混凝土的组成结构和性能的关系ppt课件.ppt

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1、混凝土的组成、结构和性能的关系,正确认识和科学理解混凝土,1、按照材料科学的观点正确认识混凝土： 材料科学的观点认为： 材料的组成决定其结构和性能，改变其组成和结构，可以随之改变其性能。,2、按照混凝土的生命周期规律科学理解混凝土： 根据混凝土的制备工艺、 早期养护过程、 性能成熟过程、 工作环境、 性能衰退过程， 这一混凝土的生命周期规律理解混凝土。,混凝土的组成材料,素混凝土所用原料组分为：一、胶凝材料二、粗集料三、细集料四、拌和水五、外加剂（包括各种功能外加剂）六、掺和料 （功能组分）,钢筋混凝土钢纤维混凝土钢管混凝土玻璃纤维增强混凝土有机纤维增强混凝土等。,硬化混凝土的相组成,硬化后的

2、混凝土可以分为：水泥基相（水泥水化产物）分散粒子（集料、未水化部分）界面过渡层这是组成混凝土结构的三要素。,胶凝材料,胶凝材料是制备混凝土的根本材料，胶凝材料 的特点是对砂、石等集料有较强的粘结能力。 用于建筑工程的胶凝材料主要有： 1、 硅酸盐水泥系列： 如：硅酸盐水泥、普通水泥、矿渣、 粉煤灰、火山灰、复合水泥。 2、 硫铝酸盐水泥：由于该品种水泥具有快硬早强和低温硬化特点，在北方冬季施工时可以使用。,其它品种的胶凝材料虽有各自的用途，一般不用于结构工程中 如：高铝水泥（耐火水泥）、 磷酸盐水泥（耐高温）、 耐酸水泥等（耐酸）。 根据工程性质的不同要求，还有一系列特性水泥：如快硬水泥、抗硫

3、酸盐水泥、大坝水泥等在一些特殊工程中应用。,集料,按集料形成的条件分为：天然和人造 按集料容重分为：超轻质（保温隔热材料如球型珍珠岩）、轻质、结构用轻质、正常重、特重（防辐射 重晶石） 集料有若干特性如：密度、级配、颗粒形状、空隙率等。 不同特性的集料，可以制备不同用途的混凝土。 集料所具有的性质与硬化混凝土的性能有十分密切的关系。,外加剂,混凝土外加剂是赋予新拌混凝土和硬化混凝土特殊性能的物质。 每一种外加剂都有其特殊的作用。 如：改善水泥混凝土用水量的外加剂，称作减水剂，按减水量的多少分为普通减水剂、高效减水剂。 普通减水剂： 减水率在5-12%，有木质素磺酸盐（钙、钠）、糖蜜类（又叫糖钙

4、）,高效减水剂： 减水率大于12%的减水剂都称作高效减水剂。常用的有： 萘系（萘磺酸盐甲醛缩合物） 氨基磺酸盐系（氨基磺酸盐、苯酚、甲醛缩合物）、 蜜胺系（三聚氰胺甲醛缩合物）、 聚羧酸系（以马来酸-烯烃为主要成分的反应性高分子化合物）,改善水泥凝结性能的外加剂有： 促凝剂：烧明矾石、硫酸铝等。 缓凝剂：三聚磷酸钠、蔗糖、酒石酸钾钠、柠檬酸等。 提高水泥早期强度的外加剂： 早强剂：氯盐、硫酸钠、甲酸钙等。,防冻剂： 能使混凝土在低温下硬化，在规定时间内达到临界防冻强度。原理是降低水的 冰点，促进水泥水化。 引气剂： 改善混凝土结构中的含气量。 膨胀剂： 调整硬化混凝土的体积收缩率。,还有速凝剂

5、、防水剂、泵送剂、增粘剂等许多品种： 以上列举的每一种外加剂，都有其特殊的作用，赋予混凝土独特的性能。 混凝土外加剂大大促进了混凝土科学技术的 发展，拓宽了混凝土的应用领域。 目前发展最快、用途最广、贡献最大的外加剂应属高效减水剂。,掺和料,硅灰： 主要成分为无定型SiO2，其性能优势是比表面积高，活性大，对混凝土的强度贡献大。 稻壳灰和硫酸铝渣也属于这一类的硅质材料，其活性都非常高。,磨细矿渣： 矿渣具有组成优势和结构优势。矿渣的潜在活性较高，粉磨到一定细度后，水化活性较高，对水泥强度贡献大；自分散性能好，在混凝土中有物理减水作用；在较大的掺量范围内都有较稳定的性能。 矿渣的弱势是难磨，将其

