第5章專題——其他品種的溷凝土.ppt

1、新型混凝土,5.7 新型混凝土,5.7.1 混凝土第六組分 5.7.2 高強混凝土 (HSC) 5.7.3 高性能混凝土 (HPC) 5.7.4 泵送混凝土 5.7.5 水下不分散混凝土 (NDC) 5.7.6 耐海水混凝土 5.7.7 綠色混凝土,5.7.1 混凝土第六組分,概述 改性型第六組分 功能型第六組分 智能型第六組分,混凝土第六組分是指除水泥、水、砂、石及化學(xué)外加劑之外的，用于改善混凝土性能或增加其功能或賦予其智能的成分。 按其特性可分為三大類。 改性型 功能型 智能型,概述,改性型第六組分,改性型第六組分主要作用是顯著改善混凝土物理力學(xué)性能。 主要有 礦物外加劑 聚合物 各類纖維

2、,礦物外加劑,礦物外加劑是在混凝土攪拌過程中加入的、具有一定細度和活性的用于改善混凝土拌合物和硬化混凝土性能(特別是混凝土耐久性)的某些礦物產(chǎn)品。 礦物外加劑主要品種有 硅灰 磨細粉煤灰 礦渣微粉 沸石粉等,聚合物,聚合物水泥混凝土和砂漿的性能主要是受聚合物的種類、摻量的影響。,纖維,在傳統(tǒng)混凝土中摻入碳纖維、鋼纖維、有機纖維等纖維，可提高混凝土的抗拉、韌性、抗裂、抗疲勞等性能。,圖5.7.1纖維增強水泥基復(fù)合材料受彎時典型的荷載撓度曲線,功能型第六組分,功能型第六組分可賦予混凝土特殊功能，如 防輻射 防靜電 補償收縮水 耐磨 保溫隔熱等 這類第六組分主要用于配制功能混凝土。,導(dǎo)電混凝土,導(dǎo)電

3、混凝土的導(dǎo)電組分的摻量存在一個臨界值，當(dāng)導(dǎo)電組分的摻量超過該臨界值時，復(fù)合材料的電導(dǎo)率急劇增加，如圖5.7.2所示。,圖5.7.2水泥基導(dǎo)電復(fù)合材料的導(dǎo)電率與碳纖維摻量的關(guān)系,智能型第六組分,智能型混凝土包括 交通導(dǎo)航混凝土 損傷自診斷混凝土 調(diào)濕混凝土 溫度自監(jiān)控混凝土 仿生自愈合混凝土,仿生自愈合混凝土,圖 5.7.3 仿生自愈合水泥基復(fù)合材料自愈合機理示意圖,5.7.2高強混凝土 (HSC),簡介 原材料選擇 水泥 優(yōu)質(zhì)骨料 高效減水劑 決定混凝土強度的 主要因素,簡介,在我國，HSC應(yīng)被認為是強度等級不低于C60的混凝土。 它是采用以下方法制取的混凝土 優(yōu)質(zhì)骨料 等級不低于42.5級的

4、水泥 較低的水灰比 在強烈振動密實作用下。 高效減水劑的使用，為配制高強度大流動性混凝土創(chuàng)造了條件。 HSC的分類見表5.7.1,表5.7.1高強混凝土的類型,膠凝材料,水泥品質(zhì) 品種與等級 水泥的礦物組成和細度 水泥用量,高強混凝土原材料選擇,水泥的品種和等級,配制高強混凝土，沒有必要采用快硬水泥 。 一般，常用這樣品種的水泥，因為這些水泥可以獲得較高的最終強度 。 如： 等級較高的硅酸鹽水泥 普通硅酸鹽水泥 礦渣硅酸鹽水泥 火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥,過去，配制高強混凝土是比較困難的，所選水泥的等級往往是混凝土對應(yīng)強度等級的0.9 1.5倍。 也就是說，水泥的等級一般應(yīng)高于相應(yīng)混凝土的強度等級，有

5、時可以略低于混凝土的強度等級。 在我國，現(xiàn)階段，隨著材料性質(zhì)及工藝方法的改進，尤其是外加劑的廣泛應(yīng)用，配制高強混凝土也就更加容易。,水泥的品種和等級,水泥的礦物組成和細度,水泥的細度能影響混凝土的強度 (Fig.5.7.4). 因此，要求水泥具有較高的C3S含量和一定的細度(表面積35004000cm2g) 特性。 因此，水泥在使用前，如果再經(jīng)過兩次振動磨細后，則可大大提高其強度。 磨得愈細，比表面積愈大，水化反應(yīng)更充分，強度愈高。,硅酸三鈣(C3S)含量和細度雖然是影響水泥強度的重要因素，但這二者并非是唯一的決定因素。 應(yīng)通過試驗確定合適的水泥。如果不說水泥均勻性比強度更為重要，至少均勻性也

