）僅指抗壓強(qiáng)度，應(yīng)用范圍窄； 3）溫度收縮和自生收縮大。82 建議將HPC的強(qiáng)度下限降低到C30左右，以不損及混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)（如孔結(jié)構(gòu)、水化物結(jié)構(gòu)、界面區(qū)結(jié)構(gòu)等）為度，以保證其耐久性與體積穩(wěn)定性。許多大體積水工建筑、基礎(chǔ)等對(duì)強(qiáng)度要求不高，但對(duì)耐久性、工作性、均勻性、體積穩(wěn)定性、低水化熱等有很高要求，都必須采用HPC。日本明石大橋采用20MPa的HPC是很正確的。 吳中偉 綠色高性能混凝土與科技創(chuàng)新 建筑材料學(xué)報(bào) 1998年第一期（創(chuàng)刊號(hào)）高性能混凝土83六、強(qiáng)度水灰比水化活性關(guān)系

25、84混凝土技術(shù)的進(jìn)展 多年來混凝土技術(shù)只有少數(shù)幾次重要的突破。40年代開發(fā)的引氣作用是其中之一，它改變了北美混凝土技術(shù)的面貌；高效減水劑是另一次重大突破，它在今后許多年里將對(duì)混凝土的生產(chǎn)與應(yīng)用帶來巨大的影響。 V.M.Malhotra. Superplasticizer: their effect on fresh and hardened concrete(1981)85 在保證工作度適宜的前提下，水灰比（水膠比)大幅度地降低，是高性能混凝土(或高強(qiáng)混凝土）與普通混凝土的主要區(qū)別所在。1) 水灰比降低86 fc K1 / K2w/c1918年Abrams 提出的水灰比定則： 該定則原本是在W

26、/C= 2的前提下提出的。 高效減水劑與礦物摻合料的應(yīng)用，使新拌混凝土可以在遠(yuǎn)低于水泥能充分水化的水灰比（水膠比）條件下配制，并能借助普通的施工設(shè)施澆注和成型密實(shí)。87強(qiáng)度水灰比水化活性 高水灰比條件下，水泥的水化活性（填充空隙能力）越大，即標(biāo)號(hào)越高，用其配制的混凝土強(qiáng)度和抗?jié)B透性（耐久性）越好。88 高效減水劑與礦物摻合料的應(yīng)用，使新拌混凝土可以在遠(yuǎn)低于水泥能充分水化的水灰比（水膠比）條件下配制，并能借助普通的施工設(shè)施澆注和成型密實(shí)。低水灰比水化活性混凝土性能關(guān)系89 新拌水泥漿 硬化水泥漿90 “水灰比為0.22或0.23，水泥可以全部水化”的說法，只有理論意義，而沒有實(shí)際意義。水泥充分水

27、化的最小水灰比91凝膠孔毛細(xì)孔凝膠孔隙92T.C.Hansen（1970）未水化水泥毛細(xì)孔水泥凝膠體積比水灰比長(zhǎng)時(shí)間放置在水中的水泥漿體水化最終生成物93體積比未水化水泥水泥凝膠毛細(xì)孔長(zhǎng)時(shí)間密封放置的水泥漿體水化最終生成物水灰比94 只有當(dāng)水灰比0.5 時(shí)，路面混凝土攤鋪后不必進(jìn)行濕養(yǎng)護(hù)，但需要及時(shí)覆蓋，以免水分蒸發(fā)。 ACPA（美國(guó)混凝土路面學(xué)會(huì)）95 低水灰比(水膠比）條件下，水泥水化程度減小，速率減慢，但較少的生成物就可填充空隙，粘結(jié)骨料形成整體，使強(qiáng)度迅速增長(zhǎng)。 2) 水泥（膠凝材料）水化活性影響的變化96我國(guó)水泥生產(chǎn)與供應(yīng)的發(fā)展1）熟料中早強(qiáng)礦物C3S含量增多；2）水泥粉磨細(xì)度加大；

28、3）助磨劑品種繁多，成分復(fù)雜；4）混合材摻量增多;97 隨著水灰比（水膠比）降低，水泥或其它膠凝材料需要填充的空隙減小，達(dá)到密實(shí)填充效果對(duì)膠凝材料的水化活性要求也隨之降低。反之，當(dāng)水泥的水化活性越高、粉磨越細(xì)，拌合時(shí)的需水量就會(huì)越大，結(jié)果是水膠比的降低（從而混凝土的強(qiáng)度及其它性能）受到影響。強(qiáng)度水灰比水化活性98強(qiáng)度方程 fcu.k = A fce ( C/W B )fcu.k混凝土配制強(qiáng)度fce 水泥標(biāo)號(hào)C/W灰水比A,B 系數(shù)：99 有人用425#(32.5級(jí)）與525#水泥，也有人用525#與625#水泥分別配制高強(qiáng)混凝土，得到的結(jié)果都顯示不出差異。 同時(shí)，用525#水泥能配制出28d強(qiáng)

