1、2 混凝土概述和组成材料.ppt

《1、2 混凝土概述和组成材料.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1、2 混凝土概述和组成材料.ppt（98页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、4 混 凝 土Concrete本章主要内容 介绍各种水泥混凝土的组成、结构与性能及混凝土的配合比设计方法和应用。v普通混凝土普通混凝土普通混凝土组成材料及其基本要求普通混凝土组成材料及其基本要求 混凝土外加剂混凝土外加剂 普通混凝土拌和物的性质普通混凝土拌和物的性质 普通混凝土结构及性质普通混凝土结构及性质 混凝土的质量评定混凝土的质量评定 普通混凝土配合比设计普通混凝土配合比设计 v其它混凝土其它混凝土 混凝土概述一、定义 混凝土是由胶凝材料、骨料和水按一定比例配合，通过一定的工艺成型、凝结硬化而成的复合材料。胶结料：无机胶凝材料、有机胶凝材料或二者 的复合。水泥混凝土，通常称为普通混凝土（

2、简称混凝土），是由水泥浆胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材砼。二、混凝土的种类v根据表观密度0：普通混凝土 (2400kg/m3)；轻混凝土 (1950kg/m3)；重混凝土 (2600kg/m3)。v根据用途(功能)：普通混凝土；道路混凝土；防水混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土；防辐射混凝土；膨胀混凝土；装饰混凝土等。v根据特性与施工方法：商品混凝土泵送混凝土喷射混凝土碾压混凝土挤压混凝土压力灌浆混凝土预应力混凝土离心混凝土等。混凝土v根据胶凝材料：水泥混凝土石膏混凝土水玻璃混凝土沥青混凝土聚合物混凝土v根据强度等级：低强度混凝土中强度混凝土高强度混凝土超高强混凝土混凝土在土木工程中的重要性

3、v混凝土是用量最大的结构材料，目前每年世界混凝土消耗量约为110亿吨，是钢材消耗量的10倍以上，我国混凝土产量占全世界的3040；v混凝土是应用最广的结构材料，可用于桥梁、隧道、道路、水利、房屋建筑等工程；Itaipu DamSports Palace in Rome钢丝网砂浆罗马万神殿基础、墙和穹顶都是用火山灰石灰混凝土浇筑而成 三、混凝土的特点优点v耐久性好；v原材料来源丰富，价格低廉，维护费用少，经济性好；v新拌混凝土具有很好的流动性，容易成型为任意形状和尺寸的构件，可塑性好；v生产能耗较低，可利用工业废料，环保性好；v可与钢材复合使用，强度高，安全性好。v耐水、耐火缺点v性脆易裂，抗拉

4、强度低；v自重大，养护期长，体积不稳定（随环境改变）。混凝土是复杂的、随机性的材料Concrete is a Complex and Random Materialsv其微结构由非均质的三相（固液气）组成；v其微结构不是静止的，而是随时间不断变化；新生成的水化物可以填充微裂缝，有自愈性(Heal)；v与其它材料不同，它是使用前才在工程现场或就近生产的。五、土木工程对混凝土的基本要求 v满足混凝土施工所要求的和易性，以方便施工，硬化后能得到均匀密实的混凝土；v满足混凝土结构设计的强度要求，以保证构筑物能安全地承受各种设计荷载；v具有与工程环境相适应的耐久性，以保证构筑物在所处环境中服役寿命；v满

5、足业主或施工单位渴望的经济性要求；v满足可持续发展所必需的生态性要求。六、混凝土理论与技术的历史 v1824年，普通混凝土问世；v1867年，钢筋混凝土理论；v1916年，混凝土强度的水灰比理论；v1925年，水灰比学说和恒定用水量法则；v1928年，混凝土的收缩与徐变理论，预应力技术；v20世纪中叶，混凝土减水剂等外加剂技术；v20世纪90年代，高性能混凝土的概念与技术；v21世纪，向高性能、高强度、复合等方向发展。混凝土材料工业的可持续发展Sustainable Development of Concrete Industry1)原材料资源的保护及再生利用；减少耗能大、污染环境的硅酸盐水泥

6、消耗量，多利用工业废料绿色化；2)推进混凝土科学技术的发展，改善混凝土结构物的耐久性。普 通 混 凝 土三 问？v混凝土的组成与结构是什么(What)？v混凝土具有哪些性能(Which)？v如何制备和使用混凝土(How)?4.1 普通混凝土的组成与结构一、普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨 料新拌混凝土100%体积6075%715%2540%1421%2128%3942%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂 为了改善或提高混凝土的性能混凝土的组成材料v传统混凝土包括水泥、粗、细骨料、水4大组分。v20世纪70年代受日本和西德应用外加剂的影响，我国开始进行外加剂的开发研究，并以减水剂为主。到199

