無機非混凝土工藝

無機非混凝土工藝第1頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五混凝土的定義混凝土

由膠凝材料、細骨料、粗骨料、水以及必要時摻入的化學(xué)外加劑組成，經(jīng)過膠凝材料凝結(jié)硬化后，形成具有一定強度和耐久性的人造石材。普通混凝土由水泥、砂、石子、水以及必要時摻入的化學(xué)外加劑組成，經(jīng)過水泥凝結(jié)硬化后形成的、干體積密度為2000-2800kg/m3，具有一定強度和耐久性的人造石材。又稱為水泥混凝土，簡稱為“混凝土”。

三峽工程鋼筋混凝土重力壩第2頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五混凝土的結(jié)構(gòu)混凝土的結(jié)構(gòu)

水泥+水→水泥漿+砂→水泥砂漿+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土組成材料的作用混凝土體積構(gòu)成水泥石—25％左右；砂和石子—70％以上；孔隙和自由水—1％～5%。

組成材料硬化前硬化后水泥+水潤滑作用膠結(jié)作用砂+石子填充作用骨架作用第3頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五混凝土的形成過程

攪拌

密實成型

養(yǎng)護第4頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.1攪拌混合的各種方式

拌合：固體與固體之間的混合；

捏合：固體與少量液體或粘稠液體的調(diào)和；

擴散：液體與液體之間的拌合；

溶解：液體與易溶固體之間的拌合；

乳化：互不相溶的液體與液體之間、液體與氣體之間的分散攪拌：兩種或多種物料相互分散，達到均勻混合的過程。第5頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.1.1攪拌原理混凝土混合料的均勻性是很難評價的，混合機理是十分復(fù)雜的。1.均勻性

從理論上來講，均勻性問題應(yīng)按數(shù)理統(tǒng)計來評價：標(biāo)準(zhǔn)偏差變異系數(shù)但對于混凝土這樣多相、多粒徑是很難應(yīng)用的。第6頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五《混凝土攪拌機性能試驗方法》GB4477國際規(guī)定取兩個混凝土試樣，先測定含氣量，再倒入5mm的篩上用水沖洗測得飽和面干粗集料、砂漿的質(zhì)量和體積，按下式計算：—不含空氣的砂漿體積密度，kg/m3W

—混凝土試樣質(zhì)量，kg；Wm—5mm篩上粗集料飽和面干質(zhì)量，kg；V—含氣量測定儀的容積，m3Va—所含氣體體積，m3g—粗集料的飽和面干表觀密度，kg/m3第7頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五分別求出前后兩部分試樣的砂漿體積密度

1、

2，砂漿體積密度的相對偏差：單位體積混合料中粗集料的質(zhì)量的相對偏差M為：Wm—5mm篩上粗集料飽和面干質(zhì)量，kg；V—含氣量測定儀的容積，m3第8頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五均勻混凝土的判斷標(biāo)準(zhǔn)：外觀：《混凝土質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)》GB50164混凝土拌合物顏色一致，不得有離析，泌水現(xiàn)象。相對誤差范圍：《混凝土攪拌機性能試驗方法》GB4477兩次測定的砂漿相對密度差的相對誤差?<0.8%;兩次測定的單位體積粗集料的質(zhì)量相對誤差?M<5%.第9頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2.混凝土的攪拌機理

※1)重力攪拌機理

在一個圓筒形容器中有兩個不同的顆粒，上部為A、下部為B。當(dāng)圓筒以傾斜軸旋轉(zhuǎn)時，A、B兩種顆粒在重力的作用下，力求達到最穩(wěn)定的狀態(tài)。利用“重力”的作用自由下落，物料下落時，顆粒間相互穿插，翻拌，混合而擴散均勻。eg.鼓式、錐式、自落式攪拌機第10頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五※2)剪切攪拌機理

外力的作用下。使物料作無滾動的相對位移而達到均勻的機理稱為剪切攪拌機理。利用轉(zhuǎn)動的葉片強迫物料相互間產(chǎn)生剪切滑移而達到混合和擴散均勻化。雙臥軸強制式混凝土攪拌機攪拌罐第11頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五※3)對流攪拌機理以對流作用為主的攪拌機理。物料在垂直圓筒形攪拌器中是依靠對流作用而達到均勻混合的目的。

加氣混凝土是以硅質(zhì)材料和鈣質(zhì)材料為主要原料，摻加發(fā)氣劑（鋁粉），通過配料、攪拌、澆注、預(yù)養(yǎng)、切割、蒸壓、養(yǎng)護等工藝過程制成的輕質(zhì)多孔硅酸鹽制品。因其經(jīng)發(fā)氣后含有大量均勻而細小的氣孔，故名加氣混凝土。eg.加氣混凝土設(shè)備第12頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五※4)簡諧運動機理物體在與位移成正比并且指向平衡位置力的作用下的運動。eg.OMNI攪拌機(日本千代田和美國Garbro公司)特點：完全打破了以前的攪拌機理，被攪拌的物料的運動速度和方向瞬時都在變化，混合料在短時間內(nèi)任意分散，因此在短時間內(nèi)取得良好的效果。第13頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.1.2影響攪拌質(zhì)量的因素影響攪拌質(zhì)量的因素主要有材料因素、設(shè)備因素和工藝因素。1.材料因素