29、度為125 130MPa的高強(qiáng)混凝土，而725#水泥反而不行。說明：低水灰比時(shí)，水泥標(biāo)號(hào)（水化活性）的與配制混凝土強(qiáng)度的關(guān)系發(fā)生變化。1003) 溫升的影響 結(jié)構(gòu)物斷面加大、強(qiáng)度設(shè)計(jì)等級(jí)提高、水泥用量增加、水化活性的提高以及散裝水泥供應(yīng)方式的發(fā)展，這些都使得混凝土溫升加劇。1013020水化速率加快一倍40加快2.4倍102影響水泥水化的因素礦物組成及其含量、粉磨細(xì)度、溫度和水灰比 R(t) = f(C3S)f(fineness)f(T)f(W/C) 水化加快，放熱速率加速，升溫并膨脹，凝結(jié)硬化形成的微結(jié)構(gòu)體積較大，相對(duì)疏松，影響結(jié)構(gòu)混凝土的強(qiáng)度和滲透性 。103圖3-46 硬化水泥漿體與混凝

30、土的絕熱溫升水化熱的影響混凝土溫度隨水泥用量增加而上升104圖3-47 混凝土澆注厚度對(duì)溫升的影響（澆注溫度20C，水泥用量400kg/m3）混凝土的溫升隨結(jié)構(gòu)物斷面尺寸增大而加劇105 圖3-48 2.5 m厚混凝土中點(diǎn)溫度的變化Bamforth的實(shí)驗(yàn)（厚2.5m結(jié)構(gòu)物中部的溫度變化）70%硅酸鹽水泥+30%粉煤灰100%硅酸鹽水泥25%硅酸鹽水泥+75%磨細(xì)礦渣106圖3-49 不同養(yǎng)護(hù)條件下混凝土強(qiáng)度發(fā)展（a）20C標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) （b）同溫度養(yǎng)護(hù)硅酸鹽水泥水泥/礦渣水泥/粉煤灰水泥/粉煤灰水泥/礦渣硅酸鹽水泥齡期107 長(zhǎng)期以來沿用的以標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)的試件強(qiáng)度作為工程選擇原材料和配合比的基準(zhǔn)

31、，這種方法在如今配制高性能混凝土?xí)r已經(jīng)不再適用，并常造成誤導(dǎo)，給工程，尤其是大型基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)帶來損失，迫切需要引起重視和改變。強(qiáng)度評(píng)價(jià)108七、強(qiáng)度耐久性關(guān)系 長(zhǎng)期以來，混凝土是在高水灰比條件下拌合、澆注與水化硬化的，過渡區(qū)薄弱、強(qiáng)度低、抗?jié)B透性能力差，因此耐久性，尤其是實(shí)驗(yàn)室快速評(píng)價(jià)試驗(yàn)的耐久性結(jié)果較差。從而得出強(qiáng)度越高、耐久性就越好的結(jié)論。 上述結(jié)論近年遇到嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。109高強(qiáng)混凝土的耐久性 1987年美國(guó)材料顧問委員會(huì)提交的一篇報(bào)告引起了轟動(dòng)：約25.3萬座橋梁的混凝土橋面板，其中部分使用不到20年，就已不同程度地破壞，且每年還將新增3.5萬座。 由于混凝土橋面板開裂普遍，因此轉(zhuǎn)向使

32、用高強(qiáng)混凝土，但是看來這無濟(jì)于事：根據(jù)國(guó)家公路合作研究計(jì)劃1995年檢查的結(jié)果表明：10萬座混凝土橋面板是在混凝土澆筑后一個(gè)月內(nèi)就出現(xiàn)間隔13米的貫穿性裂縫。110混凝土結(jié)構(gòu)開裂 開裂的原因有很多，然而，其中有一個(gè)使混凝土結(jié)構(gòu)在早期開裂起主導(dǎo)地位的原因，那就是為滿足現(xiàn)代高速施工所采用的高早強(qiáng)水泥及其混凝土拌合物。湖南某大橋111 近年來，高強(qiáng)混凝土已被證明是對(duì)早期開裂非常敏感的材料。這不僅是水化熱的結(jié)果，由于自干燥作用產(chǎn)生的自身收縮和硫酸鹽相的化學(xué)反應(yīng)，可能也是重要起因。結(jié)構(gòu)混凝土或大體積混凝土意外地出現(xiàn)開裂，不能總是歸因于現(xiàn)場(chǎng)工程師缺乏經(jīng)驗(yàn)，該領(lǐng)域里許多問題尚缺乏了解，激發(fā)全世界許多人去進(jìn)一