7、8年各种高效减水剂总产量达l935万t。由于混凝土外加剂能使混凝土性能和功能得到显著的改善和提高，因此，被人们称为混凝土的第5组分，亦被认为是混凝土工艺和应用技术继19世纪中叶和20世纪初的钢筋混凝土、预应力混凝土之后的第三大突破。v为了调节和改善水泥的性能，增加水泥产量，降低生产成本，综合利用工业废渣，在磨制水泥时基本上都要加入一定比例的天然或人工无机矿物质材料，这些无机矿物质材料在水泥工业中称为混合材。近年来，在混凝土配制时，常直接用磨细的无机矿物质材料取代部分水泥，称为掺合料，使其成为混凝土的一个组分，成为混凝土的第6组分。20世纪9o年代以来，我国对第6组分开展了广泛研究。各组成材料的

8、作用（2）骨料v廉价的填充材料，廉价的填充材料，节省水泥用量节省水泥用量v混凝土的混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展v传力作用传力作用v降低水化热降低水化热v提供耐磨性提供耐磨性（1）水泥浆v润滑作用润滑作用与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。v胶结作用胶结作用包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结硬 化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体。化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体。各组成材料的作用（3）水v混凝土中的拌和水有两个作用混凝土中的拌和水有两个作用供水泥的水化反应供水泥的水化

9、反应赋予混凝土的和易性赋予混凝土的和易性v剩余水留在混凝土的孔（空）隙中剩余水留在混凝土的孔（空）隙中使混凝土中产生孔隙使混凝土中产生孔隙对防止塑性收缩裂缝对防止塑性收缩裂缝有利有利对渗透性、强度和耐久性对渗透性、强度和耐久性不利不利各组成材料的作用（4）外加剂v化学外加剂：改善混凝土的性能化学外加剂：改善混凝土的性能缓凝剂缓凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；使水泥浆凝结硬化速度减慢；促凝剂促凝剂 使水泥浆凝结硬化速度减慢；使水泥浆凝结硬化速度减慢；减水剂减水剂减少拌和需水量；减少拌和需水量；引气剂引气剂在混凝土中引起封闭气孔；在混凝土中引起封闭气孔；v矿物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能矿

10、物掺合料：减少水泥用量，改善混凝土性能粉煤灰粉煤灰硅灰硅灰矿渣矿渣二、硬化混凝土的结构 宏观上，混凝土是一个砂、石颗粒状骨料分布在水泥石中形成的复合结构，主要由三相构成：v砂、石骨料是混凝土的骨架分散相；v水泥石是混凝土的基体相连续相；v骨料与水泥石间的过渡区界面相。混凝土的宏观结构粗骨料细骨料水泥石过渡区1.混凝土的结构特点v多物相、多孔性复合体 水泥石与砂石骨料均是多物相、多孔性材料v固体颗粒堆聚体 混凝土结构是一个各种尺寸的颗粒堆聚体，砂石颗粒堆积成骨架，水化物与水泥颗粒堆积成水泥石v复杂与非匀质性骨料种类不一，形状与尺寸不等，分布不均；水泥石组成与结构不均；薄弱过渡区(厚度约1050m

11、)的存在v非固定与可变性 水泥石和过渡区的组成与结构是随时间、温度与湿度环境不断变化着的。水泥石含有晶体和非晶体的水化物、未水化水泥颗粒、各种孔隙和水；砂石骨料含有各种岩石矿物和孔隙界面也含有水泥水化物和孔隙粗骨料堆积的孔隙由细骨料来填充；细骨料堆积的孔隙由水化物和水泥颗粒、矿物掺和料粉末颗粒来填充；由此形成一个固体颗粒密堆聚体结构。2.理想的混凝土结构 v密实较大颗粒堆聚所留下的孔隙由较细颗粒填充，较细颗粒堆聚所留下的孔隙由更细颗粒所填充;密实度最大或总孔隙率最小时，固体颗粒的总比表面积最小;界面致密。v均匀 各种物相分布均匀均匀、密实的多物相堆积体3.影响混凝土结构的因素v骨料的种类与体积

12、含量碎石：表面粗糙、针片状多，需浆量大，界面粘结好；卵石(砾石)：表面光滑、针片状少，需浆量小，但界面粘结差。v骨料的粒径与级配v水泥用量v水灰比v施工工艺v养护条件总结 v普通混凝土由水泥、砂、石和水组成，为了改善性能，可添加化学外加剂与矿物掺合料；砂石构成混凝土的骨架，传递应力，限制变形；水泥与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土流动性，硬化后将骨料颗粒胶结成整体；v混凝土微结构是由骨料相、水泥石相和界面过渡区相构成的复杂结构；v结构特点有多物相、多孔性的堆积体复杂而不均匀非固定而多变v混凝土的理想结构均匀、密实的堆积体 4.2 普通混凝土的组成材料 一、骨料v经济上：在不影响混凝土性能的条件下，

