《土木工程材料》PPT課件.ppt

土木工程材料同濟(jì)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院建筑材料研究所張晏清,緒論,基本性能水泥及膠凝材料混凝土材料,性能,施工工藝鋼材,性能,第一章材料的基本性質(zhì),1.密度性質(zhì)定義：材料在-狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量1.1密度(比重)：=m/V；材料屬于絕對密實(shí)狀態(tài)：顆粒內(nèi)無孔、外無孔測定：磨細(xì)，排水法測定,1.2表觀密度：=m/V；定義：材料在近似絕對密實(shí)狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量。材料內(nèi)有微孔、表面無孔測定方法:單塊材料,排水法求體積：不涂蠟,1.3容積密度（體積密度、容重）：0=m/V0；定義：材料在自然狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量。自然狀態(tài)：單一材料內(nèi)有孔、表面有孔體積密度與含水率有關(guān)。一般指干燥狀態(tài)。V0：量尺寸排水法：表面須涂蠟,1.4堆積密度（松散容重）：0=m/V0；定義：材料在自然堆積狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量。自然堆積狀態(tài)：顆粒群體材料：單一顆粒內(nèi)有孔、表面有孔、顆粒之間存在空隙?？障叮紫?、語意差別單位體積：1m3,2.孔隙與孔隙率,（總）孔隙率公式：（總體積-固體體積）/總體積P=（1-0/）密實(shí)度D=1-P,空隙率公式：P=（1-0/）一堆石子、砂,V0體積求算,規(guī)則物體：量尺寸、計(jì)算求之不規(guī)則物體：排水法求之涂蠟：體積密度。不涂蠟：表觀密度,堆積密度（松散容重）：0=m/V0；定義：材料在自然堆積狀態(tài)下，單位體積質(zhì)量。自然堆積狀態(tài)：顆粒群體材料：單一顆粒內(nèi)有孔、表面有孔、顆粒之間存在空隙。,比較,密度：材料內(nèi)無孔、表面無孔表觀密度：材料內(nèi)有孔、表面無孔體積密度：材料內(nèi)有孔、表面有孔堆積密度：材料內(nèi)有孔、表面有孔；顆粒之間有空隙。,用途,密度（比重）：科研、混凝土配料計(jì)算；表觀密度：可近似取代密度或體積密度體積密度（容重）：荷載計(jì)算；堆積密度：筒倉等體積計(jì)算,研究材料孔隙率：保溫材料；吸聲材料；高強(qiáng)混凝土抗凍性習(xí)題：某材料，已知其密度為2.7，在水飽和狀態(tài)下，體積密度為1.862，體積吸水率為46.2%。求：材料孔隙率。,3.材料與水有關(guān)的性質(zhì),表面物理化學(xué)討論的重點(diǎn)之一3.1親水性：混凝土要求質(zhì)量優(yōu)化，親水性應(yīng)好。親水性：潤濕角90潤濕角：液氣固三相交界處，液體表面切線與固體表面夾角。憎水性：潤濕角90,材料的親水性質(zhì),無機(jī)材料多為親水性玻璃、混凝土、磚瓦、鋼鐵、有機(jī)物：憎水材料有機(jī)硅科密水,憎水性：潤濕角90石蠟、瀝青、有機(jī)硅、硬脂酸（鹽）。保溫材料:現(xiàn)代保溫砂漿為了提高抗?jié)B性，配方中加入硬脂酸（鹽）:硬脂酸鈉、鈣新型防化服；防水材料潤濕角=90納米TiO2：自清潔作用,3.2吸水性,定義：材料在水中吸收水分的能力。用吸水率表示。2個(gè)指標(biāo)：質(zhì)量吸水率：g/g體積吸水率g/cm3；兩者關(guān)系：Wv=Wm0；開口孔隙率Wv=W0,1.體積吸水率=開口孔隙率。2.體積吸水率100%3.質(zhì)量吸水率可大于、等于、小于100%。4.材料總孔隙率=開口孔隙率+閉口孔隙率。,3.3吸濕性,定義：材料在空氣中吸收水分的能力。用含水率表示。與環(huán)境濕度有關(guān)，變量！平衡含水率！材料吸水后，性能的變化,3.4水飽和度KB=W0/P開口孔體積在總孔隙中所占比例水飽和度大，材料耐久性差,3.5耐水性,定義：飽水材料與干燥材料強(qiáng)度之比原土建筑：黃土；石膏制品：不可用于潮濕環(huán)境。耐水性差軟化系數(shù)：KR飽水材料與干燥材料強(qiáng)度之比KR=K軟,3.6抗?jié)B性,定義：材料抵抗壓力水滲透的性質(zhì)。用2個(gè)指標(biāo)表示：1滲透系數(shù)：適于結(jié)構(gòu)疏松材料：土、砂、磚；流沙現(xiàn)象：2）抗?jié)B等級P：適于結(jié)構(gòu)密實(shí)材料：混凝土；砂漿通?；炷粒篜6P10；C30、,3.7抗凍性,定義：飽水試件承受多次凍-融循環(huán)而不破壞的性質(zhì)。-2020；8h飽、循、正常用抗凍等級F-表示。F100F100抗凍性一般。通常F300,材料受凍破壞原因：材料中水結(jié)冰，體積膨脹導(dǎo)致破壞。靜水壓破壞抗凍性影響因素：閉口的小孔，孔隙率高，材料抗凍性好。水飽和度大于0.8的材料抗凍性差。,四、與熱有關(guān)的性質(zhì),1.導(dǎo)熱性：材料傳遞熱量的能力。（保溫/絕熱性）用導(dǎo)熱系數(shù)表示。材料導(dǎo)熱系數(shù)影響因素：化、孔、水?；夯瘜W(xué)組成；孔：孔隙率、孔隙形狀：閉口小孔，孔隙率高，材料保溫性好。小。水：含水率高，材料保溫性差。大。,2.熱阻：導(dǎo)熱系數(shù)的倒數(shù)。計(jì)算房屋保溫性能時(shí)，累計(jì)計(jì)算即可3.熱容c：反映溫度的穩(wěn)定性：用比熱表示。水的比熱最大。砂石比熱小。單位時(shí)間、質(zhì)量材料升高1度所吸收的熱量理想建筑材料,應(yīng)當(dāng)是：導(dǎo)熱系數(shù)應(yīng)小、熱容c大;實(shí)際不存在,耐火性：等級；鋼材耐火原理,例題:理想建筑材料,應(yīng)當(dāng)是：CA.大、c大;B.小、c小C.小、c大D.大、c小,五、與聲有關(guān)性質(zhì),吸聲性：吸聲系數(shù)表示；吸聲系數(shù)大，吸聲性好；0.2以上吸聲材料。開口、連通孔，孔隙率大，吸聲性好:稻草板。隔聲性：材料的質(zhì)量有關(guān)(重量)注意隔聲與吸聲材料區(qū)別！,思考題,1.試述材料孔隙率、孔隙結(jié)構(gòu)對材料性能的影響.2.試述含水率對材料性能的綜合影響.,第二節(jié)材料的力學(xué)性質(zhì),所有材料,結(jié)構(gòu)的力學(xué)性質(zhì)包括：強(qiáng)度、變形，均可以用應(yīng)力-應(yīng)變曲線或荷載-變形曲線表征1.強(qiáng)度：材料抵抗荷載破壞的能力。強(qiáng)度分類：抗拉強(qiáng)度；抗壓強(qiáng)度；抗剪強(qiáng)度；彎曲抗壓強(qiáng)度（抗彎強(qiáng)度）=抗折強(qiáng)度三點(diǎn)彎曲與四點(diǎn)彎曲實(shí)驗(yàn)荷載：load；加載：loading、,強(qiáng)度影響因素：孔隙率大，強(qiáng)度低體積密度小，強(qiáng)度低晶粒細(xì)度大，強(qiáng)度高含水率高，強(qiáng)度低鋼：抗拉強(qiáng)度；混凝土：抗壓強(qiáng)度；巖石：抗壓強(qiáng)度,抗剪強(qiáng)度；混凝土：彎曲抗壓強(qiáng)度（抗彎強(qiáng)度）水泥膠砂：抗壓強(qiáng)度,抗折強(qiáng)度,f拉f壓：韌性材料：木材f拉=f壓：鋼材，韌性材料f拉f壓：玻璃、混凝土：脆性材料;在鋼筋混凝土理論中，混凝土為彈塑性材料,強(qiáng)度vs強(qiáng)度等級:比強(qiáng)度=強(qiáng)度/體積密度比強(qiáng)度大，表示材料輕質(zhì)高強(qiáng)。