現(xiàn)代混凝土存在的問題及對策分析

1、現(xiàn)代混凝土存在的問題及對策分析,侯云芬水泥,工 程 結(jié) 構(gòu) 研 究,混凝土,甲方管理監(jiān)理,結(jié)構(gòu)設(shè)計,強度,強度,強度,強度,強度,強度,提高比表面積, 增加C3A、C3S,流變性能下降,收縮增加,水化熱增大,抗化學腐蝕性下降,后期強度增長小,骨料,級配變差,針片狀顆粒增多,混凝土流變性能下降,混凝土耐久性下降,當前行業(yè)隔離現(xiàn)狀的實例,行業(yè)隔離造成的問題,行業(yè)隔離問題已經(jīng)不是一個技術(shù)問題，歸根到底是利益的問題，而反過來卻影響社會整體的生產(chǎn)力和人類的可持續(xù)發(fā)展。行業(yè)隔離最終影響的是工程質(zhì)量,一、現(xiàn)代混凝土的技術(shù)特征,1、混凝土是什么？ 混凝土是用最簡單的工藝制作的最復雜的

2、體系。 工藝必須簡單否則不能成為最大宗的結(jié)構(gòu)工程材料： 原材料來源廣泛 制作工藝簡單混合、攪拌、成型 比其他結(jié)構(gòu)材料（鋼材、木材）耐久 體系必然復雜：,復雜的體系,原材料不能提純，成分波動 微結(jié)構(gòu)的不確知性水泥水化形成復雜的凝膠，在目前技術(shù)水平下難以測定。 微結(jié)構(gòu)形成的環(huán)境和時間的依賴性對溫度、濕度的敏感性；水化不斷進行造成動態(tài)的微結(jié)構(gòu)。 性能的不確定性。性能隨微結(jié)構(gòu)的發(fā)展而發(fā)展,而微結(jié)構(gòu)具有不同層次(宏觀層次、亞微觀層次、微觀層次)的多相(固相、液相、氣相)的非均質(zhì)性(依配合比不同而離散),因此： 混凝土屬于混沌體系（非線性體系），具有“蝴蝶效應”事物發(fā)展的結(jié)果對初始條件具有極為敏感的依賴性

3、.初始條件極小的偏差將會引起結(jié)果的巨大差異。 工業(yè)化、集約化是社會生產(chǎn)發(fā)展的趨勢，促使了現(xiàn)代混凝土的發(fā)展。,2、什么是現(xiàn)代混凝土？,現(xiàn)代混凝土是建立在混凝土化學外加劑和礦物摻合料兩大混凝土科學技術(shù)進展基礎(chǔ)上的六組分混凝土。 預拌混凝土是現(xiàn)代混凝土的主體品種。以預拌混凝土、泵送為主流。拌和物的流變性能成為重要問題。,3、現(xiàn)代技術(shù)與性能特征,減小了強度對水泥的依賴性 水膠比較低，漿骨比較小 嚴酷環(huán)境的工程增加，使耐久性要求日益突現(xiàn) 在水泥水化熱增大、強度提高的同時，結(jié)構(gòu)尺度增大，改變了大體積混凝土的概念 使用混凝土強度范圍很寬，從C20(極少量C15)到C80,礦物細粉的摻加與混凝土的高性能化 1

4、) 礦物細粉的功能 密實結(jié)構(gòu) 膠凝材料低內(nèi)能 2) 低水膠比、低水泥用量、低單位體積用水量等技術(shù)理念得以成功實踐 “外加劑使混凝土進入大流態(tài)時代,實現(xiàn)泵送，而粉體摻合料使泵送混凝土走向成熟” 混凝土材料滿足強度、工作性和耐久性的要求，完成了一次重要的螺旋式上升。,4、現(xiàn)代六組分混凝土的技術(shù)路線,高性能混凝土技術(shù)迅速開發(fā)和應用,5、現(xiàn)代混凝土的發(fā)展方向,進入二十一世紀，混凝土研究和實踐將主要圍繞兩個焦點展開，一是解決好混凝土耐久性問題，二是混凝土走上可持續(xù)發(fā)展的健康軌道。發(fā)展綠色高性能混凝土是必然選擇,水泥混凝土在過去的100年中，幾乎覆蓋了所有的土木工程領(lǐng)域，可以說，沒有混凝土就沒有今天的世界

5、。但是在應用過程中，傳統(tǒng)水泥混凝土的缺陷也越來越多地暴露出來，集中體現(xiàn)在耐久性方面。在目前正在實踐和發(fā)展的現(xiàn)代混凝土中我們越來越意識到被寄予厚望的膠凝材料水泥在混凝土中的表現(xiàn)，遠沒有我們想象的那么完美。,低水膠比下所需要的凝膠數(shù)量,當HPC水化程度只及常規(guī)混凝土60時，兩者結(jié)構(gòu)強度相近。從長期角度來說,HPC水化程度提高后，凝膠數(shù)量增多，強度、密實性繼續(xù)提高。 換句話說在低水膠比下，達到同樣強度對凝膠的數(shù)量要求有所下降。換句話說對膠凝材料的活性要求有所下降。保羅米公式不再適用。但是JGJ55-2010標準的仍然采用對保羅米公式進行修正的做法是對現(xiàn)代混凝土理解不夠。,制備綠色高強混凝土具有可行性

