第七章水泥基復合材料

1、第七章第七章 水泥基復合材料水泥基復合材料萬神殿：公元萬神殿：公元128128年年HadrinHadrin大帝時期建造的一座建筑物，它的圓形壁厚大帝時期建造的一座建筑物，它的圓形壁厚6.1m;6.1m;穹頂?shù)闹睆今讽數(shù)闹睆?3.3m43.3m、高、高21.6m21.6m，使用了，使用了1200012000噸輕混凝土。噸輕混凝土。 硫酸鈣（CaSO4）分類：分類：硬化過程硬化過程水泥細度水泥細度7.1.1 7.1.1 混凝土的定義和分類混凝土的定義和分類定義：定義： 混凝土是由混凝土是由膠結料膠結料和和骨料骨料混合、通過一定的混合、通過一定的工藝成型后、工藝成型后、硬化硬化而成的復合材料。而成的

2、復合材料。 膠結料是無機膠凝材料，或有機膠凝材料或膠結料是無機膠凝材料，或有機膠凝材料或二者的復合。二者的復合。 水泥混凝土水泥混凝土，通常簡稱混凝土，是由水泥漿，通常簡稱混凝土，是由水泥漿膠結顆粒骨料或骨料構架而成的人造石材。膠結顆粒骨料或骨料構架而成的人造石材?；炷恋姆诸惢炷恋姆诸惛鶕?jù)根據(jù)膠結材料不同膠結材料不同無機膠結材料無機膠結材料有機膠結材料有機膠結材料無機和有機的復合無機和有機的復合膠結材料膠結材料根據(jù)用途根據(jù)用途(功能功能)：普通混凝土；普通混凝土；道路混凝土；道路混凝土；防水混凝土防水混凝土；耐熱混凝土；耐熱混凝土；耐酸混凝土；耐酸混凝土；防輻射混凝土；防輻射混凝土；膨脹混

3、凝土；膨脹混凝土；裝飾混凝土等。裝飾混凝土等。根據(jù)根據(jù)生產(chǎn)與施工生產(chǎn)與施工方法方法：商品混凝土商品混凝土泵送混凝土泵送混凝土噴射混凝土噴射混凝土碾壓混凝土碾壓混凝土擠壓混凝土擠壓混凝土壓力灌漿混凝土壓力灌漿混凝土預應力混凝土預應力混凝土離心混凝土等。離心混凝土等。 混混 凝凝 土土7.1.2 7.1.2 普通混凝土組成材料普通混凝土組成材料 普通混凝土的組成普通混凝土的組成水泥水泥水水水泥漿水泥漿石子石子砂子砂子骨骨 料料新拌混凝土新拌混凝土100%體積體積6075%715%2540%1421%2128%3942%凝結硬化凝結硬化硬化混凝土硬化混凝土混凝土外加劑混凝土外加劑為了改善或提高混為了

4、改善或提高混凝土的性能凝土的性能各組成材料的作用各組成材料的作用水泥漿水泥漿潤滑作用：與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動潤滑作用：與水形成水泥漿，賦予新拌混凝土以流動性。性。膠結作用：包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結膠結作用：包裹在所有骨料表面，通過水泥漿的凝結硬化，將砂、石骨料膠結成整體，形成固體。硬化，將砂、石骨料膠結成整體，形成固體。骨料骨料廉價廉價的填充材料，節(jié)省水泥用量的填充材料，節(jié)省水泥用量混凝土的骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴展混凝土的骨架，減小收縮，抑制裂縫的擴展傳力作用傳力作用降低水化熱降低水化熱提供耐磨性提供耐磨性化學外加劑化學外加劑改善混凝土的性能改善混凝土的性能緩凝

5、緩凝劑：使水泥漿凝結硬化速度減慢；劑：使水泥漿凝結硬化速度減慢；促凝促凝劑：使水泥漿凝結硬化速度加快；劑：使水泥漿凝結硬化速度加快；減水減水劑：減少拌和需水量；劑：減少拌和需水量；引氣引氣劑：在混凝土中引起封閉氣孔；劑：在混凝土中引起封閉氣孔；水泥水泥水泥品種的選擇依據(jù)水泥品種的選擇依據(jù)工程性質(zhì)及所處的環(huán)境；工程性質(zhì)及所處的環(huán)境；施工條件施工條件水水一般河水、可飲用水，均可用來配制混凝土；一般河水、可飲用水，均可用來配制混凝土；pHpH值小于值小于4 4的以及硫酸鹽含量（的以及硫酸鹽含量（SOSO3 3）超過）超過1%1%的水的水不能用于配制混凝土；不能用于配制混凝土；海水不允許用來配制鋼筋混