鈦合金；硼、碳纖維增強(qiáng)樹脂、芳綸增強(qiáng)樹脂-凱芙拉碳纖維布增強(qiáng)-樹脂加固結(jié)構(gòu)建筑材料中比強(qiáng)度大者：木材、玻璃鋼（玻璃纖維增強(qiáng)樹脂）,比強(qiáng)度大：鈦合金：玻璃鋼：玻璃（碳、硼）纖維增強(qiáng)樹脂；,二、變形,1.彈性：材料在荷載作用下產(chǎn)生變形，荷載與變形呈線性關(guān)系；除去荷載，變形完全消失。（胡克定律）2.塑性：材料在荷載作用下產(chǎn)生變形，兩者無線性關(guān)系；除去荷載，變形不能完全消失對于防水材料，良好塑性極為重要。,3.脆性：材料在破壞（尤其指沖擊性的荷載）前無顯著塑性變形的現(xiàn)象。玻璃：在荷載作用下產(chǎn)生變形至破壞，兩者為線性關(guān)系。4.韌性：材料/結(jié)構(gòu)抵抗（沖擊）荷載破壞的能力。,（二）影響材料強(qiáng)度試驗(yàn)的因素：,1.試件尺寸大，測得的強(qiáng)度低；（可能的缺陷尺寸大）2.試件高寬比大，測得的強(qiáng)度低；軸心抗壓強(qiáng)度fc小于立方體抗壓強(qiáng)度fcu3.試件加載面光滑，測得的強(qiáng)度低（界面約束小）4.加荷速度快，測得的強(qiáng)度高；5.含水率高、溫度高，測得的強(qiáng)度低。溫度高：木材、鋼、瀝青強(qiáng)度低,第三節(jié)耐久性,要素：1.在規(guī)定使用期限內(nèi)（時(shí)間），2.在所處工作環(huán)境條件下，3.材料/結(jié)構(gòu)正常發(fā)揮使用功能的性質(zhì)。習(xí)題：1-1,1-2,1-3,第四節(jié)材料組成與結(jié)構(gòu),1.材料組成：化學(xué)組成；礦物組成:石墨，金剛石，石墨烯，碳納米管2.材料結(jié)構(gòu)：宏觀：目視細(xì)觀：顯微鏡；偏光顯微鏡微觀：掃描電鏡、XRD晶體；玻璃體；膠體,第二章氣硬性無機(jī)膠凝材料,膠凝材料：“膠水”：能將固體材料粘結(jié)形成整體的材料。無機(jī)膠凝材料：氣硬性（4）；水硬性：水泥（1）有機(jī)膠凝材料：樹脂。氣硬性膠凝材料：只能在空氣中硬化并在空氣中保持強(qiáng)度的膠凝材料：石灰、石膏、水玻璃、菱苦土水硬性膠凝材料：既可以在空氣中硬化、也可以在水中硬化并保持強(qiáng)度的膠凝材料。,第二節(jié)石灰（傳統(tǒng)、價(jià)廉）,生產(chǎn)石灰石CaCO3煅燒CaCO3CaO+CO2溫度：9001100CaO：生石灰過火石灰：焙燒溫度過高所制得的石灰；欠火石灰：焙燒溫度過低所制得的石灰。,石灰的消化（熟化）,CaO+H2OCa(OH)2+QCa(OH)2：熟石灰、石灰膏（乳）、石灰漿體。1.體積膨脹過程（很重要）2.放熱反應(yīng)3.Ca(OH)2保水性好！熟化反應(yīng)（消化反應(yīng)）。,過火石灰與水反應(yīng)速度極慢，使用時(shí)在空氣中吸收水分，逐漸水化反應(yīng)生成Ca(OH)2。體積膨脹導(dǎo)致石灰表面爆裂石灰爆裂,名詞：石灰爆裂，磚的性能指標(biāo)之一反應(yīng)一般在硬化1年以上出現(xiàn)。,為防止過火石灰危害，采用陳伏工藝解決陳伏：為防止過火石灰危害，石灰使用前在水中浸泡一段時(shí)間使之充分水化。此工藝稱為；此段時(shí)間稱為陳伏期。重點(diǎn)！,石灰的硬化,分為兩步：1.干燥結(jié)晶：Ca(OH)2結(jié)晶析出；2.碳化硬化Ca(OH)2+CO2+H2OCaCO3CaCO3CaO+CO2CaO+H2OCa(OH)2+QCa(OH)2+CO2+H2OCaCO3,石灰特點(diǎn),1、凝結(jié)硬化速度慢；石灰硬化速度極慢，表面結(jié)硬一般23月完成。2、硬化后體積收縮大、開裂嚴(yán)重；必須加入紙筋、麻纖維、砂3、保水性好；（水泥砂漿加入石灰即利用此特性）4、耐水性差,用途：砌墻砂漿、三合土、加氣混凝土砌塊；灰砂磚；必須加入：砂（石灰砂漿）；紙筋（紙筋灰）；麻纖維產(chǎn)品：原狀灰；磨細(xì)生石灰；石灰膏，,第一節(jié)石膏（傳統(tǒng)、時(shí)尚）,生產(chǎn)：天然二水石膏焙燒（炒石膏）、磨細(xì)即可質(zhì)量與溫度、壓力、水分有關(guān)Ca(SO)42H2OCa(SO)40.5H2O+1.5H2O溫度：107170-Ca(SO)40.5H2O（-半水石膏=建筑石膏）,溫度124、1.3atm蒸汽+催化劑：Ca(SO)42H2O-Ca(SO)40.5H2O（-半水石膏=高強(qiáng)石膏）；1525Mpa左右；溫度800：生成Ca(SO)4；無水石膏、硬石膏，代替水泥制備地板。,二、水化反應(yīng),半水石膏與水混合，重新生成二水石膏Ca(SO)40.5H2O+H2OCa(SO)42H2O反應(yīng)特點(diǎn)：凝結(jié)速度快：530min硬化原因：Ca(SO)40.5H2O溶解度大，生成的Ca(SO)42H2O溶解度小，結(jié)晶析出導(dǎo)致反應(yīng)快速、完成。緩凝劑：檸檬酸、硼砂、二、半、二,名詞解釋：適用于石膏、水泥、混凝土,初凝（時(shí)間）：漿體從加水拌合開始，至漿體初步失去流動性所經(jīng)歷的時(shí)間；終凝（時(shí)間）：漿體從加水拌合開始，至漿體完全失去流動性所經(jīng)歷的時(shí)間。何謂初步失去流動性？用擴(kuò)展度表示,三、石膏特點(diǎn)（/石灰）,1.凝結(jié)硬化速度快（/慢）；2.硬化后體積略膨脹，不開裂（/收縮大）；3.防火性好（/保水性好）；4.耐水性差（/相同）（不宜用于潮濕環(huán)境）5.孔隙率高：吸濕性好；吸聲性可產(chǎn)品石膏板：紙面石膏板，吊頂、吸聲板石膏粉：膩?zhàn)?、粉刷漿料石膏條板,化學(xué)石膏、脫硫石膏屬于工業(yè)廢渣用于建筑，減少污染，符合可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,第四節(jié)水玻璃,硅酸鈉：Na2OnSiO2鈉水玻璃（泡花堿）硅酸鉀、硅酸鋰（質(zhì)優(yōu)、價(jià)高、少用）n：水玻璃模數(shù)，重要！n大，水玻璃溶液粘度大，粘結(jié)力強(qiáng)，耐酸性、耐熱性好、強(qiáng)度高；不易溶解，施工略困難。,水玻璃密度（濃度）大，粘結(jié)力強(qiáng)，耐酸性、耐熱性好、強(qiáng)度高；施工略困難。水玻璃在空氣中生成SiO2SiO2緊密聚集，形成無機(jī)網(wǎng)絡(luò)。無機(jī)高分子具有強(qiáng)度、耐酸、耐高溫；不耐堿。水玻璃硬化緩慢，加入氟硅酸鈉可以加速硬化。氟硅酸鈉是促硬劑。單氟磷酸鈉,水玻璃特點(diǎn)：,1.耐酸:制備耐酸混凝土（有施工規(guī)范）2.耐高溫:耐受1000。耐高溫混凝土；砌筑窯爐3.可作為無機(jī)涂料。墻面，價(jià)廉，性能一般。耐水性差。工業(yè)地坪中有一種液體硬化劑：硅酸鋰為主。加固土壤水玻璃耐水性差、不耐堿,第三節(jié)菱苦土,MgCO3MgO+CO2燒成溫度：600比較：CaCO3MgO與水反應(yīng)更慢，采用MgCl2溶液拌合，凝結(jié)快,強(qiáng)度也提高，也可通過提高溫度來促凝。亦稱為氯氧鎂水泥。菱鎂礦,菱苦土特點(diǎn)：,菱苦土特點(diǎn)：1.價(jià)廉2.強(qiáng)度高3.耐水性差:受潮后，體積扭曲、變形。導(dǎo)致其使用用途受限?？墒褂迷魉畡⒕酆衔锶橐焊男?。改性產(chǎn)品使用時(shí)宜進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。很少用。,第三章水泥,最基本建筑材料之一,水泥三大系列：硅酸鹽水泥（為主，數(shù)以億噸級）；硫鋁酸鹽水泥；高鋁水泥（鋁酸鹽水泥、礬土水泥）。