6、,至少可以說在低水膠比下，低水泥熟料膠凝材料體系是可以制備高強混凝土的，在滿足施工要求的前提下，選擇較小的漿骨比。 綠色混凝土是可以做到高強度的，當然不是高早強。,強度與耐久性的關(guān)系,比如同一低水膠比的純硅酸鹽水泥混凝土,其強度等級要比大摻量粉煤灰混凝土高得多,但抗氯鹽侵蝕的能力卻遠不如后者。 高壓蒸養(yǎng)的低水膠比混凝土,如果溫控不當,可使混凝土內(nèi)部的微細孔隙連通,這時的混凝土強度等級仍能達到90 MPa甚至更高,抗水滲透能力也非常好,可是抗凍融和抗氯離子的能力有可能降到與中低強混凝土相近的程度。,思維方法和觀念的轉(zhuǎn)變比技術(shù)更重要,我們一方面信誓旦旦要發(fā)展綠色混凝土，一方面又不舍得放棄傳統(tǒng)混凝土

7、帶給我們的種種“好處”，當然其實主要還是高早強形成的觀念和做法。比如“最好3天就能張拉”，“最好第二天上班就拆?！保弧?8天衡量強度不能改變” 如果有“成長催化劑”我們是不是讓我們的孩子吃？我們是不是要求用成人的標準衡量一個十歲的孩子？ 我們應該習慣于制造緩凝混凝土，在幼齡期具有高徐變和低彈性模量。,轉(zhuǎn)變觀念談何容易,開慣了汽車，叫你騎自行車，你當然不適應；胡吃海塞慣了讓你管住自己的嘴當然不情愿；建設(shè)習慣于追求速度，搶工期，讓你使用強度發(fā)展慢的綠色混凝土，許多人腦袋肯定會搖得像個撥浪鼓，“不可能、不現(xiàn)實、無法實現(xiàn)”。人們有一萬個理由把自己的思路框在快速建設(shè)的模式中。但是如果是為子孫考慮，讓人類

8、“壽與天齊”我們就必須改變自己，讓建筑行業(yè)接受科學發(fā)展觀。,Mehta告誡我們：建造實踐需要進行變革,即使正確地限定了原材料和拌合物配合比，并且小心地遵循施工規(guī)程，認為可以根據(jù)現(xiàn)有的實踐建造耐用和持久的混凝土結(jié)構(gòu)仍然是不現(xiàn)實的。這是因為在20世紀里，材料和建造實踐首先是為了滿足快速建設(shè)的需要，事實已經(jīng)證明：這對暴露于嚴酷環(huán)境條件下運行的混凝土結(jié)構(gòu)耐久性是有害的。我們在建造耐用和環(huán)境中持久的混凝土結(jié)構(gòu)時，必須犧牲一些建設(shè)速度，顯然，這需要政府主管部門、業(yè)主、營造商與設(shè)計者轉(zhuǎn)變觀念。,（量測現(xiàn)況）,6、現(xiàn)代混凝土的現(xiàn)狀：知識和觀念陳舊,混凝土配合比設(shè)計存在的問題影響質(zhì)量及其控制 對礦物摻和料認識和

9、使用存在誤區(qū) 對添加劑的盲目使用 對骨料作用認識不足，對骨料質(zhì)量重視程度不足，因而嚴重影響混凝土質(zhì)量 對水泥品質(zhì)的誤導 作為用戶，和原材料供應方矛盾尖銳，不能正確認識和掌控原材料的質(zhì)量, 不能形成健康的買方市場,混凝土材料不是最終產(chǎn)品，拌制后，必須經(jīng)過澆注、振搗成型并養(yǎng)護后，成為構(gòu)件(element),才算完成由混凝土所制成的產(chǎn)品，這個過程就是混凝土工程。目前混凝土工程質(zhì)量問題很大程度上源于野蠻施工。 行業(yè)隔離，各自以追求最大利潤為目的，缺乏對工程負責的意識。 強度第一、利潤第一的思想支配行為，缺少質(zhì)量意識和長遠意識。,混凝土工程建造需要統(tǒng)一協(xié)作,僅有強度是不夠的,二、水泥現(xiàn)狀對現(xiàn)代混凝土的不

10、適應問題,1、傳統(tǒng)混凝土對水泥的需求與認識,混凝土強度的根本來源 混凝土的強度歸根結(jié)底來源于水泥石。水泥水化物質(zhì)生成后，將不是一粒一粒地離開水泥顆粒母體向著液體游動，而是立即互相交織粘結(jié)起來，成為立體網(wǎng)結(jié)構(gòu)，這種具有強度而仍有變形能力的網(wǎng)構(gòu)狀的物質(zhì)，以固體鍵在交接點上聯(lián)結(jié)，這才形成了賦予混凝土強度的基本單元凝膠。,四組分混凝土與保羅米公式,依據(jù)四組分混凝土大量試驗提出的Bolomy公式 ：R28ARc(c/w-B)成為混凝土配合比設(shè)計的重要基礎(chǔ)，延續(xù)近100年。由此人們得到了混凝土強度依賴于水泥強度的結(jié)論。 20世紀60年代以前大量的工程實踐證實了水泥強度對混凝土形成高強度的重要意義。 混凝土

