第七章水泥基复合材料

1、第七章第七章 水泥基复合材料水泥基复合材料万神殿：公元万神殿：公元128128年年HadrinHadrin大帝时期建造的一座建筑物，它的圆形壁厚大帝时期建造的一座建筑物，它的圆形壁厚6.1m;6.1m;穹顶的直径穹顶的直径43.3m43.3m、高、高21.6m21.6m，使用了，使用了1200012000吨轻混凝土。吨轻混凝土。 硫酸钙（CaSO4）分类：分类：硬化过程硬化过程水泥细度水泥细度7.1.1 7.1.1 混凝土的定义和分类混凝土的定义和分类定义：定义： 混凝土是由混凝土是由胶结料胶结料和和骨料骨料混合、通过一定的混合、通过一定的工艺成型后、工艺成型后、硬化硬化而成的复合材料。而成的

2、复合材料。 胶结料是无机胶凝材料，或有机胶凝材料或胶结料是无机胶凝材料，或有机胶凝材料或二者的复合。二者的复合。 水泥混凝土水泥混凝土，通常简称混凝土，是由水泥浆，通常简称混凝土，是由水泥浆胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材。胶结颗粒骨料或骨料构架而成的人造石材。混凝土的分类混凝土的分类根据根据胶结材料不同胶结材料不同无机胶结材料无机胶结材料有机胶结材料有机胶结材料无机和有机的复合无机和有机的复合胶结材料胶结材料根据用途根据用途(功能功能)：普通混凝土；普通混凝土；道路混凝土；道路混凝土；防水混凝土防水混凝土；耐热混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土；耐酸混凝土；防辐射混凝土；防辐射混凝土；膨胀混

3、凝土；膨胀混凝土；装饰混凝土等。装饰混凝土等。根据根据生产与施工生产与施工方法方法：商品混凝土商品混凝土泵送混凝土泵送混凝土喷射混凝土喷射混凝土碾压混凝土碾压混凝土挤压混凝土挤压混凝土压力灌浆混凝土压力灌浆混凝土预应力混凝土预应力混凝土离心混凝土等。离心混凝土等。 混混 凝凝 土土7.1.2 7.1.2 普通混凝土组成材料普通混凝土组成材料 普通混凝土的组成普通混凝土的组成水泥水泥水水水泥浆水泥浆石子石子砂子砂子骨骨 料料新拌混凝土新拌混凝土100%体积体积6075%715%2540%1421%2128%3942%凝结硬化凝结硬化硬化混凝土硬化混凝土混凝土外加剂混凝土外加剂为了改善或提高混为了

4、改善或提高混凝土的性能凝土的性能各组成材料的作用各组成材料的作用水泥浆水泥浆润滑作用：与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动润滑作用：与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。性。胶结作用：包裹在所有骨料表面，通过水泥浆的凝结胶结作用：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。硬化，将砂、石骨料胶结成整体，形成固体。骨料骨料廉价廉价的填充材料，节省水泥用量的填充材料，节省水泥用量混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展传力作用传力作用降低水化热降低水化热提供耐磨性提供耐磨性化学外加剂化学外加剂改善混凝土的性能改善混凝土的性能缓凝

5、缓凝剂：使水泥浆凝结硬化速度减慢；剂：使水泥浆凝结硬化速度减慢；促凝促凝剂：使水泥浆凝结硬化速度加快；剂：使水泥浆凝结硬化速度加快；减水减水剂：减少拌和需水量；剂：减少拌和需水量；引气引气剂：在混凝土中引起封闭气孔；剂：在混凝土中引起封闭气孔；水泥水泥水泥品种的选择依据水泥品种的选择依据工程性质及所处的环境；工程性质及所处的环境；施工条件施工条件水水一般河水、可饮用水，均可用来配制混凝土；一般河水、可饮用水，均可用来配制混凝土；pHpH值小于值小于4 4的以及硫酸盐含量（的以及硫酸盐含量（SOSO3 3）超过）超过1%1%的水的水不能用于配制混凝土；不能用于配制混凝土；海水不允许用来配制钢筋混

6、凝土；海水不允许用来配制钢筋混凝土；含有对水泥水化有害的有机杂质的水不能用来拌制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。混凝土。骨料的种类骨料的种类按照骨料按照骨料粒径粒径粗骨料：粒径粗骨料：粒径5mm5mm的岩石颗粒，如卵石、碎石。的岩石颗粒，如卵石、碎石。细骨料：粒径细骨料：粒径5mm5mm的岩石颗粒，如河砂、山砂、的岩石颗粒，如河砂、山砂、海砂。海砂。碎碎 石石卵卵 石石按照骨料的按照骨料的密度密度普通普通骨料：堆积密度骨料：堆积密度15201680kg/m3密度在密度在25002700kg/m3轻轻骨料：堆积密度骨料：堆积密度1120kg/m3 密度在密度在1000kg/m