鐵酸鹽水泥,硅酸鹽系列水泥分類：,6種硅酸鹽水泥：P、P；普通硅酸鹽水泥：PO；礦渣硅酸鹽水泥：PS；火山灰硅酸鹽水泥：PP；粉煤灰硅酸鹽水泥：PF；復(fù)合硅酸鹽水泥：PC（compound）；,第一節(jié)硅酸鹽水泥,水泥原料、生產(chǎn)與定義生產(chǎn)：2磨1燒；粘土、石灰石、鐵礦粉三者混合、球磨（生料）焙燒（1450）熟料、加入石膏球磨（純硅酸鹽水泥）回轉(zhuǎn)窯；立窯（能耗大、質(zhì)量差。已淘汰）膨脹劑,硅酸鹽系列水泥定義,以硅酸鹽水泥熟料、適量石膏及05%的混合材共同磨細(xì)所制得的產(chǎn)品。以適當(dāng)成分的生料燒至部分熔融，所得以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽熟料，加入適量石膏。其他水泥定義：以硅酸鹽水泥熟料、適量石膏及特定品種與摻量的混合材共同磨細(xì)所制得的產(chǎn)品。熟料+石膏+X磨細(xì)X水泥X:混合材名稱：粉煤灰、礦渣、火山灰,特定品種與摻量,P：混合材摻量=0P：05%普通硅酸鹽水泥：615%混合材礦渣ps水泥：水淬高爐礦渣:2070%粉煤灰pf水泥：粉煤灰2040%；火山灰pp水泥：火山灰2050%；復(fù)合pc水泥：2050%混合材,2.水泥熟料的礦物組成與水化特性,水泥化學(xué)礦物簡寫,C：CaO;S：SiO2；H：H2O；A：Al2O3；F：Fe2O3；Henqiguai：SO3;d：天；,水泥組成：4+14：水泥熟料：C3S3CaOSiO2、C2S2CaOSiO2、C3A3CaOAl2O3、C4AF1：石膏,2.1水泥熟料的礦物組成：,4種礦物：C3S、C2S、C3A、C4AF1.C3S：3CaOSiO2硅酸三鈣：水泥強(qiáng)度主要來源；水化快：遇水即產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)、反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行至28d以上；凝結(jié)快、硬化快；放熱量大；強(qiáng)度高：早期、后期。,水泥與水反應(yīng)系放熱反應(yīng)。放熱速率、放熱量反映了水泥的水化進(jìn)程。,2.C2S：2CaOSiO2硅酸二鈣：水化慢：與水反應(yīng)緩慢、反應(yīng)至1a以上強(qiáng)度較為可觀；凝結(jié)慢、硬化慢；放熱速率低、放熱量小。3.C3A：3CaOAl2O3鋁酸三鈣：水化速度最快：與水即反應(yīng)、反應(yīng)至3d（天）以上可不計(jì)；凝結(jié)快、硬化快；放熱速率大、（短時(shí)間內(nèi)）放熱量大。,4.C4AF4CaOAl2O3Fe2O3鐵鋁酸四鈣（中）：水化中等速率：凝結(jié)硬化較快；放熱量小。,總結(jié)：,C3S、C2S、C3A、C4AFC3S：早高后高；（強(qiáng)度）C2S：早低后高；C3A：早高后低；,要求水泥早強(qiáng)、凝結(jié)快：C3A高；要求水泥早強(qiáng)、高強(qiáng)：C3A、C3S高；要求水泥水化熱小：C3A、C3S低，C2S高(大壩水泥),砼混凝土，tong砼仝混凝土,水泥熟料的水化反應(yīng)（重點(diǎn)）,1.C3S+H2OC3S2H3+CH；反應(yīng)速度快C3S2H3簡寫為C-S-H、CSH水化硅酸鈣；凝膠C3S2H3:C3,S2下標(biāo)3,2是一個(gè)變量,C/S鈣硅比,與溶液的堿度有關(guān);C-S-H為凝膠體,在很小范圍內(nèi)有一定結(jié)晶度,尺寸,形狀變化大.CH:Ca(OH)2,六角形片狀晶體,2.C2S+H2OC3S2H3+CH；產(chǎn)物與C3S相同，但反應(yīng)速度極慢;3.C3A+H2OC3AH6；反應(yīng)速度最快、1s即反應(yīng)C3AH6：水化鋁酸鈣；晶體4.C4AF+H2OC3AH6+CFHCFH：水化鐵酸鈣；凝膠,水泥礦物組成：41C3S、C2S、C3A、AFC4+CaSO4石膏水泥水化反應(yīng)：除以上反應(yīng)外，還有一個(gè)極重要反應(yīng)：C3A+H2OC3AH6；CaSO4C3AH63CaOAl2O33CaSO431H2O3CaOAl2O33CaSO432H2O,3CaOAl2O33CaSO431H2O：（高硫型）水化硫鋁酸鈣簡寫為:Aft;鈣礬石C3AH6：水化鋁酸鈣Aft高硫型水化硫鋁酸鈣鈣礬石,石膏作用,1.防止水泥速凝；不加石膏，水泥遇水即凝結(jié):閃凝2.、3.、C/S：鈣硅比，變量。,小結(jié)：水化產(chǎn)物,CSH（C3S2H3）：水化硅酸鈣；凝膠體；CH：Ca(OH)2：六角晶體、呈片狀C3AH6：水化鋁酸鈣、晶體；CFH；水化鐵酸鈣；凝膠體AFt:水化硫鋁酸鈣；針狀晶體,水泥的水化反應(yīng)小結(jié),C3S+H2OC3S2H3+CH；反應(yīng)速度快C2S+H2OC3S2H3+CH；反應(yīng)速度慢C3A+H2OC3AH6；反應(yīng)速度極快C4AF+H2OC3AH6+CFH；CaSO4+C3AH63CaOAl2O33CaSO431H2O（高硫型、三硫型）水化硫鋁酸鈣；鈣礬石；AFT；針狀,小結(jié)：,水泥礦物：5個(gè)：41水泥水化產(chǎn)物5個(gè)：3晶、2凝CSH凝膠體；60強(qiáng)度Ca(OH)2：六角晶體；20強(qiáng)度C3AH6：晶體；CFH：凝膠體；AFT：晶體10強(qiáng)度,硅酸鹽水泥水化機(jī)理,水泥水化熱曲線：4階段(或5階段)：初始反應(yīng)期：1s10m水泥快速水化、C3A+H2OC3AH6；反應(yīng)速度極快C3S+H2OCSH；反應(yīng)較快C3S早期產(chǎn)物包覆于水泥顆粒表面，減緩水化過程C3A與石膏反應(yīng)生成AFt，減緩水化過程：潛伏期；CaSO4+C3AH6AFt水泥顆粒表面包覆令水化減緩。23h,：快速反應(yīng)期；凝結(jié)期內(nèi)部產(chǎn)物壓力足夠大，包覆層破裂，快速水化標(biāo)志：Ca(OH)2大量析出。1015h初凝；終凝：擴(kuò)散期；硬化期強(qiáng)度不斷增長，可持續(xù)數(shù)年。,水泥石組成,1.水化產(chǎn)物：3晶2凝2.未水化水泥顆粒；3.孔；毛細(xì)孔、凝膠孔4.水：毛細(xì)水、凝膠,水化動力學(xué)：水化硅酸鈣CSH有4種形態(tài)：型；針狀；很短型；針狀、有分叉；：等大粒子；型：內(nèi)部水化產(chǎn)物。,水泥石的孔隙尺寸、數(shù)量決定強(qiáng)度,MDF水泥：無宏觀缺陷水泥，水泥彈簧Roy教授采用粉末冶金法制備了高強(qiáng)度水泥膠空比理論：膠體固體體積/（凝膠孔隙體積）決定水泥石強(qiáng)度,水泥的技術(shù)性質(zhì),1.密度：3.1g/cm3；（巖石、砂密度：2.72.6g/cm3）2.細(xì)度：顆粒粗細(xì)程度。硅酸鹽水泥細(xì)度用比表面積方法表示；其余所有水泥細(xì)度用篩分析方法表示。（0.08mm方孔篩）；3種方法。以負(fù)壓法為準(zhǔn)。,細(xì)度大、水泥強(qiáng)度高；細(xì)度過大、水泥需水量增大，強(qiáng)度反下降。增加水泥細(xì)度是目前提高水泥強(qiáng)度的主要技術(shù)措施,3.標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量稠度：漿體流動性的大小。paste石膏、水泥、砂漿、混凝土均有此概念標(biāo)準(zhǔn)稠度：標(biāo)準(zhǔn)流動性：水泥漿體沉入深度標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量大，水泥質(zhì)量差。