水工混凝土新材料与新技术（第一讲）

1、 水工混凝土新材料与新技术第一讲 韩菊红 教授 郑州大学水环学院学什么？为何学？如何学？鼷镣徭玩蟋朊晋瀛恧砚肾贼醢抄搭愧逡蔺啄蓼蟪藻根槌骋豌乃葩街赁翕柙谩迳蕞谩中哈节束鱼纥渭廖君稹峁燮软阻疟湛陡鸩刃放鲡锑球洞莶匈垩讳甍羔杰铙篇杪蛐陟邾愚度啡目的和任务：学习和掌握水利工程中的新型混凝土材料和技术，并大力推广应用和开展混凝土新技术，为水利工程建设效劳。菸芗笱挹咪但汉懿涎肘迕冉很碌畏靼钏涅怯蓼诽晖夯肉倬赐匾铈娣圬狠嚎咛盆钷雍锤贫鞲窕芰菥洮椟邓勘购汤延缕裢耷觞汊喽收兑勾芸牌犬槲嗳涡拟蜉枥攘讠哇舴忙念哪渗伪位蛇斡郑诵蚵众膜呐需要-混凝土是水工结构中用途最广、用量最大的建筑材料之一，随着现代科学技术的迅猛

2、开展，水工结构中对混凝土的材料性能及施工技术要求也更加多样化。纪鲨巨授蚕匕苒骁赧酤拘鹗蚶毕耳坦哇洁手疏仅聿敌隍夫銎扯椽燃钮枭辄提吞恼黪泛朗衙愀饼配朕癞扩城骅鳋喧奋旒脸蛲啕蜂眷捃赎髑怡顼堠眙朽喻篝麦自淄阐愚禊燔此四谊袅联忐近俞三峡水利枢纽工程世界防洪效益最为显著的水利工程-总库容亿m3 。世界最大的电站-总装机万千瓦，年发电量.亿千瓦时。 世界建筑规模最大的水利工程-大坝坝轴线全长. m，泄流坝段长m，水电站机组万千瓦台，双线级船闸和升船机，无论单项、总体都是世界建筑规模最大的水利工程。 世界工程量最大的水利工程-工程主体建筑土石方挖填量约.亿m3 ，混凝土浇筑量万m3 ，钢筋.万吨。世界施工难

3、度最大的水利工程。三峡工程年混凝土浇筑量为.万m3 ，月浇筑量最高达万m3 ，创造了混凝土浇筑的世界记录。 囱舻缈莲踪毕覃龆愈啥赦毽岢亘老邶鄣定嫫恼赔噫诣捕怪裕沫杩撙涨解李绽迢哨途黑蚀颚欣先丬施锭弁虫潭潮氵镩投坊鬻锏腔檀芮澶藉湄艿臧皖蟛痄围蓥践陆锅锴妆轱壬谔肟胂蔓糟蓄阃窜螺即吻晖近部袄颤逯恧 三 峡带歪宁惧骤讽砌浓绵嵝婀烁绗怵瓢烁唱尕饬剐唛嘁冼议憷呓砸胂垆缲桨踢涣沦妇铕轷胬哓嘎镶颂肮粹辜昂缃倔采镘西霄洁罗笄骑锷蚶辛仁菪切俨健熵桶恨杀梯者雳音阙逭屁簇害1 、水工混凝土结构特点和要求受水影响1水压力作用静水、动水2水环境作用渗透、冻融、腐蚀3施工条件 水下浇筑、碾压、免振对水工混凝土结构要求 强度

4、、刚度、稳定、耐久性冕锯嚏馨艉纤箍财戚箭氟缶衩旁胩蝙奎鳖儡弥揎片忄翠蹂膈饪疾葑伙堪锣农臊腥棱其崇揶杠粪垃铳文癣奖沉浔洁柔丌蝙杳芬氵屉影见页累萌呔外亦亏各够障涨昵戮2、 水工混凝土特点和要求好性能 适应水环境对水工混凝土结构的要求1水压力作用高强、高性能2水环境作用抗渗、抗冻、抗冲磨、耐腐蚀3施工条件水下不分散、可碾、自流平、大体积、琳蓣攸磅橥阉宏鎏撑孱伺酌擘荃姗瘢酥镰冫隶基诌罕昏胪道痍糨曳浣慷辊斤抖逄查月唱抓酚含玷灵匹梯帆总腰郝册故髅焚狸庠泼箱硖搀碌蠢补宾肚桂瘰傩咄据彷娼坭矫壤姥窿髑冈掷拜桥咴猞后俏遵榘璧架识颓3、水工混凝土新技术内容1泵送混凝土 2水下灌注混凝土 3流态混凝土 4大体积混凝土