6、與潛在強度的獲得具有同樣的重要性。,水泥的礦物組成和細度,圖 5.7.4 水泥細度對混凝土強度的影響,水泥用量,生產(chǎn)高強混凝土，膠凝物質(zhì)的數(shù)量是至關(guān)重要的。它直接影響到水泥石與界面的粘結(jié)力。 從施工要求講，也應(yīng)具有一定的工作度。為了增加砂漿中膠凝材料的比例，水泥用量要高，一般在500700kg/m3范圍內(nèi)。 但是，水泥用量不宜超過這個范圍，否則，易引起水化期間散熱太慢或收縮量過大等問題。,只要技術(shù)上可行，就應(yīng)減少水泥用量，最好是摻加一部分高質(zhì)量的粉煤灰或其他粉狀硅質(zhì)材料，把水化放熱和干縮負作用減少到最低限度。 經(jīng)驗表明，應(yīng)通過對各種水泥進行試配，來確定制備高強混凝土所用水泥的種類和數(shù)量。在滿足

7、既定抗壓強度的前提下，經(jīng)濟適用，是選擇水泥的依據(jù)。為了使水泥用量最小，要求骨料有最佳級配并在拌制過程中保持均勻。,水泥用量,優(yōu)質(zhì)骨料,細骨料 混凝土混合物含砂量較大，如果使用中砂或粗砂，可以避免混凝土過于干硬。通常，宜用細度模數(shù)約為3.0的砂，并盡可能降低含砂率?；炷涟韬衔镆膊粦?yīng)太干硬 。 細骨料的級配要符合要求。在高強混凝土組成中，細骨料所占比例同樣要比普通強度混凝土所用的量要少些。砂的化學(xué)成分含量以采用潔凈的石英質(zhì)河砂為佳。,優(yōu)質(zhì)骨料,粗骨料 粗骨料對混凝土強度的影響主要取決于：水泥漿及水泥砂漿與骨料粘結(jié)力、骨料的彈性性質(zhì)、混凝土混合物中水上升時在骨料下方形成的“內(nèi)分層”狀況、骨料周圍的

8、應(yīng)力集中程度等。對高強混凝土來說，粗骨料的重要優(yōu)選特性是抗壓強度、表面特征及最大粒徑等。,高效減水劑,將高等級水泥與高效能減水劑結(jié)合使用，可制得高強混凝土。,決定混凝土強度的主要因素,水泥漿體 配制高強混凝土應(yīng)采用的工藝是：用高等級水泥，提高水泥用量，并用新型高效減水劑，同時輔以強烈振搗，使之密實。 骨料 配制高強混凝土?xí)r，應(yīng)選擇高強、致密、表面粗糙、級配良好、質(zhì)量符合要求的骨料，并且骨料要有堅固的抗壓能力，細骨料用量相對較少。,決定混凝土強度的主要因素,水泥漿骨料粘結(jié) 碎石能使粘結(jié)較好，從而使混凝土有較好的強度，如圖 5.7.5所示。 同樣，碎石的表面積與體積之比，較圓形礫石的要大 。 因此

9、，應(yīng)特別注意保證碎石骨料表面之清潔。,表 5.7.5 相同級配的粗骨料對混凝土強度的影響,5.7.3 高性能混凝土 (HPC),概述 特點 技術(shù)途徑 配比 性能對比 應(yīng)用,概 述,高性能混凝土是指采用優(yōu)質(zhì)材料，嚴格施工工藝，便于澆搗、不離析，體積穩(wěn)定，力學(xué)性能穩(wěn)定所制備的混凝土。 符合特殊綜合性能與均勻性要求，不能用常規(guī)材料和工藝獲得，1990年ACI國際會議首次提出。 它具有早強高，韌性，勻質(zhì)，耐久等特點。 適用于高層建筑、橋梁以及暴露在嚴酷環(huán)境。,特 點,高性能混凝土是一種新型混凝土，具有優(yōu)良的和易性，高強和耐久性。 其主要特征如下圖所示： 混凝土拌合物具有流態(tài)性、自密性、不振動或稍加振動