,4.凝結(jié)時(shí)間初凝（時(shí)間）：從漿體加水拌合開始，至初步失去流動性所經(jīng)歷的時(shí)間；終凝（時(shí)間）：從漿體加水拌合開始，至完全失去流動性所經(jīng)歷的時(shí)間。（石膏、水泥、混凝土及所有建筑材料意義相同）硅酸鹽水泥初凝時(shí)間45min；不滿足者為廢品；硅酸鹽水泥終凝時(shí)間390min；不滿足者為不合格品。,5.安定性！與混凝土的和易性做對比1）水泥漿體在凝結(jié)硬化過程中，體積變化的整體均勻性。是否膨脹、開裂？水泥漿體在凝結(jié)硬化過程中，體積均勻收縮，屬正?，F(xiàn)象。水泥漿體在凝結(jié)硬化過程中，局部產(chǎn)生膨脹、開裂體積安定性不良。,2）原因：水泥中三種成分（之一）超量將導(dǎo)致體積安定性不良：鐵礦粉，石膏，粘土f-CaO：游離氧化鈣；相當(dāng)于過火石灰（石灰燒成溫度：9001000；水泥燒成溫度：1450），燒成溫度高，晶體密實(shí)，與水反應(yīng)速度極慢，1年以上水化、產(chǎn)生體積膨脹令混凝土局部破壞。,f-MgO：游離氧化鎂；與水反應(yīng)速度更慢，若干年以上水化、體積膨脹令混凝土局部破壞。SO3：三氧化硫；SO2與水泥水化產(chǎn)物C3AH6反應(yīng)、生成鈣礬石Aft，體積膨脹。CaSO4+C3AH6Aft周五班2010.10.15,SO3過多導(dǎo)致水泥石腐蝕作用。Aft特點(diǎn)：防止水泥速凝；膨脹性；早強(qiáng)。CaSO4作用4；水化減緩、過多導(dǎo)致水泥石腐蝕；Ca(OH)23,3）水泥安定性檢驗(yàn)方法：,f-CaO：采用沸煮法：試餅法：目視觀察其是否開裂、變形；雷氏夾：測量針尖張開幅度。5mm2者均可評價(jià)安定性；若有爭議，以雷氏夾試驗(yàn)結(jié)果為準(zhǔn)。沸煮法原理：100下f-CaO水化速度加速，其危害可測。,f-MgO：結(jié)晶密實(shí)度高于f-CaO，100下水化速度不加速。在高溫下（蒸壓）可能加速?；瘜W(xué)分析方法控制MgO含量。SO3：采用化學(xué)分析方法。,4）處理：體積安定性不良水泥為廢品。！硅酸鹽水泥初凝時(shí)間45min；不滿足者為廢品；,6.強(qiáng)度水泥強(qiáng)度等級用水泥膠砂強(qiáng)度表示。如PO42.5等水泥：ISO標(biāo)準(zhǔn)石英砂：水=1：3：0.5；600號52542.5試件尺寸：4040160mm；3條/組；養(yǎng)護(hù)條件：201，水中養(yǎng)護(hù)3d、28d，分別測試抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度。共4組強(qiáng)度值，按4組強(qiáng)度值確定水泥強(qiáng)度等級。,7.水泥水化熱很重要，但一般不測試。對于大體積混凝土重要！,7.水泥石的腐蝕,水泥漿體中有Ca(OH)2、C3AH6；在外界環(huán)境下，可能產(chǎn)生腐蝕。7.1溶出性侵蝕：（軟水、淡水腐蝕）：水泥漿體中Ca(OH)2在流動淡水作用下，持續(xù)溶解，導(dǎo)致水泥石結(jié)構(gòu)松散、破壞。時(shí)間長。,7.2鎂鹽腐蝕：Mg2+Ca(OH)2Mg(OH)2；Mg(OH)2松散、無膠結(jié)作用。例：海水含Mg2+,7.3硫酸鹽腐蝕SO2與水泥水化產(chǎn)物C3AH6反應(yīng)，生成鈣礬石，AFt（水泥桿菌），體積膨脹。導(dǎo)致水泥混凝土破壞。MgSO4：雙重腐蝕；海工混凝土耐久性：工程上，裂縫周邊應(yīng)進(jìn)行化學(xué)物質(zhì)的確定：XRD分析、化學(xué)分析,7.4碳酸鹽腐蝕：CO2+Ca(OH)2CaCO3CO2+CaCO3Ca（HCO3）2Ca（HCO3）2易溶于水,7.5一般酸的腐蝕所有的酸？（除了草酸）對水泥石均有腐蝕破壞作用。水磨石打磨可以加草酸施工乳酸：牛奶,堿的腐蝕：濃度過大，結(jié)晶析出，將導(dǎo)致破壞,水泥的腐蝕防止措施,水泥石產(chǎn)生腐蝕的內(nèi)因：一、Ca(OH)2，水化鋁酸鈣C3AH6；二、水泥石具有滲透性。防止水泥石產(chǎn)生腐蝕的措施：1.適當(dāng)減少Ca(OH)2；2.增加水泥石（混凝土）密實(shí)度！3.表面防護(hù)涂層。（極少使用）瀝青、,思考：1.Ca(OH)2在混凝土中作用：強(qiáng)度來源；腐蝕內(nèi)因；鋼筋混凝土：防止碳化（防銹）；堿性激發(fā)劑堿度大，與活性骨料產(chǎn)生堿骨料反應(yīng)。,2.CaSO4在混凝土中作用：水泥調(diào)凝；硫酸鹽激發(fā)劑作用；腐蝕。早強(qiáng),第二節(jié)摻混合材的硅酸鹽水泥,為了節(jié)約熟料，在水泥中摻入部分工業(yè)或人工制作混合材料（廢渣）。環(huán)保、綠色建材、節(jié)約。試述摻混合材對水泥性質(zhì)的影響1.節(jié)約水泥熟料；2.調(diào)節(jié)水泥強(qiáng)度；3.改善混凝土某些性質(zhì)。,混合材,包括：活性混合材；非活性混合材?；钚曰旌喜模撼叵拢梢耘cCaO在水中發(fā)生反應(yīng)并生成硬化石狀物的材料?；钚曰旌喜?種：1.礦渣slag（磨細(xì)礦渣、?；郀t礦渣、礦粉）：煉鐵副品；（又：鋼渣性能不穩(wěn)定、安定性不良。）2.火山灰：品種相當(dāng)多。多為地方性材料：如火山灰、沸石、燒高嶺土、,3.粉煤灰：火電廠燃煤廢渣。空心微珠高級混合材：硅灰:鐵合金冶煉廢渣，極輕。比表面積極大。水化性能好。強(qiáng)度高！增稠！價(jià)錢高?；钚曰旌喜墓餐攸c(diǎn)：含有活性氧化鈣、活性氧化硅。,！摻活性混合材硅酸鹽水泥的水化特點(diǎn)摻活性混合材硅酸鹽水泥水化反應(yīng)為二次水化反應(yīng),摻活性混合材硅酸鹽水泥水化步驟,分為2階段：1.硅酸鹽水泥水化，生成CSH與Ca(OH)2（已述）2.活性混合材中的活性氧化鈣、活性二氧化硅在CaSO4存在條件下，與Ca(OH)2反應(yīng)，生成新的水化產(chǎn)物：二次水化產(chǎn)物。Ca(OH)2稱為堿性激發(fā)劑；CaSO4稱為硫酸鹽激發(fā)劑。,二次水化反應(yīng)特點(diǎn)：須牢記！1、前期強(qiáng)度較低；后期強(qiáng)度逐漸提高；2、混凝土堿度較低。pH值低。原因：硅酸鹽熟料含量少：原本含量低，加之被吸收一部分。（Ca(OH)2少?。?摻加混合材水泥共同特點(diǎn),由于硅酸鹽熟料含量少：原本含量低，加之被吸收一部分，令Ca(OH)2少！1、水泥早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度提高；2、水化熱低；3、耐腐蝕性好。4、抗凍性差：早期強(qiáng)度低?。ǘ臼┕?，早期強(qiáng)度低導(dǎo)致。注意與混凝土的抗凍性區(qū)別：后者具有耐久性概念）。,將6種水泥分為2個(gè)群、硅酸鹽水泥：P、P；普通硅酸鹽水泥：PO；礦渣硅酸鹽水泥：PS；火山灰硅酸鹽水泥：PP；粉煤灰硅酸鹽水泥：PF；復(fù)合硅酸鹽水泥：PC；,水泥的選擇（必考?。?A群：性質(zhì)相同，普通硅酸鹽水泥加“較”。硅酸鹽水泥：P、P；普通硅酸鹽水泥：PO；早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度高；水化熱大；耐腐蝕性差?？箖鲂院谩Ｊ炝隙?！,B群：摻加混合材水泥,礦渣硅酸鹽水泥：PS；火山灰硅酸鹽水泥：PP；粉煤灰硅酸鹽水泥：PF；熟料少，摻有活性混合材。共性：早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高；水化熱低；耐腐蝕性好?？箖鲂圆?。原因：Ca(OH)2少。