重庆大学混凝土工程与技术重点

混凝土：由胶结材（无机、有机或两者复合）、颗粒状集料及必要时加入化学外加剂和矿物掺合料组分，硬化后形成具有堆聚结构的复合材料。组织结构类似于某些天然岩石，故又称为混凝土人造石，即砼。水泥混凝土的发展路线：复合化高强化高性能化高性能混凝土（HPC）：HPC是同时具有某些性能的匀质混凝土，必须采用严格的施工工艺与优质原材料，配制成便于浇捣、不离析、力学性能稳定、早期强度高，并具有韧性和体积稳定性等性能的混凝土。混凝土生产绿色化的途径1）降低水泥用量，开发新的水泥品种2）大量利用工业废渣（减少自然资源和能源的消耗）3）使用人造骨料、海砂、再生骨料等多种代用骨料4）使用绿色混凝土外加剂5）注重混凝土的工作性（节省人力，减少振捣，降低环境噪音）6）提高混凝土结构的安全使用寿命（减少因修补或拆除旧混凝土结构物造成浪费）7）推广预拌混凝土技术（减少环境污染）8）废混凝土的再生循环，保护生态环境9）大力推广高性能混凝土水泥性能指标：物理：细度、凝结时间、安定性、强度化学：氧化镁、三氧化硫、氯离子含量和碱含量凝结时间影响因素：熟料矿物组成，石膏品种和掺量，拌合用水量，环境温度影响水泥强度的因素：⑴熟料矿物组成⑵水灰比（水胶比W/C）⑶温度和湿度⑷水泥细度水泥浆体的体积变化1）体积安定性2）水化减缩（化学减缩）3）环境变化引起的体积变化颗粒级配：集料中各种不同颗粒之间的数量比例，即各种粒径颗粒的分布或者搭配。筛分析：粗、细集料的级配都是采用各筛子上的筛余量按质量百分率表示。细度模数：反映集料总的粗细程度的指标。砂分为：粗砂3.1~3.7中砂2.3~3.0细砂1.6~2.2特细砂0.7~1.5最大粒径：粗集料公称粒径的上限，现主要用于表示连续级配粗集料的粗细程度。针、片状颗粒含量：由于针、片状颗粒随混凝土强度增大，不良影响更加显著。因此，C50混凝土中针、片状颗粒含量就不应＞10%。有害物质：①妨碍水泥水化；②削弱集料与水泥石的粘结；③能与水泥的水化产物发生化学反应并产生有害膨胀。含泥量集料中粒径小于0.075mm（75μm）颗粒含量主要危害：①在集料表面形成包裹层，妨碍集料与水泥石粘结；②以松散颗粒形态存在，大大增加集料表面积，因而增加混凝土的用水量。有机物：即使含有0.1%的有机物质，也能降低混凝土强度25%。控制cl含量：Cl－是一种极强的阳极氧化剂。在水泥浸出液PH值仍较高（如13）时，只要有4～6mg/l的Cl－就足以破坏钢筋钝化膜，使混凝土中的钢筋易锈蚀。矿物掺合料在混凝土中的作用：①填充水泥的空隙（即填充作用）；②对浆体有稀化作用（“矿物减水剂”）；③与水泥水化产物发生“二次反应”。SiO2、Al2O3是粉煤灰活性的主要成分CaO含量与煤种有关。粉煤灰按煤种分为：F类粉煤灰—由无烟煤或烟煤煅烧收集的粉煤灰。C类粉煤灰—由褐煤或次烟煤煅烧收集的粉煤灰，其氧化钙含量一般大于10%。粉煤灰的活性来源主要是玻璃体，结晶相和未燃尽的碳等是惰性的。煤灰中未燃尽的碳粒是有害组分。颗粒表面呈海绵多孔状，增加粉煤灰的需水量；吸附混凝土某些外加剂，使其掺量要增大；含碳量高的粉煤灰色深，会影响混凝土表面的美观。粉煤灰的品质指标需水量比：系指在一定的流动度下，掺30%粉煤灰的胶砂混合料的需水量与基准胶砂需水量的比值。水量的大小直接影响混凝土拌合物的流动性。粉煤灰的作用（效应）⑴形态效应：泛指粉煤灰颗粒形貌、粗细、表面形态、级配等几何特征以及密度、色度等特征在混凝土中产生的效应⑵活性效应：狭意的理解是指粉煤灰中活性成分的作用。对于低钙粉煤灰来说，主要是玻璃体中的活性氧化硅、氧化铝与氢氧化钙发生化学反应，生成具有胶凝性能的水化硅酸钙、水化铝酸钙⑶微集料效应：粉煤灰的微细颗粒均匀分布于水泥浆体的基相之中，起着像微细集料一样的作用。矿渣粉：⑴细度：GB/T18046—2008要求按水泥比表面积测定方法（勃氏法）测定其比表面积；GB/T18736—2002要求采用激光粒度分析仪测定其粒度分布，并按仪器说明书给定的方法计算出比表面积。