粘度、密度

表面張力

濕潤性含水量

粉料顆粒容易攪拌均勻第14頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2.設(shè)備因素

當(dāng)原材料及配合比不變時，攪拌機的類型及轉(zhuǎn)速對混凝土混合料具有一定的影響。

鼔筒攪拌機

適于攪拌塑性混合料，不宜攪拌干硬性混合料；

強制性攪拌機適于攪拌干硬性或半干硬性混合料，不宜攪拌大流動性混合料；

雙錐攪拌和梨形攪拌機

適于攪拌塑形、低流動性混凝土混合料。機型第15頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五在機型不變時，攪拌機的轉(zhuǎn)速對混凝土混合料的質(zhì)量影響較大：舉例1：鼔筒式攪拌機：n:

攪拌機的轉(zhuǎn)速；R：攪拌筒半徑；舉例2：強制式攪拌機：中速為宜：1.3~1.8m/s轉(zhuǎn)速第16頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.工藝因素

在原材料、配合比、攪拌設(shè)備都不變時，工藝因素能提高攪拌質(zhì)量或縮短攪拌時間。※1)攪拌時間

第一階段：隨著攪拌時間的延長，混合的均勻程度越好。

第二階段：隨著攪拌時間的繼續(xù)延長，攪拌質(zhì)量不斷下降，出現(xiàn)了過混合。物料之間存在性質(zhì)差異，以及物料之間的化學(xué)反應(yīng)。第一階段第二階段第17頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五※2)投料順序一次投料二次投料?預(yù)拌水泥漿法：水、水泥、砂的投料延續(xù)時間分別為2~12s、0~7(或9s)、0~10s加水時間過長、石子投入時間過早第18頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五?水泥裹砂法（SEC法）：

首先將砂子的表面含水量控制在某一范圍內(nèi)(用砂子含水量調(diào)節(jié)器進行控制)，然后按照殼所需的表面含水量加入W1的水量并攪拌均勻，同時加入粗集料。隨后加入水泥進行攪拌造殼。補充：由日本大成建設(shè)株式會社和利布昆尼阿林庫株式會社共同研制出的混凝土混合的新方法。第19頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五※3)加水方法由表可見：向攪拌筒整個空間均勻供水30s即可攪拌均勻；而集中一處供水時攪拌時間長而且強度變異系數(shù)大。第20頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.2密實成型成型：混凝土混合料在模板內(nèi)流動并充滿模板獲得所需要的外形(外部流動)。密實：混凝土混合料向其內(nèi)部流動填充空隙達到密實結(jié)構(gòu)(內(nèi)部流動)。流動性好的混凝土：依靠自身的流動性就能很好地填滿模型，如加氣混凝土、泡沫混凝土等；流動性不好的混凝土：自身流動性不能很好地填充模型，必須施加外力使混凝土密實成型和充滿模型，施加的外力由機械完成，對應(yīng)的機械稱之為成型機械。第21頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五混凝土成型的基本方法及相關(guān)設(shè)備1、2、3、4、5、第22頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.2.1振動密實成型流變學(xué)的研究表明，混凝土混合料可以看成賓漢姆體：τ——剪切力；τ0——極限剪切力；η——體系的塑性(剩余的)粘度，它可視為應(yīng)力與剪切速度之間的比例系數(shù)(粘度系數(shù))；dv/dy——剪切速度梯度；1、振動液化密實成型機理胡克體+理想粘塑形體第23頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五試驗結(jié)果證明：當(dāng)混凝土混合料的振動達到某一速度時，混合料的極限剪切應(yīng)力急劇下降趨于零，即接近于牛頓流體。振動作用下混凝土混合料密實成型的原因主要如下：1)水泥膠體的觸變作用：

水泥顆粒與水接觸后，表層開始了部分水化，形成了膠體，在外力作用下，凝膠轉(zhuǎn)變?yōu)槿苣z，流動性能發(fā)生明顯的改變。是粘度隨持續(xù)時間而減小的性質(zhì)。第24頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2)內(nèi)聚力、粘附力減?。?/p>

振動使顆粒產(chǎn)生顫動，部分達到共振，客服了混合料的內(nèi)聚力和粘附力。內(nèi)聚力：混凝土混合料內(nèi)聚的一些力，eg.表面張力、毛細管力等；粘附力：混凝土混合料顆粒之間的物理吸附、機械跤合、化學(xué)鍵(氫鍵)。3)流動實現(xiàn)了密實成型：