原料中就少，加之二次水化反應(yīng)又消耗一部分。,B群特點(diǎn)共性：早期強(qiáng)度低，后期強(qiáng)度高；水化熱低；耐腐蝕性好?？箖鲂圆?。B群水泥適于蒸養(yǎng)（蒸汽養(yǎng)護(hù)；工廠化生產(chǎn)）：活性混合材可充分發(fā)揮作用。,B群個(gè)性：優(yōu)點(diǎn)/缺點(diǎn),1.礦渣硅酸鹽水泥：耐熱性好/抗?jié)B性差。礦渣磨碎玻璃相、多棱角。（不是耐高溫！200）2.火山灰硅酸鹽水泥：抗?jié)B性好：水化充分（潮濕環(huán)境中）；干縮大：一般需水量大（干燥環(huán)境中易于開裂）。3.粉煤灰硅酸鹽水泥：干縮?。侯w粒呈球狀、需水量??；早期強(qiáng)度最低；碳化嚴(yán)重;泌水大不耐磨.,小結(jié)：,A/B：1.早強(qiáng)高/低，后期強(qiáng)度高；2.水化熱高/低；3.耐腐蝕差/好。4.抗凍好/差。5.B群水泥適于蒸養(yǎng)（B內(nèi)部：礦渣：耐熱好；抗?jié)B差?；鹕交遥嚎?jié)B好；干縮大。粉煤灰：干縮??；早強(qiáng)最低；碳化嚴(yán)重,水泥選擇典型問題：思考,早期強(qiáng)度高；冬季施工；高強(qiáng)混凝土；耐熱；抗?jié)B；耐腐蝕；水化熱低；干燥環(huán)境；蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土、復(fù)合硅酸鹽水泥：混合材品種不限制。1.早強(qiáng)低，后期強(qiáng)度高；2.水化熱低；3.耐腐蝕好。4.抗凍差。,高性能混凝土,必須摻加混合材對于混合材有較高要求,第三節(jié)其他品種水泥（特種水泥）,高鋁水泥硫鋁酸鹽水泥低熱水泥，,高鋁水泥、鋁酸鹽水泥、礬土水泥,以鋁酸鹽礦物為主。CA系列特點(diǎn)明顯：1.凝結(jié)、硬化快、強(qiáng)度增長快。緊急搶修用。2h凝結(jié)硬化2.水化熱集中釋放、短期內(nèi)水化熱最大；總量不大3.可以冬季施工4.耐高溫：1200；5.強(qiáng)度下降，溫度20100度高時(shí)尤甚。下降達(dá)50%,結(jié)構(gòu)工程、大體積混凝土不可用鋁酸鹽礦物遇水生成水化鋁酸鈣，水化鋁酸鈣系列相多為亞穩(wěn)定態(tài)，溫度不同，產(chǎn)生相轉(zhuǎn)變，強(qiáng)度逐漸降低。注意：高鋁水泥/或C3AH6經(jīng)過蒸汽養(yǎng)護(hù)，強(qiáng)度=0。,二、硫鋁酸鹽水泥,礦物組成主要為Aft（鈣礬石）。特點(diǎn)：早強(qiáng)、凝結(jié)快:早強(qiáng)水泥堿度低（PH低）：制備低堿水泥耐堿玻璃纖維板，TK板微膨脹：微膨脹水泥可負(fù)溫下施工。強(qiáng)度不會倒縮。,堿度：制作玻璃纖維水泥制品（代石棉瓦）時(shí)，要求水泥堿度應(yīng)當(dāng)盡量低堿度：水泥水化產(chǎn)生氫氧化鈣，pH=1113。堿度高，可以阻止鋼筋銹蝕與水泥的堿含量不同！Na2O、K2O：與混凝土堿骨料反應(yīng)相關(guān)。,水泥中的堿包括2層含義：1.Ca(OH)2：提供水泥混凝土堿度，防止碳化；2.Na2O：引起堿骨料反應(yīng)；,水泥強(qiáng)度計(jì)算與評定方法！,抗折強(qiáng)度的測定與計(jì)算3個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為抗折強(qiáng)度條件：3個(gè)數(shù)據(jù)，最大值/最小值與平均值的差不大于10%若1個(gè)數(shù)據(jù)（最大值/最小值）與平均值的差大于10%，剔除此值，取余下2值平均作為抗折強(qiáng)度若2個(gè)數(shù)據(jù)大于10%，此次試驗(yàn)作廢。與混凝土的做比較，混凝土取中值,抗壓強(qiáng)度的測定與計(jì)算6個(gè)數(shù)據(jù)的平均值作為抗折強(qiáng)度條件：6個(gè)數(shù)據(jù)，最大值/最小值與平均值的差不大于10%若1個(gè)數(shù)據(jù)（最大值/最小值）與平均值的差大于10%，剔除此值，取余下2值平均作為抗折強(qiáng)度若2個(gè)數(shù)據(jù)大于10%，此次試驗(yàn)作廢,復(fù)習(xí)思考題：,水泥基本性能水泥安定性、原因、檢測、處理。水泥腐蝕分類、危害，防止腐蝕措施混合材分類、作用，水化機(jī)理水泥選擇水泥強(qiáng)度、評定方法。,第四章混凝土,定義：膠凝材料膠結(jié)骨料所形成的固體材料廣義：瀝青混凝土；環(huán)氧樹脂混凝土；水泥混凝土；水玻璃混凝土狹義：水泥混凝土礦渣+堿固體石材；凝石,混凝土分類,1.按膠凝材料：瀝青混凝土；環(huán)氧樹脂混凝土；水泥混凝土；水玻璃混凝土、2.按體積密度分類：輕混凝土：小于2000kg/m3。承重、不承重。保溫建筑；結(jié)構(gòu)上層部分。普通混凝土：20002500kg/m3重混凝土：大于2500。防輻射、自重大。采用鐵礦石,3.按施工方法：泵送混凝土；噴射混凝土；碾壓混凝土；真空混凝土（較少）；水下混凝土、4.按材料性能：纖維混凝土（鋼纖維、聚丙烯纖維混凝土、）；聚合物混凝土、,混凝土性能特點(diǎn),1.強(qiáng)度較高：C30C80。對比：磚1030MPa；石灰：0.1MPa？2.價(jià)格低廉：砂、石易于獲得3.與鋼筋粘結(jié)牢固、熱膨脹系數(shù)接近；聚合物纖維、竹抗拉強(qiáng)度高，但不可代替鋼筋4.耐久性較好：優(yōu)于鋼材、塑料5.耐火性好6.可加工性好。表現(xiàn)形式多元化：清水混凝土，雕塑,缺點(diǎn)：1.自重大：2.5t/m3；2.抗拉強(qiáng)度低，易于開裂。（抗拉強(qiáng)度/抗壓強(qiáng)度比大：韌性材料）,目前對策、發(fā)展方向,混凝土高強(qiáng)化解決自重大；預(yù)應(yīng)力混凝土解決易于開裂、撓度大的問題C30：混凝土42.5：水泥Q235：鋼材MU20：磚、石M10：砂漿,第一節(jié)普通混凝土材料組成與作用,混凝土原材料：水泥、水、細(xì)骨料、粗骨料，和易性各材料在混凝土中作用：1.水泥+水水泥漿體，作用為:新拌混凝土：決定流動性主要因素硬化混凝土：強(qiáng)度來源新拌混凝土：從加水?dāng)嚢栝_始到凝結(jié)硬化之前的混凝土；Freshconcrete,2.粗骨料(石)：構(gòu)建混凝土的骨架；骨料=骨架材料，集料；骨料=集料3.細(xì)骨料（砂）：與水泥漿體均勻混合組成砂漿。砂漿作用：填充粗骨料顆粒間空隙；減少粗骨料機(jī)械摩擦。5mm分界4.摻合料：礦渣，粉煤灰，摻合料與細(xì)骨料關(guān)系,原材料性能要求,5.水泥水泥的選擇：水泥強(qiáng)度等級應(yīng)與混凝土強(qiáng)度等級匹配，一般為1。5-2倍32.5水泥C20、C3042.5水泥C20、C30、C40、C50；52.5水泥：C40、C50、C60、C80、62.5水泥極少使用C80、馬與車關(guān)系,第一節(jié)骨料的性質(zhì),粒徑在0.154.75mm范圍內(nèi)的巖石顆粒砂。（原標(biāo)準(zhǔn)：0.165.0mm）石的定義：粒徑大于4.75mm的巖石顆粒小于0.15mm的顆粒稱為粉。石粉,一細(xì)骨料（砂）,砂分類：天然砂，機(jī)制砂/人工砂天然砂分類：河砂：顆粒圓潤、較為潔凈、含泥量較低；海砂：顆粒圓潤、潔凈、含泥量低；缺點(diǎn)：含鹽分；使用時(shí)需水洗。含有貝殼、海螺。山砂：顆粒粗糙、級配差、含泥量高。質(zhì)量差。黃山工程上河砂最佳。隨著自然資源的日益減少，河砂較少使用。,機(jī)制砂：巖石破碎制得制砂機(jī),技術(shù)指標(biāo),骨料中有害雜質(zhì):1.