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1、混凝土工艺学混凝土工艺学第第1章章 混凝土概述混凝土概述你眼中的混你眼中的混凝土？凝土？构成了土木建筑工程结构的主体或框架，是承受荷载和气候环境侵蚀的主体2018年全球水泥年产量约40亿吨，混凝土年用量超过100亿立方米混凝土不就是和和泥吗？没有什么高深的技术，更没有科学可言仅中心主体基础的C40混凝土用量即达到36900m3，整栋建筑混凝土用量约24万方高强度、高耐久性、高流态、高泵送混凝土技术施工中混凝土一次泵送至492米高空新了世界纪录。上海环球金融中心对混凝土有什么要求对混凝土有什么要求？案例分享案例分享事件：重庆彩虹桥事件。1999年1月4日18时50分，30余名群众正行走于彩虹桥上
2、，另有22名驻綦武警战士进行训练，由西向东列队跑步至桥上约三分之二处时，整座大桥突然垮塌，桥上群众和武警战士全部坠人綦河中。14人生还，40人遇难死亡(其中18名武警战士、22名群众。工程质量很大程度上取决于材料的质量控制案例分享钢管混凝土问题主拱钢管内混凝土强度达不到设计要求。主拱钢管焊接问题质量达不到施工及验收规范规定的二级焊缝验收标准。设计问题设计粗糙，随意更改。桥梁管理不善吊杆锁锚问题主拱钢绞线锁锚方法错误。原因分析12345案例分享深圳海砂楼事件2013年，深圳曝出居民楼房楼板开裂、墙体裂缝等问题，每逢雨天渗水不止。根据市政府的调查结果显示，问题的根源就是建设时使用大量海砂。专家指出
3、，海沙含有氯离子(俗称氯盐)，使用海沙搅拌混凝土、浇灌建筑物，混凝土中的钢筋会慢慢被海沙渗透出来的盐分腐蚀氧化，造成建筑物强度、硬度及承受力下降，严重影响建筑物的使用寿命。海绵城市-透水材料如何解决透水性能与如何解决透水性能与力学性能相矛盾？力学性能相矛盾？这样拼房子混凝土3D打印3D打印对混凝土有什打印对混凝土有什么要求么要求？混凝土是混凝土是什什么？么？l工艺必须简单否则不能成为最大宗的土木工程材料：原材料来源广泛制作工艺简单混合、搅拌、成型比其他结构材料（钢材、木材）耐久混凝土是用最简单的工艺制作的最复杂的体系体系必然复杂：原材料不能提纯，成分波动原材料不能提纯，成分波动微微结结构构形形
4、成成的的环环境境和和时时间间的的依依赖赖性性对对温温度度、湿湿度度的的敏敏感感性性；水水化化不不断断进进行行造造成成动动态态的微结构，造成性能的不确定性的微结构，造成性能的不确定性性性能能随随微微结结构构的的发发展展而而发发展展微微结结构构的的不不确确知知性性水水泥泥水水化化形形成成复复杂杂的的凝凝胶胶，在在目目前前技技术水平下难以测定术水平下难以测定混凝土属于混沌体系（非线性体系），具有“蝴蝶效应”事物发展的结果对初始条件具有极为敏感的依赖性，初始条件极小的偏差将会引起结果的巨大差异。越是简单的工艺，越有管理和控制的难度；工业化、集约化是社会生产发展的趋势，促使了现代混凝土的发展。混凝土：以
5、胶凝材料、水和骨料等按适当比例配合拌制成拌和物，经硬化后得到的人工石材。混凝土砼水水砂砂水泥水泥石子石子外加剂外加剂一一、远古时代的混凝土远古时代的混凝土人类应用胶凝材料的四个阶段人类应用胶凝材料的四个阶段1.黏土胶结材料黏土是人类最先使用的天然胶结材料，将黏土用水拌合成泥，成型后用太阳晒干作为墙体材料。仰韶文化遗址龙山文化遗址2.石灰的开发利用利用经过煅烧所得的石膏或石灰来配制砌筑砂浆；人类通过煅烧主动发明建筑材料的开始；人类发现气硬性胶凝材料的起始。埃及胡夫金字塔3.从石灰胶凝材料的无机复合到有机复合黏土、砂、石制成灰土、二合土、三合土用于地坪、路面和建筑基础等方面。和少量糯米汁、桐油、红
