无机非混凝土工艺

无机非混凝土工艺第1页，共44页，2023年，2月20日，星期五混凝土的定义混凝土

由胶凝材料、细骨料、粗骨料、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过胶凝材料凝结硬化后，形成具有一定强度和耐久性的人造石材。普通混凝土由水泥、砂、石子、水以及必要时掺入的化学外加剂组成，经过水泥凝结硬化后形成的、干体积密度为2000-2800kg/m3，具有一定强度和耐久性的人造石材。又称为水泥混凝土，简称为“混凝土”。

三峡工程钢筋混凝土重力坝第2页，共44页，2023年，2月20日，星期五混凝土的结构混凝土的结构

水泥+水→水泥浆+砂→水泥砂浆+石子→混凝土拌合物→硬化混凝土组成材料的作用混凝土体积构成水泥石—25％左右；砂和石子—70％以上；孔隙和自由水—1％～5%。

组成材料硬化前硬化后水泥+水润滑作用胶结作用砂+石子填充作用骨架作用第3页，共44页，2023年，2月20日，星期五混凝土的形成过程

搅拌

密实成型

养护第4页，共44页，2023年，2月20日，星期五3.1搅拌混合的各种方式

拌合：固体与固体之间的混合；

捏合：固体与少量液体或粘稠液体的调和；

扩散：液体与液体之间的拌合；

溶解：液体与易溶固体之间的拌合；

乳化：互不相溶的液体与液体之间、液体与气体之间的分散搅拌：两种或多种物料相互分散，达到均匀混合的过程。第5页，共44页，2023年，2月20日，星期五3.1.1搅拌原理混凝土混合料的均匀性是很难评价的，混合机理是十分复杂的。1.均匀性

从理论上来讲，均匀性问题应按数理统计来评价：标准偏差变异系数但对于混凝土这样多相、多粒径是很难应用的。第6页，共44页，2023年，2月20日，星期五《混凝土搅拌机性能试验方法》GB4477国际规定取两个混凝土试样，先测定含气量，再倒入5mm的筛上用水冲洗测得饱和面干粗集料、砂浆的质量和体积，按下式计算：—不含空气的砂浆体积密度，kg/m3W

—混凝土试样质量，kg；Wm—5mm筛上粗集料饱和面干质量，kg；V—含气量测定仪的容积，m3Va—所含气体体积，m3g—粗集料的饱和面干表观密度，kg/m3第7页，共44页，2023年，2月20日，星期五分别求出前后两部分试样的砂浆体积密度

1、

2，砂浆体积密度的相对偏差：单位体积混合料中粗集料的质量的相对偏差M为：Wm—5mm筛上粗集料饱和面干质量，kg；V—含气量测定仪的容积，m3第8页，共44页，2023年，2月20日，星期五均匀混凝土的判断标准：外观：《混凝土质量控制标准》GB50164混凝土拌合物颜色一致，不得有离析，泌水现象。相对误差范围：《混凝土搅拌机性能试验方法》GB4477两次测定的砂浆相对密度差的相对误差∆<0.8%;两次测定的单位体积粗集料的质量相对误差∆M<5%.第9页，共44页，2023年，2月20日，星期五2.混凝土的搅拌机理

※1)重力搅拌机理

在一个圆筒形容器中有两个不同的颗粒，上部为A、下部为B。当圆筒以倾斜轴旋转时，A、B两种颗粒在重力的作用下，力求达到最稳定的状态。利用“重力”的作用自由下落，物料下落时，颗粒间相互穿插，翻拌，混合而扩散均匀。eg.鼓式、锥式、自落式搅拌机第10页，共44页，2023年，2月20日，星期五※2)剪切搅拌机理

外力的作用下。使物料作无滚动的相对位移而达到均匀的机理称为剪切搅拌机理。利用转动的叶片强迫物料相互间产生剪切滑移而达到混合和扩散均匀化。双卧轴强制式混凝土搅拌机搅拌罐第11页，共44页，2023年，2月20日，星期五※3)对流搅拌机理以对流作用为主的搅拌机理。物料在垂直圆筒形搅拌器中是依靠对流作用而达到均匀混合的目的。

加气混凝土是以硅质材料和钙质材料为主要原料，掺加发气剂（铝粉），通过配料、搅拌、浇注、预养、切割、蒸压、养护等工艺过程制成的轻质多孔硅酸盐制品。因其经发气后含有大量均匀而细小的气孔，故名加气混凝土。eg.加气混凝土设备第12页，共44页，2023年，2月20日，星期五※4)简谐运动机理物体在与位移成正比并且指向平衡位置力的作用下的运动。eg.OMNI搅拌机(日本千代田和美国Garbro公司)特点：完全打破了以前的搅拌机理，被搅拌的物料的运动速度和方向瞬时都在变化，混合料在短时间内任意分散，因此在短时间内取得良好的效果。第13页，共44页，2023年，2月20日，星期五3.1.2影响搅拌质量的因素影响搅拌质量的因素主要有材料因素、设备因素和工艺因素。1.材料因素