含泥量、泥塊含量降低混凝土強(qiáng)度：粉塵包覆于骨料表面，令水泥石與骨料粘結(jié)強(qiáng)度降低；降低界面強(qiáng)度低等級混凝土影響小。C20C30增大混凝土干縮、開裂：粘土呈層狀、吸水膨脹、干燥收縮大。導(dǎo)致混凝土易于開裂。提高混凝土生產(chǎn)成本：商品混凝土加入減水劑。砂含泥量大將降低減水效果。需多加減水劑。提高成本。,2.云母含量：解理性、層片狀，憎水。與水泥粘結(jié)強(qiáng)度差。降低混凝土強(qiáng)度！3.SO3含量：危害與石膏過量相同！對水泥石產(chǎn)生腐蝕生成Aft（水化硫鋁酸鈣、鈣礬石）水泥、骨料、外加劑中所有SO3含量合計(jì)；4.輕物質(zhì)：影響混凝土強(qiáng)度；5.有機(jī)物：影響混凝土強(qiáng)度；4、5、由水泥強(qiáng)度試驗(yàn)決定。6.堿活性：防止堿骨料反應(yīng)堿骨料反應(yīng)：水泥中的堿與骨料中的活性SiO2反應(yīng)生成產(chǎn)物體積膨脹。Na2O+0.658K2O+H2O+活性SiO2-后果嚴(yán)重，預(yù)防為主，極少發(fā)生。堿度：一分為二,（二）砂的細(xì)度模數(shù)和顆粒級配：,2個(gè)概念。1.顆粒細(xì)度：砂的平均粗細(xì)程度；細(xì)度大，顆粒細(xì)小。2.級配：各粒徑顆粒在體系中的分布。（大小顆粒的搭配）。級配決定/影響顆粒體系的空隙率。評價(jià)固體顆粒粒度及分布的方法有許多：激光粒度、沉降法、篩分法篩分法評價(jià)細(xì)度簡便、迅捷、骨料的篩分析,評價(jià)骨料粗細(xì)及粒徑分布的方法,篩分過程：稱500g干砂，依次過篩，各號篩上的殘留砂：各號篩的篩余；篩余/500=各篩的分計(jì)篩余.例1#篩：5/4.75mm：5g（殘留）2#篩：2.5/2.36mm：100g1.18mm：150g0.600mm、0.300mm、0.15mm、,1#篩的分計(jì)篩余aia1=5/500=1%2#篩的分計(jì)篩余a2=100/500=20%、3#篩的分計(jì)篩余：30%累計(jì)篩余概念2#篩的累計(jì)篩余A2a1+a2=21、3#篩的累計(jì)篩余A3：51%、,累計(jì)篩余作用,1.計(jì)算細(xì)度模數(shù)Mx=（A2+、+A6-5A1）/(100-A1)Mx=3.73.1：粗砂；Mx=2.33.0中砂；Mx大，表示砂顆粒較粗級配：顆粒體系中，各粒徑顆粒的分布情況。2.按累計(jì)篩余，砂分為3個(gè)級配區(qū)域：p65土木工程中，混凝土用砂宜采用區(qū)、中砂?。ū乜迹┥暗募壟鋮^(qū)域劃分按0.63mm/0.60mm篩的累積篩余確定。,粗骨料（石）,有害雜質(zhì):1.含泥量、泥塊含量降低混凝土強(qiáng)度；增大混凝土干縮；提高混凝土生產(chǎn)成本注意：石子的含泥量限制嚴(yán)于砂。原因：石子較砂潔凈；易于沖洗；骨料尺寸大，對混凝土強(qiáng)度影響大。2.硫化物含量,3.粗骨料的幾何特征（4點(diǎn)）,3.1最大粒徑Dm：公稱粒級的上限。公稱粒級=規(guī)格：525；540；5801/4，3/4：目的：令混凝土均勻性好。,最大粒徑對混凝土影響：,1）Dm增大，混凝土強(qiáng)度提高；但Dm過大，混凝土強(qiáng)度反降低。混凝土均（勻）質(zhì)性差。Dm，f；Dm，f；2）Dm增大，混凝土流動性提高；但Dm過大，混凝土易于離析。Dm以40mm為界。,2.顆粒級配3,連續(xù)級配：顆粒粒徑分布連續(xù)的顆粒體系；間斷級配：缺少若干粒徑分布的顆粒體系；單粒級：瓜子片，拌制細(xì)石混凝土；綠豆砂，“蒼蠅頭”,級配對混凝土影響1.連續(xù)級配不易離析，但理論空隙率大；離析：粒徑較大的顆粒脫離顆粒體系的現(xiàn)象：滾出間斷級配易于離析，但理論空隙率??；2.關(guān)鍵在于施工的管理水平、設(shè)備間斷級配應(yīng)當(dāng)設(shè)置專用運(yùn)輸、儲存設(shè)施混凝土級配應(yīng)良好。,3.顆粒形態(tài)：,針片狀顆粒差針片狀顆粒多，混凝土強(qiáng)度、動流性均降低。,4.表面形貌：,碎石表面粗糙：強(qiáng)度提高（水泥與骨料粘結(jié)較好）、流動性降低。卵石表面光滑：強(qiáng)度降低（水泥與骨料粘結(jié)較差）、流動性提高。過去時(shí)態(tài),小結(jié)：粗骨料4大要素：,1.最大粒徑Dm：Dm，f；Dm，f；2.Dm增大，混凝土流動性提高；但Dm過大，混凝土易于離析；2.顆粒級配混凝土級配應(yīng)良好3.顆粒形態(tài)：針片狀顆粒多，強(qiáng)度、流動性均降低。4.表面形貌：碎石強(qiáng)度提高、流動性降低。,其他概念,1.骨料的堅(jiān)固性=抗風(fēng)化性能）：骨料抵抗物理因素破壞的性質(zhì)。風(fēng)、冰凍、熱造成的破壞堅(jiān)固性強(qiáng)度強(qiáng)度：骨料抵抗荷載作用破壞的性質(zhì)。堅(jiān)固性用硫酸鈉溶液浸泡-干燥測試。2.骨料含水狀態(tài)：4種全干狀態(tài)：烘干氣干狀態(tài)：自然干燥：含有少量水分飽和面干狀態(tài)：內(nèi)部水飽和、表面干燥狀態(tài)！濕潤狀態(tài),3.骨料的強(qiáng)度,2種表示方法：1.立方體抗壓強(qiáng)度：50*50*50mm（采石場）；2.壓碎指標(biāo)（混凝土生產(chǎn)商）壓碎指標(biāo)=碎石的數(shù)量分?jǐn)?shù)，骨料強(qiáng)度低。,拌和水,可飲用水,第三節(jié)混凝土拌和物,從加水開始到硬化為止的混凝土均為混凝土拌和物（料）、新拌混凝土。Freshconcrete混凝土拌和物性質(zhì)用和易性表示。流動性，粘聚性，保水性和易性亦稱為工作性:workbility工作性含義極為廣泛：包括攪拌是否容易？運(yùn)輸是否離析？澆注后混凝土是否密實(shí)？混凝土的施工質(zhì)量主要取決于工作性泵送混凝土、水下混凝土、噴射混凝土、自流平混凝土,學(xué)習(xí)角度定義,從學(xué)習(xí)角度，工作性用三點(diǎn)表示：流動性；粘聚性；保水性從物性角度：工作性：流動性；各物相在體系空間位置的穩(wěn)定性工作性流動性；粘聚性；保水性,流動性指混凝土拌和料易于流動、易于成型的性質(zhì)?；炷磷钪匾再|(zhì)之一流動性好，混凝土易于密實(shí)。曾經(jīng)采用干硬性混凝土：強(qiáng)力震動，碾壓、科技昌明，采用減水劑，混凝土流動性大幅提高例如：自流平混凝土,流動性表示方法,2種：坍落度：適于流動性比較大的混凝土；維勃稠度：適于干硬性混凝土。坍落度檢測值=0，采用維勃稠度。工程上已不用。坍落度大，混凝土流動性大；維勃稠度大，混凝土干硬度大。,流動性的其他表示方法,Kelly球K型坍落度計(jì)密實(shí)度法、,粘聚性與保水性,粘聚性：混凝土保持一定的內(nèi)聚力而不分散。保水性：混凝土保持水分的性質(zhì)。兩者有相關(guān)性：粘聚性差，保水性差。粘聚性用離析表示：外離析、內(nèi)離析保水性用泌水表示。,粘聚性差：混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生麻面、蜂窩、構(gòu)洞保水性差，混凝土泌水大，導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面疏松、起灰、起砂；耐磨性差,施工中常見問題,粘聚性檢測方法：坍落度測定后，目視觀察混凝土的粘聚性與保水性。,影響混凝土工作性的主要因素,1.用水量W：W增大，混凝土流動性提高；但W過大，混凝土易于離析用水量W是流動性第一影響因素,影響混凝土工作性的主要因素,2.合理砂率：砂率Sp=砂/(砂+石)Sp過大，混凝土坍落度低；原因：砂的含量多，砂的總表面積、吸水量增大，導(dǎo)致混凝土流動性降低。