《复合材料》课件-第七章 水泥基复合材料

第七章水泥基复合材料万神殿：公元128年Hadrin大帝时期建造的一座建筑物，它的圆形壁厚6.1m;穹顶的直径43.3m、高21.6m，使用了12000吨轻混凝土。

罗马圆形剧场古罗马加尔输水道（BC63-13年）据统计：在正常工作条件下，混凝土与预应力混凝土结构桥梁从建成到拆除重建的周期为40～45年水泥的主要化学成分有用组分：

CaO=60%~75%SiO2=15%~30%

Al2O3=4%~8%Fe2O3=2%~8%硫酸钙（CaSO4）分类：硬化过程水泥细度7.1.1混凝土的定义和分类定义：混凝土是由胶结料和骨料混合、通过一定的工艺成型后、硬化而成的复合材料。胶结料是无机胶凝材料，或有机胶凝材料或二者的复合。

水泥混凝土，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。混凝土的分类根据胶结材料不同无机胶结材料有机胶结材料无机和有机的复合胶结材料根据用途(功能)：普通混凝土；道路混凝土；防水混凝土；耐热混凝土；耐酸混凝土；防辐射混凝土；膨胀混凝土；装饰混凝土等。根据生产与施工方法：商品混凝土泵送混凝土喷射混凝土碾压混凝土挤压混凝土压力灌浆混凝土预应力混凝土离心混凝土等。

混凝土7.1.2普通混凝土组成材料

普通混凝土的组成水泥水水泥浆石子砂子骨料新拌混凝土100%体积60~75%7~15%25~40%14~21%21~28%39~42%凝结硬化硬化混凝土混凝土外加剂为了改善或提高混凝土的性能各组成材料的作用水泥浆①润滑作用：与水形成水泥浆，赋予新拌混凝土以流动性。②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。骨料①廉价的填充材料，节省水泥用量②混凝土的骨架，减小收缩，抑制裂缝的扩展③传力作用④降低水化热⑤提供耐磨性化学外加剂改善混凝土的性能①缓凝剂：使水泥浆凝结硬化速度减慢；②促凝剂：使水泥浆凝结硬化速度加快；③减水剂：减少拌和需水量；④引气剂：在混凝土中引起封闭气孔；水泥水泥品种的选择依据①工程性质及所处的环境；②施工条件水①一般河水、可饮用水，均可用来配制混凝土；②pH值小于4的以及硫酸盐含量（SO3）超过1%的水不能用于配制混凝土；③海水不允许用来配制钢筋混凝土；④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。骨料的种类按照骨料粒径①粗骨料：粒径>5mm的岩石颗粒，如卵石、碎石。②细骨料：粒径<5mm的岩石颗粒，如河砂、山砂、海砂。碎石卵石按照骨料的密度①普通骨料：堆积密度1520~1680kg/m3密度在2500～2700kg/m3②轻骨料：堆积密度＜1120kg/m3

密度在～1000kg/m3

如陶粒、膨胀珍珠岩、泡沫塑料颗粒等。③重骨料：堆积密度＞2080kg/m3

密度在3500～4000kg/m3

如铁矿石、重晶石等。普通骨料轻骨料重骨料7.1.3混凝土的性质①混凝土混合料的性质混凝土在未凝结硬化以前称为混凝土混合料（混合物、拌合物、拌合料或新拌混凝土）②混凝土成型后的性质①混凝土混合料的性质

混凝土混合料必须具有良好的和易性。和易性又称工作性，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，以保证获得均匀密实的砼的性能。包括流动性(稠度)、粘聚性和保水性三个主要方面。