13、在混凝土中尽可能多地加入骨料，以降低混凝土的成本；v骨料可提供混凝土很好的稳定性和比水泥石更好的耐久性。1、骨料的种类v按照骨料粒径粗骨料：粒径大于4.75mm的岩石颗粒，如卵石、碎石细骨料：粒径小于4.75mm的岩石颗粒，如河砂、山砂、海砂v按照骨料的密度普通骨料：堆积密度在15201680kg/m3的骨料 密度在25002700kg/m3轻骨料：堆积密度1120kg/m3的骨料 密度在1000kg/m3重骨料：堆积密度2080kg/m3的骨料 密度在35004000kg/m3 如陶粒、煅烧页岩、膨胀蛭石、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。如铁矿石、重晶石等。碎 石卵 石骨料的种类普通骨料轻骨料重

14、骨料骨料的分类骨料的种类按照骨料来源分为：v天然岩石骨料：由天然岩石组成的骨料，如砂、卵石、碎石等。v按照岩石的主要成分分为：氧化硅矿物、碳酸盐矿物、氧化铁矿物、硫化物矿物、粘土矿物等。v人工骨料：热加工骨料：膨胀页岩、膨胀蛭石等；工业副产物：矿渣、铁渣、粉渣等；v再生骨料：破碎混凝土、破碎粘土砖等。2.混凝土中骨料的基本要求 v具有良好的颗粒级配，使堆积空隙率小，颗粒总比表面积较小，以减少水泥浆用量；v骨料颗粒表面干净，以保证与水泥浆有良好的粘结力；v含有害杂质少，不得含有影响水泥凝结硬化和后期混凝土耐久性的成分；v具有足够的强度和坚固性，以保证起到骨架和传力作用。骨料用量对混凝土与净浆收缩

15、比的影响骨料用量对混凝土与净浆收缩比的影响3、骨料的特性及对混凝土性能的影响v骨料的含水状态v骨料的密度v骨料的粒径与级配v骨料的孔隙率v骨料的形状v骨料的表面特征v骨料的弹性模量v骨料的强度v骨料的坚固性v骨料的硬度混凝土配合比设计所要求影响新拌混凝土性能影响硬化混凝土性能(1)骨料的密度、表观密度与堆积密度 v密度测量 可用“排液法”直接测量砂、石骨料颗粒的密度。直接测得的密度实际是骨料的表观密度，但由于砂、石的孔隙率小，将此法测得的密度为视密度密度。大多数天然骨料的视密度为2.43.0。v堆积密度测量 砂、石的堆积密度一般用固定体积法测量；砂用5升的体积的质量确定；石用10升体积的质量确

16、定。骨料堆积密度取决于颗粒粒径与级配 天然岩石的密度岩石种类平均密度密度范围玄武岩(Basalt)2.802.603.0花岗岩(Granite)2.692.603.0砂岩(Gritstone)2.692.602.9角页岩(Hornfels)2.822.703.0石灰岩(Limestone)2.662.52.8斑岩(Porphyry)2.732.602.9石英岩(Quartzite)2.622.62.7(2)骨料的粒径及其分布v骨料粒径及其分布粗骨料：最大粒径与颗粒级配；细骨料：细度模数与颗粒级配。v骨料粒径与颗粒级配影响骨料堆积孔隙颗粒级配合理可减少堆积孔隙；单一粒径越大，堆积孔隙越多。v粒径

17、及其分布影响的混凝土性能混凝土的用水量；混凝土的水泥用量；新拌混凝土的和易性混凝土的微裂缝骨料粒径越大，堆积的空隙越多关于骨料粒径及其分布的几个基本概念v颗粒级配 指的是大小粒径的骨料颗粒的互相搭配的比例情况不同粒径颗粒的分布。v粗细程度 指的是不同粒径细骨料混合在一起的总体粗细程度平均粒径大小。v最大粒径 指的是粗骨料公称粒级的上限允许最大值。1）砂子的颗粒级配与粗细程度v细度模数Mx细度模数表征砂的粗细程度，由筛分法测定。细度模数越大，骨料越粗，根据细度模数将砂分为：细砂（2.21.6）；中砂（3.02.3）；粗砂（3.73.1）。v级配曲线级配曲线表示不同粒径砂的颗粒搭配情况；根据级配曲

18、线分为三个区：、；级配间接反映了砂颗粒的堆积密度。砂颗粒级配与细度模数的测定v筛分法砂子标准筛：9.50 4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15mm 共七个孔径的筛。方法：将500g烘干的砂子试洋由粗到细一次过筛，然后称出余留在各个筛上的砂子质量。计算：各个筛上的余量为分计筛余ai，各个筛及以上筛上的分计筛余的和为累计筛余Ai。则：累计筛余Ai=ai （i=1i）u颗粒级配 然后用Ai作纵坐标，筛孔尺寸作横坐标，绘制级配曲线或级配区表4.5。u计算细度模数 Mx=(A2+A3+A4+A5+A6)-5A1/(100A1)砂的级配曲线区砂：较粗，宜配制富混凝土或低流动性混凝土；