6、磨到比表面积380m2/kg以上非常困难，电耗较高，须选择有效的助磨剂 。,粉煤灰： 粉煤灰具有颗粒形状优势，粉煤灰中的玻璃微珠多数为球形颗粒，流动性能好，混凝土的坍落度经时损失小，外加剂用量少，收缩小。 弱势是活性差，对强度贡献小。,偏高岭土： 高岭土的性能优势是水化活性高，对水泥、混凝土的强度贡献大，抑制Ca(OH)2 晶体生长，改善混凝土的界面结构效果显著，抗侵蚀能力强。 弱势是需水性大，减水剂用量大，对降低混凝土的水灰比不利，混凝土的坍落度经时损失快。,沸石粉： 性能优势是多孔结构材料，有较强的吸附能力和离子交换能力，能有效阻止外侵Cl-离子、SO42-的体积扩散，对提高水泥石的抗侵蚀

7、能力和抑制碱-骨料反应的发生都具有显著效果。 弱势是需水性大，对降低混凝土的水灰比不利。,水,水在混凝土中是不可缺少的组分，混凝土拌和用水和养护用水，对混凝土的性能都有重要影响。 拌和用水：赋予混凝土一定的流动性，和水泥发生化学反应，使水泥凝结、硬化，以满足混凝土的性能要求。 养护用水：保证水泥水化需要的一部分水，以满足强度发展的需要。,混凝土对水的要求： 达到饮用水标准的，都可以用来拌和 混凝土，当用非饮用水时必须按国家标准检测。 水对混凝土性能的影响： 非饮用水中含有一些不确定的元素存在，对混凝土的性能有较大的影响。如氯离子、硫酸根离子、木质素、糖类、其它可溶性物质等。,磁化水,有文献报道

8、，使用磁化水拌和混凝土可以提高混凝土强度10-15%。 其做法是在供水系统中增设相应规格的磁化水器，使水先行磁化。 磁场强度为150-175KA/m，流速为0.9-1.0m/s。 磁化水对水泥混凝土性能影响的机理还不清楚。,三峡大坝鸟瞰,三峡大坝混凝土的学问,世界水利史上使用混凝土最多的要数三峡大坝了，如将三峡主体工程所用混凝土制成1立方米的混凝土块，可绕地球赤道大半圈。由于用量大，所以就产生了世界上最大、最先进的混凝土生产系统。 三峡大坝是用混凝土浇筑的整体，混凝土的使用寿命与三峡大坝的使用寿命有直接关系，这已成为世人关注的焦点。,三峡大坝混凝土的学问,先说说石头。 大块花岗岩，经过多次破碎

9、、清洗、筛选，分解成大、中、小石，汇聚到仓库堆放。经过超细破碎的小石在棒磨机精心研磨下，成为合格的砂子。一块粗大的花岗石，就这样在12华里长的生产线上完成了从宏观到 微观的转变，这就是目前世界上最大的人工砂石料生产系统。 坚硬如铁的混凝土，它的新生期是很娇气的，外部过高的温度加上水泥凝固时产生的热量，温度可达70-80会使新生的混凝土出现裂缝甚至报废。,三峡大坝混凝土的学问,混凝土运输车也撑起了遮阳伞，进拌和楼装混凝土前还要冲个凉。 浇筑好的混凝土还要盖保温被防止高温侵入，质量监理象护士一样给混凝土量体温，指挥长和总工程师也到现场检查。混凝土在凝固中要产生很高的水化热，象给发烧的幼儿降温一样一

10、方面洒水养护体表散热，另一方面通过内部埋设的冷却水管，用循环冷水降低内部温度，使温度降至7。 2.3公里长的三峡大坝是由一块块混凝土组合成的。,三峡大坝混凝土的学问,在三峡大坝上设有止水铜片，它嵌进相邻的混凝土坝块，目的是阻隔江水渗入坝体。三峡大坝埋设的紫铜片，总长度超过100公里。 据不完全统计，三峡大坝埋设的钢筋计和变形计以及各种监控仪器数以万计，总价值上亿元。它们组成一个完整的监测网络，不断地提供大坝的各种信息。 1800年前，罗马人用原始的罗马水泥火山灰浇筑的万神殿屹立至今，今天用高科技筑成的三峡混凝土大坝必将历经千年风雨向后代子孙讲述建设者的功绩。,三峡大坝混凝土的学问,三峡地处高热

11、地带，高温季节长达五个月，混凝土的温度控制与防裂成为三峡工程的一件大事。 通过精确计算，搅拌完的混凝土最经济合理的温度为7，为达到这个温度，必须采取一系列措施降温。 砂石高堆低取,有效地阻隔阳光幅射，底部取出的砂石比表层温度低10多度，砂石进贮料灌用循环冷气散热，夏天人们吃冰棍是为了图个凉快，三峡混凝土也要靠制冰机生产大量冰来降温。 三峡工程日浇混凝土一万多立方，控制温度需要的制冷量，要比南方百万人口城市的空调总量还要大。,组成对混凝土结构的影响,混凝土结构形成过程的分层现象,普通混凝土高性能化的关键就是改善混凝土的内部结构构造。 要达到改善结构的目的，关键是控制砼结构形成过程中的水分运动。如