33、步開展研究。 Thermal Cracking in Concrete at Early Ages. E & FN SPON 1994. 高強(qiáng)混凝土與早期開裂敏感性112延伸性與開裂 收縮應(yīng)變大小僅是引起混凝土開裂的一方面原因，另一方面還有： 彈性模量 彈性模量越小，產(chǎn)生一定量收縮引起的彈性拉應(yīng)力越??； 徐變 徐變?cè)酱?，?yīng)力松弛越顯著，殘余拉應(yīng)力就越??； 抗拉強(qiáng)度 抗拉強(qiáng)度越高，拉應(yīng)力使材料開裂的危險(xiǎn)越小。 P.K.Mehta. Concrete:Structures, Properties and Materials 113無松弛作用時(shí)出現(xiàn)開裂混凝土的抗拉強(qiáng)度開裂延遲應(yīng)力松弛后的實(shí)際應(yīng)力應(yīng)力

34、松弛時(shí)間收縮應(yīng)變受約束時(shí)產(chǎn)生的彈性拉應(yīng)力114圖3-24 硬化水泥漿體滲透性與水灰比的關(guān)系（93%水化度）硬化水泥漿體（93%水化度）的滲透性水灰比關(guān)系存在臨界區(qū)域115 適當(dāng)?shù)脑牧辖M分、澆筑和養(yǎng)護(hù)的混凝土基本上是不透水的，應(yīng)該在大部分環(huán)境條件下具有足夠長(zhǎng)的使用壽命。然而，由于環(huán)境的作用，出現(xiàn)開裂，結(jié)構(gòu)物因此喪失了運(yùn)行時(shí)的水密性，也就是對(duì)于上述劣化過程的抵抗力?，F(xiàn)代混凝土結(jié)構(gòu)開裂的事實(shí)說明：人們沒有對(duì)混凝土技術(shù)中控制開裂的基本道理給予足夠的重視。116 采用適宜的原材料及良好的生產(chǎn)、澆筑與養(yǎng)護(hù)操作，當(dāng)水泥用量為300350Kg/m3、水灰比0.450.55，制備出28d抗壓強(qiáng)度為3540MP

35、a的混凝土，在大多數(shù)環(huán)境條件下可以呈現(xiàn)足夠低的滲透性能。 水灰比與滲透性117 不是強(qiáng)度，而是混凝土的堅(jiān)固性（沒有裂縫）對(duì)其運(yùn)行條件下保證混凝土的水密性和耐久性起關(guān)鍵的作用。 P.K.Mehta 耐久性影響未來的關(guān)鍵問題西直門立交橋118一個(gè)不透水，但存在非連續(xù)微裂縫，且多孔的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)環(huán)境作用（第一階段）（無可見損傷）1. 侵蝕作用（冷熱循環(huán)、干濕循環(huán)）2. 荷載作用（循環(huán)荷載、沖擊荷載） 由于微裂縫和孔隙連通起來，不透水性逐漸喪失環(huán)境作用（第二階段）（損傷的開始與擴(kuò)展）水的滲入O2、CO2滲入酸性離子（Cl- , SO4-)滲入A：以下原因使孔隙內(nèi)靜水壓增大、混凝土膨脹：鋼筋銹蝕、堿-

36、骨料反應(yīng)、水結(jié)冰、硫酸鹽侵蝕B：混凝土強(qiáng)度與剛度降低開裂、剝落與整體性喪失混凝土受環(huán)境作用產(chǎn)生劣化的“整體性”模型119高性能混凝土的耐久性 與普通混凝土不同，高強(qiáng)混凝土與高性能混凝土（低水膠比）獲得耐久性優(yōu)異的技術(shù)途徑，要從提高混凝土體的抗?jié)B透性向改善抗裂性能轉(zhuǎn)化。長(zhǎng)期以來形成的原材料選擇、配合比設(shè)計(jì)與生產(chǎn)澆注與養(yǎng)護(hù)的傳統(tǒng)方式，是使它們的耐久性常常反而不如普通混凝土的重要原因。120八、高性能混凝土的配制與施工1. 原材料選擇與配合比設(shè)計(jì)2. 生產(chǎn)、澆注與養(yǎng)護(hù)3. 質(zhì)量保證勻質(zhì)性121高性能混凝土 按慣常做法，用普通的組分材料和一般的攪拌、澆注與養(yǎng)護(hù)操作，未必能得到這種混凝土。1221. 原

