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1、现代混凝土第1页，共80页，编辑于2022年，星期一新材料技术n外加剂外加剂n纤维纤维第2页，共80页，编辑于2022年，星期一外加剂外加剂.种类种类n.减水剂减水剂n.引气剂引气剂n.缓凝剂缓凝剂n.早强剂早强剂n.防冻剂防冻剂n.膨胀剂膨胀剂n.减缩剂减缩剂n.其它特殊要求的如：速凝剂、防水剂、阻锈剂、其它特殊要求的如：速凝剂、防水剂、阻锈剂、脱模剂、养护剂等脱模剂、养护剂等第3页，共80页，编辑于2022年，星期一减水剂的历史追溯第一代：普通减水剂（减水率第一代：普通减水剂（减水率8%)8%)木质素磺酸盐木质素磺酸盐 糖蜜类糖蜜类n第二代：高效减水剂（减水率第二代：高效减水剂（减水率12
2、%)萘磺酸盐甲醛缩合物（萘磺酸盐甲醛缩合物（19621962年服部健一博士）年服部健一博士）多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物多环芳烃磺酸盐甲醛缩合物 三聚氰胺（密胺）系减水剂（三聚氰胺（密胺）系减水剂（19641964年德国年德国SKW)SKW)氨基磺酸盐减水剂氨基磺酸盐减水剂 脂肪族羟基磺酸盐减水剂脂肪族羟基磺酸盐减水剂(丙酮类减水剂丙酮类减水剂)n第三代：高性能减水剂第三代：高性能减水剂 聚羧酸类接枝共聚物聚羧酸类接枝共聚物（19861986年日本触媒）年日本触媒）第4页，共80页，编辑于2022年，星期一-O水泥颗水泥颗 粒粒-O-O-O-O-O-O-O-O-O水泥颗粒水泥颗粒 O-O-O-O-
3、O-O-O-O-O-O-Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+形成正电荷表面形成正电荷表面第一步第一步:钙离子释放钙离子释放（正的正的zeta电势电势）减水原理第5页，共80页，编辑于2022年，星期一水泥颗粒水泥颗粒O-
4、O-O-O-O-O-O-O-O-O-Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+-O水泥颗水泥颗 粒粒-O-O-O-O-O-O-O-O-OCa2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+带负电荷的功能团带负电荷的功能团提供了在水中的可溶在水中的可溶性性和与正电荷表面的亲和力与正电荷表面的亲和力第二步第二步:分散剂吸附分散剂吸附加入第一代塑化剂加入第一代塑化剂如木素磺化盐、萘如木素磺化盐、萘-磺酸盐磺酸盐-甲醛树脂、三聚氰胺甲醛树脂、三聚氰胺-甲醛甲醛-磺酸盐树脂磺酸盐树脂减水原理第6页，共80页，编辑于2022年，星期一O-O
5、-O-O-O-O-O-O-O-O-Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+cement grain-Ocement grain-O-O-O-O-O-O-O-O-OCa2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+O-O-O-O-O-O-O-O-O-O-Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+水泥颗粒水泥颗粒-O水泥颗水泥颗 粒粒-O-O-O-O-O-O-O-O-OCa2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+第二代减水第二代减水剂:聚聚羧酸酸醚类外加外
6、加剂库仑斥力斥力和和 静静电斥力斥力更有效更有效!第一代减水第一代减水剂:只有只有库仑斥力斥力!引入聚醚支链引入聚醚支链:第三步：产生粒子间的排斥力第三步：产生粒子间的排斥力减水原理第7页，共80页，编辑于2022年，星期一O-O-O-O-O-O-O-O-O-O-Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+水泥颗水泥颗 粒粒-O水泥颗水泥颗 粒粒-O-O-O-O-O-O-O-O-OCa2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+将超塑化剂加入生长中的水合相失去分散效果失去分散效果!随时间的推移而失去增塑性随时间的推移而失去增塑