19、区砂：偏细，可使拌含物均匀稳定性好，但干缩大；区砂：粗细适中，拌制混凝土较为理想。问题？v砂的颗粒级配区与细度模数的意义相同吗？为什么？答：不相同。颗粒级配区不能区别砂子的粗细程度的差别。v细度模数相同，级配相同吗？级配相同，细度模数相同吗？答：细度模数相同，级配不一定相同；但级配相同，细度模数一定相同。2 2）石子的颗粒级配与最大粒径v颗粒级配：筛分法测定。连续级配 要求颗粒尺寸由大到小连续分级，每一级骨料都占有适当比例，这种级配较好；间断级配 是人为地剔除骨料中的某些粒级，造成粒级间断，大粒径骨料间的空隙由比其小几倍的小粒径颗粒填充，从而降低堆积空隙率。v最大粒径：一般不超过40mm。在条

20、件允许的情况下，粗骨料的最大粒径应尽可能选得大些，可节约水泥。但过大混凝土和易性变差，易产生离析。最大粒径的确定还受到结构截面尺寸、钢筋净距及施工条件的限制（见书32页）。（3 3）骨料的形状与表面特征v骨料的形状 骨料颗粒的外观几何形状，对于粗骨料有：等径颗粒球形体颗粒：没有菱角和边；多面体颗粒：有菱角和边。针状颗粒 长度大于颗粒所属的平均粒径的2.4倍；片状颗粒 厚度小于平均粒径的0.4倍。v骨料的表面特征表面粗糙程度；是否有菱角；干净程度等。等径颗粒骨料针片状骨料颗粒针片状球状表面特征与形状对混凝土性能的有何影响？v表面粗糙和针片状颗粒需要更多的水泥浆 影响混凝土的成本。v表面光滑且等径

21、颗粒易于流动，而粗糙且针片状颗粒不易流动影响新拌混凝土的和易性。v粗糙表面骨料与水泥浆的界面结合力较大 影响混凝土中界面区的结合力。v影响混凝土的强度骨料表面越粗糙，与水泥浆接触面越大，混凝土强度越高；针片状骨料使混凝土强度低于圆形骨料；大粒径骨料使混凝土强度低于小粒径骨料骨料对混凝土强度的影响抗压强度（MPa)骨料最大粒径（mm）对于富水泥浆的混凝土：小粒径骨料可使混凝土强度较高；大粒径可使混凝土强度较低。对于贫水泥浆的混凝土：大粒径骨料使混凝土强度较高；小粒径骨料使混凝土强度较低；骨料对混凝土强度的影响抗压强度（psi)骨料最大粒径（in）水灰比越小，骨料粒径对混凝土强度的影响越明显：混凝

22、土强度随骨料粒径的增大而降低（4）骨料的含水状态 v骨料含水有四种状态：完全干燥 骨料表面及内部完全不含水；气干 骨料表面完全不含水，而内部可能含少量水；饱和面干 骨料的表面干燥而颗粒内部的孔隙含水饱和，此时的含水率为饱和面干吸水率。含水湿润 骨料表面吸附水且湿润。含水状态：完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润含水量：不含水 有效含水量 有效含水量 有效含水量 完全干燥 气 干 饱和面干 含水湿润骨料含水量的影响v骨料的含水率以骨料的干质量为基数计算。v计算混凝土配合比时，应扣除骨料所含的水。v骨料在饱和面干状态时，既不会从混凝土中吸水，也不会给出水。所含的水对混凝土无有害作用。v湿润状态下的

23、自由水将成为混凝土拌和水的一部分，影响混凝土的和易性、强度和耐磨性。（5）骨料的有害杂质v有害杂质的种类：粘土、泥块、云母；硫酸盐、硫化物、有机质；活性SiO2；针片状颗粒等。v有害杂质的危害：影响水泥的水化、腐蚀水泥石；影响混凝土的和易性影响混凝土的强度与耐磨性；增大混凝土的收缩；引起碱骨料反应等。含泥量很大的骨料碱骨料反应v定义：骨料中的活性SiO2与水泥中的Na、K等碱金属离子间的形成碱硅酸盐凝胶的化学反应；v危害：在骨料与水泥石的界面产生的碱硅酸盐凝胶吸水后体积膨胀，导致水泥石开裂；v原因：水泥中的含碱(Na2O、K2O)量0.6%骨料中含有活性SiO2；v检验方法：砂浆棒法，膨胀率0