12、上图所示，浇筑成型后的混凝土，由于水分运动形成外分层与内分层，故强度低、抗渗性差、耐久性低。 通过调整混凝土级配、限制单方混凝土用水量及使用复合超细粉，可以改善结构、提高性能。,组成对结构及性能的影响,1、组成对界面结构的影响，集料对混凝土体积稳定性的影响。2、结构变化对性能的影响。,混 凝 土 的 结 构,混凝土的结构,材料的性能与其内部结构有着密切的依存关系。 材料的内部结构决定了其性能，适当地改变其结构可以改变其性能。这就是结构与性能之间的关系 混凝土材料也是如此，在研究混凝土的各种性能时，必须从混凝土的内部结构来认识混凝土内在的影响因素和变化规律。,混凝土的结构,按混凝土结构的特点分为

13、： 1、普通混凝土结构：C10-C40 2、高性能混凝土结构：C30-C80 3、钢筋混凝土结构：土木工程中应用最广泛的一种结构形式，也是材料性能完美组合的一种结构形式。,4、预应力混凝土结构： 分为化学预应力和机械预应力。 自应力混凝土就是利用混凝土产生的体积膨胀对钢筋产生了拉应力，钢筋的弹性回缩又对混凝土产生了压应力。 结构特点是：改善结构的使用性能，充分利用高强度钢材，具有良好的裂缝自闭合性能，提高抗疲劳强度，具有良好的经济效益（节省20-40%的混凝土，30-60%的主筋钢材）。 5、纤维增强混凝土结构：大大改善混凝土的脆性。,混凝土的内部结构十分复杂，其特点表现为高度的不均匀性，是一

14、种非均相材料，具有多相、多孔的结构特点。 所谓的多相是指气相、液相、固相三相并存。 所谓的多孔是指结构内部存在孔径大小不一的各种孔。 按孔径大小分为四类：1、搅拌带入的空气孔；2、引气剂孔；3、毛细孔；4、凝胶孔。,混凝土的宏观结构,混凝土的结构，按表现形式和分析手段，可以分为宏观结构和微观结构。 从宏观来看；混凝土是集料颗粒分散在水泥浆基体中所组成的两相材料。这一观点忽略了界面性能和孔结构等因素对混凝土性能的影响。 这是对混凝土最传统的认识。 目前多数非专业人士就是这样认识混凝土的，这是科学技术普及不够而制约混凝土技术发展的最愚昧的观点。,混凝土的宏观结构,这是我们肉眼看到的素混凝土的内部结

15、构,混凝土的微观结构,混凝土的微观结构是用现代分析方法对混凝土结构的观察和分析的结果。 利用SEM对水化产物进行形貌分析、界面结构分析。 利用能谱仪对产物进行成分分析。 利用DTA、XRD对水化产物进行定性定量分析。 利用压汞仪分析水泥石的孔结构，测定孔隙率和孔径分布。 还有红外光谱、核磁共振等先进分析手段,混凝土的微观结构,普通混凝土的SEM照片，水化3天。有针状钙矾石和C-S-H凝胶，孔隙较多。,混凝土的微观结构,高性能混凝土的SEM照片，大量的 凝胶，结构致密。,混凝土的微观结构,C-S-H凝胶的能谱分析，凝胶的钙/硅比较低。,混凝土的微观结构,普通混凝土的界面结构疏松，有钙矾石和Ca(

16、OH)2,混凝土的微观结构,硬化水泥浆体的组成和结构,硬化水泥浆体又称水泥石，是固、液、气三相并存的复杂体系，是混凝土的基相，对硬化混凝土的性能起着关键性的作用。 水泥石中的固相是水化产物和未水化的水泥颗粒。 水化产物主要是C-S-H凝胶、Ca(OH)2晶体、钙矾石(AFt ) 、AFm、C3AH6,硬化水泥浆体的组成和结构,C-S-H：是一种形态不明确的无固定组成的化合物，占全部水化物体积的50-70%，对水泥的凝结硬化性能和强度起重要作用。 C-S-H凝胶比表面积很大,100-700m2/g。表面能高，粘结能力强。 在普通混凝土中，Ca(OH)2晶体约占全部水化产物的20%，其形态是六方板

17、状晶体，粘结能力差。,硬化水泥浆体的组成和结构,钙矾石AFt ：六角柱状或针状晶体。AFm：板状结晶，水泥中石膏不足时，由AFt转化而成。,硬化水泥浆体的组成和结构,水泥水化28天的SEM照片，交织在一起的凝胶、钙矾石和Ca(OH)2,硬化水泥浆体的结构,水泥石中六方片状的Ca(OH)2晶体，在较大 的孔隙中形成。,硬化水泥浆体的结构,水泥石中的液相是含有可溶性离子的水。 水泥石中的水随着环境湿度的变化而变化，根据水从水泥石中失去的难易程度划分为四种类型： 1、化学结合水： 是水泥石中各种水化产物中的水，低温干燥时不会失去，当水化产物受热分解时会放出来。对水泥石的收缩、徐变产生影响。,2、层间