11、對水泥品質(zhì)的要求“強度第一，甚至強度唯一”成為主流觀念。,傳統(tǒng)觀念形成的理由,傳統(tǒng)四組分塑性混凝土往往水灰比比較大，水泥漿量相對較低，這是保羅米公式形成的重要前提條件。在這樣的基礎(chǔ)上，水泥活性對混凝土28天強度和其他性能意義重大。 也就是說需要大量的水化產(chǎn)物形成硬化結(jié)構(gòu)。,傳統(tǒng)觀念形成的理由,例如，許多規(guī)范、標準限定混凝土中粉煤灰的摻量應在25%以下，尤其是預應力混凝土構(gòu)件中的摻量。這是因為過去我們的混凝土中沒有摻用減水劑，混凝土的水灰比較大（一般都高于0.5）。在這種情況下?lián)饺敕勖夯遥瑴p少水泥的用量，就會使混凝土的凝結(jié)時間明顯延緩、硬化速率減慢，表現(xiàn)為早期強度低、混凝土滲透性增大。,傳統(tǒng)觀念

12、形成的理由,高水灰比的水泥漿體里，水泥顆粒懸浮于水分中，水化環(huán)境良好，可以迅速地生成表面積增大1000倍的硅酸鹽水化物等，有良好地填充漿體內(nèi)空隙的能力。雖然從顆粒形狀來說，粉煤灰易于堆積密實，但是它水化緩慢，生成的凝膠量少，難以填充顆粒周圍的空隙，所以摻粉煤灰水泥漿體的強度和其他性能總是隨其摻量增大（水泥用量減少）呈下降趨勢（在早齡期尤為顯著）。,2、現(xiàn)代混凝土對水泥的要求,與混凝土結(jié)構(gòu)耐久性關(guān)系最密切的就是水泥，只保證高強度的水泥并不一定利于混凝土結(jié)構(gòu)耐久性 具有低的開裂敏感性、良好的勻質(zhì)性，有利于混凝土結(jié)構(gòu)長期性能的發(fā)展，無損害混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的成分。最重要的是產(chǎn)品的勻質(zhì)性，因此希望控制指

13、標的上下限(如細度的上限）。 盡可能低的需水量。 質(zhì)檢合格的水泥未必能滿足混凝土的需要，相同品種和強度的水泥可能會在混凝土中有不同的表現(xiàn)。,3、水泥的功與過, 水泥之功，功不可沒 應該說水泥與現(xiàn)代建筑緊密相連，“沒有水泥，就沒有今天的世界”。 水泥混凝土建筑設(shè)計 砂漿建筑施工 可以說水泥是一劑靈丹妙藥，它使建筑這個行業(yè)完成了一次本質(zhì)性的跨躍。今天的大跨度橋梁、海底隧道、高層建筑、水庫大壩都離不開水泥。,水泥之所以如此重要是因為它有優(yōu)良的膠凝性能。四大類型礦物，可以在短時間內(nèi)水化形成堅強的石狀結(jié)構(gòu)，且在大氣、水中穩(wěn)定存在。是一種高能量的人造材料。經(jīng)過近兩百年的研究、生產(chǎn)與實踐，水泥技術(shù)已經(jīng)相當成

14、熟，是人類改造自然，從事建設(shè)的有力武器。, 水泥之過,1）長期以來，重水泥研究，輕混凝土研究，錯誤的認為水泥的問題解決了，混凝土的問題就解決了，不認為混凝土本身是一門科學和復雜的技術(shù)。 2）認為將水泥作為膠凝材料的唯一組分是混凝土的最佳選擇。 3）認為水泥摻加的越多，混凝土的質(zhì)量越好。 根源在于水泥帶來混凝土高的早期強度，使人們產(chǎn)生錯覺，忽略了耐久性問題。是基于傳統(tǒng)混凝土理念的產(chǎn)物。,4）水泥性能不能滿足現(xiàn)代混凝土需求 單純追求滿足強度下的高利潤，使水泥廠采取使用助磨劑磨細、摻用 “增強劑”，細度越來越細。 礦物中C3S、C3A越來越高，增加了開裂敏感性和不利于混凝土長期性能穩(wěn)定性和耐久性的成

15、分。 再加之使用硬石膏緩凝、膠凝材料中SO3含量偏低， 水泥供不應求造成的生產(chǎn)混凝土時水泥溫度過高等因素使水泥與外加劑相容性不好，硬化性能也受到影響。,4、水泥的變化,1920年代，歐美國家水泥中C3S約為35%，如今達5070%；水泥細度從220m2/kg到現(xiàn)今的340600m2/kg 我國1970年代水泥(GB175-63)最高標號是硬練強度500，相當于GB175-77的425、現(xiàn)行標準32.5的強度等級；常用水泥是400#，按現(xiàn)行標準只有27.5。 檢測的水灰比增大，對3天強度的規(guī)定未變，實際提高了早期強度，而高早期強度并不是普適必要的；,水泥強度和混凝土強度的關(guān)系,任何水泥基材料的強