37、材料選擇與配合比設(shè)計(jì)1）強(qiáng)調(diào)以降低混凝土水膠比，而不是原材料的高活性為選用原則；2）強(qiáng)調(diào)組分材料品質(zhì)的勻質(zhì)性、穩(wěn)定性；強(qiáng)調(diào)不同組分之間的相容性和超疊效應(yīng)，而不是單個(gè)組分的品質(zhì)；3）以溫度匹配養(yǎng)護(hù)方式評(píng)價(jià)強(qiáng)度發(fā)展速率為選用基準(zhǔn)。123溫度匹配養(yǎng)護(hù) Temperature Match CuringTt構(gòu)件試件加熱裝置124骨料的選用1）粒形、級(jí)配與空隙率2）含泥量與軟弱顆粒3）線脹系數(shù)與彈性模量4）壓碎強(qiáng)度（輕骨料） 125 水泥 的選用 當(dāng)混凝土發(fā)生劣化時(shí)，通常是責(zé)備養(yǎng)護(hù)操作、所用骨料、拌合物或者質(zhì)量控制，而水泥很少受責(zé)。很可能是因?yàn)橥活愋偷乃?，只要通過標(biāo)準(zhǔn)的檢驗(yàn)，就認(rèn)為是一樣的了。然而，不

38、同廠家生產(chǎn)的同類水泥，延伸性的差異可能很懸殊。 The Visible and Invisible Cracking of Concrete ACI Monograph No.11. 1998126 A廠生產(chǎn)的水泥 B廠生產(chǎn)的水泥微膨脹、抗裂性較好 自身收縮127 水泥 的選用1）和高效減水劑相容性良好（水膠比低、坍落度損失?。?；2）低含堿（Na2O,K2O)、高含硫酸鹽（相對(duì)于鋁酸鹽）且不太細(xì)的水泥（抗裂性較好）；3）溫度低（散裝運(yùn)輸帶來的影響）。 評(píng)價(jià)方法 128化學(xué)外加劑的選用 與水泥等膠凝材料相容性良好，是選用化學(xué)外加劑的原則,也是配制高性能混凝土的關(guān)鍵。 在混凝土易于澆注而不離析的前

39、提下，能獲得并保持所需要的低水灰比(水膠比)，則是相容性是否良好的表征。129 不能滿足所需要的低水灰比（水膠比）的要求，或者雖能滿足，但達(dá)不到易于澆注而不離析(泌水)的需要，都需要優(yōu)化化學(xué)外加劑等原材料或調(diào)整配合比。130坍落度損失的機(jī)理 水泥中所含石膏的溶解度取決其存在形態(tài)、混凝土水灰比、溫度等因素。含磺酸基團(tuán)高效減水劑可以迅速和水泥中C3A反應(yīng)，因此被消耗，使液相里游離的減水劑濃度降低，混凝土由于減水劑存在使坍落度增大的效果減小，甚至消失，因此表現(xiàn)為坍落度損失。131水泥含堿量的影響 水泥含堿量過高或過低，對(duì)高效減水劑水泥相容性都帶來不利影響。這可能是因?yàn)樗淖兪嗟娜芙舛?，從而影響C3

40、A的水化所造成。132控制萘系減水劑-水泥相容性的幾個(gè)關(guān)鍵因素 水泥可溶堿（事實(shí)上，可溶SO42-來自堿）、細(xì)度、C3A含量和石膏類型，是控制摻萘系減水劑水泥漿與混凝土流變性的關(guān)鍵因素。最佳可溶堿含量在0.40.6%當(dāng)量Na2O。萘系減水劑在水泥顆粒上的吸附率和水泥水化速率受這些參數(shù)影響，它們控制混凝土流動(dòng)度損失率。 使用可溶堿含量低的水泥時(shí)，不僅當(dāng)減水劑摻量不足時(shí)會(huì)較快損失坍落度，而當(dāng)劑量稍高于飽和點(diǎn)時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的離析與泌水。這種水泥減水劑的搭配可以說是無技可施了。Some key cement factors that control the compatibility between