18、水： 处于C-S-H凝胶层间，由氢键牢固地结合。存在于凝胶孔中，强烈干燥时才会失去。对收缩、徐变影响很大。 3、吸附水： 又称物理吸附水，吸附于水泥石的内表面上，可形成多分子层吸附，处于毛细孔中，当相对湿度小于30%时，大部分会失去，对收缩和徐变均有影响。,4、毛细管水： 又称自由水，存在于孔径大于50纳米的毛细管中，是不受范德华力影响的重力水。 水泥石毛细管中的水，是水泥继续水化的水源和动力。 随着水泥水化程度的提高，水泥石的毛细孔孔隙率和凝胶孔孔隙率逐步降低。,界面结构,在水泥浆体和集料的结合处，称作界面。 界面有一个过渡区，是围绕大集料的一层薄壳，这层薄壳的厚度约为10-15微米。 此处

19、的结构与系统中水泥石的结构有明显的不同。是混凝土结构中的薄弱环节。,普通混凝土的界面结构,普通混凝土的界面，有凝胶和钙矾石和Ca(OH)2晶体,能谱分析,普通混凝土的界面结构,界面处的凝胶钙硅比较大，,高性能混凝土的界面结构,C80混凝土的界面，水灰比为0.30，超细矿渣45%,界面结构,在普通混凝土的过度区内，与骨料表面的接触层几乎都是垂直定向排列的Ca(OH)2晶体，中间层是钙矾石的粗大晶体，C-S-H凝胶的含量较少，微裂缝和孔隙较多。 高性能混凝土，由于水灰比较低，大量的掺和料与Ca(OH)2 反应，抑制了Ca(OH)2晶体的定向排列和生长。,过渡区的强度主要取决于3个因素： 1、孔的体

20、积和孔径大小， 2、 Ca(OH)2晶体的大小和取向，（比表面积小 ，相应的表面能低，粘结力差。） 3、存在的微裂缝和孔隙。（由于泌水，在 集料周围形成较厚的水膜，造成较大的孔隙。） 水化产物和集料间的粘结力主要是范德华力，所以界面强度较低。如何提高界面的粘结力，是提高混凝土性能的关键所在。,孔结构,水泥石中的孔隙，是混凝土组织结构中的重要组分，对水泥石和混凝土的物理力学性能有很大的影响。 水泥石孔结构包含孔隙率和孔径分布两个概念。 孔隙率：孔体积占水泥石体积的百分数 孔径分布：不同孔径尺寸范围的孔的体积百分数。,孔结构,混凝土中的孔隙包含有水泥石中的孔隙、界面区中的孔隙。 由混凝土搅拌带入的

21、空气孔，孔径较大，一般在1-10毫米，存在于粗集料间。 由引气剂引入的气孔，孔径约为30-1000微米，球状，均匀独立地分布于水泥石中。,毛细管孔和凝胶 孔存在于水泥石结构中。 毛细管孔的孔隙在10-50nm，在SEM分析中，能看到毛细管孔，但看不到凝胶孔。对水泥石的强度、收缩、透水性都有较大的影响。 凝胶孔的孔隙在1-10nm，包含在C-S-H凝胶占有的体积内，可以看作是C-S-H凝胶的一部分。对收缩和徐变都有影响。,孔结构,吴中伟教授把混凝土中的孔划分如下： 对混凝土的强度而言，孔径D 在20nm(纳米)以下为无害孔， 在20-50nm为少害孔， 在50-200nm为有害孔， 大于200n

22、m为多害孔。,孔结构,关于（Ryshkewitch 提出的）混凝土的孔隙率与强度的关系式如下： R=R0e-BP R 孔隙率为P时，水泥石的强度 R0孔隙率为0时，水泥石的强度 B为常数。 这个公式适应于低孔隙率时。,孔结构,碱-钢-矿水泥浆体水化 3天的孔结构分析,通过对混凝土孔隙的研究，认识到混凝土的孔尺度、孔径分布、孔的形态、孔的位置、孔的方向等对混凝土的性能都影响极大。 在混凝土的制备过程中，可以采用科学的方法，改善混凝土的孔结构，以达到改善混凝土性能的目的。 使用引气剂改变混凝土的孔隙率和孔径分布，改善混凝土的抗冻性能，是科学认识孔结构作用的结果。,混 凝 土 的 性 能,混 凝 土