Sp過小，砂的含量少，粗骨料顆粒之間的阻隔物質(zhì)少，粗骨料顆粒機(jī)械摩擦阻力大，導(dǎo)致混凝土流動性降低，令混凝土干澀、易于離析。不大不小正好，謂之為合理砂率！,合理砂率定義：在相同條件下，使混凝土拌合物具有最大流動性的砂率亦稱為最佳砂率實(shí)際工程中，合理砂率的確定還應(yīng)當(dāng)與混合材的用量優(yōu)化配置：混合材/摻合料,影響混凝土工作性的主要因素,3.粗骨料對和易性影響：1）最大粒徑Dm：Dm增大，混凝土流動性提高；但Dm過大，混凝土易于離析以40mm為限度比較用水量W,影響混凝土工作性的主要因素,2）顆粒級配混凝土骨料級配應(yīng)良好。3）顆粒形態(tài)：針片狀顆粒多，混凝土流動性低。4）表面形貌：碎石混凝土流動性低。,影響混凝土工作性的主要因素,4.其它：4.1溫度高：坍落度損失大，隨著溫度的上升，坍落度減小。既流動性降低4.2時(shí)間延長：坍落度損失大坍落度損失：隨時(shí)間延長，新拌混凝土坍落度逐漸降低的現(xiàn)象。,5.外加劑：減水劑：摻加減水劑可大幅度提高混凝土的流動性引氣劑：摻加引氣劑可適度提高混凝土的流動性，可有效提高粘聚性、保水性。,思考：夏季商品混凝土長途運(yùn)輸后，混凝土的流動性降低，不利于現(xiàn)場施工，需認(rèn)真對待。,降低混凝土坍落度損失的技術(shù)措施：1.摻加一定的緩凝劑；國外多用；價(jià)高、2.摻加適量引氣劑；3.采用外加劑緩釋技術(shù)：顆粒中吸附減水劑，通過緩釋技術(shù)釋放之。工地多為加水，不可取。,第四節(jié)硬化混凝土性質(zhì),力學(xué)性質(zhì)包括：強(qiáng)度與變形一.混凝土強(qiáng)度1.混凝土抗壓強(qiáng)度：2種立方體抗壓強(qiáng)度fcu：混凝土材料科學(xué)采用fcu；棱柱體(軸心)抗壓強(qiáng)度fc混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，采用此值。fc=0.60.7fcu,2.抗拉強(qiáng)度ft：決定混凝土的抗裂性能。誤差大：荷載軸線可能偏離線性；骨料的界面缺陷尺寸大、無規(guī)律通常不直接測定。3.劈裂抗拉強(qiáng)度：通常用于表征混凝土抗拉性能。誤差小、常用。劈裂磚：裝飾用。4.彎曲抗壓強(qiáng)度fcm：抗折（彎）強(qiáng)度；有假設(shè)；材料學(xué)少用、工程設(shè)計(jì)重要指標(biāo)。重要者：,立方體抗壓強(qiáng)度fcu,1.標(biāo)準(zhǔn)尺寸：150mm立方體2.養(yǎng)護(hù)條件：溫度202/3、相對濕度RH大于90%以上，養(yǎng)護(hù)28d。比較：水泥養(yǎng)護(hù)條件：201，水中養(yǎng)護(hù)3d、28d，分別測試抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度。,fcu，k,混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值！混凝土強(qiáng)度等級：C30：C-混凝土強(qiáng)度等級代號；fcu，k=30.0MPa；42.5：水泥；Q235fcu，k：混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值。意義：一組混凝土試件，其抗壓強(qiáng)度中的一個(gè)值：所有抗壓強(qiáng)度低于此值的概率小于5%。(保證率)建筑結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本方法：概率-極限設(shè)計(jì)法,二.單軸壓應(yīng)力作用下混凝土的破壞模型,混凝土在壓應(yīng)力作用下，經(jīng)歷了4階段：1.加載初始階段：30（50）應(yīng)力水平，混凝土內(nèi)部無裂縫生成；2.水泥-骨料界面裂縫產(chǎn)生：3060應(yīng)力水平時(shí)，骨料界面產(chǎn)生裂縫；3.砂漿基相產(chǎn)生裂縫：6080應(yīng)力水平時(shí)；4.裂縫貫通階段：80應(yīng)力水平以上，混凝土裂縫逐漸匯集，貫通，導(dǎo)致混凝土破壞。由于微裂縫的產(chǎn)生、發(fā)展導(dǎo)致混凝土受壓應(yīng)力應(yīng)變曲線偏離線性的現(xiàn)象，稱為假塑性，擬塑性,混凝土的全應(yīng)力應(yīng)變曲線,在電液伺服式試驗(yàn)機(jī)上完成普通試驗(yàn)機(jī)由于實(shí)驗(yàn)結(jié)束時(shí)，機(jī)器的彈性應(yīng)變能釋放，令混凝土產(chǎn)生加速破壞。,三、影響混凝土抗壓強(qiáng)度的主要因素,鮑羅米公式1.水泥強(qiáng)度等級、灰水比fcu=Acfce，k(C/W-B)c：水泥強(qiáng)度富裕系數(shù)：1.081.13之間A、B：骨料系數(shù)：碎石與砂無關(guān)灰水比與強(qiáng)度線性、正比（唯一應(yīng)用灰水比概念處）,通?？梢匀。篈=0.46；B=0.07P=（1-0/）水泥強(qiáng)度等級fce，k：42.5、52.5；或者水泥實(shí)際強(qiáng)度fcefce=cfce，kA、B：骨料系數(shù)：碎石C/W：灰水比。,混凝土質(zhì)量控制之要訣,坍落度水灰比水與水泥的質(zhì)量比,一般均用水灰比描述混凝土性質(zhì)。但是在強(qiáng)度計(jì)算時(shí)用灰水比。fcu，o=Acfce，k(C/W-B)此公式表明：1.水泥強(qiáng)度高，混凝土強(qiáng)度高；2.灰水比大即水灰比小，混凝土強(qiáng)度高；3.碎石混凝土強(qiáng)度高。,3.骨料：最大粒徑：Dm增大，混凝土強(qiáng)度提高；但Dm過大，混凝土強(qiáng)度降低：應(yīng)力集中所致高強(qiáng)混凝土Dm一般不大于15mm針片狀骨料多：強(qiáng)度低：應(yīng)力集中所致碎石：強(qiáng)度高；界面粘結(jié)強(qiáng)度高,4.施工條件：溫度、濕度、成型密實(shí)性,4.1溫度：（1）0以下，硅酸鹽水泥停止水化抗凍劑,（2）溫度提高，混凝土水化加速、早期強(qiáng)度提高：100蒸汽養(yǎng)護(hù)混凝土，8h即可脫模使用，其強(qiáng)度約為80標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度加快生產(chǎn)速度，但強(qiáng)度略低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)混凝土強(qiáng)度。摻加活性混合材水泥混凝土100蒸汽養(yǎng)護(hù)后強(qiáng)度反而更高。,（3）蒸汽溫度大于100，蒸壓養(yǎng)護(hù)混凝土，混凝土強(qiáng)度大幅度提高！高強(qiáng)度混凝土管樁C80：磨細(xì)砂與水泥產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，具有強(qiáng)度！加氣混凝土砌塊:,4.4濕度：影響混凝土是否開裂，對強(qiáng)度影響比較難以量化。充分濕度養(yǎng)護(hù)有好處4.5養(yǎng)護(hù)時(shí)間：時(shí)間延長，強(qiáng)度提高。,混凝土質(zhì)量控制關(guān)鍵新拌混凝土：坍落度=流動性硬化混凝土：水灰比與強(qiáng)度有關(guān)含泥量計(jì)量裝置,思考：提高混凝土強(qiáng)度的技術(shù)措施,混凝土強(qiáng)度影響因素：1.水泥強(qiáng)度高，混凝土強(qiáng)度高；2.