7、性 保坍原理第8页，共80页，编辑于2022年，星期一水泥颗水泥颗 粒粒Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+水水 泥颗粒泥颗粒Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2
8、+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+Ca2+聚合物分子可以在更长的时间聚合物分子可以在更长的时间内保留在表面内保留在表面降低吸附强度可以保持增塑性降低吸附强度可以保持增塑性保坍原理第9页，共80
9、页，编辑于2022年，星期一机理简析n萘系减水剂是一种典型的离子型分散剂，一旦进入水泥水体系中，立即形成吸附层（双电层），从而使颗粒表面静电斥力增加而达到分散效果。第10页，共80页，编辑于2022年，星期一n聚羧酸系分子结构设计是在分子主链或侧链上引入强极性基团羧基、磺酸基、聚氧化乙烯基等，使分子具有梳形结构。聚羧酸类减水剂进入水泥水体系中行为要复杂得多，第一，它的主链和支链都有选择性的吸附；第二，不同基团可能形成强弱不同的双电层使颗粒相斥；第三，吸附后在颗粒表面形成立体的大分子层，以位阻效应使颗粒难以团聚。多数专家认为位阻效应是聚羧酸减水剂持久分散水泥颗粒的主要作用 第11页，共80页，编
10、辑于2022年，星期一聚羧酸-优秀的减水性能n聚羧酸类外加剂具有很高的减水性能，最高可达40，而传统萘系外加剂最高在30左右，并且由于传统外加剂在掺量提高的同时混凝土的粘性也持续增强，即工作性能受到较大影响，不易泵送。而聚羧酸类外加剂掺量对混凝土的粘性基本无影响，掺量范围很广 第12页，共80页，编辑于2022年，星期一低碳化、高的外观质量n在采用传统外加剂的情况下，混凝土表面往往会有气泡、泌水线、露砂等情况的出现，由于其产品性能的问题，这种问题无法根本解决，对后续工序造成影响，并且会牵扯建设单位等各方面的很大精力。而聚羧酸类产品能很好的解决这个问题，在混凝土拆模后达到极其出色的表面外观，大幅
11、度降低表面碳化，这在很多工程中已经得到验证。第13页，共80页，编辑于2022年，星期一优秀的工作性能（自流平）n聚羧酸类外加剂在施工过程中具有优秀的和易性，在达到大塌落度的同时保持混凝土无泌水、离析等现象出现，而传统外加剂由于受到其本身材料性能的约束，无法将高塌落度和高工作性完美的统一起来。聚羧酸类外加剂适用于自密实混凝土，无需震捣，能减少现场使用的人力，也有利于混凝土的密实，提高混凝土的质量 第14页，共80页，编辑于2022年，星期一展望n从混凝土工程对整个工程的重要性以及从混凝土工程对整个工程的重要性以及对混凝土的要求来说，采用聚羧酸类产对混凝土的要求来说，采用聚羧酸类产品无疑是具有前
12、瞻性及革新性的选择。品无疑是具有前瞻性及革新性的选择。第15页，共80页，编辑于2022年，星期一南京地区的外加剂n生产厂家：苏博特、BASF（上海麦斯特）富腾等 n点评：鱼龙混杂n建议：选用具有一定生产规模（如可自行合成母体）、控制水平的品牌第16页，共80页，编辑于2022年，星期一点评点评：外加剂的“功”与“过过”n正确认识缓凝作用：外加剂的“缓凝”是为满足施工而“生”，但往往又因施工而“毁”。n正确认识膨胀作用：树立“层次抗裂、阶层次抗裂、阶段抗裂段抗裂”的科学理念，不过分夸大其作用。第17页，共80页，编辑于2022年，星期一用于预拌混凝土的主要纤维品种nPP纤维（聚丙烯纤维）n钢纤
