高性能混凝土組成材料85課件

高性能混凝土組成材料組成材料

為了獲得符合工程要求的高強(qiáng)高性能混凝土,通常需要在普通混凝土的四大組分(即水泥、砂、石、水這四大組分)基礎(chǔ)上,摻加高效減水劑和各種超細(xì)礦物摻合料,作為第五、第六組分。1水泥配制高強(qiáng)高性能混凝土用的水泥宜選用52.5級(jí)或更高標(biāo)號(hào)的硅酸鹽或普通硅酸鹽水泥。強(qiáng)度等級(jí)選擇一般為:C50~C80混凝土宜用強(qiáng)度等級(jí)42.5;C80以上應(yīng)選用更高強(qiáng)度等級(jí)的水泥。配制高強(qiáng)高性能混凝土的水泥用量較多,一般在400kg/m3~550kg/m3之間,但不宜過(guò)多,否則會(huì)增加混凝土的發(fā)熱量,導(dǎo)致混凝土的開(kāi)裂。因此為獲得高強(qiáng)度混凝土,不能單靠增加水泥用量,這時(shí)可通過(guò)摻加硅粉等礦物摻合料來(lái)提高混凝土的強(qiáng)度,但水泥和礦物摻合料的總量不應(yīng)大于600kg/m3。高強(qiáng)高性能混凝土具有低水膠比的特點(diǎn),為了確保其流動(dòng)性,必須摻入高效減水劑,但必須選擇適宜低水膠比特性的水泥。一方面要考慮水泥的細(xì)度及粒子的組成,另一方面要考慮加水后的早期水化。水泥粒子群的比表面積、粒子形狀、密度及粒子之間的級(jí)配(互相填充)等,對(duì)漿體的流動(dòng)性影響很大。比表面積小,粒子形狀接近球狀,比重大,填充性好,流動(dòng)性就大。優(yōu)化這些因子,可以獲得更適宜的流動(dòng)性。高強(qiáng)高性能混凝土還具有強(qiáng)度高的特點(diǎn),為了提高混凝土的強(qiáng)度,可通過(guò)提高水泥的活性,也就是增加C-S-H的生成量。方法是在水泥熟料燒制時(shí),在高溫?zé)七^(guò)程中急冷,使熟料中的3CaO·SiO2及2CaO·SiO2固溶體產(chǎn)生高溫變態(tài),溶化微量成分,增加其活性;降低C3A、鈣礬石的含量,使低硫酸鐵水化物及Ca(OH)2的生成量降低。硅酸二鈣含量高的水泥,在低水膠比下,水化熱低,強(qiáng)度發(fā)展好。為了獲得高性能混凝土,對(duì)水泥性能的要求,除了確保最低限度的流動(dòng)性之外,還要求水泥在低的水膠比下,能促進(jìn)水泥的水化反應(yīng),使水泥石的結(jié)構(gòu)密實(shí)。2粗骨料一般情況下,一個(gè)建筑物的設(shè)計(jì)使用年限都不低于50年,有的甚至達(dá)到100年,因此混凝土的耐久性必須超過(guò)50年。按照這樣的目標(biāo),高強(qiáng)高性能混凝土粗骨料的選擇必須考慮到下述問(wèn)題。①級(jí)配要好,粒徑要適中。在同樣的流動(dòng)性要求下,空隙率越低,水泥漿的用量就越少,混凝土的自收縮變形、水化熱就越低,體積穩(wěn)定性、強(qiáng)度耐久性就越好。針片狀顆粒含量直接決定混凝土的體積穩(wěn)定性,針片狀顆粒含量越大,混凝土早期膨脹和收縮也越大,直接導(dǎo)致混凝土耐久性的下降,所以應(yīng)嚴(yán)格控制集料中針片狀顆粒的含量。一般針片狀含量不宜大于5%。最大骨料粒徑一般不宜大于25mm,對(duì)強(qiáng)度等級(jí)大于C80的混凝土,最大粒徑不宜大于20mm。因此混凝土用骨料,既要求級(jí)配合理(空隙率要小),也要粗細(xì)、大小適中。②物理性能要好。骨料的表觀密度和堆積密度要大,吸水率要低,表面要粗糙,粒形要好,宜方正。通常要求表觀密度>2650kg/m3,堆積密度≥1450kg/m3。這樣可以降低骨料空隙率,減少水泥漿用量,提高流動(dòng)性、耐久性和強(qiáng)度。