6、凝土；海水不允許用來配制鋼筋混凝土；含有對水泥水化有害的有機雜質(zhì)的水不能用來拌制含有對水泥水化有害的有機雜質(zhì)的水不能用來拌制混凝土?；炷痢９橇系姆N類骨料的種類按照骨料按照骨料粒徑粒徑粗骨料：粒徑粗骨料：粒徑5mm5mm的巖石顆粒，如卵石、碎石。的巖石顆粒，如卵石、碎石。細骨料：粒徑細骨料：粒徑5mm5mm的巖石顆粒，如河砂、山砂、的巖石顆粒，如河砂、山砂、海砂。海砂。碎碎 石石卵卵 石石按照骨料的按照骨料的密度密度普通普通骨料：堆積密度骨料：堆積密度15201680kg/m3密度在密度在25002700kg/m3輕輕骨料：堆積密度骨料：堆積密度1120kg/m3 密度在密度在1000kg/m

7、3 如陶粒、膨脹珍珠巖、泡沫塑料顆粒等。如陶粒、膨脹珍珠巖、泡沫塑料顆粒等。重重骨料：堆積密度骨料：堆積密度2080kg/m3 密度在密度在35004000kg/m3 如鐵礦石、重晶石等。如鐵礦石、重晶石等。普通骨料普通骨料輕骨料輕骨料重骨料重骨料7.1.3 7.1.3 混凝土的性質(zhì)混凝土的性質(zhì)混凝土混合料的性質(zhì)混凝土混合料的性質(zhì) 混凝土在混凝土在未凝結硬化以前未凝結硬化以前稱為混凝土混合料（混合物、稱為混凝土混合料（混合物、拌合物、拌合料或新拌混凝土）拌合物、拌合料或新拌混凝土）混凝土混凝土成型成型后的性質(zhì)后的性質(zhì)混凝土混合料的性質(zhì)混凝土混合料的性質(zhì) 混凝土混合料必須具有良好的混凝土混合料必

8、須具有良好的和易性和易性。 和易性又稱和易性又稱工作性工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工，是指混凝土拌合物在一定的施工條件下，便于各種施工工序的操作，以保證獲得均條件下，便于各種施工工序的操作，以保證獲得均勻密實的砼的性能。勻密實的砼的性能。 包括包括流動性流動性( (稠度稠度) )、粘聚性粘聚性和和保水性保水性三個主要方面。三個主要方面。 流動性流動性 流動性是指拌合物在自重或施工機械振搗作用下，能流動性是指拌合物在自重或施工機械振搗作用下，能產(chǎn)生產(chǎn)生流動流動并均勻密實地填充整個模型的性能。并均勻密實地填充整個模型的性能。粘聚性粘聚性 粘聚性是指拌合物在施工過程中，各組成材料互相之粘聚性是

9、指拌合物在施工過程中，各組成材料互相之間有一定的間有一定的粘聚力粘聚力，不出現(xiàn)分層離析，保持整體均，不出現(xiàn)分層離析，保持整體均勻的性能。勻的性能。保水性保水性 保水性是指拌合物保水性是指拌合物保持水分保持水分，不致產(chǎn)生嚴重泌水的性，不致產(chǎn)生嚴重泌水的性質(zhì)。質(zhì)。和易性的測定方法和易性的測定方法GBGB規(guī)定：規(guī)定：塑性混凝土的流動性用塑性混凝土的流動性用坍落度坍落度或坍落擴展度表示；或坍落擴展度表示；坍落度試驗坍落度試驗 流動性流動性的測定的測定將拌和物分三層填入坍落將拌和物分三層填入坍落度筒中；度筒中；每一層插搗每一層插搗2525下；下；將表面抹平；將表面抹平；垂直提起圓錐筒；垂直提起圓錐筒；量