13、维：nPVA纤维（聚乙烯醇纤维）第18页，共80页，编辑于2022年，星期一纤维混凝土定义最早源于1879年石棉纤维水泥 (ACI)544委员会定义为：纤维增强混凝土(Fibre Reinforced Concrete，FRC)一种复合材料目前国际上基本上一致认为纤维混凝土是提高混凝土抗裂性和韧性的有效办法。第19页，共80页，编辑于2022年，星期一分子式：PP纤维在混凝土内部的分散也可以形成“纤维网”，但PP纤维因无羟基，较PVA纤维无氢键作用，只有物理吸附，作用力很弱，“纤维网”也很弱。_CH3 n-CH2-CH-聚丙烯（PP）纤维Polypropylene简称PP第20页，共80页，编
14、辑于2022年，星期一PP纤维的效能纤维的效能(引自沈荣熹教授的报告引自沈荣熹教授的报告)n减少混凝土出现塑性沉降裂缝的机率减少混凝土出现塑性沉降裂缝的机率n减少混凝土出现塑性收缩裂缝的机率减少混凝土出现塑性收缩裂缝的机率n有助于适度增进混凝土的抗渗性与抗冻融性（源于有助于适度增进混凝土的抗渗性与抗冻融性（源于塑性裂缝出现机率减少塑性裂缝出现机率减少n有助于防止或减轻混凝土在火灾中发生有助于防止或减轻混凝土在火灾中发生 爆裂（源于单位体积混凝土中细合成纤爆裂（源于单位体积混凝土中细合成纤 维的极高数量）维的极高数量）第21页，共80页，编辑于2022年，星期一n无助于增进混凝土的抗压、抗拉强度
15、无助于增进混凝土的抗压、抗拉强度n无助于减少混凝土干缩裂缝出现机率；无助于减少混凝土干缩裂缝出现机率；（上述两者是源于纤维的低（上述两者是源于纤维的低E值与低值与低Vf）第22页，共80页，编辑于2022年，星期一冲冲击击循循环环荷荷载载内内能能集集聚聚寻求寻求薄弱薄弱 点释放点释放能量能量新的摩擦源新的摩擦源与受力纤维与受力纤维减少，加速减少，加速微裂纹扩展微裂纹扩展 混混凝凝土土试试件件破破坏坏新新裂裂纹纹出出现现纤纤维维发发挥挥作作用用寻求基体寻求基体最薄弱处最薄弱处出现新裂纹出现新裂纹消耗变形能消耗变形能 新新裂裂纹纹出出现现新新的的平平衡衡建建立立增韧机理第23页，共80页，编辑于2
16、022年，星期一点评n理论上pp纤维对早期抗裂尤其是塑形沉降裂缝有一定作用，但无法定量描述。n给混凝土生产、振捣都带来麻烦第24页，共80页，编辑于2022年，星期一目标性能混凝土n设计原则：突出重要的指标 其它指标能满足一般要求n不提倡笼统的高性能混凝土（HPC）n以满足用户“高兴”为高性能第25页，共80页，编辑于2022年，星期一大体积混凝土定义定义：混凝土结构物实体最小尺寸不小于不小于1m的大体量混凝土，或预计会因混凝土中胶凝材料胶凝材料水化引起的温度变化温度变化和收缩收缩而导致有害裂缝有害裂缝产生的混凝土。第26页，共80页，编辑于2022年，星期一 1 3 7 14 龄期（d）65
17、4525温度（）1 1 1 11 1 1 1 1典型的大体积混凝土内部温变曲线中心温变曲线表面温变曲线入模温度入模温度最高温度最高温度温升峰值温升峰值里表温差里表温差降温速率降温速率第27页，共80页，编辑于2022年，星期一外墙板混凝土 裂缝的高发部位裂缝的高发部位第28页，共80页，编辑于2022年，星期一n对早龄期混凝土的性能如变形性能研究不足，很多混凝土在3d就开始开裂。n混凝土的热学(热膨胀系数、导温、导热和比热)在28d过程内存在显著的变化，但现在的设计人员采用的是28d的相应值。设计人员计算时不能考虑相应的变化。n影响收缩的因素很多，目前材料学的关于材料的收缩的结果差异较大，甚至
18、相差几倍。现有的研究不足现有的研究不足第29页，共80页，编辑于2022年，星期一n混凝土的相互约束及质量不均匀引起的内部约束目前难以计算清楚。n温度场计算不准确、应力场计算不准确、判定开裂风险的根据不足。第30页，共80页，编辑于2022年，星期一第31页，共80页，编辑于2022年，星期一第32页，共80页，编辑于2022年，星期一塑性沉降形成过程图解分析 新拌混凝土卸料在自重与泵送压力作用下骨料与浆体分离 第33页，共80页，编辑于2022年，星期一由于浆体上浮表面产生泌水，骨料下部泌水蓄积产生空隙，骨料下沉收缩拉应力集中从最薄弱处引发开裂 第34页，共80页，编辑于2022年，星期一