10、即能保證成型混凝土均勻密實 混凝土拌合物具有良好的粘聚性、保水性和可塑性，水下不分散、不離析、穩(wěn)定性好、可泵性強。 在混凝土凝結(jié)硬化過程中水化熱低，利于大體積混凝土澆筑?；炷劣不篌w積穩(wěn)定，收縮變形小，故混凝土內(nèi)部微裂紋等缺陷少，結(jié)構(gòu)均勻。 混凝土的密實度高，抵抗水、侵蝕性液體及氯離子等滲透的能力強，對混凝土內(nèi)鋼筋有很強的保護能力。,混凝土中所含易被硫酸鹽、鎂鹽等物質(zhì)腐蝕的氫氧化鈣、水化硫酸鈣的量少，保證混凝土具有極強的耐海水腐蝕能力。 混凝土的抗?jié)B性能極高，并且具有一定的空氣含量，空氣泡分布均勻、密實，以此混凝土具有極高的抗凍融性和抗風(fēng)化性，故非常適宜澆筑浪濺區(qū) 混凝土結(jié)構(gòu)。 混凝土強度較

11、高，混凝土內(nèi)部凝膠的含量較普通混凝土為少，故用于預(yù)應(yīng)力混凝土。,特 點,技 術(shù) 途 徑,正確選材 中熱水泥、MDF、DSP ；超細礦物摻合料；高效減水劑；Dmax200 ;早期養(yǎng)護,配 比,性 能,性能對比 (Tab.5.7.3) 干縮 (Tab.5.7.4) 坍落度經(jīng)時變化 (Tab.5.7.5),表5.7.3性能對比,表5.7.4 干縮,Tab.5.7.5 坍落度的經(jīng)時變化,應(yīng) 用,在國外： 德國現(xiàn)行的混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范達C110 挪威規(guī)范C105級，8590MPa的HPC廣泛用于道路工程 丹麥的大貝爾特工程大型隧道與橋梁連接結(jié)構(gòu) 規(guī)定的設(shè)計使用壽命為100年 塔架、預(yù)制梁和預(yù)制砌塊都采用

12、HPC 日本 超高強高性能混凝土建造高層住宅 已研制出使用壽命在500年以上的超高耐久性混凝土,應(yīng) 用,在國內(nèi)： 上海金茂大廈 C60 北京西客站C60 北京靜安中心大廈C80 遼寧物產(chǎn)大廈C80 南京郵電中心C60 長春國際商貿(mào)城 C55 廣州虎門大橋C50 上海楊浦大橋C50 萬縣長江大橋鋼管混凝土C60,5.7.4 泵送混凝土,概 述 泵送混凝土原材料要求 泵送混凝土配合比設(shè)計,概 述,定義： 將攪拌好的混凝土，采用混凝土輸送泵沿管道輸送和澆筑，稱泵送混凝土。 特點： 一次連續(xù)完成垂直和水平運輸，而且可以進行澆筑，因而生產(chǎn)效率高，節(jié)約勞動力。 特別適用于工地狹窄和有障礙物的施工現(xiàn)場以及大

13、體積混凝土結(jié)構(gòu)物(如高層建筑等)。,膠凝材料水泥 水泥品種 保水性好、泌水性小的水泥都宜用于泵送混凝土。 因此，硅酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥常常被優(yōu)先用作配制泵送混凝土 。但又往往由于它的水化熱較大，又不宜用于大體積混凝土工程。 最小水泥用量 為保證混凝土的可泵性，有一最少水泥用量的限制。 國外規(guī)定一般為250300kg/m3。我國鋼筋混凝土工程施工及驗收規(guī)范(GBJ20483)規(guī)定泵送混凝土的最少水泥用量宜為300kg/m3。,泵送混凝土原材料要求,骨 料,粗骨料 最大粒徑 碎石的最大粒徑與輸送管內(nèi)徑之比，宜小于或等于1:3；卵石則宜小于或等于1:2.5。 顆粒級配 必要時，可作進一步的試驗，

14、把不同粒徑的骨料加以合理摻雜，可以得到理想的級配。 細骨料 在骨料級配中，細度模數(shù)為2.33.2，粒徑在0.315mm以下的細骨料所占的比例不應(yīng)小于15，最好能達到20。,摻合材料粉煤灰,普通水泥配制的C30混凝土坍落度與時間的關(guān)系 如圖4.7.6所示。 摻粉煤灰后，坍落度可提高約2cm、而坍落度損失值則基本一樣。 粉煤灰越細，球狀顆粒越多，則活性越大，潤滑作用也更好。所以，一般以磨細粉煤灰摻入。,圖5.7.6 坍落度與時間的關(guān)系,泵送混凝土配合比設(shè)計,配合比主要參數(shù)選擇 水灰比的選擇 Sp砂率的選擇 坍落度的選擇,水灰比的選擇,水灰比不宜低于0.40，一般也不宜超過0.70。 選擇泵送混凝土