10、出筒高與試體最高點之量出筒高與試體最高點之間的高度差間的高度差坍落度坍落度。200mm100mm300mm坍落度（坍落度（mmmm）越大，流動性越高）越大，流動性越高裝第裝第1層并插搗層并插搗25次次裝第裝第2層并插搗層并插搗25次次裝第裝第3層并插搗層并插搗25次次抹平表面抹平表面提起圓錐筒提起圓錐筒測量坍落高度測量坍落高度坍落度測量坍落度測量粘聚性和保水性的評定粘聚性和保水性的評定用搗棒輕輕敲擊砼錐體的側面，看它是否保持整體用搗棒輕輕敲擊砼錐體的側面，看它是否保持整體向下坍落或發(fā)生局部的突然崩落，由此判斷其粘聚向下坍落或發(fā)生局部的突然崩落，由此判斷其粘聚性是否合格；性是否合格；觀察砼錐體下

11、方是否有水分析出，由此判斷其保水觀察砼錐體下方是否有水分析出，由此判斷其保水性是否合格。性是否合格?；炷脸尚秃蟮男再|(zhì)混凝土成型后的性質(zhì)力學性能力學性能變形性能變形性能耐久耐久性能性能硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性混凝土在長期使用過程中，抵抗內(nèi)、外不利影響，而保持混凝土在長期使用過程中，抵抗內(nèi)、外不利影響，而保持其原有性能不變的能力。其原有性能不變的能力。 包括包括抗凍性抗凍性、抗?jié)B性抗?jié)B性、抗蝕性抗蝕性及及抗碳化抗碳化能力等。能力等。耐久性的重要性耐久性的重要性保證構筑物運行的保證構筑物運行的安全安全性性延長構筑物的使用延長構筑物的使用壽命壽命節(jié)約維護費用節(jié)約維護費用節(jié)約自然資源，節(jié)約

12、自然資源，減少消耗減少消耗混凝土路面受鹽凍剝落混凝土路面受鹽凍剝落堿骨料反應引起混凝土的自由變形產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫堿骨料反應引起混凝土的自由變形產(chǎn)生網(wǎng)狀裂縫硫酸鹽侵蝕引起的大壩破壞抗?jié)B性抗?jié)B性 抗?jié)B性是指混凝土抗?jié)B性是指混凝土抵抗水、油等液體滲透抵抗水、油等液體滲透的能力。抗的能力?？?jié)B性好壞用抗?jié)B等級來表示。滲性好壞用抗?jié)B等級來表示。 混凝土水灰比對抗?jié)B性起決定性作用?；炷了冶葘?jié)B性起決定性作用。 提高混凝土抗?jié)B性的根本措施在于增強混凝土的密實提高混凝土抗?jié)B性的根本措施在于增強混凝土的密實度。度。 抗凍性抗凍性 抗凍性是指混凝土在抗凍性是指混凝土在飽和水狀態(tài)下飽和水狀態(tài)下，能經(jīng)受多次，能經(jīng)受

13、多次凍融凍融循環(huán)循環(huán)而不破壞，也不嚴重降低強度的性能，是評定混而不破壞，也不嚴重降低強度的性能，是評定混凝土耐久性的主要指標。凝土耐久性的主要指標。 凍害凍害什么引起凍害什么引起凍害? ?混凝土內(nèi)部孔中的水結冰混凝土內(nèi)部孔中的水結冰水結冰使體積膨脹水結冰使體積膨脹9%9%。凍害破壞影響到水泥石和骨料凍害破壞影響到水泥石和骨料凍害破壞的凍害破壞的外觀模式外觀模式剝落剝落 龜裂、分層龜裂、分層構筑物的什么構筑物的什么位置位置最易受損最易受損? ?北方氣候北方氣候混凝土路面、橋面板、擋土墻混凝土路面、橋面板、擋土墻抗侵蝕性抗侵蝕性 抗侵蝕性腐蝕的類型通常有淡水抗侵蝕性腐蝕的類型通常有淡水腐蝕腐蝕、硫

14、酸鹽腐蝕、硫酸鹽腐蝕、溶解性化學腐蝕、強堿腐蝕等。溶解性化學腐蝕、強堿腐蝕等。 混凝土的抗侵蝕性與密實度有關，同時，水泥品種、混凝土的抗侵蝕性與密實度有關，同時，水泥品種、混凝土內(nèi)部孔隙特征對抗腐蝕性也有較大影響?；炷羶?nèi)部孔隙特征對抗腐蝕性也有較大影響。 抗碳化抗碳化定義：定義： 碳化是指環(huán)境中的碳化是指環(huán)境中的COCO2 2與混凝土水泥石中的與混凝土水泥石中的Ca(OH)Ca(OH)2 2作作用生成用生成碳酸鈣和水碳酸鈣和水，從而降低混凝土中堿度的現(xiàn)象。，從而降低混凝土中堿度的現(xiàn)象。危害：危害： 由于堿度的降低，混凝土中的鋼筋失去保護膜，引起由于堿度的降低，混凝土中的鋼筋失去保護膜，引起鋼