流动性

流动性是指拌合物在自重或施工机械振捣作用下，能产生流动并均匀密实地填充整个模型的性能。粘聚性

粘聚性是指拌合物在施工过程中，各组成材料互相之间有一定的粘聚力，不出现分层离析，保持整体均匀的性能。保水性

保水性是指拌合物保持水分，不致产生严重泌水的性质。和易性的测定方法GB规定：①塑性混凝土的流动性用坍落度或坍落扩展度表示；坍落度试验

流动性的测定①将拌和物分三层填入坍落度筒中；②每一层插捣25下；③将表面抹平；④垂直提起圆锥筒；⑤量出筒高与试体最高点之间的高度差—坍落度。200mm100mm300mm坍落度（mm）越大，流动性越高装第1层并插捣25次装第2层并插捣25次装第3层并插捣25次抹平表面提起圆锥筒测量坍落高度坍落度测量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；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。②混凝土成型后的性质①力学性能②变形性能③耐久性能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，而保持其原有性能不变的能力。包括抗冻性、抗渗性、抗蚀性及抗碳化能力等。耐久性的重要性①保证构筑物运行的安全性②延长构筑物的使用寿命③节约维护费用④节约自然资源，减少消耗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

抗渗性是指混凝土抵抗水、油等液体渗透的能力。抗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。提高混凝土抗渗性的根本措施在于增强混凝土的密实度。抗冻性

抗冻性是指混凝土在饱和水状态下，能经受多次冻融循环而不破坏，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。

冻害①什么引起冻害?混凝土内部孔中的水结冰水结冰使体积膨胀9%。冻害破坏影响到水泥石和骨料②冻害破坏的外观模式剥落龟裂、分层③构筑物的什么位置最易受损?北方气候混凝土路面、桥面板、挡土墙抗侵蚀性

抗侵蚀性腐蚀的类型通常有淡水腐蚀、硫酸盐腐蚀、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、混凝土内部孔隙特征对抗腐蚀性也有较大影响。

抗碳化定义：碳化是指环境中的CO2与混凝土水泥石中的Ca(OH)2作用生成碳酸钙和水，从而降低混凝土中碱度的现象。危害：由于碱度的降低，混凝土中的钢筋失去保护膜，引起钢筋锈蚀；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。碱骨料反应常见的碱—骨料反应破坏形式提高混凝土耐久性措施

①根据工程所处环境要求，合理选择水泥品种；②控制水灰比及保证足够的水泥用量；③改善粗细骨料的颗粒级配；④掺加外加剂，以改善抗冻、抗渗性能；⑤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、蜂窝等现象；⑥采用浸渍处理或用有机材料作防护涂层；7.2高性能混凝土三峡大坝厦门的湖里山炮台●英国南安普墩海港工程●美国西雅图海滨海上水泥船●旅顺、厦门的混凝土炮台●沿海、沿江商埠大量保存的混凝土建筑物

历时100多年的波特兰水泥混凝土建筑物这些建筑物耐久的共同特点●采用符合耐久性要求的胶凝材料●低水灰比●工作性好，易于施工●复合使用有机外加剂（动物油脂、乳液、动物血、糯米汁等）●匀质性好●具有合理的孔结构和密实度●采用严格的施工工艺级别设计使用年限名称示例一约100年重要建筑物标志性、纪念性建筑物，大型公共建筑物如大型的博物馆、会议大厦和文体卫生建筑，政府的重要办公楼，大型电视塔等重要土木基础设施工程大型桥梁，隧道，高速和一级公路上的桥涵，城市干线上的大型桥梁、大型立交桥，城市地铁轻轨系统等二约50年一般建筑物和构筑物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，大型工业建筑次要的土木设施工程二级和二级以下公路以及城市一般道路上的桥涵三约30年不需较长寿命的结构物可替换的易损构件某些工业厂房项目普通混凝土高性能混凝土理念重视强度，对于不同混凝土，规定不同的最低强度重视耐久性，根据环境特点，确定混凝土应具备的性能寿命20年～50年左右100年以上原材料组成水泥、砂、石、水、普通减水剂水泥、砂、石、水、高性能减水剂、矿物掺合料原材料质量要求原材料的品质指标主要满足强度要求原材料的品质指标应满足工作性、强度、耐久性等要求配合比控制指