16、度主要取決于水膠比 按現(xiàn)有標準的水泥強度檢驗水膠比：0.5 當前用量最大的混凝土水膠比：0.5 不僅相同強度的水泥能配出不同強度的混凝土，而且不同強度的水泥能配出相同強度的混凝土 不必盲目追求水泥的高強，32.5的水泥能配制出C60混凝土 當然，在相同水膠比下，混凝土28天強度和水泥強度仍然有關(guān)，高強度水泥可用于象C80、C100這樣的高強的混凝土，但是用量很少。,外加劑與摻和料使用技術(shù)發(fā)展改變了對水泥強度和混凝土強度的關(guān)系的認識 在摻加礦物細粉摻和料的混凝土中水膠比決定著混凝土的強度 混凝土和水泥強度之間不再有線性關(guān)系 礦物摻和料對混凝土強度的貢獻隨水膠比的減小而增大的幅度大于水泥對強度的貢

17、獻隨水灰比減小而增大的幅度，因此摻用摻和料的混凝土必須降低水膠比。,為什么粉煤灰摻量如此之大的混凝土各項性能會很優(yōu)異呢？,但是現(xiàn)今高效減水劑的應用已經(jīng)很普遍，混凝土所用水灰比，尤其是摻有礦物摻合料混凝土的水膠比很容易降至0.5以下，同時現(xiàn)今的水泥活性則遠高于二十世紀八十年代以前的水泥（因為早強礦物C3S含量顯著提高、粉磨細度加大），因此摻加礦物摻合料的混凝土，即使是摻量很大的混凝土，與過去混凝土相比，其早期強度的發(fā)展速率也大大加快了。,為什么粉煤灰摻量如此之大的混凝土各項性能會很優(yōu)異呢？,在低水膠比（如0.3左右）的水泥漿體里情況就大不一樣了。不摻粉煤灰時，高活性的水泥因水化環(huán)境較差，即缺水而

18、不能充分水化，所以隨水灰比下降，未水化水泥的內(nèi)芯增大，生成水化產(chǎn)物量下降；但由于顆粒間的距離減小，要填充的空隙同時減小，因此混凝土強度發(fā)展迅速。,為什么粉煤灰摻量如此之大的混凝土各項性能會很優(yōu)異呢？,這種情況下用粉煤灰代替部分水泥，在低水膠比條件下，水泥的水化條件相對改善，因為粉煤灰水化緩慢，使混凝土的“水灰比”增大，水泥的水化程度因而提高，這種作用機理隨著粉煤灰的摻量增大愈加明顯（摻量為58%:左右，初期水灰比則約0.65）。水泥水化程度的改善，則有利于粉煤灰作用的發(fā)揮，然而與此同時，需要粉煤灰水化產(chǎn)物填充的空隙已經(jīng)大大減小，所以其水化能力差的弱點在低水膠比條件下被掩蓋，而降低溫升等其他優(yōu)點

19、則依然起著有利于混凝土性能提高的作用。,為什么粉煤灰摻量如此之大的混凝土各項性能會很優(yōu)異呢？,以上所述低水膠比下粉煤灰作用的變化，可以用一個“動態(tài)堆積”的概念來認識，這是相對沿用的靜態(tài)堆積而言的。通常在選擇混凝土原材料和配合比時，是以各種原材料在加水之前的堆積盡量密實為依據(jù)的；但是當加水攪拌后，特別是在低水膠比條件下，如何通過粉狀顆粒水化的交叉進行，使初始水膠比盡量降低，混凝土單位用水量盡量減少，配制出的混凝土在密實成型的前提下，經(jīng)過水化硬化過程，形成的微結(jié)構(gòu)應更為密實。,5、水泥提高強度的技術(shù)途徑,提高C3S含量 提高細度 提高石膏含量 其中將水泥磨得更細些成為提高水泥強度的主要技術(shù)手段之一

20、，被普遍采用。,片面追求強度而使比表面積太大、早期強度太高而長期增長率低甚至倒縮、實際強度浮動幅度太大； 太細的水泥 提高水泥的放熱速率，降低與外加劑的相容性、增加混凝土需水量，增大收縮，不利于混凝土長期性能的發(fā)展，后期水化無發(fā)展余地，使結(jié)構(gòu)失去自愈的能力。,6、關(guān)于水泥過細的問題,（1）水泥中不同細度顆粒對強度的作用,水泥細度與其抗壓強度的關(guān)系,（2）水泥細度與減水劑的相容性問題,細度和顆粒級配 最佳組成: 530m 90%,10m 10% ； 只考慮細度的結(jié)果：水泥越細，細顆粒越多，需水量越大，混凝土坍落度損失越大，開裂敏感性越大。,比表面積為3014cm2,飽和點為0.8%,坍落度不損失

21、摻量為1.6%,水泥細度為3982cm2,飽和點為1.2%,坍落度無損失摻量為1.82%,比表面積為4445cm2,飽和點為1.6%,找不到坍落度無損失點,（3）水泥細度和開裂敏感性的關(guān)系,用收縮開裂環(huán)檢測水泥的開裂敏感性, 從成型到開裂經(jīng)過的時間越短，抗裂性越差,水泥細度對水泥砂漿和混凝土開裂的影響：用粗磨水泥的混凝土澆耐久,（4）抗凍性隨水泥比表面積增大而下降,（5）日本水泥顆粒級配,日本的水泥生產(chǎn)注重顆粒級配：控制熟料在一個很窄的范圍從30m70m，然后用磨細礦渣和粉煤灰等不同細度的摻和料調(diào)整級配，其中礦渣粉磨到比表面積600m/kg2以上。這樣，既可使熟料和摻和料都充分發(fā)揮作用，又可使