7、3 如陶粒、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。如陶粒、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。重重骨料：堆积密度骨料：堆积密度2080kg/m3 密度在密度在35004000kg/m3 如铁矿石、重晶石等。如铁矿石、重晶石等。普通骨料普通骨料轻骨料轻骨料重骨料重骨料7.1.3 7.1.3 混凝土的性质混凝土的性质混凝土混合料的性质混凝土混合料的性质 混凝土在混凝土在未凝结硬化以前未凝结硬化以前称为混凝土混合料（混合物、称为混凝土混合料（混合物、拌合物、拌合料或新拌混凝土）拌合物、拌合料或新拌混凝土）混凝土混凝土成型成型后的性质后的性质混凝土混合料的性质混凝土混合料的性质 混凝土混合料必须具有良好的混凝土混合料必

8、须具有良好的和易性和易性。 和易性又称和易性又称工作性工作性，是指混凝土拌合物在一定的施工，是指混凝土拌合物在一定的施工条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均条件下，便于各种施工工序的操作，以保证获得均匀密实的砼的性能。匀密实的砼的性能。 包括包括流动性流动性( (稠度稠度) )、粘聚性粘聚性和和保水性保水性三个主要方面。三个主要方面。 流动性流动性 流动性是指拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能流动性是指拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能产生产生流动流动并均匀密实地填充整个模型的性能。并均匀密实地填充整个模型的性能。粘聚性粘聚性 粘聚性是指拌合物在施工过程中，各组成材料互相之粘聚性是

9、指拌合物在施工过程中，各组成材料互相之间有一定的间有一定的粘聚力粘聚力，不出现分层离析，保持整体均，不出现分层离析，保持整体均匀的性能。匀的性能。保水性保水性 保水性是指拌合物保水性是指拌合物保持水分保持水分，不致产生严重泌水的性，不致产生严重泌水的性质。质。和易性的测定方法和易性的测定方法GBGB规定：规定：塑性混凝土的流动性用塑性混凝土的流动性用坍落度坍落度或坍落扩展度表示；或坍落扩展度表示；坍落度试验坍落度试验 流动性流动性的测定的测定将拌和物分三层填入坍落将拌和物分三层填入坍落度筒中；度筒中；每一层插捣每一层插捣2525下；下；将表面抹平；将表面抹平；垂直提起圆锥筒；垂直提起圆锥筒；量

10、出筒高与试体最高点之量出筒高与试体最高点之间的高度差间的高度差坍落度坍落度。200mm100mm300mm坍落度（坍落度（mmmm）越大，流动性越高）越大，流动性越高装第装第1层并插捣层并插捣25次次装第装第2层并插捣层并插捣25次次装第装第3层并插捣层并插捣25次次抹平表面抹平表面提起圆锥筒提起圆锥筒测量坍落高度测量坍落高度坍落度测量坍落度测量粘聚性和保水性的评定粘聚性和保水性的评定用捣棒轻轻敲击砼锥体的侧面，看它是否保持整体用捣棒轻轻敲击砼锥体的侧面，看它是否保持整体向下坍落或发生局部的突然崩落，由此判断其粘聚向下坍落或发生局部的突然崩落，由此判断其粘聚性是否合格；性是否合格；观察砼锥体下

11、方是否有水分析出，由此判断其保水观察砼锥体下方是否有水分析出，由此判断其保水性是否合格。性是否合格。混凝土成型后的性质混凝土成型后的性质力学性能力学性能变形性能变形性能耐久耐久性能性能硬化混凝土的耐久性硬化混凝土的耐久性混凝土在长期使用过程中，抵抗内、外不利影响，而保持混凝土在长期使用过程中，抵抗内、外不利影响，而保持其原有性能不变的能力。其原有性能不变的能力。 包括包括抗冻性抗冻性、抗渗性抗渗性、抗蚀性抗蚀性及及抗碳化抗碳化能力等。能力等。耐久性的重要性耐久性的重要性保证构筑物运行的保证构筑物运行的安全安全性性延长构筑物的使用延长构筑物的使用寿命寿命节约维护费用节约维护费用节约自然资源，节约

12、自然资源，减少消耗减少消耗混凝土路面受盐冻剥落混凝土路面受盐冻剥落碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝碱骨料反应引起混凝土的自由变形产生网状裂缝硫酸盐侵蚀引起的大坝破坏抗渗性抗渗性 抗渗性是指混凝土抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体渗透抵抗水、油等液体渗透的能力。抗的能力。抗渗性好坏用抗渗等级来表示。渗性好坏用抗渗等级来表示。 混凝土水灰比对抗渗性起决定性作用。混凝土水灰比对抗渗性起决定性作用。 提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度。度。 抗冻性抗冻性 抗冻性是指混凝土在抗冻性是指混凝土在饱和水状态下饱和水状态下，能经受多次，能经受