24、.10%。碱硅酸盐凝胶（6）骨料的坚固性与强度v骨料的坚固性 骨料不因干湿循环或冻融循环等气候变化而产生体积变化导致混凝土的劣化。骨料的坚固性取决于孔隙率、裂缝和杂质。粗骨料的强度对混凝土强度有一定影响，要求骨料强度是混凝土配制强度的1.5倍。1）砂子的坚固性v定义：砂在气候、环境变化或其它物理因素作用下抵抗碎裂的能力。v测试方法：用硫酸钠溶液浸泡检验，试样经5次循环后其质量损失率作为其评价指标。v测试原理：硫酸钠(NaSO4 10H2O)在砂的孔隙中结晶时将产生体积膨胀，使砂内部产生作用于孔壁的应力，如坚固性不好将会使砂碎裂。2）石子的强度与坚固性v粗骨料强度（教材33页表4.8、表4.9）

25、碎石：抗压强度（采石场、C60）、压碎指标值卵石：压碎指标值立方体强度立方体强度 用用50 50 50mm3的立方体的立方体(或或 50 50 mm的圆柱体的圆柱体)岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度。岩石试件，吸水饱和后测定的试件抗压强度。压碎指标压碎指标 将气干状态下将气干状态下1020mm的石子，按一定方法的石子，按一定方法装入特制的圆柱筒内，在装入特制的圆柱筒内，在160300s内加荷至内加荷至200kN，卸荷卸荷后称取试样质量（后称取试样质量（G），），然后用孔径为然后用孔径为2.5mm的筛进行筛的筛进行筛分，称取试样的筛余量（分，称取试样的筛余量（G1）。压碎指标压碎指标=(G

26、-G1)/G 100%v坚固性坚固性 可直接用冻融循环或硫酸盐溶液进行快速检验石子的坚固可直接用冻融循环或硫酸盐溶液进行快速检验石子的坚固性。性。PP骨料颗粒压碎强度试验示意图 1.5倍倍（1.2 1.7）混凝土强度混凝土强度一些岩石的弹性模量与泊松比岩石种类 弹性模量(GPa)泊松比()花岗岩 6.0 60.0 0.11 0.23 闪长岩 60.080.0 0.25辉绿岩 70.0110.0 砂 岩 6.0 25.0 0.07 0.22凝灰岩 2.0 20.0 0.11石灰岩 30.040.0 0.19 0.27大理岩 50.080.0 0.25 0.58一些岩石的线膨胀系数岩石种类 线膨胀

27、系数(106/C)花岗岩 5 11.9闪长岩 4.110.3辉绿岩 3.67.0 砂 岩 8 12.0石灰岩 4 12大理岩 5 9.0石英岩 114.混凝土用砂的技术要求 v混凝土用砂的级配曲线一般应在区，以中砂为宜。v有害杂质含量 符合国家标准(GB/T14684-2001)的要求。v坚固性 质量损失率 8%10%。v表观密度应大于2500kg/m3，堆积密度应大于1350kg/m3,空隙率应小于47。v经碱-骨料反应检验后，应无裂缝、酥裂、胶体外溢等现象。5.混凝土用石子的技术要求 v最大粒径最大粒径Dmax要求：要求：中等强度的混凝土的最大粒径应中等强度的混凝土的最大粒径应 40mm；

28、高等级混凝土应高等级混凝土应 25mm。对于钢筋混凝土，对于钢筋混凝土，Dmax 结构断面尺寸的结构断面尺寸的1/4、板厚的、板厚的1/2，或钢筋间最小净距的，或钢筋间最小净距的3/4。v岩石强度与混凝土设计强度等级之比不应小于岩石强度与混凝土设计强度等级之比不应小于150%；v颗粒级配颗粒级配 符合符合JGJ53-92规定。规定。v有害杂质含量有害杂质含量 应符合表应符合表4-4的规定的规定 骨料最大粒径骨料最大粒径(Dmax)混凝土类型混凝土类型 Dmax(mm)大坝混凝土大坝混凝土 150普通混凝土普通混凝土 40高强混凝土高强混凝土 25（碎石）（碎石）15（卵石）（卵石）活性粉末混凝

29、土活性粉末混凝土 0.6二、水泥 v水泥品种的选择工程性质及所处的环境；施工条件；混凝土的强度等级。v水泥强度等级：为混凝土强度的1.52倍。C30（32.5）C30(42.5)用高强度等级水泥配制低强度等级混凝土，虽然满足强度要求的水泥用量少，但难以满足混凝土的和易性和耐久性的要求，不可取。若用低强度等级水泥配制高强度等级混凝土，满足强度要求的水灰比会很小，其和易性难以满足施工要求，也不可取。三、水 v一般河水、可饮用水，均可用来配制混凝土；vpH4及硫酸盐含量（SO3）超过1%的水不能用于配制混凝土；v海水不允许用来配制钢筋混凝土；v含有对水泥水化有害的有机杂质的水不能用来拌制混凝土。v工