22、水泥水化有長期的發(fā)展。怪不得磨細礦渣最早從日本提倡的，而在日本卻看不見在攪拌站摻用磨細礦渣。原來他們的摻和料也是在水泥生產(chǎn)時摻的。這樣生產(chǎn)的水泥總的比表面積增大了，但卻不會有水泥過細而使水化熱大的弊病。,（6）關(guān)于水泥細度的不同觀點,水泥專家： 通過技術(shù)進步促使水泥熟料質(zhì)量提高，水硬性越來越高，就應該加以充分利用，也就是將水泥磨得更細一點，充分發(fā)揮其強度，才對得起所耗的能源以及排放CO2產(chǎn)生的溫室效應。否則豈非暴殮天物。在我國水泥工業(yè)發(fā)展過程中,水泥界前輩黃大能先生一貫堅持水泥應磨得細一點以免浪費水泥熟料潛在的活性的觀點。,關(guān)于水泥細度的不同觀點,混凝土專家： 水泥不能磨的太細，理由是水泥細度

23、過細是造成混凝土體積穩(wěn)定性不好，導致裂縫產(chǎn)生的主要原因之一。大量鋼筋混凝土建筑物的短壽命、多病害才是真正的非暴殮天物。 控制水泥細度不要太細也是避免個別水泥廠混合材超量摻加的有效措施。,近幾年來，混凝土的普遍開裂應該說與水泥顆粒越來越細有直接關(guān)系。還有一個水泥中的粗顆粒問題，水泥界許多專家認為，水泥中45m的熟料顆粒對28d強度基本沒有作用，所以這種顆?？捎锌蔁o或可以盡量降低；而混凝土界許多專家研究后認為：增加水泥中未水化的熟料顆?？梢源蟠鬁p少混凝土的收縮。而現(xiàn)在水泥細度的增加，使水泥中的粗顆粒大大減少?；炷恋氖湛s量的增大，產(chǎn)生裂縫的可能性變大。,（7）水泥過細對現(xiàn)代混凝土的劣化原因,水泥顆

24、粒粒徑越細，早期的水化越快，水化熱釋放得早，單位時間內(nèi)的水化熱越高，而水化越快消耗混凝土內(nèi)部的水分就越快，這樣就可引起混凝土的自干燥收縮，使混凝土容易產(chǎn)生裂縫。而且由于水泥粗顆粒的減少，減少了穩(wěn)定體積未水化的顆粒，從而影響到混凝土的抗?jié)B性、抗凍性、抗碳化能力、抗侵蝕性等。,水泥細度對水工混凝土的性能影響,當前水工混凝土耐久性的根本問題是漏水。所謂“十壩十漏”。50年前沒有這種現(xiàn)象，主要原因是那時的水泥粗。 在四川溪洛渡大壩工程，混凝土大壩溫度降不下來，采用埋水管、加冰等措施，混凝土溫度都降不下來，后來，實驗用天山水泥，細度分別為400、370 、330、300、280、250 m2/kg，實驗

25、結(jié)果，使用較粗的水泥，溫度降低下來。建議采用280 m2/kg的細度。,高鐵混凝土限制水泥細度,高速鐵路高性能混凝土開始對水泥細度進行限制，要求350m2/kg。,7、水泥主要礦物水化熱發(fā)展,8、哪些因素影響水泥的抗裂性,美國國家標準局對199種水泥進行了18年以上的調(diào)研，大量的發(fā)現(xiàn)是堿和細度、C3A和C4AF的因素一起極大地影響水泥的抗裂性。即使水泥有相同水化率（強度）和相同的自由收縮，顯然低堿水泥有內(nèi)在的抵抗開裂的能力。當含堿量低于0.6%當量時，水泥的抗裂性明顯增加。,熟料礦物的收縮率,堿和C4AF對收縮的影響,9、石膏摻量的影響,（1）C3A含量和SO3的匹配 一般水泥中石膏的優(yōu)化條件

26、：W/C=0.5, 現(xiàn)代混凝土使用高效減水劑, W/C0.40，SO3不足； 混凝土中摻入礦物摻和料，SO3被稀釋。,（2）石膏的種類生石膏和硬石膏溶解速率對比,（3）石膏對坍落度損失的影響,（4）石膏摻量對體積變化的影響,（5）石膏對砂漿抗壓強度的影響,對砂漿抗折強度的影響,（6）石膏摻量對摻減水劑的漿體需水量的影響,10、水泥的三高問題,“高細度、高C3S含量、高強度等級”所謂的“三高”水泥對混凝土產(chǎn)生裂縫的不利影響應該說越來越大了。 例如機場跑道工程，在20世紀50-70年代修建的許多軍事和民用機場，路面混凝土至今保持完好，而20世紀80年代后修建的混凝土路面三五年內(nèi)出現(xiàn)破壞的有很多。,