23、 的 性 能,混凝土的性能按其形成和工作过程及寿命分为以下四个方面： 1、新拌混凝土的施工性能。 2、成熟期混凝土的早龄期性能。 3、成熟混凝土的工作性能。 4、混凝土的长期耐久性能。,混凝土的施工性能,为了使生产的混凝土达到设计要求的工作性能和耐久性能，必须具备以下两个条件： 1、正确选择适宜的原材料和科学的配合比，这是满足混凝土性能要求的必要条件。 2、新拌混凝土必须具有良好的施工性能。这是实现混凝土性能要求的充分条件。,混凝土的施工性能,传统混凝土技术表征混凝土施工性能的方法由以下两个概念组成： 1、流动性：表征新拌混凝土流动的难易程度的性能。 2、粘聚性：表征新拌混凝土在运输、浇筑、振

24、实过程中抵抗各组分分离的能力（表现为泌水和离析分层的程度）。,混凝土的施工性能,现代混凝土技术与过去传统的技术相比，已经有了较大的进步，特别是高效减水剂和超细粉的使用，使新拌混凝土的流动性有了大幅度的提高，坍落度可达200mm以上 现在大量使用的泵送混凝土技术，对传统的流动度概念和测试方法都提出了新的要求，新拌泵送混凝土的性能至少包含：流动性、粘聚性和可泵性三种主要性能。,流动性,流动性：新拌混凝土虽然具有一定的流动性和可塑性，但它是一种非匀质的材料，既不是理想的液体，也不是理想的塑性体。 众所周知，表征液体流动速度的物理参数是粘度，当切应力一定时，液体的粘度越小，流动速度就越（大）快。 表征

25、塑性体变形的特征参数是屈服点，应力超过屈服点，物体发生塑性形变。,由于新拌混凝土既不是理想的液体，也不是理想的塑性体。因此，新拌混凝土的流动性能很难用物理参数来表示，都是从工程实用的角度讨论的。因此，新拌混凝土的流动性能表征的仅仅是混凝土拌和料浇筑密实的难易程度。 测定新拌混凝土的流动性能的试验方法是坍落度试验法和扩展度法。,坍落度试验法是目前世界各国广泛应用的试验室和现场测试方法。而且是列入各国标准和规程的标准试验方法。 该测试方法的优点是简捷、实用，仪器设备简单、价格低廉。 该方法能较好地反映出坍落度20-200mm范围的混凝土流动性的差异。,该方法有一定的局限性，对干硬性混凝土，坍落度小

26、于20mm；和大流动性混凝土，坍落度大于200mm时，都不能灵敏地反映流动性的差异。 对流态混凝土的流动性能的表征方法正在研究中，研究的方法以流变学原理为基础，已经取得了一定的成果。 目前多数施工单位都使用坍落度法和扩展度试验法表征大流动性混凝土。,坍落度试验,坍落度试验,坍落度试验,坍落度试验,坍落度试验,坍落度试验,测定混凝土流动性的一些其它方法,VB试验法：适用于干硬性混凝土拌和料。密实因素试验法：适用于低流动性混凝土拌和料（坍落度小于100mm ）。扩展度试验法：适用于大流动性混凝土拌和料。,影响混凝土初始流动性的因素,1、拌和料中水泥浆的数量，（必须能填满集料的空隙） 2、水泥浆本身

27、的流动性，（水灰比、水泥的性质、外加剂的性能） 3、粗细集料的特征和级配。,影响因素分析,1、当水灰比不变时，外加剂是影响流动性的主要因素。 2、当外加剂固定后，用水量是影响流动性的敏感因素。由于水灰比是为满足强度和耐久性的要求而确定的，改变用水量时，水泥用量也随之改变，保证水灰比不变。,影响因素分析,3、外加剂除减水剂外，引气剂也能提高流动性。 4、水泥矿物组成对需水性和流动性都有影响。 5、超细粉对混凝土的流动性有较大的影响。,坍落度经时损失,新拌混凝土从加水搅拌到浇灌这一过程，都要经过一段时间，在这一段时间内会逐渐变稠，流动性逐渐降低，这就是所谓的“坍落度经时损失”。 新拌混凝土不仅要有

28、大的初始流动度，直到浇灌时都需要保持较大的流动度，具体数据由施工时的情况确定。 时间越长，环境温度越高，混凝土的坍落度损失就越大，给泵送、振捣等施工过程带来很大的困难，严重的会导致混凝土的强度和耐久性降低。,坍落度经时损失的原因,1、水分的损失。（蒸发、水泥水化和集料吸附） 2、水泥的水化凝结。 3、减水剂的减少。（水泥的水化产物吸附减水剂）,影响坍落度损失因素：,1、混凝土的出机温度： 温度对坍落度的影响是很显著的，温度升高，水泥水化速度加快，坍落度损失明显加快。 2、环境温度、湿度、风速。 3、熟料矿物组成（C3S C3A)。,控制坍落度损失的措施,1、控制混凝土的出机温度。2、减少水泥用