粘度、密度

表面张力

湿润性含水量

粉料颗粒容易搅拌均匀第14页，共44页，2023年，2月20日，星期五2.设备因素

当原材料及配合比不变时，搅拌机的类型及转速对混凝土混合料具有一定的影响。

鼔筒搅拌机

适于搅拌塑性混合料，不宜搅拌干硬性混合料；

强制性搅拌机适于搅拌干硬性或半干硬性混合料，不宜搅拌大流动性混合料；

双锥搅拌和梨形搅拌机

适于搅拌塑形、低流动性混凝土混合料。机型第15页，共44页，2023年，2月20日，星期五在机型不变时，搅拌机的转速对混凝土混合料的质量影响较大：举例1：鼔筒式搅拌机：n:

搅拌机的转速；R：搅拌筒半径；举例2：强制式搅拌机：中速为宜：1.3~1.8m/s转速第16页，共44页，2023年，2月20日，星期五3.工艺因素

在原材料、配合比、搅拌设备都不变时，工艺因素能提高搅拌质量或缩短搅拌时间。※1)搅拌时间

第一阶段：随着搅拌时间的延长，混合的均匀程度越好。

第二阶段：随着搅拌时间的继续延长，搅拌质量不断下降，出现了过混合。物料之间存在性质差异，以及物料之间的化学反应。第一阶段第二阶段第17页，共44页，2023年，2月20日，星期五※2)投料顺序一次投料二次投料♠预拌水泥浆法：水、水泥、砂的投料延续时间分别为2~12s、0~7(或9s)、0~10s加水时间过长、石子投入时间过早第18页，共44页，2023年，2月20日，星期五♠水泥裹砂法（SEC法）：

首先将砂子的表面含水量控制在某一范围内(用砂子含水量调节器进行控制)，然后按照壳所需的表面含水量加入W1的水量并搅拌均匀，同时加入粗集料。随后加入水泥进行搅拌造壳。补充：由日本大成建设株式会社和利布昆尼阿林库株式会社共同研制出的混凝土混合的新方法。第19页，共44页，2023年，2月20日，星期五※3)加水方法由表可见：向搅拌筒整个空间均匀供水30s即可搅拌均匀；而集中一处供水时搅拌时间长而且强度变异系数大。第20页，共44页，2023年，2月20日，星期五3.2密实成型成型：混凝土混合料在模板内流动并充满模板获得所需要的外形(外部流动)。密实：混凝土混合料向其内部流动填充空隙达到密实结构(内部流动)。流动性好的混凝土：依靠自身的流动性就能很好地填满模型，如加气混凝土、泡沫混凝土等；流动性不好的混凝土：自身流动性不能很好地填充模型，必须施加外力使混凝土密实成型和充满模型，施加的外力由机械完成，对应的机械称之为成型机械。第21页，共44页，2023年，2月20日，星期五混凝土成型的基本方法及相关设备1、2、3、4、5、第22页，共44页，2023年，2月20日，星期五3.2.1振动密实成型流变学的研究表明，混凝土混合料可以看成宾汉姆体：τ——剪切力；τ0——极限剪切力；η——体系的塑性(剩余的)粘度，它可视为应力与剪切速度之间的比例系数(粘度系数)；dv/dy——剪切速度梯度；1、振动液化密实成型机理胡克体+理想粘塑形体第23页，共44页，2023年，2月20日，星期五试验结果证明：当混凝土混合料的振动达到某一速度时，混合料的极限剪切应力急剧下降趋于零，即接近于牛顿流体。振动作用下混凝土混合料密实成型的原因主要如下：1)水泥胶体的触变作用：

水泥颗粒与水接触后，表层开始了部分水化，形成了胶体，在外力作用下，凝胶转变为溶胶，流动性能发生明显的改变。是粘度随持续时间而减小的性质。第24页，共44页，2023年，2月20日，星期五2)内聚力、粘附力减小：

振动使颗粒产生颤动，部分达到共振，客服了混合料的内聚力和粘附力。内聚力：混凝土混合料内聚的一些力，eg.表面张力、毛细管力等；粘附力：混凝土混合料颗粒之间的物理吸附、机械跤合、化学键(氢键)。3)流动实现了密实成型：