27、水泥的三高問題,美國從20世紀30年代開始，把水泥中的C3S含量由30%提高到50%，把細度由允許大于75m的顆粒含量為22%，改為基本為零。70年后的今天，經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，1930年前修建的橋梁有67%保持完好，而1930年后修建的橋梁只有27%保持完好。,水泥的三高問題,R型水泥除了可以使混凝土早強、早拆模外，對混凝土的其他性能不會有明顯好處。相反，由于它3d強度高，水化熱和收縮集中，可能會對混凝土裂縫的產(chǎn)生帶來不利的影響。所以，如果工程中對混凝土早強沒有特別的要求，就最好不要使用它；,水泥的三高問題,比表面積在400m2/kg以上的高強度等級水泥，由于其顆粒比較細，凝結(jié)較快，水化熱集中，對混

28、凝土的體積穩(wěn)定性有不利影響，更使混凝土產(chǎn)生裂縫的可能性增加，所以使用時應慎重考慮；,12、什么是好水泥？,人們通常會認為強度高，尤其是28d強度高的水泥是好水泥，但這種認識是不正確的。例，美國墾務局的Burrows在混凝土的可見裂縫與不可見裂縫中介紹了1910年Withy在威斯康辛大學開始的50年水泥凈漿、砂漿和混凝土的實驗計劃，Withy分別于1910、1923和1937年3個不同時間成型了5000多個試件。50年的結(jié)果由Washa和Wendt于1975年發(fā)表。,1923年的混凝土用普通水泥，Blaine細度為231m2/kg。C3S只有30%， W/C為0.52，28d只有21MPa，50

29、年后達到52MPa；1937年制作混凝土，用當時的快硬水泥，C3S含量57%，比表面積380 m2/kg（與現(xiàn)在的普通水泥相當，C3S 5758%，比表面積380400），28d強度30 MPa，10年達到最高55MPa，25年,反而下降到43MPa。,Lemish 和Elwell1996年在對依阿華州劣化的公路路面鉆芯取樣的一項研究中,發(fā)現(xiàn)1014年強度倒縮而得出結(jié)論：混凝土性能良好和強度增長慢有關(guān)。,采用快硬水泥的混凝土10年后強度倒縮；1937年按特快硬水泥生產(chǎn)的水泥與現(xiàn)今水泥的平均水平很相似。,水泥現(xiàn)狀對當代混凝土的不適應問題還有,不控制含堿量、氯離子含量，不檢測開裂敏感性、無法提供在

30、當代混凝土中與外加劑的相容性 水泥出廠溫度太高，造成混凝土澆筑溫度過高，溫度應力增大，混凝土凝結(jié)時間不正常，早期開裂問題普遍,三、外加劑對現(xiàn)代混凝土的影響,以高效減水劑為主的混凝土外加劑是現(xiàn)代混凝土重要的物質(zhì)基礎(chǔ)之一，是混凝土技術(shù)發(fā)揮的重要里程碑。 減水劑、泵送劑等化學外加劑的應用，對混凝土技術(shù)進步起到了革命性作用。 而革命性，通常以局部破壞性為代價。 給混凝土帶來了一些問題：與水泥的適應性問題以及對混凝土體積穩(wěn)定性的影響問題。,1、外加劑與水泥的適應性問題,主要原因在于水泥,前面已經(jīng)講解過水泥的細度細、堿含量高、C3A含量高、 SO3含量低、使用硬石膏、水泥出廠溫度太高都會導致與外加劑的適應

31、性不好。,但對摻減水劑的混凝土，早期收縮的影響非常顯著。從裂縫產(chǎn)生的時間來分析，1d之內(nèi)的早期收縮增大，可能是混凝土開裂的關(guān)鍵因素。 因此目前的化學外加劑收縮率比試驗方法，并沒有完全反映減水劑對混凝土收縮的影響程度。 大量的實驗結(jié)果表明：從初凝至24h，摻減水劑混凝土的收縮率比要大得多。,2、減水劑對混凝土體積穩(wěn)定性的影響,我們的化學外加劑生產(chǎn)和研究機構(gòu)，應該象重視減水劑的減水率一樣，重視化學外加劑對混凝土早期收縮（塑性收縮）和總收縮的增大作用。,減水劑對混凝土體積穩(wěn)定性的影響,不摻減水劑混凝土的早期收縮值小于7010-6m/m 。 摻減水劑混凝土的早期收縮均大于20010-6m/m。 收縮率

32、比為300%,1d起測的混凝土干燥收縮,經(jīng)1d早期收縮測試后，繼續(xù)在（605）%、201條件下測得的結(jié)果表明， 28d時，三種減水劑的收縮率比分別為130、132和138。,參照GBJ82測得的干燥收縮,脂肪族系、萘系、胺基磺酸鹽系減水劑的收縮率比分別為126%、130%和135%。 與1d起測相比，不摻減水劑的混凝土收縮減小12%，摻減水劑的混凝土收縮減小15%左右。,初凝開始的混凝土全收縮,三種減水劑的收縮率比分別達到182，183和198，遠遠大于按GBJ82方法測得的結(jié)果。,坍落度相同時，減水劑對混凝土早期收縮的影響,24h時， 水泥用量為450kg/m3的混凝土，收縮率比達609%；