29、量，多加超细粉。3、使用缓凝剂、引气剂。,混凝土的粘聚性,混凝土拌和物保持其材料粘结在一起抵抗分离的能力，称为混凝土的粘聚性，也称稳定性。 混凝土的粘聚性现象表现为离析和泌水的程度。 离析：粗集料颗粒与水泥浆体发生分离的现象称为离析。,泌水：拌和水在新拌混凝土的表面析出的现象称为泌水。 现代混凝土技术趋向于高流动性，混凝土是否泌水是反映混凝土粘聚性好坏的主要表现形式。 泌水的程度以泌水率来表示，一定时间内单位体积的泌水量与拌和水量之比即为泌水率。 泌水程度与混凝土性能有密切关系。,离析和泌水产生的原因,1、组成材料的比重不同，在新拌混凝土中的沉降速度不同。 2、粗细集料的级配不合适。 3、胶凝

30、材料细度太粗，保水性差。 4、表面活性剂的作用。,混凝土的流动性和粘聚性的辨证关系,1、科学的哲学观：增加混凝土的流动性，是以降低混凝土的粘聚性为代价；同样为增加混凝土的粘聚性，减少离析、泌水程度，必须以降低流动性来实现。只有解决好这一矛盾的两个方面，才能生产出性能最佳的混凝土。 2、这一对矛盾的最终统一，应该是研究出一种表面活性剂，既能增加混凝土的流动性，又能增加粘聚性，这是值得关注的重要课题。,3,流动性与粘聚性的对立与统一:,1.流动性,2.粘聚性,3.填充性,1,2,可泵性,混凝土施工技术的发展，对新拌混凝土的性能提出了许多新的要求，也给混凝土材料科学提出了许多新的课题。 可泵性就是为

31、满足泵送混凝土提出的一个新概念。 可泵性是指在混凝土的泵送过程中，拌和料克服管道壁的摩擦、管道弯头处的阻力能顺利流动的一种性能。,影响可泵性的因素很多，要满足新拌混凝土可泵性的要求，必须具备以下条件： 1、必须有足够的水泥浆，填充集料间的孔隙。 2、水泥浆必须具有较好的流动性，减少管道和弯头阻力，带动集料流动。 3、有较好的粘聚性，减少压力泌水量。,可泵性评价方法,可泵性可理解为拌和料流变性和粘聚性的综合反映，或者说流变性和压力泌水值的综合反映。 综上所述，基于目前的研究水平，新拌混凝土的可泵性可用坍落度和压力泌水值双重指标来评价。 压力泌水值：在一定压力下，一定量的拌和料在一定时间内泌出水的

32、总量。,40 60 80 100 120 140压力泌水值(ml),压力泌水值(ml),24201612840,坍落度(cm),1,2,3,4,1区 可泵性好,使用于高 层泵送2区 泌水量偏小,拌合料 偏粘,不易泵3区 泌水量偏大,泵压不 稳,可能阻泵4区 适用于较低层泵送14区外 不适于泵送,新拌混凝土的可泵性评价,泵送混凝土现场测试数据,泵送混凝土现场测试数据,泵送混凝土设计要点,1、调节坍落度和压力泌水值，达到最佳的可泵性。 2、要求集料的堆积孔隙率尽量少，砂率在040-044。 3、掺加高效减水剂、引气剂和缓凝剂，保持可泵性。 4、掺加适量粉煤灰，提高可泵性。,成熟期混凝土的性能,混凝

33、土的塑性收缩和早期裂纹：所谓早期是指新拌混凝土到混凝土质量达到一定成熟度之间的一个阶段。这一阶段产生的缺陷将使混凝土质量受到永久性的损害。塑性收缩和早期裂纹就属这一阶段的早期性能问题。塑性收缩是指混凝土凝结硬化前产生的体积减缩。当收缩应力达到一定程度，就可能产生裂纹。,成熟期混凝土的性能,塑性收缩：混凝土在浇注后415小时左右，水泥水化反应较快，水泥石结构逐渐形成，伴随着出现泌水和水份急剧蒸发现象，引起失水收缩变形，此时骨料与胶结料之间也产生不均匀的沉降变形，由于这些变形都发生在混凝土初凝阶段（终凝之前），即塑性阶段，故称为塑性收缩。,成熟期混凝土的性能,塑性收缩的量级很大，可达1%左右，所以