⑵活性指数：受检胶砂和基准胶砂试件在标准条件下养护至相同规定龄期的抗压强度之比，用百分数表示⑶流动度比：分别测定试验砂浆和对比砂浆的流动度，二者之比即为流动度比。Cl－的渗透性：混凝土中掺入超细矿渣粉，能捕捉从混凝土表面渗透的Cl－，生成弗里德尔盐（氯铝酸钙）。因此，在混凝土表面Cl－量比硅酸盐水泥混凝土的多，但Cl－的渗透深度比硅酸盐水泥混凝土小微粒填充：硅灰独特的高细度，使其能很好地填充于水泥细小颗粒的空隙之间。其效果如同水泥颗粒填充细集料空隙、细集料填充粗集料空隙一样，这种“微粒填充”效应从亚微观尺度提高了混凝土的密实度。硅灰高度分散的、大量的无定形SiO2在混凝土中能够迅速与水泥水化产物Ca(OH)2反应生成C-S-H凝胶，即所谓火山灰反应：Ca(OH)2＋SiO2＋H2O---C-S-H凝胶提高了混凝土的强度和改善其性能。硅灰对混凝土性能的影响:(1)硅灰混凝土需水量一般要增加。硅灰取代水泥量每增加1%（约5kg硅灰），需水量增加7kg。硅灰非常大的比表面积，能改善混凝土拌合物的均匀性，提高其内聚力，使混凝土拌合物粘聚性显著增强，不易离析。即使是大流动性混凝土也不易出现分层、泌水。⑵泌水与塑性收缩：当混凝土表面水分损失（蒸发）的速率高于内部水分迁移（泌水）到表面的速率，则会产生塑性收缩。严重时，会使混凝土表面出现塑性收缩裂纹（缝）。掺加硅灰能大幅度减少混凝土的泌水⑶抗压强度⑷抗渗性⑸抗化学侵蚀性能水泥石三固相组分：⑴C-S-H内聚结合：①物理吸引(范德华引力)；②化学键。⑵氢氧化钙（CH）:Ca(OH)2是C3S、C2S水化时析出的产物，是结晶完好的六方柱晶体。CH在水泥石固相中约占20～25%。由于表面积小，还可能形成层状结构，出现解理面处的最薄弱环节，这将导致水泥石力学性能的减弱。(3)三硫型水化硫铝酸钙（AFt）和单硫型水化硫铝酸钙（AFm）钙矾石在水化水泥浆体中是六角棱柱晶体，故在显微镜下常看到的是针状晶体。AFt相中的32个H2O是处于三种状态，即参与结构的OH－和结晶H2O以及柱状结构沟槽中的H2O分子。在高温（＞70℃)下AFt会脱水，脱水顺序为：先沟槽水、后结晶水、最后结构水。过渡区强度取决于：①孔的体积和孔径大小；②氢氧化钙晶体的大小与取向层；③存在的微裂缝。影响过渡区性能因素：W/C、集料矿物的性质、水泥的强度、掺加高效减水剂等改善过渡区性能途径：1骨料表面形态2掺优质粉煤灰、硅灰3骨料表面预处理4集料裹浆工艺(SEC)⑤蒸压养护工艺混凝土基本性能：1.工作性（和易性）：指混凝土拌合物从搅拌开始到抹平整个施工过程中易于运输、浇筑、振捣，不产生组分离析，容易抹平，并获得体积稳定、结构密实的混凝土的性质。工作性涵义：流动性＋可塑性＋稳定性＋易密性。工作性包含两组成部分：流动性：表示拌合物在自重或外力的作用下，易于流动、填充模板的难易程度。粘聚性：说明拌合物在运输、浇筑、振捣过程不容易离析分层和泌水的性能。通常，混凝土拌合物接近于一般宾汉姆体。影响新拌混凝土工作性因素：⑴用水量与高效减水剂⑵集料配比与集料性质⑶水泥和掺合料特性⑷温度的影响⑸坍落度经时损失：指混凝土拌合物的坍落度值，随搅拌后时间的延长逐渐减小的现象。减缓坍落度损失措施：1炎热季节采取措施降低集料和拌合水温度；干燥条件下，采取措施防止水分过快蒸发②采用矿渣水泥或粉煤灰等矿物掺合料③选择经时损失小的高效减水剂，同时掺加缓凝剂或引气剂粘聚性（离析与泌水）：指混凝土拌合物保持其组成材料粘集在一起，抵抗分离的能力离析两种形式：①粗集料与砂浆相互分离②水和水泥浆从拌合物中分离出去，即泌水减少泌水的措施：①改善集料级配，提高砂率②掺加矿物掺合料③W/C一定的条件下，增大水泥用量④掺加适量引气剂。影响混凝土强度因素：1水灰比与强度关系水泥强度与混凝土强关系：fc＝fce［A（C/W）－B］fc混凝土28d抗压强度；fce水泥28d抗压强度；C/W灰水比；AB经验常数2养护条件3粗集料对强度的影响粗集料粒径效应：配制富浆混凝土时，增大粗集料的最大粒径会导致混凝土强度的降低。