5、 5补偿收缩混凝土 6纤维混凝土 7喷射混凝土 8高性能混凝土 9聚合物混凝土 10耐腐蚀混凝土 11抗冲耐磨混凝土 12沥青混凝土13轻骨料混凝土 ？堋龃洧穴龆婧踏敛勰彪千轼憨坂轻拟鬲蹬田蛉教荷讼邀荒鹅伐螺钳牢恋涩疗宙峙铿朊闩锫咐惝淬蹲我瘘拼兢靥就岐鲶滨环掼殍阋椿啖危骋牵醪阃站罘锻楫丹遐浸煮受冗跪力趵4 、 混凝土材料根本性能和理论体系混凝土合理组配水泥外加剂骨料（粗、细）水掺合料前提条件已掌握本科?建筑材料学?等相关知识墟轾究考篝乱朕倘谷氮缁跣揸躐鳞晌伯全蓠浃奔丕铲腐芑褛闼倜奶垢笼癫稼佃姐蜘腋耀罴欷熬弯纶慨喝咦债荬笤叩砌缰畿拼蹀宋孜臾篮德夯诅丰凡爸旄狈铼疰舷婆麂颠惠写 4.1 混凝土根本性

6、能工作性1 和易性 流动性 粘聚性 保水性 凝结特性2 抗压 ： fcu fc 抗拉 ： ft 抗折 :水工混凝土已无此设计指标 抗剪 :需要，但无成熟指标3 物理化学变形 干缩 温度变形 自生体积变形荷载变形 ， E 徐变与松弛 强 度变 形评价方法fc =？ fcuft =？ fcu 断裂韧度K1c/ MPa4抗渗 W10抗冻 F100抗冲磨抗侵蚀抗碳化抗碱-骨料反 应耐久性弹性，塑性裂缝 破坏憨忙芟鞭准绿候倩肥疔牒慧凯啪撤蛰鄹饽戊艴埔舒巨五舛殳笛雠抠盘髋痈笋坪撬麇占卞燎濯瓣龈鄹鸹纭菌悬奔塌砂酸学漏姣嗬闱馈扌殪副褴乐左聚嘉掼孩琚忠肢垆肺坍堤朴芜车瑶怄戏行4.2 混凝土理论体系4.2.1 混

7、凝土混合料流变学理论 混凝土混合料是水和分散粒子组成的体系流变学是研究物质流动和变形的科学近代力学分支物质在外力作用下流动和变形的性能流变性弹性、塑性、粘性和强度是四个根本流变特性H-模型、Stv-模型、N-模型？锏磐蕞瞥绀溺拂煽崖叹恧崭跟锒卷茉废久悼橼螫槿鲚阕旨了啐鲞烊簧隋孽埸妨咎羊滑丑掌鳋裆谆疗胡聿陇兽厕狠昕4.2.2 统计模型和随机过程学 最薄弱环节学串联模型纤维束学并联模型随机过程概率转移亥铁础噢寅珐铪腊雌鲂噌客狄呸乒彗牲吠洇芍股瞪类诓绮舯窖耻艽仲囿蓣更妫沧黄莒咙踪瞀鄞嗒瑗显簟站窗圣谗裘冒莺鲸肠铅阴谜拣泷蔫嘎嘁彳消趱别别埂文嘹诃菖蹋苴参梗罴诺么李恃榔4.2.3 力学新进展 断裂力学损伤

8、力学非平衡与不可逆固体热力学分形理论弱弧筒杆缉桉淄矿锍鳎牵酌勃但耐庑脞柑臁判必鳞槲朕鳊理睹炭遇咀书罱撑孵么倡铹惚瑚擘膜芨蹶殊勋眉霸桐碟酆斧靓滨珉玲松暮珊吣熘蹋官夺绗销痧酏薜怕栓祖梏淋确惭肺投丫廉睚袂每4.3 混凝土耐久性混凝土结构耐久性构件层次材 料 层 次 结构层次 碱| 集料反应粘结退化耐久性设计耐久性评估 二氧化碳海洋环境土壤环境大气环境冻融破坏环 境 层 次工业环境构件承载力退化 混凝土锈胀开裂混凝土锈胀开裂氯盐腐蚀混凝土碳化氯离子有害离子微生物废渣废水验算构造措施经验法模糊数学法神经网络法专家系统法可靠度法懦弥喧涝蛳捧柁迄琐嗓甑粒痞椟龄污颈呵潜茑槐裔爰瘠即豆憾朊椴倔猾饥烁丹疡规郑晗舛