34、在浇筑大体积混凝土时，在浇筑后415小时内，在混凝土表面上，特别在养护不良的部位出现龟裂，裂缝无规则，既多又密，属表面裂缝。由于沉缩的作用，这些裂缝往往沿钢筋分布。,成熟期混凝土的性能,造成塑性收缩开裂的原因： （1）水灰比太高，用水量大， （2）水泥用量大， （3）外加剂保水性差， （4）粗骨料少，级配不合理， （5）流动性差，振捣不良， （6）环境温度高，表面失水大，养护不良等。以上因素都能导致塑性收缩阶段的表面开裂。,成熟期混凝土的性能,自收缩：混凝土内部发生的自干燥作用引起的宏观体积减小现象称为自收缩。自收缩发生的条件： 1、在混凝土体内均匀发生，而不是仅发生在表面； 2、与外界无水分

35、交换。,成熟期混凝土的性能,自收缩现象产生的原因： 水泥水化过程没有外界水的供应或即使有外界水供应，但外界水通过毛细孔渗透到体系内的速度小于内部空隙的形成速度时，毛细孔水从饱和状态趋向于不饱和状态，由于毛细孔水的不饱和产生负压，负压作用到毛细孔的周围时产生自收缩。 自收缩绝不是化学收缩（或硬化收缩）。,成熟期混凝土的性能,化学收缩： 水泥水化过程中固相的绝对体积增加，但是固相与液相的绝对体积之和减小，这部分体积减小值称为化学收缩（或硬化收缩）。,成熟期混凝土的性能,温度收缩：混凝土中每100Kg普通水泥所释放的水化热在绝热状态下大约可引起10C的温升。在实际工程中达到的最高温度与水泥用量、构件

36、尺寸、养护方法、环境温度等因素有关，高达35-40C的温升在高强混凝土的施工中并不少见，加上初始温度可使最高温度达到70-80C。,成熟期混凝土的性能,当混凝土内部达到最高温度后开始降温时，混凝土已经非常坚硬，有了相当高的强度，必将导致较高的温度收缩应力。根据物质热胀冷缩规律，混凝土降温后有较大的收缩，此收缩称作温度收缩。温度收缩是导致混凝土开裂的一个主要原因。,成熟期混凝土的性能,高强混凝土的设计和施工必须考虑水化热和温度控制措施，根据工程特点采取专门的措施和对策，包括：（1）施工温度控制，提出混凝土的浇筑温度、最高温度、内、表最大温差、降温最大速率等限制值。（2）在混凝土原材料选择和配合比

37、上，要尽量降低水泥用量，并选用低放热量的水泥品种，选用膨胀系数低的的粗骨料如石灰岩骨料，以及加大优质粉煤灰的掺量。,成熟期混凝土的性能,总之，无论从水化热温降收缩、干燥收缩、自收缩以及化学收缩的角度看，尽可能降低水泥用量，控制较低的混凝土初始浇筑温度，选择合理的水灰比，正确的养护制度，对改善高强高性能混凝土的性能和防止开裂是十分重要 的手段和措施。,成熟期混凝土的性能,干燥收缩：混凝土的干燥收缩（简称干缩）变形产生的原因主要是由于饱和的水泥浆体在低湿度的环境中，因毛细孔和凝胶孔中的水分蒸发，水泥水化产物因失去物理水所导致的收缩变形，其应变值可达（1000-4000）*10-6 这是混凝土的一项

38、不可忽视的性能。,成熟期混凝土的性能,混凝土的干燥收缩可分为可逆收缩和不可逆收缩。不可逆收缩是混凝土第一次干燥后再潮湿所产生的收缩部分，其机理是混凝土在收缩密实过程中C-S-H凝胶粒子产生永久的重新排列。可逆收缩是混凝土再次干湿循环所产生的收缩部分，其机理是混凝土结构中的毛细孔应力随干湿循环变化而引起的变化。,成熟期混凝土的性能,影响干缩的因素：（1）集料 ：集料对混凝土的干缩起着抑制作用，集料的弹性模量越高（刚性越大），混凝土的弹性变形越小，干缩也就越小。（2）配合比：对干缩的影响主要反映在集料的体积含量上，因为混凝土发生干缩的主要组分是水泥浆体。水泥用量和水化程度都会对混凝土的干缩产生影响

39、。当集料体积含量由71%增加到74%，在水灰比相同的条件下，混凝土的收缩可降低约20%。,成熟期混凝土的性能,（3）养护条件：混凝土所处环境的相对湿度对干缩有显著影响。延长湿养护时间，可推迟干缩的发生和发展。但对混凝土最终的干缩率并无显著影响。 混凝土的干燥收缩有一个相当长的发展过程，干缩率的大小与周围的湿度有较大的关系。,成熟期混凝土的性能,欧洲混凝土委员会在国际混凝土结构与施工规则中提出：在环境相对湿度达100%时，混凝土不产生干缩，相对湿度达80%时，混凝土的干缩在200微应变左右，相对湿度达40%时，混凝土的干缩在400微应变左右。 当环境相对湿度较低时，混凝土表面的干燥速度很快，此时