15、筋銹蝕；混凝土表面出現(xiàn)碳化收縮，導致微裂縫的鋼筋銹蝕；混凝土表面出現(xiàn)碳化收縮，導致微裂縫的產(chǎn)生，降低混凝土的強度和耐久性。產(chǎn)生，降低混凝土的強度和耐久性。堿骨料反應堿骨料反應常見的堿常見的堿骨料反應破壞形式骨料反應破壞形式提高混凝土耐久性措施提高混凝土耐久性措施 根據(jù)工程所處環(huán)境要求，合理選擇根據(jù)工程所處環(huán)境要求，合理選擇水泥品種水泥品種； 控制水灰比及保證足夠的水泥用量；控制水灰比及保證足夠的水泥用量； 改善粗細骨料的改善粗細骨料的顆粒級配顆粒級配；摻加摻加外加劑外加劑，以改善抗凍、抗?jié)B性能；，以改善抗凍、抗?jié)B性能； 加強澆搗和養(yǎng)護，以提高混凝土強度及密實度，避免出現(xiàn)裂縫、加強澆搗和養(yǎng)護，以

16、提高混凝土強度及密實度，避免出現(xiàn)裂縫、蜂窩等現(xiàn)象；蜂窩等現(xiàn)象；采用浸漬處理或用有機材料作采用浸漬處理或用有機材料作防護涂層防護涂層；7.27.2高性能混凝土高性能混凝土三峽大壩三峽大壩廈門的湖里山炮臺廈門的湖里山炮臺英國南安普墩海港工程英國南安普墩海港工程美國西雅圖海濱海上水泥船美國西雅圖海濱海上水泥船 旅順、廈門的混凝土炮臺旅順、廈門的混凝土炮臺 沿海、沿江商埠大量保存的沿海、沿江商埠大量保存的混凝土建筑物混凝土建筑物 采用符合耐久性要求的膠凝采用符合耐久性要求的膠凝材料材料低水灰比低水灰比工作性好，易于施工工作性好，易于施工復合使用有機外加劑（動物復合使用有機外加劑（動物油脂、乳液、動物血

17、、糯米汁油脂、乳液、動物血、糯米汁等）等）勻質(zhì)性好勻質(zhì)性好具有合理的孔結構和密實度具有合理的孔結構和密實度采用嚴格的施工工藝采用嚴格的施工工藝級級別別設計使用設計使用年限年限名名 稱稱示示 例例一一約約100100年年重要建筑物重要建筑物標志性、紀念性建筑物，大型公共標志性、紀念性建筑物，大型公共建筑物如大型的博物館、會議大廈建筑物如大型的博物館、會議大廈和文體衛(wèi)生建筑，政府的重要辦公和文體衛(wèi)生建筑，政府的重要辦公樓，大型電視塔等樓，大型電視塔等重要土木基礎設施工程重要土木基礎設施工程大型橋梁，隧道，高速和一級公路大型橋梁，隧道，高速和一級公路上的橋涵，城市干線上的大型橋梁、上的橋涵，城市干線

18、上的大型橋梁、大型立交橋，城市地鐵輕軌系統(tǒng)等大型立交橋，城市地鐵輕軌系統(tǒng)等二二約約5050年年一般建筑物和構筑物一般建筑物和構筑物一般民用建筑如公寓、住宅以及中一般民用建筑如公寓、住宅以及中小型商業(yè)和文體衛(wèi)生建筑，大型工小型商業(yè)和文體衛(wèi)生建筑，大型工業(yè)建筑業(yè)建筑次要的土木設施工程次要的土木設施工程二級和二級以下公路以及城市一般二級和二級以下公路以及城市一般道路上的橋涵道路上的橋涵三三約約3030年年不需較長壽命的結構物不需較長壽命的結構物可替換的易損構件可替換的易損構件某些工業(yè)廠房某些工業(yè)廠房項目項目普通混凝土普通混凝土高性能混凝土高性能混凝土理念理念重視強度，對于不同重視強度，對于不同混凝土，規(guī)定不同的混凝土，規(guī)定不同的最低強度最低強度重視耐久性，根據(jù)環(huán)境特點，確定混重視耐久性，