33、 水泥用量為550kg/m3的混凝土，收縮率比達705%。,1天后起測的收縮曲線,收縮率比124%,減水劑對全收縮的影響,水泥用量分別為450 kg/m3和550 kg/m3時，1d起測的收縮率比為124%。 而以初凝起測的全收縮表征時，收縮率比分別達到220%和240%。,早期抗裂試驗裝置,首條裂縫出現(xiàn)時間,裂縫條數(shù),減水劑、泵送劑等化學外加劑極大地增加混凝土早期收縮、加速早期開裂、增加裂縫數(shù)量。 我們不能回避這一事實，關(guān)鍵是如何從混凝土組成材料、外加劑生產(chǎn)用原材料、合成工藝和復配技術(shù)上加以改進。,塑性收縮成為混凝土早期開裂的主要原因之一,指新拌混凝土澆注后尚在塑性狀態(tài)發(fā)生的收縮。特點是當表

34、面水分向外蒸發(fā)時引起局部產(chǎn)生應力，因此當蒸發(fā)速率大于泌水速率時，會發(fā)生局部的塑性收縮開裂。 低水灰比（水膠比）混凝土拌合物體內(nèi)自由水少，礦物細粉和水化生成物又迅速填充毛細孔，阻礙泌水上升，因此表面更易于出現(xiàn)塑性收縮開裂。,四、骨料對混凝土性能的影響,骨料是混凝土中比例最大的組分，至少大于65%，起骨架作用，抑制收縮，防止開裂。 骨料質(zhì)量首先不是強度。重要的是級配和粒形，使用級配和粒徑良好的骨料可以得到最小用水量的混凝土拌合物 骨料的品質(zhì)對混凝土的重要意義長期不被重視，直接影響了混凝土的性能，制約了高性能混凝土的推廣和應用。,為什么把砂石稱為骨料？,在傳統(tǒng)觀念中把砂石叫做骨料的原因是認為骨料作為

35、混凝土的骨架而起強度作用，這是一種誤解。 骨料的骨架作用主要是穩(wěn)定混凝土的體積而不是強度。純的水泥漿體硬化后收縮過大，無法用于結(jié)構(gòu)，必須有骨料對水泥漿體的收縮起約束作用，而且骨料在混凝土中必須占據(jù)大部分體積。,決定混凝土強度的不是骨料,對混凝土的強度其決定作用的是混凝土的水灰比（水膠比），所以目前用強度很低的輕骨料（陶粒）已能配制出C50的泵送混凝土。,1、骨料混凝土體積穩(wěn)定性,混凝土體積穩(wěn)定性主要取決于骨料，尤其是粗骨料在混凝土體積中所占的份額。骨料的質(zhì)量越高（粒形和顆粒級配好），單方混凝土中的膠凝材料用量越少，體積穩(wěn)定性也越好。 我國與發(fā)達國家混凝土質(zhì)量的差別主要源于骨料，尤其是石子的質(zhì)量

36、。,我們應該重視骨料的品質(zhì),2、骨料的顆粒形狀,西方發(fā)達國家的石子根本不存在針、片狀顆粒的問題，而我國砂石標準中規(guī)定石子針、片狀顆粒最大的可達25%,我們希望使用較規(guī)則外形的骨料。英國BS812標準將骨料形狀分為：立方體（球形）、不規(guī)則、非常不規(guī)則、扁平、細長幾類。相對而言，扁平或片狀骨料以及非常不規(guī)則的骨料粒形對HPC（高性能混凝土）是不利的。 在歐美扁平、片狀骨料以及非常不規(guī)則的骨料一般不超過20%，而我國有時高達80% 骨料粒形不好對混凝土和易性、強度和耐久性都產(chǎn)生不良影響。且直接導致水泥用量增多。,3、石子的強度越高越好嗎？,對石子如果控制了風化(軟弱)顆粒、含泥(細粉)量,對強度不必

37、要求太高,則破碎后的粒形好,等徑狀顆粒多,針片狀顆粒少,對混凝土強度影響很小。 因為相對于混凝土的強度來說,天然巖石的強度是足夠的。即使是強烈風化的低強度花崗巖,其巖石抗壓強度也達80-100MPa。,由下表的實例可見,所用石子中深康風化粗?；◢弾r強度低,但粒形好,混凝土的水膠比為0.31時,拌合物施工性能好, 28d抗壓強度達71.3 MPa;烏石谷致密石灰?guī)r的強度很高,但不僅針、片狀顆粒多,多數(shù)是不夠針、片狀標準的長條狀和扁狀顆粒,水膠比為0.33時拌合物坍落度也只有148mm,此時混凝土28d強度為68.8MPa。,這說明混凝土性能對水膠比要比對石子強度敏感,而石子的粒形對混凝土施工性的

38、影響則更重要。 石子對混凝土強度的影響主要是界面。當石子和混凝土彈性模量差別很大時(例如低強度混凝土使用高強度石子),在水泥水化減縮和溫度、濕度變化時,二者變形不一致,會導致界面產(chǎn)生微裂縫,成為混凝土的薄弱環(huán)節(jié);,輕混凝土界面顯著加強,輕骨料,界面,砂漿,如果二者彈性模量差別縮小,則界面結(jié)合可得到加強。輕骨料混凝土的強度可以大大高于輕骨料的強度,主要是由于界面的作用。 采用鄂式破碎機工藝,強度越高的巖石,針、片狀顆粒越多;粒徑越小,針、片狀顆粒越多。為保證針、片狀顆?？偭坎怀瑯?幾乎都將10mm以下的顆粒篩除。,4、骨料的級配,由于膠凝材料漿體的需求量是由集料間需要填充的空隙和集料需要包裹的面