13、多次冻融冻融循环循环而不破坏，也不严重降低强度的性能，是评定混而不破坏，也不严重降低强度的性能，是评定混凝土耐久性的主要指标。凝土耐久性的主要指标。 冻害冻害什么引起冻害什么引起冻害? ?混凝土内部孔中的水结冰混凝土内部孔中的水结冰水结冰使体积膨胀水结冰使体积膨胀9%9%。冻害破坏影响到水泥石和骨料冻害破坏影响到水泥石和骨料冻害破坏的冻害破坏的外观模式外观模式剥落剥落 龟裂、分层龟裂、分层构筑物的什么构筑物的什么位置位置最易受损最易受损? ?北方气候北方气候混凝土路面、桥面板、挡土墙混凝土路面、桥面板、挡土墙抗侵蚀性抗侵蚀性 抗侵蚀性腐蚀的类型通常有淡水抗侵蚀性腐蚀的类型通常有淡水腐蚀腐蚀、硫

14、酸盐腐蚀、硫酸盐腐蚀、溶解性化学腐蚀、强碱腐蚀等。溶解性化学腐蚀、强碱腐蚀等。 混凝土的抗侵蚀性与密实度有关，同时，水泥品种、混凝土的抗侵蚀性与密实度有关，同时，水泥品种、混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。 抗碳化抗碳化定义：定义： 碳化是指环境中的碳化是指环境中的COCO2 2与混凝土水泥石中的与混凝土水泥石中的Ca(OH)Ca(OH)2 2作作用生成用生成碳酸钙和水碳酸钙和水，从而降低混凝土中碱度的现象。，从而降低混凝土中碱度的现象。危害：危害： 由于碱度的降低，混凝土中的钢筋失去保护膜，引起由于碱度的降低，混凝土中的钢筋失去保护膜，引起钢

15、筋锈蚀；混凝土表面出现碳化收缩，导致微裂缝的钢筋锈蚀；混凝土表面出现碳化收缩，导致微裂缝的产生，降低混凝土的强度和耐久性。产生，降低混凝土的强度和耐久性。碱骨料反应碱骨料反应常见的碱常见的碱骨料反应破坏形式骨料反应破坏形式提高混凝土耐久性措施提高混凝土耐久性措施 根据工程所处环境要求，合理选择根据工程所处环境要求，合理选择水泥品种水泥品种； 控制水灰比及保证足够的水泥用量；控制水灰比及保证足够的水泥用量； 改善粗细骨料的改善粗细骨料的颗粒级配颗粒级配；掺加掺加外加剂外加剂，以改善抗冻、抗渗性能；，以改善抗冻、抗渗性能； 加强浇捣和养护，以提高混凝土强度及密实度，避免出现裂缝、加强浇捣和养护，以

16、提高混凝土强度及密实度，避免出现裂缝、蜂窝等现象；蜂窝等现象；采用浸渍处理或用有机材料作采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层防护涂层；7.27.2高性能混凝土高性能混凝土三峡大坝三峡大坝厦门的湖里山炮台厦门的湖里山炮台英国南安普墩海港工程英国南安普墩海港工程美国西雅图海滨海上水泥船美国西雅图海滨海上水泥船 旅顺、厦门的混凝土炮台旅顺、厦门的混凝土炮台 沿海、沿江商埠大量保存的沿海、沿江商埠大量保存的混凝土建筑物混凝土建筑物 采用符合耐久性要求的胶凝采用符合耐久性要求的胶凝材料材料低水灰比低水灰比工作性好，易于施工工作性好，易于施工复合使用有机外加剂（动物复合使用有机外加剂（动物油脂、乳液、动物血

17、、糯米汁油脂、乳液、动物血、糯米汁等）等）匀质性好匀质性好具有合理的孔结构和密实度具有合理的孔结构和密实度采用严格的施工工艺采用严格的施工工艺级级别别设计使用设计使用年限年限名名 称称示示 例例一一约约100100年年重要建筑物重要建筑物标志性、纪念性建筑物，大型公共标志性、纪念性建筑物，大型公共建筑物如大型的博物馆、会议大厦建筑物如大型的博物馆、会议大厦和文体卫生建筑，政府的重要办公和文体卫生建筑，政府的重要办公楼，大型电视塔等楼，大型电视塔等重要土木基础设施工程重要土木基础设施工程大型桥梁，隧道，高速和一级公路大型桥梁，隧道，高速和一级公路上的桥涵，城市干线上的大型桥梁、上的桥涵，城市干线

18、上的大型桥梁、大型立交桥，城市地铁轻轨系统等大型立交桥，城市地铁轻轨系统等二二约约5050年年一般建筑物和构筑物一般建筑物和构筑物一般民用建筑如公寓、住宅以及中一般民用建筑如公寓、住宅以及中小型商业和文体卫生建筑，大型工小型商业和文体卫生建筑，大型工业建筑业建筑次要的土木设施工程次要的土木设施工程二级和二级以下公路以及城市一般二级和二级以下公路以及城市一般道路上的桥涵道路上的桥涵三三约约3030年年不需较长寿命的结构物不需较长寿命的结构物可替换的易损构件可替换的易损构件某些工业厂房某些工业厂房项目项目普通混凝土普通混凝土高性能混凝土高性能混凝土理念理念重视强度，对于不同重视强度，对于不同混凝土，规定不同的混凝土，规定不同的最低强度最低强度重视耐久性，根据环境特点，确定混重视耐久性，