土木工程材料课件 建材3-4混凝土外加剂及特种混凝土

本章学习内容1普通混凝土的组成材料2普通混凝土的主要技术性质3普通混凝土的配合比设计4普通混凝土的质量控制5混凝土外加剂及其它品种混凝土6砂浆混凝土常用外加剂混凝土常用矿物掺合料其它品种混凝土外加剂、掺合料

及其它品种混凝土砼外加剂的定义依据《混凝土外加剂分类、命名与定义》（GB8075）:

混凝土外加剂是指在混凝土拌和过程中掺入的，用以改善混凝土性能的物质，掺量一般不超过水泥质量的5％。混凝土外加剂“本世纪30年代开始采用的以引气剂与塑化剂为主的混凝土外加剂技术，对优质混凝土的四大要素，即耐久性、强度、工作性与经济性，产生了十分明显甚至是决定性的作用。时至今日，外加剂已成为现代混凝土不可缺少的组分；掺加各种外加剂已成为混凝土改性的一条必经的技术途径”。

——吴中伟院士外加剂分类改善拌合物流变性能的外加剂如各种减水剂、引气剂、泵送剂调节凝结时间、硬化性能的外加剂如缓凝剂、早强剂、速凝剂改善耐久性能的外加剂如引气剂、防水剂、阻锈剂改善其它性能的外加剂如加气剂、膨胀剂、防冻剂、着色剂、防水剂1常用混凝土外加剂减水剂早强剂缓凝剂引气剂膨胀剂泵送剂速凝剂应用注意事项减水剂在保证混凝土工作性不变的情况下，显著减少拌和水用量的外加剂。表面张力（表面能）σS=σSL+σSVcosθ表面活性剂能显著降低水的表面张力。常具有两亲结构，由亲水基团和憎水基团两个部分组成。表面活性剂的重要作用1.润湿作用

表面活性剂可以降低液体表面张力，改变接触角的大小，从而达到所需的目的。例如，要农药润湿带蜡的植物表面，要在农药中加表面活性剂；如果要制造防水材料，就要在表面涂憎水的表面活性剂，使接触角大于90°。表面活性剂的重要作用2.起泡作用

表面活性剂的重要作用3.增溶作用

非极性有机物如苯在水中溶解度很小，加入油酸钠等表面活性剂后，苯在水中的溶解度大大增加，这称为增溶作用。表面活性剂的重要作用4.乳化作用一种或几种液体以大于10-7m直径的液珠分散在另一不相混溶的液体之中形成的粗分散体系称为乳状液。要使它稳定存在必须加乳化剂。简单的乳状液通常分为两大类。习惯上将不溶于水的有机物称油，将不连续以液珠形式存在的相称为内相，将连续存在的液相称为外相。1.水包油乳状液，用O/W表示。内相为油，外相为水，这种乳状液能用水稀释，如牛奶等。2.油包水乳状液，用W/O表示。内相为水，外相为油，如油井中喷出的原油。表面活性剂的重要作用表面活性剂的重要作用5.洗涤作用

减水剂的作用机理常用减水剂均属表面活性剂，是由亲水基团和憎水基团两个部分组成。加减水剂前加减水剂后絮凝分散减水剂分散水泥的机理示意图

技术经济效果技术经济效果提高强度、耐久性提高流动性减少水泥用量用途高强混凝土、高流动性混凝土、防水（防腐）混凝土等，用途最广，几乎适于所有混凝土，最常用。目前常用的减水剂普通减水剂：木质素系（木质素磺酸钙、木质素磺酸钠、木质素磺酸镁）糖蜜系（糖化钙、低聚糖）高效减水剂：萘系（萘磺酸盐甲醛缩合物，FDN）树脂系（聚羧酸等）早强剂定义加速混凝土早期强度发展的外加剂。适于在低温施工时使用。在负温下使用的早强剂称为防冻剂或防冻早强剂，分类——主要有氯盐类硫酸盐类有机胺类用途加快施工进度、提高模板周转、紧急抢修、冬季施工等缓凝剂缓凝剂是指能延缓混凝土凝结时间，并对混凝土后期强度发展无不利影响的外加剂。缓凝剂主要有四类：糖类，如糖蜜；木质素磺酸盐类，如木钙、木钠羟基羧酸及其盐类，如柠檬酸、酒石酸无机盐类，如锌盐、硼酸盐等。常用的缓凝剂是木钙和糖蜜缓凝剂用途大体积混凝土、高温施工、商品混凝土等。特别注意进行试验，保证与水泥、与气温适应性严格控制掺量，计量准确引气剂定义是指在混凝土搅拌过程中，能引入大量分布均匀的微小气泡，以减少混凝土拌和物泌水离析，改善和易性，并能显著提高硬化混凝土抗冻融耐久性的外加剂。种类松香热聚物、松香皂、烷基苯磺酸盐等。用途防水（抗渗）混凝土、路面滑模摊铺、抗冻混凝土、泵送混凝土等。注意掺量及引气量（降低强度）引气与抗冻融循环性能掺引气剂后掺引气剂前膨胀剂减少混凝土硬化过程收缩或有微膨胀作用目前常用品种——水化生成物为钙矾石的UEA，用于地下或地上结构工程施工，起防渗、减少混凝土开裂和连续浇注不设后浇带等作用用途：防渗抗裂、修补、灌浆、补偿收缩混凝土等。速凝剂定义指能使混凝土迅速凝结硬化的外加剂。速凝剂主要有无机盐类和有机物类。效果速凝剂掺入混凝土后，能使混凝土在5min内初凝，10min内终凝，1h就可产生强度，1d强度提高2～3倍，但后期强度会下降，28d强度约为不掺时的80％～90％。应用主要用于矿山井巷、铁路隧道、引水涵洞、地下工程以及喷锚支护时的喷射混凝土或喷射砂浆工程中。外加剂应用注意事项：1、品种选择及与水泥适应性；2、掺量确定及掺量控制；3、掺加方法先掺法、同掺法及后掺法后掺法比先掺或同掺效果好，混凝土掺合料是混凝土制备时，为节约水泥、改善混凝土性能、调节混凝土强度等级，而加入的人造或天然的矿物材料。常用的有：粉煤灰、磨细矿渣、硅灰等。硅灰-SilicaFume高强、高性能混凝土重要矿物掺合料混凝土掺合料主要用于：高强混凝土、泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗混凝土、高性能混凝土、特种混凝土等。掺外加剂、掺合料砼的配合比设计步骤与普通混凝土基本相同外加剂需考虑减水率mwa=mwo(1-β)掺合料取代部分水泥（外掺）其它品种混凝土高性能混凝土高强混凝土泵送混凝土纤维混凝土碾压混凝土RPC混凝土预拌混凝土补偿收缩混凝土聚合物水泥混凝土耐腐蚀混凝土水下不分散混凝土喷射混凝土防水混凝土高性能混凝土HPC