6、糖、猪血等有机材料复合以提高强度、抗水性、韧性及耐久性。开始了人类气硬性胶材混凝土的开发与原始外加剂的利用三合土制作的棺椁甘肃省天水市秦安县境内距今5000年的大地湾遗址。地面含“硅酸钙”成分，相当于C10等级的混凝土大地湾人在打磨石器时，不断有碎石和粉末产生，为防止磨擦发热和钻孔时打滑，不断地往石器上加水和沙子-原始“混凝土”，并开始在建筑中利用。4.石灰火山灰胶凝体系的发明胶结材料均为天然形成，具有局限性12强度，尤其是早期发展缓慢古代混凝土的特点古代混凝土的特点耗费人力、物力巨大34耐久性优良二二、现代混凝土现代混凝土现代混凝土是自从1824年波特兰水泥获得专利之后迅速发展起来的。在近2
7、00年的发展历史中，经历了四个发展阶段。第一阶段第一阶段理论基础时代理论基础时代法郎波特用钢筋网造了一条小型水泥船：钢筋混凝土（RC）时代的开始英M.科伦首发了RC结构计算方法美D.A艾布拉姆斯建立了水灰比（W/C）强度公式1919瑞士鲍罗米提出了混凝土强度与水泥实际强度及W/C之间的关系。确立了混凝土强度增长与胶空比的关系，即已水化水泥浆体积与已水化水泥浆体积加毛细孔体积加气孔体积之和的比值18871930第二阶段第二阶段预应力和干硬性混凝土时代预应力和干硬性混凝土时代1928法E.弗列辛涅提出了混凝土收缩和徐变理论，制备了机械预应力混凝土。20年后，前苏联通过与钢筋粘结力和末端锚固张拉钢筋
8、而产生预应力，化学预应力混凝土1940日吉田德次郎配制了W/C100Mpa的成果。但后来逐步认识到，配制50Mpa干硬性混凝土十分困难，并很不经济美国发明了振动器。从此高标号混凝土飞速发展。前苏联根据W/C理论开发了干硬性混凝土，并研制了许多高效重型设备第三阶段第三阶段干硬性混凝土向流动性混凝土转变时代干硬性混凝土向流动性混凝土转变时代美E.W斯克里彻取得了用亚硫酸盐纸浆废液改善混凝土和易性，提高强度和耐久性的专利，拉开了现代外加剂之幕1913美柯尼尔.开设计出曲轴机构传动的立式缸混凝土泵，并取得专利。1932年荷兰库依曼将立式缸改为卧式缸，制造了库依曼型混凝土泵保尔提出了可泵性问题。现在采用
9、的是按宾汉姆流体特征表达。1936日服部健一等将萘磺酸甲醛高缩合物用于混凝土分散剂。1963年前联帮德国研制成功三聚氰氨磺酸盐甲醛缩聚物。上述减水剂减水率高达20%30%，前联邦德国首先用三聚氰胺“研制成功坍落度1822的流态混凝土。标示了流动性混凝土时代的开始。1962第四阶段第四阶段高强混凝土应用，高性能混凝土推广高强混凝土应用，高性能混凝土推广HSC的强度低限，将随着研究工作的不断深化而逐步提高。目前抗压强度60Mpa通常被认为是HSC。HSC的技术发展经过三个阶段01没有减水剂前，靠低W/C、振动加压和高温养护制备02以高效减水剂为主，采用矿物质细粉料和高效减水剂双掺03以普通工艺制备
10、高性能混凝土第四阶段第四阶段高强混凝土应用，高性能混凝土推广高强混凝土应用，高性能混凝土推广三、三、混凝土的优缺点混凝土的优缺点（一）优点（一）优点u有较高的有较高的抗压强度及耐久性抗压强度及耐久性，而且可以通过，而且可以通过改变配合比改变配合比得得到性能不同的混凝土，以满足不同工程的要求。到性能不同的混凝土，以满足不同工程的要求。u混凝土拌和物有混凝土拌和物有良好的塑性良好的塑性，容易浇筑成各种形状、尺寸，容易浇筑成各种形状、尺寸的结构或构件。的结构或构件。u混凝土混凝土与钢筋有牢固的结合力与钢筋有牢固的结合力，可以做成钢筋混凝土结构。，可以做成钢筋混凝土结构。u拌制混凝土的拌制混凝土的砂石