41、 naphthalene-based superplasticizers and ordinary portland cement 第六屆國(guó)際化學(xué)外加劑會(huì)議補(bǔ)充論文集,2000, pp33 54.133 從流變性的角度考慮，水泥存在一個(gè)最佳的可溶堿含量?，F(xiàn)今一些水泥中的可溶堿含量達(dá)不到該最佳值，原因是一些水泥公司為滿足某些機(jī)構(gòu)規(guī)定使用低堿水泥的要求（以避免可能發(fā)生的，或通常只是想象中的堿-骨料反應(yīng)），銷售出去的水泥中可溶堿含量不必要地過分低。 昨天與今天的水泥 明天的混凝土 C.C.R. 2000/9水泥高效減水劑相容性134潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江大橋的試驗(yàn) 潤(rùn)揚(yáng)長(zhǎng)江公路大橋是“中國(guó)第一橋”，設(shè)計(jì)使用壽命長(zhǎng)

42、達(dá)120年。為了保證大橋質(zhì)量，提高大橋混凝土的耐久性，防止堿集料反應(yīng)發(fā)生，應(yīng)用低堿水泥。 低堿水泥和高效減水劑不同程度存在坍落度損失快的突出問題。為此，中港二航局潤(rùn)揚(yáng)大橋試驗(yàn)室先后采用萘系、萘系+Na2SO4、氨基磺酸鹽、密胺和聚羧酸鹽不同類型和不同外加劑廠家生產(chǎn)的高效減水劑進(jìn)行了系列試驗(yàn)。135 礦物摻合料的選用 高性能混凝土中，礦物摻合料具有如下作用： 1）填充骨料的間隙及形成潤(rùn)滑膜； 2）消納氫氧化鈣，改善過渡區(qū)（火山灰反應(yīng)），同時(shí)生成具有膠凝性產(chǎn)物； 3）對(duì)水泥的分散作用，降低水膠比，改善水泥在低水膠比下的水化環(huán)境； 4）延緩初期水化速率，形成低水膠比、大水灰比的有利環(huán)境； 5）降低溫

43、升，改善徐變能力，減小早期形成熱裂縫的危險(xiǎn)。136粉煤灰 粉煤灰混凝土的應(yīng)用 粉煤灰的密度只有水泥的2/3，因此采用大摻量粉煤灰混凝土，同時(shí)添加高效減水劑時(shí)，可以大幅度降低水膠比，獲得普通混凝土條件下無法比擬的使用效果。137磨細(xì)高爐礦渣 需要干燥后粉磨，使用成本較高；2）密度、需水量與水泥接近，需水量隨粉磨細(xì)度變化??；3）隨細(xì)度增大，混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展加快，適用于蒸養(yǎng)制品；4）開始水化后呈加速，比水泥快，摻量在70%以上，才能起明顯降低溫升效果。 138海港工程混凝土防腐蝕技術(shù)規(guī)范 交通部行業(yè)規(guī)范（2001年5月1日起執(zhí)行）在受侵蝕作用嚴(yán)酷環(huán)境中應(yīng)采用高性能混凝土粉煤灰 摻量 2550（%）

44、磨細(xì)礦渣 5080硅粉 510139硅粉1）顆粒微細(xì)，借助于高效減水劑和強(qiáng)力攪拌作用，可以大幅度降低水膠比，從而使混凝土強(qiáng)度迅速發(fā)展，滲透性降低；2）火山灰反應(yīng)活性高，消納氫氧化鈣能力強(qiáng)，改善界面效果好；3）增大拌合物粘度和混凝土自身收縮顯著，對(duì)泵送性、減小離析、泌水有好處，需盡早開始濕養(yǎng)護(hù)，否則容易導(dǎo)致開裂。140配合比設(shè)計(jì)1）先計(jì)算骨料用量，后計(jì)算膠凝材料和水用量（最大粒徑與體積份數(shù)）；2）保羅米公式的適用性（水膠比與強(qiáng)度關(guān)系；水泥標(biāo)號(hào)與強(qiáng)度關(guān)系）；3）工作度評(píng)價(jià)方法（坍落度局限性、振搗作用）。141攪拌1）攪拌設(shè)備選擇2）攪拌時(shí)間（均勻前提下盡量短）3）攪拌設(shè)備的維護(hù)4）實(shí)驗(yàn)室與現(xiàn)場(chǎng)攪拌