30、业废水：需处理检验合格后才可使用。四、混凝土外加剂v外加剂在混凝土中加入除四种主要组分以外的其它外加材料。v种类化学外加剂和矿物外加剂：矿物外加剂：掺加量在水泥质量5%以上的称为掺和料；化学外加剂：掺加量在水泥质量5%以下的称为外加剂。学习要求掌握外加剂的重要种类；物理化学特征；作用机理；应用及其负作用。为什么要使用外加剂？v单纯依靠调节水、水泥和骨料用量，难以解决下列技术问题用水量与良好和易性间的矛盾；施工操作对凝结时间、放热速度、强度增长的要求；耐久性对低连通孔隙率的要求。v外加剂是解决上述问题，改善混凝土性能，以满足工程特殊要求的重要技术途径；v现在有7080以上的混凝土使用了外加剂；外

31、加剂的作用 改善混凝土拌合物的和易性；加快或延缓凝结时间；控制强度增长；提高抗冻融、热开裂、碱骨料膨胀、硫酸盐侵蚀和钢筋锈蚀等作用下的耐久性；节约水泥用量，降低成本；减少放热速度，控制温升。1.化学外加剂种类：v按照组成有：有机质和无机质外加剂有机质表面活性物质无机质电解质盐类化合物v按照功能有：改善和易性：减水剂、泵送剂、引气剂等；调节凝结时间：速凝剂、缓凝剂、早强剂等；减少塑性收缩：减缩剂、膨胀剂等；提高耐久性：引气剂、阻锈剂、防水剂等；其它：防冻剂、泡沫剂、消泡剂等。混凝土外加剂的发展 1885 氯化钙(促凝剂)的专利 1925 水密性外加剂 1930 铝 粉(发泡剂)1932 萘磺酸甲

32、醛缩合物(减水剂)1938 引气剂 1938 早强剂与缓凝剂 1939 木质磺酸盐(减水剂)1950 消泡剂 1955 冰点降低剂 1960 密胺树脂(减水剂)1993 聚丙烯酸(减水剂)1997 聚羧酸脂(减水剂)(1)减水剂 Water Reducersv减水剂功能上能在和易性不变时，减少单位用水量；或在单位用水量不变时，能改善和易性；或二者都具备又不改变含气量的外加剂。v组成特点：碳氢分子链上带有亲水性离子基团的表面活性物质。v种类：减水效果l普通减水剂(也称塑化剂，Plasticiser)；l高效减水剂(也称超塑化剂，Superplasticiser)。复合功能l早强减水剂；l缓凝减水

33、剂；l引气减水剂。1)减水剂的组成与分子结构特点 v减水剂都是表面活性剂，分子结构中含有亲水的离子基团和碳氢分子链，其中：离子基团是酸根离子或氨基，如：SO3-、COO-、NH 3+等；碳氢分子链，带有羟基，如：烷烃基、芳香烃基等。v其结构如下图所示：阴离子基团碳氢链木质素磺酸盐的重复结构单元2)减水剂的物理化学特征v可溶于水，能显著降低水的表面张力；v能吸附在固体表面，并在固体表面定向排列，形成表面吸附分子层，降低水固界面张力。3)减水剂的作用效果 通过湿润、润滑、分散、塑化等作用，能使水泥浆变稀、混凝土拌和流动性增大，从而，取得下列效果：在保持用水量不变的条件下，增大坍落度，改善和易性，使

34、混凝土易于浇注、成型密实；在保持坍落度不变的条件下，减少用水量，降低水灰比(水胶比)，提高混凝土强度和抗渗性；在保持混凝土强度和和易性，在减少用水量的同时减少水泥用量。坍坍落落度度(i in nc ch h)减水剂掺量减水剂掺量(水泥质量的水泥质量的)减水剂对混凝土拌合物坍落度的影响 当水灰比一定时，混凝土拌合物的坍落度随着减水剂掺量的增加而增大水水灰灰比比减水剂掺量减水剂掺量(水泥质量的水泥质量的)减水剂掺量对水灰比的影响 当坍落度恒定时，新拌混凝土的水灰比随着减水剂掺量的增加而减小4)减水剂的作用机理v当没有减水剂时，水泥加水后，不能获得均匀分散体系，由于下列原因而产生絮凝结构，使得部分拌

35、合水包含其中，不能贡献给水泥浆的流动性：水具有高表面张力(氢键分子结构)水泥颗粒边、角和表面正负电荷间的相互吸力v当减水剂加入到水泥浆中，吸附在水泥颗粒表面，离子基团朝向水，使水泥颗粒表面带有几毫伏的负电荷，引起水泥颗粒相互排斥，打破了絮凝结构，释放其包含的水，改善分散性静电排斥作用；v由于减水剂碳氢分子链上的极性基吸附水，形成吸附层包裹在水泥颗粒表面，产生空间位阻效应，阻碍水泥颗粒的紧密接触，阻止絮凝结构的形成。加减水剂前的絮凝结构减水剂分子在水泥颗粒表面的吸附加入减水剂后，絮凝结构被打破减水剂分散水泥的机理 加减水剂前 加减水剂后絮 凝分 散没加减水剂的水泥浆加减水剂后的水泥浆5)减水剂的