19、受到底部基体约束的墙板整体收缩加剧、塑性沉降开裂多点引发第35页，共80页，编辑于2022年，星期一抗裂要点：n控制合理的凝结时间n尽可能选用低标号普通硅酸盐水泥n选用聚羧酸外加剂n尽可能选用粗砂n泵送排量不宜太大，一般控制在25m3/h左右 第36页，共80页，编辑于2022年，星期一n模板的拆除不宜过早，尽量避免干湿交替作用。n拆模前不得施加任何形式的侧压力或竖向荷载，绝对禁止拆模前松动模板螺杆；n在拆模后，建议持续保湿养护或涂刷养护剂，n视工程进展待具备条件后及时进行防水作业和回填土工作，不得使侧墙板长期裸露在外。第37页，共80页，编辑于2022年，星期一醒悟：n不要相信加了纤维和膨胀
20、剂就不裂n超长结构设计要慎重n对每个工程要组织各方面的人员召开专门会议，优化方案、措施到位优化方案、措施到位。第38页，共80页，编辑于2022年，星期一高强混凝土n目前对高强混凝土的界定一般以C50以上，在南京一般认为C60以上。n南京地区高层建筑物很多，所以C60混凝土应用量很大。n最需要解决的是高强混凝土的粘性问题第39页，共80页，编辑于2022年，星期一紫峰大厦C70 第40页，共80页，编辑于2022年，星期一制备存在的问题n为了满足高层泵送如何降低粘度？n自收缩的问题仍未解决n怎么解决脆性问题？第41页，共80页，编辑于2022年，星期一个人想法n一般不建议超过C60n尤其对于地
21、下室外墙板宜选用C40以下标号，更不应采用C50、C60n高强混凝土建议复合合成纤维，目的在于减小脆性、防止高强混凝土构件受高温作用的突然爆裂第42页，共80页，编辑于2022年，星期一纤维的抗爆裂作用第43页，共80页，编辑于2022年，星期一自密实混凝土（SCC）n定义：自密实混凝土（self compacting concrete）具有高流动度、不离析、均匀性和稳定性，浇注时依靠其自重流动，无需振捣而达到密实的混凝土，发明人日本东京大学的冈村甫、大内雅博等，日语称之为“自己充填型-”。第44页，共80页，编辑于2022年，星期一第45页，共80页，编辑于2022年，星期一 u 坍落扩展度
22、试验 该实验方法是一种基于坍落度测试来评价无障碍该实验方法是一种基于坍落度测试来评价无障碍下自密实混凝土在水平面上自由流动的能力；是衡量下自密实混凝土在水平面上自由流动的能力；是衡量自密实混凝土拌合物流动性好坏的一个很直观的方法。自密实混凝土拌合物流动性好坏的一个很直观的方法。它是将混凝土装入坍落度桶内，测试坍落度桶提起后，它是将混凝土装入坍落度桶内，测试坍落度桶提起后，混凝土的坍落扩展度平均达到混凝土的坍落扩展度平均达到500 mm500 mm时的时间时的时间(T500)(T500)和最终扩展度D。第46页，共80页，编辑于2022年，星期一简单评价方法500mm流经时间 T500 8 s第
23、47页，共80页，编辑于2022年，星期一第48页，共80页，编辑于2022年，星期一第49页，共80页，编辑于2022年，星期一第50页，共80页，编辑于2022年，星期一第51页，共80页，编辑于2022年，星期一第52页，共80页，编辑于2022年，星期一清水混凝土定义：定义：清水混凝土Fair-faced Concrete 直接利用混凝土成型后的自然质感作为饰面效果的混凝土工程，由日本的安藤忠雄提出，日语称之为“打放-”。第53页，共80页，编辑于2022年，星期一n清水混凝土按其表面的装饰效果分为三类：普通清水混凝土 饰面清水混凝土 装饰清水混凝土：第54页，共80页，编辑于2022
24、年，星期一n普通清水混凝土系指混凝土表面颜色基本一致，对饰面效果无特殊要求的混凝土工程。n饰面清水混凝土系指以混凝土本身的自然质感和有规律的对拉螺栓孔眼、明缝、蝉缝组合形成的自然状态作为饰面效果的混凝土工程。n 装饰清水混凝土系指混凝土表面形成装饰图案、镶嵌装饰物或彩色的清水混凝土工程。第55页，共80页，编辑于2022年，星期一n清水混凝土施工应进行全过程质量控制，同一饰面效果的清水混凝土应保持材料和施工工艺的一致性 第56页，共80页，编辑于2022年，星期一华兴建设研发中心-清水混凝土第57页，共80页，编辑于2022年，星期一高性能纤维增强水泥基复合材料（HPFRCC）n活性粉末混凝土