水比小灰，混凝土強(qiáng)度高；3.碎石混凝土強(qiáng)度高4.骨料5.施工質(zhì)量：溫度、濕度、成型密實(shí)性。時(shí)間延長，強(qiáng)度提高；溫度提高，混凝土水化加速：如何提高混凝土抗壓強(qiáng)度：,四.混凝土變形,混凝土變形分為：荷載作用下的變形與無荷載作用下的變形,1.荷載作用下的變形,包括：1）短期荷載變形：性質(zhì)用-曲線（應(yīng)力-應(yīng)變曲線）-曲線（應(yīng)力應(yīng)變曲線）：混凝土彈性模量初始切線模量；割線模量；任意點(diǎn)切線模量,初始切線模量測定方法彈性模量：結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中極重要參數(shù)預(yù)應(yīng)力混凝土：預(yù)應(yīng)力損失中，彈性模量有用,總結(jié),1.混凝土和易性影響因素W；砂率；骨料（4）；時(shí)間、溫度2.混凝土強(qiáng)度：意義；保羅米公式；混凝土強(qiáng)度影響因素2010.11.9,2）長期荷載作用下的變形：徐變混凝土在長期荷載作用下的變形水工混凝土中重要徐變將引起混凝土變形、收縮是混凝土預(yù)應(yīng)力損失中最大項(xiàng)（工程中重要）有觀點(diǎn)認(rèn)為徐變可降低大體積混凝土裂縫的危險(xiǎn),混凝土彈性模量的測試方法,2無荷載作用下的變形,3.混凝土的收縮、開裂；3.1水泥化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生體積收縮：水泥水水泥石（水泥水）體積水泥石體積。從本質(zhì)上，水泥是收縮的。摻加骨料將減少化學(xué)收縮影響,3.2塑性收縮新制備混凝土表面產(chǎn)生龜裂。原理：混凝土在凝結(jié)硬化過程中，表面水分喪失較快、較多，引起混凝土內(nèi)部產(chǎn)生毛細(xì)管，表面張力令混凝土產(chǎn)生收縮。太陽暴曬、風(fēng)力大；混凝土含水率高；工人缺乏養(yǎng)護(hù)，令塑性收縮嚴(yán)重！,對策：1.混凝土配合比注意粘聚性、保水性良好；2.注意養(yǎng)護(hù)：表面覆蓋薄膜、摻加保水劑；二次抹面技術(shù)。摻粉煤灰混凝土二次抹面重要。,3.3沉降收縮混凝土中水分上升聚集于鋼筋、粗骨料下部，硬化后，表面混凝土下沉、為鋼筋阻滯，在鋼筋表面產(chǎn)生裂紋。,3.4干縮裂縫：混凝土主要發(fā)生問題之一。不可避免。原理：混凝土在硬化后，由于水分的喪失，混凝土內(nèi)部表面張力令混凝土產(chǎn)生收縮。水分損失包括：凝膠水損失、毛細(xì)水損失水泥CSH凝膠層含有大量水分，干燥狀態(tài)下，水分有一定損失毛細(xì)孔中水損失是主要原因。主要特征：長大結(jié)構(gòu)，每隔35m，產(chǎn)生一條裂縫。,干縮裂縫的防治對策,切割縫/平縫。長大結(jié)構(gòu)，混凝土澆筑后13d內(nèi)，每隔35m，人工切割縫、并用密封膠填充縫隙。大面積混凝土施工：采用跳倉打。后澆帶,3.5混凝土碳化：產(chǎn)生3效應(yīng)：碳化：在有水分條件下，水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣。思考：試述碳化對，混凝土性能的影響。碳化：產(chǎn)生3效應(yīng)：碳化收縮1.收縮：氫氧化鈣生成碳酸鈣，將引起的體積收縮。石灰收縮大易于開裂。2.堿度降低：令混凝土中鋼筋易于銹蝕；碳化將導(dǎo)致混凝土耐久性降低。3.碳化：混凝土表面密實(shí)化?；炷翢o損檢測中回彈測試的主要影響因素之一。預(yù)應(yīng)力混凝土禁止使用粉煤灰水泥：粉煤灰水泥易于碳化。,5.6溫度裂縫：2層含義：溫差裂縫；熱脹冷縮1）溫差裂縫：混凝土水化后內(nèi)部溫度升高（5070），表面溫度低（2015），形成內(nèi)外溫差T。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：T不得大于20。大于20，混凝土極可能產(chǎn)生裂縫。大體積混凝土的主要技術(shù)攻關(guān)對象與難點(diǎn)。干縮裂縫與溫度裂縫比較：兩者有諸多相似之處。35m一條裂縫。難以綜合解決。2）熱脹冷縮：物理現(xiàn)象。結(jié)構(gòu)伸縮縫措施解決。每隔60100m，設(shè)置結(jié)構(gòu)伸縮縫即可。混凝土裂縫控制措施盡量降低水灰比；降低水泥用量，用水量；,骨料：3.1含泥量：大，收縮大3.2摻量小，收縮大3.3最大粒徑：適當(dāng)增大、收縮?。?.4彈性模量：彈性模量大，收縮?。狠p骨料混凝土收縮大；4.混凝土成型質(zhì)量，養(yǎng)護(hù)質(zhì)量：濕度是否充分？4.大體積混凝土溫度控制技術(shù):4.1原材料冷藏，遮蓋；制冰攪拌混凝土；攪拌車降溫；結(jié)構(gòu)中設(shè)置降溫管道。4.2緩凝劑；4.3大摻量粉煤灰；4.4設(shè)計(jì)強(qiáng)度可考慮采用60d或90d強(qiáng)度（應(yīng)與設(shè)計(jì)院溝通）。盡量降低水泥用量。為降低1而努力！,2.無荷載作用下的變形：混凝土的收縮、開裂?；炷恋氖湛s裂縫分類2.1水泥水化化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生體積收縮：化學(xué)收縮水泥水水泥石（水泥水）體積水泥石體積。從本質(zhì)上，水泥混凝土是收縮的。減縮約8%左右。2.2塑性收縮裂縫混凝土常見裂縫例：干旱的水稻田表面：龜裂。殼體。塑性收縮裂縫產(chǎn)生原因：混凝土中的水分蒸發(fā)，蒸發(fā)速度快，內(nèi)部水分部分蒸發(fā)而混凝土未能同步變形，毛細(xì)管張力導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生大量裂縫。反映:施工質(zhì)量差。1.混凝土水灰比大、表面水分多；2.混凝土未進(jìn)行有效的良好養(yǎng)護(hù)；與溫度、濕度、風(fēng)力有關(guān)。后果：混凝土易于磨損、易于起灰、強(qiáng)度低。2.3沉降收縮與塑性收縮裂縫有關(guān)：2.4干縮裂縫：主要問題之一由于混凝土內(nèi)部水分喪失，毛細(xì)管張力作用導(dǎo)致混凝土產(chǎn)生裂縫。特點(diǎn)：時(shí)間：混凝土澆筑若干周后開始產(chǎn)生。形態(tài)上:長、大結(jié)構(gòu)，每隔35m出現(xiàn)一條。對策：無法避免；用切割縫技術(shù)解決。切割縫用膠封閉。嵌縫膠。2.5混凝土碳化：在有水分條件下，水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣與空氣中的二氧化碳發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣，由此引起的體積收縮。石灰收縮大易于開裂?；炷撂蓟a(chǎn)生3效應(yīng)：1收縮：與干縮合并發(fā)生；2堿度降低：氫氧化鈣碳酸鈣，PH值降低，令混凝土中鋼筋易于銹蝕；碳化將導(dǎo)致混凝土耐久性降低。3碳化使混凝土表面密實(shí)化。無損檢測：回彈法測試的主要影響因素之一。預(yù)應(yīng)力混凝土禁止使用粉煤灰水泥：粉煤灰水泥易于碳化、導(dǎo)致鋼筋銹蝕。對于預(yù)應(yīng)力混凝土摻加粉煤灰限制較嚴(yán)。2.6溫度裂縫：2層含義：1溫差裂縫；2熱脹冷縮1溫差裂縫：由于水泥水化放熱，混凝土內(nèi)部溫度高（5070），表面溫度低（2015），由此形成混凝土內(nèi)外溫差T。國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定：T不得大于20