HighPerformanceConcreteHPC的含义，各国学者认识都不一致，一般认为，高性能砼应是具有优异耐久性的砼，其主要特点是高的强度、高的抗渗性、高的工作性能与体积稳定性。技术手段

日本明石海峡大桥加大截面加固在构件外部外包混凝土，增大构件截面面积和配筋量的一种加固方法自流密实成型高强混凝土指强度等级大于C50的混凝土。主要技术手段低水灰比（高效减水剂）高强度水泥掺入优质或超细掺合料优质高强级配骨料具有强度高、耐久性好、变形小的特点，能适应现代工程结构向大跨度、重载、高耸发展和承受恶劣环境条件的需要。岳阳洞庭大桥，强度等级C60，采用52.5MPa水泥、高效减水剂、硅灰、一级粉煤灰、最大粒径20mm的花岗岩碎石，泵送施工高强混凝土的缺点随着强度等级的提高，其拉压比降低，脆性增大；混凝土早期的自缩和水化热也增大，容易出现早期开裂。泵送混凝土指在坍落度为80mm以上适于用泵输送的混凝土。泵送砼的工作性——可泵性泵送施工要求新拌混凝土既要有较大的流动性，又不能产生离析，即要有良好的可泵性。常用相对压力泌水率反映可泵性。可泵性良好的泵送混凝土可泵性良好的泵送混凝土可泵性差的混凝土泵送混凝土堵管2008年,三一重工自主研制的世界最长72米臂架混凝土输送泵车成功下线。打破了世界纪录的高度。泵送混凝土在高层建筑、大型工业与公共建筑、大型桥梁以及地下工程广泛使用。上海南浦大桥89年一次泵送高度154m，1.5万方上海东方明珠95年一次泵送高度350m，180小时内泵送2.7万方上海金茂大厦一次泵送高度385m上海环球金融中心2008年，一次泵送高度492m世界纪录：一次高度532米，水平2015米。58年宝钢1号炉基础1700方砼，共10台搅拌机连续施工44小时上海环球金融中心底板砼2.8万方40小时内泵送施工完毕。上海中心大厦经６０多个小时的作业，2010年3月２８日晚顺利完成６.１万方的大底板砼浇筑应掺入泵送剂或减水剂，必要时还应掺入粉煤灰等掺合料。配合比中胶凝材料（水泥与掺合料之和）宜大于300kg/m3，砂率较普通混凝土大。

纤维混凝土FRC指以普通混凝土为基体，外掺各种短切纤维材料而成的纤维增强混凝土。可提高混凝土的抗拉强度，降低脆性。纤维的含量、几何形状、长径比、弹性模量等，对其性能有着很大影响。高弹性模量的纤维（如玻璃纤维、钢纤维和碳纤维等）低弹性模量的纤维（如尼龙、聚丙烯、植物纤维等）应用：在路面、桥面、机场道面、断面较薄的轻型结构、受力复杂的结构和压力管钢纤维聚丙烯纤维悉尼歌剧院长沙人民路奎塘河桥纤维增强材料作为桥面板配筋钢纤维混凝土(抗折强度为8.6MPa)加固的停机坪单轮载荷33t碾压混凝土RollerCompactedConcrete(RCC)RCCD(Dam)RCCP(Pavement)碾压混凝土碾压混凝土——RCC碾压混凝土RCCP属高致密水泥基均匀体系，将粗骨料剔除，根据密实堆积原理，用最大粒径400μm的石英砂为骨料，制备出强度和其它性能优异的活性粉末混凝土。活性粉末混凝土RPC

ReactivePowderConcreteRPC的配合比预拌混凝土（商品混凝土）补偿收缩混凝土（膨胀混凝土）使用膨胀水泥或掺加膨胀剂，减少混凝土硬化过程中收缩，或起微膨胀作用。用于：纵长结构、钢管混