25、RPCn工程水泥基复合材料ECC第58页，共80页，编辑于2022年，星期一RPC活性粉末混凝土 1993年，法国Bouygues实验室率先研究出一种超高强、高韧性、高耐久性、体积稳定性良好的水泥基复合材料，由于增加了组分的细度和反应活性，因此被称为活性粉末混凝土（Reactive Powder Concrete,RPC）第59页，共80页，编辑于2022年，星期一RPCRPC的基本配制原理的基本配制原理n去除粒径大于1mm的粗骨料，以改善内部结构的均匀性；n优选与活性组分相容性良好的减水剂，以减低水胶比；n优化整体活性组分的级配，选用超细掺合料部分代替硅灰；第60页，共80页，编辑于2022
26、年，星期一RPC的基本配制原理n在成型过程中施加压力，以提高内部结构的密实度；n掺入细短钢纤维，以提高韧性和体积稳定性；n通过热养护来加速活性粉末的水化反应和改善微观结构，促进细骨料与活性粉末的反应，改善界面的粘结力。第61页，共80页，编辑于2022年，星期一RPC的工程实例n 北京市五环路石景山转体斜拉桥隔离带，采用了形状尺寸为2000mm1200mm60mm的无配筋RPC空心板，板内有直径为40mm的圆孔可切、可锯。材料的抗压强度140Mpa、抗折强度14MPa。n 我国的青藏铁路多年冻土区桥梁上也已采用了RPC材料开发出的新型人行道体系。第62页，共80页，编辑于2022年，星期一n南
27、京地铁二号线仙林景观大道采用RPC做做整体声屏障单元板，代替传统的ALC板作为桥梁护拦板，承受上部荷载并将荷载传递给桥梁翼缘板的作用，使用RPC近2000m3，制作4736块单元板。第63页，共80页，编辑于2022年，星期一第64页，共80页，编辑于2022年，星期一第65页，共80页，编辑于2022年，星期一第66页，共80页，编辑于2022年，星期一工程水泥基复合材料ECCn20世纪90年代：V.C.Li,n Engineered Cementitious Composite简称ECCn直接搅拌n优点：高延性高延性/高韧性高韧性/自流平特征自流平特征/易于易于制备制备/第67页，共80页
28、，编辑于2022年，星期一第68页，共80页，编辑于2022年，星期一高延性高延性ECC-工程水泥基复合材料工程水泥基复合材料混凝土混凝土第69页，共80页，编辑于2022年，星期一超高性能超高性能nPVAPVA纤维体积率纤维体积率V Vf f为为2%2%，实现，实现多缝开裂与应变硬化多缝开裂与应变硬化；n裂缝宽度在裂缝宽度在100um100um左右左右，裂缝间距裂缝间距2mm2mm；n极限拉伸应变可达极限拉伸应变可达3%3%,具有高的延性与韧性。具有高的延性与韧性。第70页，共80页，编辑于2022年，星期一具有自流平特征具有自流平特征第71页，共80页，编辑于2022年，星期一裂而不散的破
29、坏形态裂而不散的破坏形态Vf=0.5%Vf=1.0%Vf=2.0%第72页，共80页，编辑于2022年，星期一实现多缝开裂实现多缝开裂第73页，共80页，编辑于2022年，星期一日本横滨日本横滨41层高层大厦层高层大厦第74页，共80页，编辑于2022年，星期一挤压挤压ECC结构构件结构构件 第75页，共80页，编辑于2022年，星期一nECC国内尚未有工程应用的实例，目前东南大学、清华大学、大连理工大学等单位组织ECC项目团队深入研究ECC的相关技术与指标性能。第76页，共80页，编辑于2022年，星期一混凝土容易生的“病病”n地下室墙板每隔23m一条自上而下的浅表或贯穿性裂缝，产生渗漏现象n20h以上甚至几天时间超缓凝，混凝土不硬化，拆模不当会造成混凝土坍塌等n运达现场的混凝土严重离析第77页，共80页，编辑于2022年，星期一n 混凝土硬化后出现斑斑点点的白色斑块，过一段时间斑块的部位混凝土崩裂下来。n道路、地坪、停车场等严重起灰n运达现场的混凝土入泵坍落度正常，出泵到工作面上完全丧失流动性第78页，共80页，编辑于2022年，星期一王铁梦王铁梦的话：普通混凝土好好打！第79页，共80页，编辑于2022年，星期一 不不 足足 之之 处处 敬敬 请请 指指 正正 ！第80页，共80页，编辑于2022年，星期一