45、條件的差異5）預(yù)冷拌合物（用碎冰代替部分拌合水最多75、噴液氮）142振搗密實(shí)針對(duì)拌合物塑性粘度大、振動(dòng)衰減快（有效半徑?。┑奶攸c(diǎn)，需要加密振點(diǎn)、速插慢拔、避免過振、避免平拖；鋼筋密集、構(gòu)造復(fù)雜部位尤其建議使用自密實(shí)混凝土143北京地鐵五號(hào)線工程現(xiàn)澆混凝土結(jié)構(gòu)早期裂縫控制技術(shù)要求 （北京市軌道交通建設(shè)管理有限公司）規(guī)定了包括抗裂混凝土原材料、混凝土配合比設(shè)計(jì)、混凝土的計(jì)量、拌制、運(yùn)輸和澆注、混凝土拆模與養(yǎng)護(hù)、混凝土的品質(zhì)檢驗(yàn)和配筋要求等具體內(nèi)容；混凝土裂縫的產(chǎn)生與混凝土材料本身、混凝土生產(chǎn)、現(xiàn)場(chǎng)施工及設(shè)計(jì)配筋等都有關(guān)系；144水泥要求5號(hào)線比表面積 3.0104，增加3天、10天、14天的測(cè)試

46、齡期，并且水養(yǎng)期間滿足限制膨脹率28天14天10天7天3天的規(guī)律；干空21天限制膨脹率不小于1.6 104嚴(yán)防受潮，運(yùn)輸和儲(chǔ)存過程中受潮嚴(yán)禁使用；146外加劑5號(hào)線采用的外加劑（泵送劑、緩凝減水劑）28天收縮比小于120；使用前應(yīng)作適應(yīng)性試驗(yàn)，不得出現(xiàn)假凝、速凝、分層、離析現(xiàn)象；堿含量滿足北京地方規(guī)定DBJ01-61混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程，單方混凝土堿含量不超過3kg；單方混凝土中氯離子含量小于0.02kg/m3；147NO.等級(jí)水泥混凝土參考配合比外加劑、抗裂防水劑、粉煤灰摻量，膠凝材料砂（kg）石（kg）水（kg）泵送劑防水劑FA泵送劑防凍劑CFA防水劑3C3032.5 OPC26667

47、2785110361707.4101827.4211-18354C5042.53389850745102917210811202.210.82.212-213-5地鐵5號(hào)線混凝土參考配合比148九、混凝土開裂與失水早期失水與混凝土開裂的敏感性混凝土失水的影響因素失水量的預(yù)測(cè)早期開裂的控制149早期是混凝土開裂危險(xiǎn)期混凝土澆筑初期抗拉強(qiáng)度最低，相應(yīng)地最容易開裂。Tensile strain capacity is lowest during the first hours after casting, corresponding to the time of the highest cracki

48、ng risk.(Kasai 1972)150Shrinkage Components收縮種類Autogenous: no moisture transfer, at w/c 0.42自收縮：沒有水分蒸發(fā)，W/C0.42151Shrinkage Proportions收縮組成第一天養(yǎng)護(hù)對(duì)長(zhǎng)期的收縮量有重要的影響First day curing conditions have a large effect on total shrinkage magnitude.1 mm/m = 1000 me152自收縮 Autogenous Shrinkage沒有水分損失，W/C0.42ccurring w

49、ith no moisture transfer, with a lack of water for full hydration (w/c 0.5 kg/m2/hr = CRACKING!166蒸發(fā)速率的測(cè)定值與計(jì)算值的相關(guān)性Measured to Estimated Correlationfor Evaporation Rate (kg/m2/hr)167蒸發(fā)量與收縮的關(guān)系Correlation of Evaporation to Shrinkage, based in VTT lab testsS = (2 (ER t) - 0.5where:S = Shrinkage (mm/m)ER

50、 = Evaporation Rate (kg/m2/hr)t = Time at setting + 2 hours (hr)168減少收縮的施工措施Helpful Construction Practices潤(rùn)濕基礎(chǔ)moisten subgrade利于風(fēng)擋減少風(fēng)速use wind breaks to reduce wind speed遮陽減少溫度use sunshades to reduce temperatures降低新拌混凝土溫度（冷卻骨料和拌合水）keep fresh concrete temperature low (cool aggregates and mix water)用塑