要求吸水率<1.0%,以保證骨料致密,穩(wěn)定性好。含泥量不應(yīng)大于1.0%,對(duì)強(qiáng)度等級(jí)大于C100的混凝土,含泥量不應(yīng)大于0.5%。③力學(xué)性能要好。不能含軟弱顆粒的骨料或風(fēng)化骨料。混凝土的彈性模量與骨料的彈性模量有以下關(guān)系:y=2.5+0.2x(初始彈模,其中y為混凝土彈性模量,x為骨料彈性模量)。由此可見(jiàn),骨料的彈性模量越大,混凝土的彈性模量也相應(yīng)增大,故要選擇彈性模量大的骨料。④化學(xué)性能要好。首先應(yīng)是無(wú)堿活性骨料,避免高強(qiáng)高性能混凝土發(fā)生堿-骨料反應(yīng);其次要不含泥塊,含泥量<1.0%;再次應(yīng)不含有機(jī)物、硫化物和硫酸鹽等雜質(zhì)。3細(xì)骨料高強(qiáng)高性能混凝土的細(xì)骨料宜優(yōu)先選用細(xì)度模數(shù)為2.7~3.1中等偏粗的天然河砂,最佳砂率為35%~45%,含泥量不應(yīng)大于1.5%,當(dāng)配制C70以上混凝土,含泥量不應(yīng)大于1.0%。砂率,是高強(qiáng)高性能混凝土配合比設(shè)計(jì)中一個(gè)很重要的參數(shù)。普通混凝土在滿足強(qiáng)度等性能要求后,砂率宜盡量低,因?yàn)楫?dāng)水泥漿量一定時(shí),砂率在混凝土中的最主要作用是影響新拌混凝土的和易性。由于高強(qiáng)高性能混凝土的用水量較低,砂漿量要通過(guò)增加砂率來(lái)補(bǔ)充,所以砂率宜適當(dāng)增加。影響砂率的因素除了其自身的細(xì)度模數(shù)與級(jí)配外,還與膠凝材料用量、粗骨料粒徑以及施工工藝有關(guān)。對(duì)于碎石和卵石混凝土,其選擇范圍通常分別為0.34~0.42、0.26~0.36。有研究表明,隨著砂率的降低,混凝土的早期自收縮逐漸減少,這是由于砂率的降低減少了用水量,在密封的條件下,可為水泥水化提供更多的水分,從而使毛細(xì)孔中暫時(shí)不會(huì)產(chǎn)生凹液面,也不會(huì)產(chǎn)生拉應(yīng)力,反而使混凝土出現(xiàn)了一定程度的濕脹。因此粗骨料體積用量對(duì)混凝土早期自收縮影響顯著,一般情況下高性能混凝土的自收縮均隨集料體積含量的增加而減小,并且同配比的混凝土其自收縮隨集料彈性模量的增加而減少。4水高強(qiáng)高性能混凝土對(duì)水的質(zhì)量要求與普通混凝土一樣,應(yīng)符合《混凝土拌和物用水標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ63)要求,用自來(lái)水即可。5高效減水劑要實(shí)現(xiàn)混凝土的高性能,即高強(qiáng)度、高工作性和高耐久性,減水劑起到了不可代替的作用,減水劑的減水率一般要求大于20%。減水劑在混凝土高性能化中的作用,在于其能夠全面地提高混凝土的性能。因此,高效減水劑已成為高性能混凝土中除水泥、砂、石和水之外的“第五組分”。摻加高效減水劑已成為配制流態(tài)混凝土的主要手段。通常,高效減水劑應(yīng)具有以下四個(gè)方面的基本功能:①具有高的水泥粒子的分散能力,使混凝土具有高強(qiáng)度;②達(dá)到相同工作度條件下,混凝土用水量能減少到最低值;③提高混凝土的耐久性;④能控制混凝土坍落度損失,便于施工。另外,為了適應(yīng)某些混凝土的功能需要與技術(shù)發(fā)展,混凝土中也可同時(shí)摻入具有其他功能的引氣劑、緩凝劑、防水劑、膨脹劑、防凍劑等。因此,當(dāng)我們配制高強(qiáng)高性能混凝土?xí)r,必須謹(jǐn)慎選擇混凝土化學(xué)外加劑。