15、的水灰比時，除考慮可泵性要求外，還必須考慮結(jié)構(gòu)物對混凝土的耐久性要求。,砂率的選擇,坍落度的選擇,我國規(guī)定泵送混凝土的坍落度，宜為8-18cm。,5.7.5 水下不分散混凝土 (NDC),概 述 水下不分散混凝土的原料組成 水下不分散混凝土的性能,概 述,水下不分散混凝土也稱為水下澆筑混凝土。 是一種可以在水下澆筑的、不會像普通水泥混凝土那樣在水的作用下集料與水泥漿發(fā)生分離的新型混凝土。 導(dǎo)管法施工的裝置示意圖。,圖5.7.7 導(dǎo)管法施工的裝置示意圖,水下不分散混凝土的原料組成,水下不分散混凝土的主要原料有水泥、砂石、水下不分散劑及其他一些外加劑(減水劑)等。 水泥:水泥強度等級一般應(yīng)大于或等

16、于42.5MPa。 骨料 粗骨料 應(yīng)優(yōu)先選用卵石；粗集料的級配應(yīng)采用連續(xù)級配。 細集料 宜選用細度模數(shù)從Mx=2.63.1的中砂。,NDCA是制備水下不分散混凝土的關(guān)鍵材料 主要成分是水溶性離子物質(zhì)及具有高比表面積的物質(zhì) 主要作用是增加混凝土的黏聚性和充填能力,填充性細顆粒材料。 其他外加劑 主要有高效減水劑、早強劑等。,水下不分散混凝土的原料組成,新拌NDC的性能 良好的抗分散性 良好的流動性和填充性 有一定的緩凝特性。 硬化NDC的性能 NDC的強度 水下不分散劑(NDCA)的質(zhì)量和摻入量必定影響NDC的強度。 灰水比,水下不分散混凝土的性能,NDC抗沖磨及抗?jié)B性 如表5.7.7所示。,水

17、下不分散混凝土的性能,表 5.7.7 NDC抗沖磨及抗?jié)B性,水下不分散混凝土的性能,NDC的抗凍性 水下不分散混凝土的抗凍性一般比普通混凝土略差。 NDC的干縮濕脹性 由于NDC的保水性好且泌水少，與普通混凝土相比，陸地干縮比普通混凝土大，而水中濕脹卻比普通混凝土小。,耐海水混凝土的技術(shù)要求 抗腐蝕性能 抗凍性 海工鋼筋混凝土中鋼筋保護層厚度 耐海水混凝土最大允許裂縫 耐海水混凝土的原料選擇,5.7.6 耐海水混凝土,抗 腐 蝕 性 能,抗硫酸鹽腐蝕主要由配制混凝土的原料(水泥和集料)來保證。 抗Cl腐蝕 耐海水混凝土的抗Cl腐蝕性能指標(biāo)主要是通過測定Cl在混凝土中的擴散系數(shù)來確定的。,抗凍性

18、,表5.7.8 抗凍性,耐海水混凝土的抗凍性要求 如表5.7.8所示。,海工鋼筋混凝土中鋼筋保護層厚度,表 5.7.9海工鋼筋混凝土鋼筋保護層要求的最小厚度 /mm,表5.7.10 海水環(huán)境預(yù)應(yīng)力筋的混凝土保護層最小厚度 /mm,保護層厚度,耐海水混凝土最大允許裂縫,表5.7.11鋼筋混凝土構(gòu)件裂縫寬度最大允許值（JTJ268-96） /mm,耐海水混凝土的原料選擇,水泥 根據(jù)海水對混凝土的腐蝕，應(yīng)盡量選擇水化產(chǎn)物中Ca(OH)2少，水化鋁酸鹽少的水泥。如果是在水位變動區(qū)，還要考慮水泥石的抗凍性、耐磨性和收縮性。 強度等級不應(yīng)低于32.5Mpa。 集料 集料應(yīng)質(zhì)地堅硬、清潔、級配良好。 特別應(yīng)注意的是，配制耐海水混凝土的粗集料中不得含有活性SiO2，以防止堿與集料反應(yīng)。 JGJ還規(guī)定，如果細集料采用海砂，必須用清潔淡水進行沖洗，將砂中NaCl總含量沖洗到0.1%以下。 外加劑 根據(jù)工程需要采用減水劑，早強劑和抗凍劑等外加劑。,5.7.7 綠色混凝土,概 述,有三種類型的綠色混凝土： 高性能混凝土 生態(tài)混凝土 透水性混凝土 綠化混凝土 吸聲混凝土 再生混凝土,高性能混凝土在前幾節(jié)中已經(jīng)講述， 我們將重點講述下列內(nèi)容： 綠化混凝土 再生混凝土,綠化混凝土,綠化混凝土是