振动作用下，混凝土混合料黏度下降，在重力作用下，填充模板实现成型，混合料剪应力下降，气体排出，填充内部实现窑实。第25页，共44页，2023年，2月20日，星期五干硬性混凝土拌和料在振动密实过程中，可以分为两个基本阶段：1)第一阶段

混凝土拌和料的初始结构发生破坏，颗粒相互变动方位、移动，其间的接触点受到破坏，在重力作用下形成较新的、较稳定结构。2)第二阶段

混凝土拌和料做整体振动，颗粒紧密接触，由于降低过程和内部空气的外逸而产生较小的相互变位，嵌于内部的空气使拌和物具有弹性体性质。2、振动作用下混凝土结构的形成体积缩小，空气排出内部空气的外逸，弹性体形成。第26页，共44页，2023年，2月20日，星期五苏联学者杰索夫根据戈里青地震波在土壤中传播的基本假设，求得了振动波在混凝土中衰减的一般规律：振幅衰减的一般规律：A——振幅；——圆频率；F——粘阻系数；——振动衰减系数；r——距波源的距离(半径)。3、振动的传播与衰减规律第27页，共44页，2023年，2月20日，星期五有效作用范围是指振动传播到某处使该处的混凝土很好的液化，超过此处混合料达不到得极限长度。1)振动器的有效作用半径：取距振捣棒轴线距离为r2和振捣棒半径r1代入振幅衰减公式，相除得：若已知值，即可计算出有效作用半径r2。4、振动器的有效作用范围第28页，共44页，2023年，2月20日，星期五2)振动台的有效作用高度：设振动台的有效作用高度为h，A1为设备表面的振幅，则：若已知值，即可计算出有效作用高度h。第29页，共44页，2023年，2月20日，星期五3)表面振动器的有效作用深度：与振动台、振捣棒不同，在混合料之上，附着力小，振动器参数随着振动时间而变化:可按经验公式估算:S——振动板面积；——混合料体积密度；m——被振实混合料层的质量。第30页，共44页，2023年，2月20日，星期五式中:m0

——偏心块质量；l——偏心距；Q——振动器质量；A1

——震动器与物料的最终振幅。第31页，共44页，2023年，2月20日，星期五4)附着式振动器的有效作用范围：附着式振动器特点是直接振动模板，间接振动混合料，作用范围取决于振动功率及模板刚度，有效范围只能实测。第32页，共44页，2023年，2月20日，星期五根据混凝土混合物特性，合理确定振动频率、振幅、振动速度和振动时间，作为选择振动设备的依据。1)振幅振幅与混凝土混合物性能和振动频率有关。混合物性能：eg.粒径，振幅。振动频率(振动速度不变时)：频率，振幅。5、振动参数和振动制度第33页，共44页，2023年，2月20日，星期五2)振动频率振动频率取决于混凝土混合物中骨料的粒径大小，对于混凝土不同颗粒粒径与振动频率的关系，应满足下列条件：D<(23*106)/f2D——颗粒粒径mm；f——振动频率Hz。一般情况下，取混凝土混合物中骨料的某一平均粒径或以含有最多的一种粒径来选择振动频率。第34页，共44页，2023年，2月20日，星期五法国学者雷尔密特研究得出频率与粒径的关系为：k=2*106；d—粒径，mm。

但由于粒径很多不可能采用如此多的频率，只能在一定范围内采用一个频率。因此雷尔密特提出：d<(4*104)/f2可算出：d<60mm；f=25Hz；d<4mm；f=100Hz；d<0.1mm；f=617Hz.第35页，共44页，2023年，2月20日，星期五3)振动速度振动的极限速度(振动设备的最高速度)：Vmax=1.75*10-3

A

fA——振幅，cm；f——振动频率，Hz。4)振动加速度振动的最大加速度：amax=A*2=

2.78*10-6

A

f2

第36页，共44页，2023年，2月20日，星期五5)振动烈度L=A2*f3

振动烈度越大，混凝土混合料的结构黏度越小，即达到相同振实程度所需的时间越短。6)振动时间时间短：无法密实；时间过长：造成分层、离析、泌水第37页，共44页，2023年，2月20日，星期五1)插入式振动器2)附着式振动器3)振动台6、常用振动设备第38页，共44页，2023年，2月20日，星期五3.2.2压制密实成型

振动的不足在于整体振动能量使用不合理，能耗大，对于干硬性混凝土更不好密实。压制工艺在强大的压力下能够将能量集中在局部区域内，并且可以减少噪音，提高生产效率和产品质量。

压制密实成型是混凝土拌合物在强大的压力作用下，克服颗粒之间的摩擦