40、的干缩会造成早期开裂。,混凝土裂纹的发生和控制,混凝土的开裂是一个复杂的多因素过程，根据不同阶段主要影响因素的作用，可作如下解释。高强高性能混凝土倾向于的开裂特点为：水灰比0.4的高强高性能混凝土在浇筑后的15min到8h发生塑性开裂，开裂程度与坍落度的大小有关，早期细小的塑性开裂，在混凝土硬化后随着自收缩和温度收缩的作用进一步在纵深方向和宽度上发展，随着龄期的增长，这些裂缝又会在干燥收缩的作用下进一步加剧。,混凝土裂纹的发生和控制,混凝土的裂缝控制需要设计和施工的密切配合，将施工阶段的混凝土裂缝控制措施作为设计工作中的一个重要问题加以考虑，对施工单位提出具体要求。（1）混凝土原材料选择和配合

41、比设计：纤维混凝土对于裂缝控制尤其是防止早期塑性开裂能起很好的作用，如PVA纤维等。,混凝土裂纹的发生和控制,（2）构造措施：设置各种连接缝（伸缩缝、控制缝、施工缝）以及在约束界面上设置滑动层、缓冲层等构造方法，对于防止和控制混凝土开裂有着十分重要的作用。（3）混凝土的养护：主要是温度和湿度两个方面。,混凝土裂纹的发生和控制,（4）温度应力分析及现场温度控制： 混凝土的各种收缩应力均按不同的规律随时间变化，而混凝土的抗拉强度等力学参数也随时间发展，当各种收缩应力的叠加在某一时刻达到并超过抗拉强度时，混凝土随即出现宏观裂缝。 大型高强混凝土工程应进行细微的温度场和应力场分析，并据此提出裂缝控制的

42、设计和施工措施。,成熟混凝土的工作性能,混凝土的力学性能：强度和变形是混凝土的两项主要力学性能，混凝土的强度是工程设计和质量控制的重要依据。混凝土的其它一些重要性能如弹性模量、致密性等都与强度密切相关。影响强度的因素有许多：水泥强度、配合比、水灰比、孔隙率、养护条件等。,成熟混凝土的工作性能,混凝土的强度除抗压强度外，在工程设计上需应用的力学性能还有抗拉、抗剪、抗冲击、抗疲劳以及与钢筋的握裹力等强度。疲劳强度：在混凝土工程结构承受重复荷载时，混凝土材料在多次重复荷载作用下，会发生疲劳破坏，破坏时的混凝土强度远低于在静载下的抗压强度。在重复荷载作用下，粗集料界面受到的损伤是引起疲劳破坏的原因。,

43、成熟混凝土的工作性能,混凝土的断裂与破损： 混凝土是一种多组分的复合材料，应该用复合材料力学来研究混凝土的强度和破损机理。 复合材料力学包括宏观力学、微观力学、断裂力学三个方面。 混凝土的宏观力学理论，是建立在假定混凝土为宏观匀质，且为各项同性的基础之上，在此条件下研究混凝土在不同受力条件和复杂应力作用下的破损过程、特征与条件,成熟混凝土的工作性能,混凝土强度的微观力学理论： 根据混凝土微观非匀质的特征，研究组成材料对混凝土强度所起的作用，并将其作为混凝土材料设计的主要依据。 在混凝土微观理论领域内，围绕硬化水泥浆体的孔隙率、密实度、集料界面与混凝土强度间的关系作了深入的研究。如孔隙率与混凝土

44、强度的关系等,Griffith断裂力学理论,应用Griffith断裂力学理论来研究混凝土的强度与破损： 虽然混凝土的孔隙率对强度有重要影响，但从断裂力学的角度看，决定材料断裂强度的主要因素是裂缝的临界宽度。 混凝土应力-应变曲线的变化及混凝土的破损都是受混凝土内部微裂缝的扩展过程所控制，因此，混凝土在不同压应力状态下的力学行为特性，都与混凝土内部裂缝扩展的规律有内在联系。,成熟混凝土的工作性能,混凝土的变形： 混凝土的变形如同强度一样，也是混凝土的一项重要的力学性能。混凝土的变形分为三种类型： 1、弹性变形 ：在外力作用下，混凝土中由于存在应力而产生的变形， 2、收缩变形 ： 包括塑性收缩、干燥收缩、 温度收缩和碳化收缩等， 3、徐变： 在持续应力作用下，随时间延长而逐渐增大的变形。,成熟混凝土的工作性能,徐变：混凝土的徐变和干缩是相互联系的现象，二者有许多相似之处。干缩是以混凝土与周围环境的湿度差为驱动力。徐变是以持续施加的应力为驱动力。,当混凝土进入工作状态时,将受到外界各种因素的影响,抵抗外界因素的入侵和破坏能力,是混凝土工作能力的重要表现,混凝土的长期耐久性要从混凝土自身的内因和外因双重因素考虑.,