36、品种及其应用v普通减水剂v高效减水剂普通减水剂 Water-reducerv特点：一般含有杂质；减水率较小，约10%；有一些副作用；v主要品种木质素磺酸盐(木钙，)副作用：引进气泡多而大羟基羧酸及其盐(如柠檬酸、葡萄糖酸钠等)副作用：缓凝作用明显，有引气剂时会增大拌合物含气量多元醇(如糖钙等)；副作用：缓凝但不影响含气量高效减水剂 High-range Water-reducerv特点：具有较高的分子量，纯度较高；减水效率高，在掺量较小的条件下，可取得高效；副作用小。v种类：改性木质素磺酸盐，较高分子量的纯木质素盐；磺化密胺缩合树脂，一般是钠盐；磺化萘甲醛缩合树脂，一般也是萘磺酸钠盐；含有羧基

37、和/或醚基的聚合物，如聚丙烯酸钠、聚羧酸酯，聚醚等；高效减水剂的应用，成为混凝土技术发展里程一个重要的里程碑，应用它可以配制出流动性满足施工需要且水灰比低，因此强度很高的高强混凝土、可以自行流动成型密实的自密实混凝土，以及充分满足不同工程特定性能需要和匀质性良好的高性能混凝土。减水剂的技术经济效果v在保持用水量不变的情况下，使拌和物的坍落度增大100200mm；v在保持坍落度不变的情况下，使用水量减少10%15%，抗压强度增加15%40%；v在保持坍落度和强度不变的情况下，可节约水泥10%15%；v混凝土的渗水性可降低40%80%；v可减慢水泥水化初期的放热速度，减少开裂现象。不同减水剂的减水

38、率木质磺酸盐 515%密胺树脂 525%萘磺酸盐甲醛缩合物 1525%聚丙烯酸盐 2030%聚羧酸脂 2540%减水剂使用中的几个注意的问题v减水剂水泥相容性问题v混凝土拌合物坍落度损失问题减水剂水泥的相容性与坍落度损失v相容性，过去称“适应性”，是指减水剂与水泥之间是否有不利于减水剂效率发挥的相互作用。v相容性好表现为减水率大、坍落度损失小，拌合物和易性良好。v一般来说，C3A含量高的水泥与高效减水剂的相容性较差；此外，用含碱量大、放热量大的水泥时，通常相容性较差。v相容性好坏可以用净浆流动度测定方法评价减水剂水泥的适应性 当水泥的C3A含量大于6%时，掺木质磺酸盐后反而会使混凝土的水灰比增

39、大。70年代以后，萘系和密胺两个系列的高效减水剂开始在国内外逐步推广应用。但其中最大的障碍就是掺有这类外加剂后，混凝土坍落度损失迅速，无法满足长途运送与长距离泵送工艺的要求。延缓坍落度损失的措施 后掺法与多次添加法；载体流化剂法；与缓凝剂复合使用；超剂量添加法；开发新系列高效减水剂。(2)引气剂v什么是引气剂？能在混凝土拌和物中产生许多均匀分布的微小气泡(孔径为0.012mm)，并在硬化后仍能稳定存在的外加剂。v组成特点：带有憎水基和亲水基的表面活性剂v物理化学特性：可溶于水；降低水的表面张力；能吸附在气泡表面，使之稳定。1)引气机理 v搅拌水可产生气泡，但很快消失，为什么？水的表面张力是气泡

40、不稳定！v水中加入引气剂后水的表面张力降低，在搅拌过程中将空气引入而产生许多气泡；通过吸附于气泡表面形成单分子膜，减小液气界面能(表面张力)，使气泡表面的液膜坚固不易破裂而稳定存在。亲水基团憎水基团气泡引气剂稳泡作用的机理2)引气剂的作用效果 v改善拌和物的和易性，减少用水量5%9%，改善保水性，减少泌水性；v混凝土的抗渗性提高50%，抗冻标号提高3倍；v降低混凝土的强度，引入1%的空气，可使强度下降56%；v增大变形性，降低弹性模量，提高抗裂性和抗冲击性。3)常用引气剂 v松香热聚物；v松香皂；v烷基苯磺酸钠；v脂肪酸硫酸钠；v烷基酚环氧乙烷缩合物等。其用量一般为水泥质量的(0.51.2)/

41、10000 问题？减水剂与引气剂均是表面活性剂，那么，减水剂是否可当引气剂用？为什么？答：不能！因为减水剂没有稳泡作用，减水剂分子中的碳氢链是极性，与水有较强的相互作用；而引气剂分子的碳氢链是非极性的，完全憎水！木质素磺酸盐的重复结构单元松香酸引气剂水泥相容性 当粉煤灰存在时，引气剂掺量要成倍增大，特别是粉煤灰掺量很大、粉煤灰含碳高以及混凝土干稠时尤其突出。因此，很有必要开发新品种引气剂。(3)调节混凝土凝结时间的外加剂v土木工程应用中，有时需调节混凝土的凝结时间。例如：隧道内衬、水下工程施工要求混凝土喷出后能迅速凝结；道路修补工程要求混凝土早期强度高，以便早日开放交通；冬天施工，要求混凝土强