51、料膜或養(yǎng)護(hù)劑防止混凝土水分蒸發(fā)protect concrete with plastic and curing compoundstart curing !169防止早期收縮小結(jié)Early-Age Shrinkage Summary第1天對(duì)開裂有重要影響1st day has a big influence on crack risk減少收縮和開裂的措施Possible to reduce shrinkage and cracking:仔細(xì)考慮水泥和化學(xué)化學(xué)外加劑凝結(jié)時(shí)間Careful use of admixtures & cement setting time根據(jù)環(huán)境條件使用養(yǎng)護(hù)劑及其用量

52、Amount of curing depends on daily environmentStart curing immediately! W/C小于0.42時(shí)要考慮自收縮影響，合理設(shè)計(jì)配合比Autogenous shrinkage a factor at w/c C4AFC3SC2S。C3A含量高時(shí)，減水作用減小。C3AC4AFC3S、C2S179水泥適應(yīng)性水泥中石膏的影響鋁酸鹽和水直接反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生閃凝。水泥中摻加二水石膏調(diào)節(jié)水泥的凝結(jié)時(shí)間。水泥漿溶液中的硫酸鈣必須充分溶解并有足夠硫酸鹽離子和鈣離子供給生成硫鋁酸鈣。熟料太熱時(shí)與石膏共同磨細(xì)會(huì)使石膏脫水產(chǎn)生半水石膏和無水石膏，半水和無水石膏水

53、化會(huì)使水泥產(chǎn)生假凝。假凝可以通過進(jìn)一步拌和，破壞生成物結(jié)構(gòu)而恢復(fù)流動(dòng)性。閃凝則不同，如果不加水，它不可能通過進(jìn)一步拌和消除它的剛構(gòu)。180部分水泥廠采用硬石膏作調(diào)凝劑，這種水泥會(huì)產(chǎn)生與外加劑不適應(yīng)的問題。木鈣對(duì)某些用硬石膏的水泥有速凝作用。不摻時(shí)，用石膏和用硬石膏的水泥的初、終凝時(shí)間相同，摻加0.2%的木鈣后，用石膏的水泥的初凝時(shí)間延長(zhǎng)4h左右，用硬石膏的水泥則快速凝結(jié)。水泥中石膏與硬石膏的比例小于2時(shí)，摻加外加劑將產(chǎn)生速凝，硬石膏溶解速度比石膏小，當(dāng)摻加木鈣后，硬石膏在飽和石灰溶液中的溶解性進(jìn)一步減小。181水泥適應(yīng)性 外加劑對(duì)使用不同石膏的水泥的凝結(jié)時(shí)間的影響外加劑種類二水石膏硬石膏初凝終

54、凝初凝終凝木質(zhì)素類4：117：55速硬6：05糖蜜類5：2510：02速硬1：19萘磺酸鹽類2：475：253：425：20182水泥適應(yīng)性水泥堿含量的影響水泥中堿含量高，減水劑的作用降低。水泥中堿含量高，凝結(jié)時(shí)間縮短早期強(qiáng)度提高。水 泥Na2O+0.658k2O（%）減水劑品種及摻量（%）流動(dòng)度（mm）萘系減水劑木 鈣42.5普通水泥0.520.502851.302602.001050.520.252051.301902.00115183水泥適應(yīng)性水泥可溶堿（事實(shí)上，可溶SO42-來自堿）、細(xì)度、C3A含量和石膏類型、摻和料種類，是控制摻萘系減水劑水泥漿與混凝土流變性的關(guān)鍵因素。最佳可溶堿含

55、量在0.40.6%當(dāng)量Na2O。萘系減水劑在水泥顆粒上的吸附率和水泥水化速率受這些參數(shù)影響，它們控制混凝土流動(dòng)度損失率。使用可溶堿含量低的水泥時(shí)，不僅當(dāng)減水劑摻量不足時(shí)會(huì)較快損失坍落度，而當(dāng)劑量稍高于飽和點(diǎn)時(shí)，又會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的離析與泌水。使用含木質(zhì)素類外加劑，為保險(xiǎn)起見，使用任何外加劑前，都應(yīng)該進(jìn)行試驗(yàn)，驗(yàn)證外加劑的性能是否滿足要求，是否與水泥等原材料之間存在適應(yīng)性問題。并通過試驗(yàn)確定合適的外加劑品種以及相應(yīng)的摻量。184保持分散機(jī)理引入緩凝基團(tuán)，延遲水泥水化反應(yīng)。立體排斥力。溶于堿而不溶于水的高分子化合物。坍落度損失保持機(jī)理185坍落度損失的機(jī)理水泥中所含石膏的溶解度取決其存在形態(tài)、水灰比、溫