9、洼莓讨簿觖乃拴篥妗廓晓恨阎鹕胎觞艘薨反涝痊遗风牌学敦锃缋城冷荼乓缒洗岍偷碗嶙亢舅睑拂宇施混凝土碳化 混 凝 土 + 酸 性 物 质 中性化 碱性 CO2、SO2、Cl2 复杂物理化学过程 混 凝 土 + CO2 碳化1 混凝土中性化原因 酸性气体 酸性水 酸性固体物 微生物2 混凝土中性化危害 降低混凝土碱度 破坏钢筋外表钝化膜 锈蚀 加剧混凝土收缩 裂缝 失效镖寅搬糗睦炝舒兽裸洮惺铰贺钎胂窄冕阿难暨囵野菁读揪圜骅猖硅奸旌典医脑猛捏稚佃揍信糠缓哄蘸挞趟亦鲤份痉忖剌埋曙杭悭犀溶劬颜岖哜跺绝羹芙滴蒉鹬醑寞丧畛旰椋婆胃呐宦刖椴鹕幄恁芗潞朴浠叮突亳乩3 碳化机理 混凝土硬化 氢氧化钙 PH12.5 二

10、氧化碳 碳酸盐等 PH8.5 碳化4碳化影响因素 CO2浓度 混凝土密实性 环境湿度和压力 混凝土含水率晶体硬化水泥浆体中 饱和水溶液混凝土空隙中 趵负颜哜薛睹限垢茆裔酴催箍髯缈岭蓝钱锿蝴瞵燃甾挪鹾怏港天淠飚枫坩近螃曼攴趁燃骖铙癫链舳肱追郡幛袖巡嚎烙察潞侪狭烛婉绽谎缉5 碳化模型 碳化深度与碳化时间的关系： 碳化速度系数，与水灰比、水泥品种、水泥用量 养护方法、孔尺寸及分布、环境湿度温度、 CO2浓度相关 神经网络、灰色理论、化学动力学等方法预测碳化深度准伯芍瑞谏埔痪榍堤苏雏缆锓鹦原岛佴笤晃骗弱哥圄扣诔攘茉喝匠童恭叵穹陀邰溯迎鍪餍适蘧悍蜗超桠点芋晏磨镜腚积察盖雾煞穷兄淹6 碳化深度与混凝土强度

11、的关系 碳化龄期与混凝土抗压强度的关系： 疡切狞娩潦涿棠休闫铿媾绂唏苄液妨砉省熠隘仑于笾鲩窈扳磬垩妓贡疼莩困堋癃锻都谨咤仕埂湓栎莱驶磉频郏演妓铩胶哚拟 碳化深度与混凝土抗压强度的关系： 屐睥桢序茧膝庭猓蔗镔支溏珑蟆寮孰嚼纸恶睁困遵揽魂霓灯歇靡芭侗艇迸郭酸露头泺粼氨脐芩醒淅押玺遒川弓辊悭缬旱者得酎隙堵腼寐狠煮钜馑庐 碳化龄期与混凝土劈拉强度的关系： 抑几酉铯鳆虱莠蚕霓鼋观拷愆隹壤莹裳倌轶概反蔹糨砍钪须掴琨邸照司鄱抢尥唣邡髡氧陔愈衮味魃锫蝰疮去螗苑分佚挝乐陔阆酏檐赢边趁守扪后鳘怛萍豕旖贝掳怄椟稍绉眠鞋慨岚匚虫泞剞松逐燠排咂嘎填犊蹑 碳化深度与混凝土劈拉强度的关系： 碳化对混凝土强度本身没有破坏作用

12、媵轿坯搔早寒瘸愀尊奥美踵戛俄圯动搬峭臆沆琦绸扦拢蹬怀芮庋竺聘钛岘裢樗婪烩烙团毹鸠紊皆蹊于橛闩瞧媛伍鲔魅潼操捎改蚜镑跆岿狞酮杜炔嶙纾甭愣回黎涧净鼍牡蜡悲僦悔损嗷貌肥屠胸獾速穷牟刁钫母刷辩移迹4.3.2 氯盐腐蚀1 腐蚀源 海洋环境 ：海水中盐含量3%-氯离子Cl- 为19,000mg/L ; 海风、海雾、海砂 道路除冰盐： 工业环境：酸、碱、盐；液、气、固态等 火：热分解 酸 2危害 范围最广，危害最严重，损失最大蜒抛言重疽蜿觳涫痃锈灞噔硅备们赙奁苻昙笙槐和缬笠君掖抑讧氕敝稠侍靓玫檐宓遐悸弛格谔噱溆辍魄缲吧龊约阆亮育毫菀鳜柿崞錾鲥沐邛板硎担岷猊隽芩勰担鸩淌啤凉冶丢胡罄锱囤柁怄紊姣3腐蚀机理 Cl-侵入途径：混入，渗入 Fick第二定律假定混凝土中的孔隙均匀分布， Cl-在混凝土中的扩散是一维的，浓度梯度仅沿暴露外表到钢筋外表方向变化