42、度增长快，以免冻坏；大体积工程要求混凝土缓慢凝结，以免水化放热太快引起温度应力和变形开裂。调节凝结时间的外加剂种类v早强剂 早强剂能加速新拌混凝土凝固，提高混凝土早期强度，而对后期强度无显著影响的外加剂称为早强剂。v防冻剂 在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂，它能降低冰点，促使水泥水化放热反应，达到抵抗冰体膨胀的临界强度v速凝剂 能使水泥混凝土急速凝结硬化(15min内初凝，210min内终凝)的外加剂。v缓凝剂 能延缓水泥混凝土凝结硬化时间，并对后期强度无显著影响的外加剂主要成分有：氯化物：氯化钙、氯化钠；硫酸盐：石膏、硫酸钠；三乙醇胺以及复合早强剂。主要成分有：水溶性铝酸盐、纯碱、

43、碳酸钠，碱金属硅酸盐等。主要成分有：氯化物、亚硝酸盐、硝酸盐、碳酸盐等。主要成分：糖蜜、酒石酸、柠檬酸、硼酸盐、锌酸盐等。早强剂的作用机理v通过同离子效应，降低水泥水化物在水中的溶解度，促使水化物快速结晶沉淀；v形成结晶性很好、化学结合水量较大、且有一定膨胀性的不溶性复合盐水化物晶体，如氯铝酸钙、硫铝酸钙水化物，降低了孔隙率、加快了水泥浆结构的形成；v提高了水泥浆体的碱性，使水泥矿物的水化速度加快，如三乙醇胺；早强剂使用中需注意的哪些问题？速凝剂的作用机理v使水泥生产时掺入的起调凝作用的石膏分解，从而使C3A迅速水化；v速凝剂中的组分与硫酸钙反应生成能促进水泥水化的化合物；v水溶性的铝酸盐能迅

44、速促进水泥浆的凝结硬化。缓凝剂的作用机理 v缓凝剂分子吸附在水泥颗粒表面，屏蔽活性点，阻碍水泥的水化；v能产生多元酸根离子吸附在金属离子上，阻碍水泥水化物的结晶沉淀，从而延缓了水泥浆体结构的形成，使混凝土的凝结时间延缓几小时。缓凝剂对水泥浆凝结时间的影响2.矿物外加剂(掺合料)问题？混凝土中为什么要使用矿物外加剂或掺合料？v代替水泥，所以也称水泥代用材料v改善混凝土微结构，尤其是界面过渡区结构v改善混凝土性能，尤其是耐久性v保护生态环境，节约资源和能源主要矿物外加剂(掺合料)的种类v粉煤灰 煤粉在锅炉中燃烧后的灰份；v磨细矿渣 高炉炼铁排出的废渣，经粉磨后使用；v硅灰 生产硅铁合金排出的烟气冷

45、凝形成微细的粉末；v磨细石灰石粉 将石灰石骨料开采时的碎屑磨成粉末主要矿物外加剂(掺合料)的物理性质 性质 粉煤灰 磨细矿渣 硅粉 水泥 密度 2.1 2.9 2.2 3.15粒径(m)1150 3200 0.010.5 0.1100比表面积(m2/kg)350 400 15000 350氧化物 粉煤灰 磨细矿渣 硅粉 水泥 低钙 高钙SiO2 48 40 36 97 20Al2O3 27 18 9 2 5Fe2O3 9 8 1 0.1 4MgO 2 4 11 0.1 1CaO 3 20 40 64Na2O 1 0.2K2O 4 0.5主要矿物外加剂(掺合料)的化学组成粉煤灰的生产Fly As

46、h煤粉+-电收尘器锅炉炉底灰粉煤灰烟囱磨细高炉矿渣的生产铁水熔融矿渣高 炉水 池水淬烘干、粉磨球磨机加 密硅铁合金厂硅冶炼厂烟罩冷凝硅粉200300kg/m3500600kg/m3硅灰的生产矿物外加剂在混凝土中的作用v活性效应v填充效应不同养护条件下混凝土强度发展硅酸盐水泥水泥/矿渣水泥/粉煤灰水泥/粉煤灰水泥/矿渣硅酸盐水泥龄 期20 C标准养护标准养护现场同温度养护现场同温度养护硅粉的特性与应用v颗粒非常微细，在高效减水剂强烈的分散作用下，可填充水泥颗粒的间隙，从而进一步降低水胶比，提高强度和抗渗透性能；v由于会使拌合物粘聚性明显增大，并加剧自身收缩，通常限制掺量为10%以内；v由于表观密度小，运输时体积大、费用高，通常只用于等级很高的混凝土（100MPa）；v掺硅粉混凝土必须尽早开始湿养护，以避免开裂。