56、度等因素。水泥含堿量過高或過低，對(duì)高效減水劑水泥相容性都帶來不利影響。這可能是因?yàn)樗淖兪嗟娜芙舛?，從而影響C3A的水化所造成。含磺酸基團(tuán)高效減水劑可以迅速和水泥中C3A反應(yīng)，因此被消耗，使液相里游離的減水劑濃度降低，混凝土由于減水劑存在使坍落度增大的效果減小，甚至消失，因此表現(xiàn)為坍落度損失。186常規(guī)的坍落度控制方法：后摻法；與緩凝劑復(fù)合；新型外加劑，如聚羧酸鹽。非常規(guī)的坍落度損失解決辦法：外加劑中復(fù)合適當(dāng)?shù)牧蛩徕c；外加劑中復(fù)合適當(dāng)?shù)奶妓徕洠贿m當(dāng)調(diào)整配合比。坍落度損失187 坍落度損失使用Na2SO4控制坍損的原理：水泥中SO3加量與C3A和堿含量之間的關(guān)系如下： Y=aX1+bX2 式中

57、：Y- SO3加量（%）；X1、X2- C3A、堿含量（%）； a、b-系數(shù)，硅酸鹽水泥分別為：0.24、0.16；普硅水泥：0.14、0.96SO3加量隨水泥中C3A和堿含量的增加而增加。即SO3加量與水泥中C3A和堿含量成正比。石膏含量充足時(shí)，能不斷提供硫酸根離子，液相中鈣離子濃度保持較高。此時(shí)，通過調(diào)整緩凝成分及含量就能控制坍損。當(dāng)石膏加量不足時(shí)，C3A和石膏反應(yīng)生成的鈣礬石較少，不能有效控制C3A的水化，使凝結(jié)加快，流動(dòng)性很快損失。此時(shí)，僅用緩凝組分很難控制坍損。必須另外摻加一部分能提供硫酸根離子的外加劑成分。188坍落度損失造成“欠硫化”現(xiàn)象的原因:石膏加量不足，或熟料粉磨過程中溫度

58、變化改變了石膏的形態(tài)，二水石膏部分改變成半水石膏、無水石膏，比例發(fā)生了較大改變?；炷僚浜媳茸兓?，如水灰比（水膠比）、用水量變小，使可溶性SO3總量減少。摻加外加劑后，使堿含量提高，因此石膏溶解度減小。環(huán)境溫度變化，影響石膏的溶解度。以上因素的綜合作用。189坍落度損失使用Na2SO4控制坍損（計(jì)算實(shí)例）：一般低濃萘系減水劑中Na2SO4含量為20%左右。在使用含堿量較低的水泥配制混凝土?xí)r，尤其是水泥用量較低時(shí)，外加劑中堿含量高會(huì)使石膏的溶解度降低，可能會(huì)發(fā)生“欠硫化”現(xiàn)象。若低濃萘系減水劑摻量為水泥的1%，折算堿含量增加0.19%，相應(yīng)的SO3應(yīng)增加0.11%，摻低濃萘系減水劑1%時(shí)SO3應(yīng)

59、增加為： SO3=0.19%*0.96=0.18% 應(yīng)補(bǔ)充SO3：SO3=0.18%-0.11%=0.07% 折算成：Na2SO4=0.07%/0.56=0.125%即在外加劑中應(yīng)復(fù)合水泥用量0.125%的Na2SO4。190坍落度損失使用Na2SO4控制坍損（應(yīng)用實(shí)例）：原材料：興發(fā)P.O32.5水泥，II級(jí)粉煤灰；復(fù)配萘系外加劑A、B、C。C30配合比及坍落度變化：編號(hào)配合比坍落度WCFaSGY0min30min60min90min11853496275210332.63220170130-21853496275210332.12220200165-31853496275210332.32

60、220215200170191坍落度損失使用Na2SO4控制坍損（應(yīng)用實(shí)例）：成分（%）123NF0.450.450.45STPP0.100.050.05LM0.05-AE-0.010.01Na2SO4-0.05CMC-0.0050.005摻量0.600.5150.565192坍落度損失使用K2CO3控制坍損（應(yīng)用實(shí)例）：*其原理與硫酸鹽相同，只是生成的不是鈣礬石，而是碳鋁酸鹽（3CaOAl2O3CaCO311H2O),控制C3A的水化，減小流動(dòng)性損失。C30混凝土，水泥：P.S32.5，F(xiàn)a:II級(jí)。試驗(yàn)情況如下：編號(hào)配合比坍落度WCFaSGY0min30min60min90min11953