6礦物摻合料6.1粉煤灰粉煤灰是燃燒煤粉的鍋爐煙氣中收集到的細(xì)微粉末,又稱“飛灰”(FlyAsh),其顆粒多呈球形,表面光滑。大量的實(shí)踐證明:摻用粉煤灰的混凝土,其長(zhǎng)期性能可得到大幅度的改善,對(duì)延長(zhǎng)構(gòu)筑物的使用壽命有重要意義。粉煤灰在混凝土中的主要作用包括以下幾個(gè)方面:①填充骨料顆粒的空隙并包裹它們形成潤(rùn)滑層,產(chǎn)生“滾珠潤(rùn)滑”效應(yīng);②對(duì)水泥顆粒起物理分散作用,使其分布得更均勻;③粉煤灰和聚集在骨料顆粒周?chē)臍溲趸}結(jié)晶發(fā)生火山灰反應(yīng),生成具有膠凝性質(zhì)的產(chǎn)物,加強(qiáng)了薄弱的過(guò)渡區(qū),對(duì)改善混凝土的各項(xiàng)性能有顯著作用;④粉煤灰延緩了水化速度,減小混凝土因水化熱引起的溫升,對(duì)防止混凝土產(chǎn)生溫度裂縫十分有利;⑤可減小混凝土溫度開(kāi)裂的危險(xiǎn),同時(shí)由于加快了火山灰反應(yīng),還可提高28d強(qiáng)度。值得注意的是,粉煤灰的水泥取代率對(duì)強(qiáng)度影響顯著,較好的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的水泥取代率應(yīng)小于10%。當(dāng)粉煤灰摻量較低時(shí),只會(huì)對(duì)水泥早期水化熱有影響,但對(duì)7d齡期的水化熱幾乎沒(méi)有影響。6.2硅粉硅粉(SilicaFume,簡(jiǎn)寫(xiě)SF)又稱硅灰,是從生產(chǎn)硅鐵或硅鋼等合金所排放的煙氣中收集到的顆粒極細(xì)的煙塵。硅粉主要由非常微小、表面光滑的玻璃態(tài)球形顆粒組成,粒徑為0.1μm~1.0μm,是水泥粒徑的1/50~1/100,一般比表面積為18500m2/kg~20000m2/kg,主要化學(xué)成分為二氧化硅,其含量在90%以上。在混凝土中摻加少量硅粉或以硅粉取代部分水泥,結(jié)合應(yīng)用減水劑,可使混凝土各方面的物理力學(xué)性能都得到顯著提高,硅粉的適宜摻量為水泥用量的5%~10%。硅粉的加入,對(duì)混凝土的性能的影響主要有:①改善了新拌混凝土的粘聚性、保水性,提高了需水量;②提高了混凝土的強(qiáng)度,增大了彈性模量和混凝土的干縮;③提高了混凝土的耐久性。另外,在配制硅粉混凝土?xí)r必須注意:①由于硅粉的需水量比水泥大,在配制硅粉混凝土?xí)r,一般要摻加減水劑。在選擇減水劑時(shí),應(yīng)使之與所用的水泥具有相容性,否則,容易影響混凝土的工作性能。同時(shí),根據(jù)減水劑性能及需求的減水需求來(lái)選擇合適的摻量。②比表面積和活性SiO2含量是硅粉的重要指標(biāo),硅粉比表面積越大、活性SiO2含量越高,硅粉性能越好,配制硅粉混凝土需選擇具有良好性能的硅粉。③硅粉混凝土的干縮一般比普通混凝土大,配制高性能混凝土?xí)r應(yīng)采取補(bǔ)償收縮的措施,如摻加粉煤灰等。6.3磨細(xì)礦渣礦渣是高爐煉鐵排出的熔融礦渣在高溫狀態(tài)下迅速水淬冷卻而成的。礦渣作為一種混合材料早已用于生產(chǎn)建筑材料,反應(yīng)速度往往較慢,但是諸多研究表明,將礦渣磨細(xì)至超細(xì)狀態(tài)(其細(xì)度大于350m2/kg,一般為400m2/kg~600m2/kg)時(shí),其活性將大為改善,用于混凝土中可產(chǎn)生普通礦渣不具備的效應(yīng)。用于高強(qiáng)高性能混凝土的磨細(xì)礦渣的細(xì)度要大于水泥,比表面積在400m2/kg以上。摻磨細(xì)礦渣對(duì)提高混凝土早期強(qiáng)度的效果優(yōu)于粉煤灰,細(xì)度越高,效