振動作用下，混凝土混合料黏度下降，在重力作用下，填充模板實現(xiàn)成型，混合料剪應(yīng)力下降，氣體排出，填充內(nèi)部實現(xiàn)窯實。第25頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五干硬性混凝土拌和料在振動密實過程中，可以分為兩個基本階段：1)第一階段

混凝土拌和料的初始結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞，顆粒相互變動方位、移動，其間的接觸點受到破壞，在重力作用下形成較新的、較穩(wěn)定結(jié)構(gòu)。2)第二階段

混凝土拌和料做整體振動，顆粒緊密接觸，由于降低過程和內(nèi)部空氣的外逸而產(chǎn)生較小的相互變位，嵌于內(nèi)部的空氣使拌和物具有彈性體性質(zhì)。2、振動作用下混凝土結(jié)構(gòu)的形成體積縮小，空氣排出內(nèi)部空氣的外逸，彈性體形成。第26頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五蘇聯(lián)學(xué)者杰索夫根據(jù)戈里青地震波在土壤中傳播的基本假設(shè)，求得了振動波在混凝土中衰減的一般規(guī)律：振幅衰減的一般規(guī)律：A——振幅；——圓頻率；F——粘阻系數(shù)；——振動衰減系數(shù)；r——距波源的距離(半徑)。3、振動的傳播與衰減規(guī)律第27頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五有效作用范圍是指振動傳播到某處使該處的混凝土很好的液化，超過此處混合料達不到得極限長度。1)振動器的有效作用半徑：取距振搗棒軸線距離為r2和振搗棒半徑r1代入振幅衰減公式，相除得：若已知值，即可計算出有效作用半徑r2。4、振動器的有效作用范圍第28頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2)振動臺的有效作用高度：設(shè)振動臺的有效作用高度為h，A1為設(shè)備表面的振幅，則：若已知值，即可計算出有效作用高度h。第29頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3)表面振動器的有效作用深度：與振動臺、振搗棒不同，在混合料之上，附著力小，振動器參數(shù)隨著振動時間而變化:可按經(jīng)驗公式估算:S——振動板面積；——混合料體積密度；m——被振實混合料層的質(zhì)量。第30頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五式中:m0

——偏心塊質(zhì)量；l——偏心距；Q——振動器質(zhì)量；A1

——震動器與物料的最終振幅。第31頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五4)附著式振動器的有效作用范圍：附著式振動器特點是直接振動模板，間接振動混合料，作用范圍取決于振動功率及模板剛度，有效范圍只能實測。第32頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五根據(jù)混凝土混合物特性，合理確定振動頻率、振幅、振動速度和振動時間，作為選擇振動設(shè)備的依據(jù)。1)振幅振幅與混凝土混合物性能和振動頻率有關(guān)?；旌衔镄阅埽篹g.粒徑，振幅。振動頻率(振動速度不變時)：頻率，振幅。5、振動參數(shù)和振動制度第33頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五2)振動頻率振動頻率取決于混凝土混合物中骨料的粒徑大小，對于混凝土不同顆粒粒徑與振動頻率的關(guān)系，應(yīng)滿足下列條件：D<(23*106)/f2D——顆粒粒徑mm；f——振動頻率Hz。一般情況下，取混凝土混合物中骨料的某一平均粒徑或以含有最多的一種粒徑來選擇振動頻率。第34頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五法國學(xué)者雷爾密特研究得出頻率與粒徑的關(guān)系為：k=2*106；d—粒徑，mm。

但由于粒徑很多不可能采用如此多的頻率，只能在一定范圍內(nèi)采用一個頻率。因此雷爾密特提出：d<(4*104)/f2可算出：d<60mm；f=25Hz；d<4mm；f=100Hz；d<0.1mm；f=617Hz.第35頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3)振動速度振動的極限速度(振動設(shè)備的最高速度)：Vmax=1.75*10-3

A

fA——振幅，cm；f——振動頻率，Hz。4)振動加速度振動的最大加速度：amax=A*2=

2.78*10-6

A

f2

第36頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五5)振動烈度L=A2*f3

振動烈度越大，混凝土混合料的結(jié)構(gòu)黏度越小，即達到相同振實程度所需的時間越短。6)振動時間時間短：無法密實；時間過長：造成分層、離析、泌水第37頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五1)插入式振動器2)附著式振動器3)振動臺6、常用振動設(shè)備第38頁，共44頁，2023年，2月20日，星期五3.2.2壓制密實成型

振動的不足在于整體振動能量使用不合理，能耗大，對于干硬性混凝土更不好密實。壓制工藝在強大的壓力下能夠?qū)⒛芰考性诰植繀^(qū)域內(nèi)，并且可以減少噪音，提高生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量。

壓制密實成型是混凝土拌合物在強大的壓力作用下，克服顆粒之間的摩擦