39、積決定的。所以希望選擇空隙率低、比表面積相對較小的集料。,粗骨料的級配不好,90年代初之前北京的石子空隙率一直為40%-43%,而目前已達46%以上,甚至達到48%以上。廣東一帶石子空隙率甚至達50%。按國家標準,建筑工程使用的石子為連續(xù)級配,最小粒徑為5 mm；而目前實際混凝土用碎石一般做不到5 m以上連續(xù)級配。,原因與對策,實際上是混凝土行業(yè)對砂石行業(yè)的誤導。 攪拌站對粒形和級配的問題則很寬容，寧可容許用多加水泥來滿足和易性要求，也不肯優(yōu)質(zhì)優(yōu)價購買優(yōu)質(zhì)骨料。 為改變目前的狀態(tài)，必須盡快改進石子加工工藝，且宜采用10-20 mm與5-10 mm兩級粗骨料配合使用，以降低石子空隙率。,5、砂的

40、細度,目前我國天然砂資源開始出現(xiàn)緊張的趨勢，尤其是中粗砂供應緊張。為滿足攪拌站對砂細度模數(shù)的要求，供砂商往砂中填加小石子。 人工砂已經(jīng)快速進入建筑市場。,廉慧珍教授指出,減少水泥消耗率的關(guān)鍵是提高骨料質(zhì)量,人工砂中的石粉,石粉是一般碎石生產(chǎn)企業(yè)所稱的石粉、石沫，是在生產(chǎn)人工砂過程中，在加工前經(jīng)除土處理。加工后形成粒徑小于75 um，其礦物組成是和化學成分與母巖相同的物質(zhì)。與天然砂中的粘土成分在混凝土中所起的負面影響不同，它的摻入對完善混凝土細骨料級配，提高混凝土和易性與密實性有很大益處，進而起到提高混凝土綜合性能的結(jié)果。,6、利用廢棄資源加工混凝土骨料,據(jù)推算，全國現(xiàn)有尾礦的總量為100億噸以

41、上。,鐵礦尾礦,尾礦的危害,各種廢料（煤矸石）,各種廢料（建筑垃圾）,建筑垃圾侵蝕潔凈的海灘,鐵礦的砂石生產(chǎn)線,用尾礦砂生產(chǎn)建筑砂,用尾礦生產(chǎn)建筑用石,用煤矸石生產(chǎn)建筑用砂,用建筑垃圾生產(chǎn)再生骨料,尾礦骨料建筑工程,尾礦骨料建筑工程,首鋼尾礦砂工程用配合比,北京建工學院建材實驗樓再生混凝土試點工程,試驗配合比,試驗結(jié)果,五、關(guān)于高性能混凝土認識的兩個誤區(qū),1、高流動性與高性能 混凝土拌和物的流動性從10年前普遍的7090 mm發(fā)展到現(xiàn)在大量預拌混凝土的180200 mm，還有的工程用自密實混凝土來澆筑。自密實混凝土減輕了振搗的工作量，推動了預拌混凝土的發(fā)展，泵送高度已可達300 m以上，并大大

42、減少了“蜂窩”、“麻面”和“狗洞”等現(xiàn)象，提高了混凝土的勻質(zhì)性。目前很多人以“高流動性”為“高性能混凝土”的特征。,普通混凝土需要坍落度在160mm以上才適于泵送；而粉煤灰混凝土坍落度只需80100mm就可以輕易地泵送。同時，由于粉煤灰的滾珠潤滑效應，摻粉煤灰混凝土有較大的有效振搗半徑，還易于振搗密實。看上去與普通的干硬混凝土外觀相似的粉煤灰混凝土，在高頻振動棒的振動作用下十分易于成型密實。 而按照普通混凝土的粘度來衡量時，就會造成不必要地增加用水量、擴大水膠比，追求大流動性，在澆筑后過度振搗，不僅影響其作用正常發(fā)揮，而且使較輕的粉煤灰易于上浮，出現(xiàn)人為的分層現(xiàn)象。,影響混凝土流動性的因素是用水量和高效減水劑，而影響相同流動性混凝土用水量的主要因素是骨料的質(zhì)量。我國目前骨料質(zhì)量越來越差，20多年前砂、石的空隙率一般都在43%以下，而現(xiàn)今北京和深圳的砂石空隙率經(jīng)常在46% 以上，有時接近50%。,由于絕大多數(shù)采石場仍使用成本低廉的顎式破碎機，材質(zhì)越硬的石料，破碎后針、片狀顆粒越多，粒徑小于10 mm的顆粒幾乎都是針片狀顆粒，實際上缺少5-10 mm粒級的顆粒。同時非常不規(guī)則形狀的粗骨料比例大。砂子由于資源幾近枯竭，北京大部分混凝土攪拌站用的砂子是細砂加豆石，砂子含石率在25%左右。因此這幾年來混凝土的用水量居高不下，一般都超過17