11、材料价格较低砂石材料价格较低，而且可以就地取材，而且可以就地取材，比比较经济较经济。混凝土的性能最重要的是其耐久性，而这正是混凝土与其混凝土的性能最重要的是其耐久性，而这正是混凝土与其他材料相比较最为优越之处。他材料相比较最为优越之处。（二）缺点（二）缺点u抗拉、抗弯强度较低，不能承受拉力，而且容易产生裂抗拉、抗弯强度较低，不能承受拉力，而且容易产生裂 缝。缝。u自重较大，其容重一般达自重较大，其容重一般达2400kg/m2400kg/m3 3,混凝土构件的尺寸较混凝土构件的尺寸较大，重量也大。大，重量也大。u需要一定的施工周期。与其他材料不同，混凝土施工后需要一定的施工周期。与其他材料不同，
12、混凝土施工后不能立即投入使用，需要有一个较长的养护期。不能立即投入使用，需要有一个较长的养护期。四、四、混凝土工业可持续发展的问题混凝土工业可持续发展的问题u 混凝土工业现在正以每年约混凝土工业现在正以每年约80亿亿t的速度消耗天然骨料的速度消耗天然骨料;u 每生产每生产1t硅酸盐水泥约消耗硅酸盐水泥约消耗1.5t石灰石和大量的煤、石油石灰石和大量的煤、石油 等燃料或电能等燃料或电能;u 每生产每生产1t水泥熟料要向大气释放约水泥熟料要向大气释放约1t二氧化碳，水泥工业二氧化碳，水泥工业 还向大气排放不同数量的粉尘、二氧化硫、氮氧化物和重还向大气排放不同数量的粉尘、二氧化硫、氮氧化物和重 金属
13、等污染物。金属等污染物。u 硅酸盐水泥工业已被认为是高耗能和污染环境严重的工业硅酸盐水泥工业已被认为是高耗能和污染环境严重的工业 之一，因而日益受到关注。之一，因而日益受到关注。为了维持整个地球生命的体系不受到威胁，为了向可持为了维持整个地球生命的体系不受到威胁，为了向可持续发展的目标迈进，必须在基础设施建设和环境保护这两个续发展的目标迈进，必须在基础设施建设和环境保护这两个同等重要的社会需求之间，找出解决矛盾的办法。作为发展同等重要的社会需求之间，找出解决矛盾的办法。作为发展基础设施最重要的参与者以及地球天然资源的主要消费者基础设施最重要的参与者以及地球天然资源的主要消费者混凝土工业需要重新
14、定向，接受有利于环境的工艺技术，即混凝土工业需要重新定向，接受有利于环境的工艺技术，即与环境友好的混凝土技术。与环境友好的混凝土技术。一是节约利用混凝土原材料一是节约利用混凝土原材料(包括资源和能源的节约包括资源和能源的节约);二是提高混凝土结构的耐久性二是提高混凝土结构的耐久性;三是解决混凝土生产和使用中生态环境保护的问题。三是解决混凝土生产和使用中生态环境保护的问题。u 粉煤灰、矿渣、硅灰、炉渣、天然火山灰和石灰石等粉煤灰、矿渣、硅灰、炉渣、天然火山灰和石灰石等工业废工业废渣和天然矿物替代水泥制造混凝土渣和天然矿物替代水泥制造混凝土u采用采用新型干法水泥生产工艺新型干法水泥生产工艺和和低能
15、耗的粉磨工艺低能耗的粉磨工艺，以及改用，以及改用低能耗的水泥低能耗的水泥和和新型胶凝材料新型胶凝材料1.节约利用混凝土原材料以及资源和能源的节约节约利用混凝土原材料以及资源和能源的节约u 提高混凝土材料与结构的耐久寿命实际上就是对资源和能提高混凝土材料与结构的耐久寿命实际上就是对资源和能 源的最大节约源的最大节约u 目前大量的研究工作集中在目前大量的研究工作集中在影响混凝土耐久性的因素影响混凝土耐久性的因素以及以及提高耐久性的方法提高耐久性的方法2.提高混凝土结构的耐久性提高混凝土结构的耐久性n 混凝土混凝土生产过程中消耗天然资源和能源生产过程中消耗天然资源和能源对生态和环境造成对生态和环境造成的影响的影响n混凝土混凝土使用过程中对生态环境使用过程中对生态环境的影响的影响(固定有害有毒物质固定有害有毒物质和对环境释放有害物质和对环境释放有害物质)以及混凝土废弃物的再使用问题。以及混凝土废弃物的再使用问题。3.解决混凝土生产和使用中生态环境保护的问题解决混凝土生产和使用中生态环境保护的问题五、混凝土的发展方向v绿色混凝土绿色混凝土v(有益健康有益健康)v生态协调混凝土生态协调混凝土v(净化环境净化环境)v高性能混凝土高性能混凝土v智能混凝土智能混凝土