粗集料粒径效应机理的几种论点：1由于粗集料粒径的增大，削弱了粗集料与水泥浆体的粘结，增加了混凝土材料内部结构的不连续性。2粗集料在混凝土中对水泥石收缩起着约束作用。由于两者的弹性模量不同，因而在混凝土内部产生拉应力，此拉应力随粗集料粒径的增大而增大。3随着粗集料粒径的增大，在粗集料界面过渡区的Ca(OH)2晶体的定向排列程度增大，使界面结构削弱。测试参数的影响测试参数包括混凝土试件尺寸、几何形状、含水状况以及加荷条件等。产生试件尺寸效应的原因：1支座效应（或称环箍效应）2大尺寸试件中，材料存在缺陷的几率较高。混凝土的收缩变形类型①塑性收缩：混凝土浇筑后的初期，在新拌混凝土状态时表面水分蒸发而引起的收缩变形。②干燥收缩：处于未饱和空气中的硬化混凝土由于水分散失引起的体积收缩。（简称干缩）③温度收缩：混凝土由于温度变化而产生的收缩变形。④碳化收缩：大气中的CO2对混凝土产生碳化作用引起的收缩变形。⑤自身收缩：在水泥水化过程中，混凝土中的水量或内部湿度自发减少导致的收缩。塑性收缩产生原因：对于浇筑后仍处于塑性状态的混凝土，当表面失水的速率超过了内部水分向表面迁移（泌水）的速率，形成混凝土表层与内部的湿度差，在混凝土表层产生拉应力使混凝土收缩干燥收缩（干缩）产生原因：饱和状态的硬化水泥浆体露置于低湿度的环境中，水泥石中的C-S-H凝胶因失去毛细孔里静水张力所保持的水，失去凝胶内的物理吸附水而导致产生收缩变形。干缩的影响因素：集料的特性、混凝土配合比（W/C、集灰比）、养护条件与龄期等。混凝土渗透性取决于：1硬化水泥浆体的渗透性2所用集料的渗透性和粒径3水泥石与集料的界面结构状况抗渗性是混凝土耐久性首要控制性能。混凝土抗渗性的表征：透水性、透气性、抗氯离子渗透性提高混凝土抗渗性的措施：①选择渗透性小的集料②减小W/C，提高混凝土强度③掺加优质矿物掺合料④掺加适量引气剂⑤加强养护，避免在施工期干湿交替⑥掺加某些防水剂和膨胀剂。按化学侵蚀过程的特征可分为：1溶出性侵蚀指能够溶解水泥石组分的液体介质在混凝土内部发生的全部侵蚀过程。2分解性侵蚀指水泥石组分与溶液间发生化学反应（即交换反应）引起的侵蚀过程。3膨胀性侵蚀指侵蚀性液体介质与水泥石组分发生化学反应，其生成物体积膨胀引起的侵蚀破坏过程水泥杆菌首先发现硫酸盐对混凝土的化学侵蚀，指出钙矾石是造成波特兰水泥混凝土在含硫酸盐的介质中产生膨胀破坏的主要原因。又因其结晶形同针状，故称之为“水泥杆菌”。混凝土中钢筋钝化膜破坏原因：1混凝土碳化2氯离子侵蚀。钢筋的钝化膜在pH值小于11.5时已不稳定影响混凝土碳化的因素：①水泥品种和用量②W/C和混凝土强度③外部环境因素④施工质量Cl－破膜的机理：Cl－在表层吸附，然后通过钝化膜的表面缺陷穿透到膜里，在钝化膜内层（铁/氧化物界面）形成FeCl2，从而使钝化膜局部溶解。规定：钢筋混凝土中掺用氯盐类防冻剂，氯盐掺量按无水状态计算不得超过水泥质量的1%抗冻性：指饱水混凝土抵抗反复冻融作用的性能，是混凝土耐久性的重要表征。混凝土冻融破坏的机理：由于冰的蒸气压小于水的蒸气压，两者的压差使附近尚未冻结的水向冻结区迁移，并在该冻结区转变为冰。此外，混凝土中的水含有各种盐类，冻结区水结冰后，未冻溶液中盐的浓度增大，与周围液相中盐的浓度形成浓度差。渗透压是由该冰、水蒸气压差和盐浓度差两者引起的。影响抗冻性因素：①水灰比W/C②强度③气泡间距最小25mm④水泥品种和掺合料⑤集料碱－集料反应（AAR）：指水泥等原材料中的碱与集料中的活性二氧化硅发生化学反应，生成碱的硅酸盐凝胶而产生膨胀一种破坏作用分三类：①碱－氧化硅反应（ASR）②碱－硅酸盐反应（ASR）③碱－碳酸盐反应（ACR）碱－集料反应具备条件：①混凝土中含碱量超标②集料中含有碱活性成分③混凝土暴露在水中或潮湿环境中含碱量（R2O%）在0.6%以上的水泥容易引起AAR。抑制A